Luận văn : Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên part 1 docx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID ACETIC THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN NHANH BẰNG NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS.TRỊNH VĂN DŨNG MAI THANH THẬT MSSV: 01126146 Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Độc Lập - Tự do - Hạnh Phúc …oOo… …oOo… NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: MAI THANH THẬT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09 – 04 – 1981 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công nghệ sinh học MSSV: 01126146 I - TÊN ĐÊ TÀI: “Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên” II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với phương pháp chậm. - Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự nhiên, rẻ tiền thay thế. - Khảo sát khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh. III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2005 IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/08/2005 V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.TRỊNH VĂN DŨNG Nội dung và đề cương khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn và giáo viên hướng dẫn. Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 01 Tháng 03 năm 2005 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (kí tên) (kí tên) TS.TRẦN THỊ DUNG TS.TRỊNH VĂN DŨNG iii Lời cảm ơn Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi học tập và rèn luyện trong thời gian qua. Thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân và quý Thầy – Cô trong Trường Đại Học Bách Khoa, Khoa Công Nghệ Hóa, Bộ Môn Máy và Thiết Bị đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Các anh, chị và các bạn trong và ngoài lớp công nghệ sinh học 27 đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Vô cùng biết ơn: Quý Thầy – Cô trong và ngoài Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức trong suốt quãng đường đại học. Và đặc biệt xin bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy, Tiến Sĩ Trịnh Văn Dũng, người đã tận tâm dìu dắt, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quí báo cho tôi trong quá trình học tập và làm luân văn này. iv Tóm tắt Đề tài “nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên”, do sinh viên Mai Thanh Thật, Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh thực hiện từ ngày 1/3/2005 đến 1/8/2005 dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Văn Dũng, giảng viên khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh. Các thí nghiệm: Lên men chậm môi trường đã thay đổi hàm lượng nước dừa và hàm lượng đường. Tiến hành lên men nhanh các môi trường mà hàm lượng nước dừa và hàm lượng đường đã thay đổi. Lên men đối chứng giữa lên men nhanh và lên men chậm trên cùng một môi trường. Khảo sát định tính khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh. Kết quả: Chọn được phương pháp lên men nhanh và bằng thực nghiệm đã khẳng định phương pháp này là thích hợp hơn phương pháp chậm để nghiên cứu và triển khai công nghệ sản xuất acid acetic. Chứng minh được vật liệu trong nước (thân cây tre) hoàn toàn có thể thay thế được vật liệu truyền thống nước ngoài (gỗ sồi) để làm chất mang vi khuẩn acid acetic. Tìm được thành phần môi trường nước dừa và nước đường có hiệu quả tốt trong quá trình lên men nhanh. Sản phẩm giấm đạt nồng độ gần 5% acid chỉ sau khoảng 50h lên men với hệ thống lên men nhanh hồi lưu qua giá thể. v Mục lục trang Lời cảm ơn iii Tóm tắt …………………………………………………………………………iv Mục lục ………………………………………………………………………… v Danh sách các hình ix Danh sách các bảng biểu và đồ thị ………………………… x MỞ ĐẦU 1 I.1 Đặt Vấn Đề 1 I.2 Mục Đích Yêu Cầu 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 Chương 1. Công Nghệ Sản Xuất Acid Acetic 3 1.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic 3 1.1.1 Các tính chất hóa lý của acid acetic 3 1.1.2 Ứng dụng của acid acetic 3 1.1.2.1 Ứng dụng trong chế biến mủ cao su 3 1.1.2.2 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm 4 1.1.2.3 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác 4 1.2 Các phương pháp sản xuất acid acetic 4 1.2.1 Phương pháp hóa gỗ 5 1.2.2 Phương pháp hóa học 5 1.2.3 Phương pháp sinh học 5 1.2.4 Phương pháp hỗn hợp 7 1.2.5 Phân tích lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic: 7 1.3 Sản xuất acid actic bằng phương pháp len men 8 1.3.1 Bản chất của quá trình lên men acid acetic 8 1.3.2 Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic 9 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men acid acetic 10 1.3.3.1 Ảnh hưởng của oxy (sự thoáng khí) 10 1.3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ: 10 vi 1.3.3.3 Nồng độ acid acetic và nồng độ rượu 11 1.3.3.4 Các chất dinh dưỡng: 11 1.3.3.5 Các kim loại nặng và các chất gây độc hại 13 1.3.4 Vật liệu chế tạo thiết bị lên men acid acetic 14 1.4 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men 14 1.4.1 Phương pháp chậm (phương pháp Pháp) 15 1.4.2 Phương pháp nhanh (phương pháp Đức) 16 1.4.3 Phương pháp chìm (phương pháp sục khí): 18 1.4.4 Phương pháp hỗn hợp (phương pháp lai): 19 1.5 Chọn chủng vi khuẩn acid acetic: 20 1.6 Nguồn nguyên liệu sản xuất acid acetic 21 1.7 Sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh 24 1.7.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh: 24 1.7.1.1 Phương pháp nhúng: 24 1.7.1.2 Phương pháp dịch chuyển: 24 1.7.1.3 Phương pháp trống quay 25 1.7.1.4 Phương pháp cố định: 25 1.7.2 Chất mang vi khuẩn acid acetic 27 1.7.2.1 Một số yêu cầu đối với chất mang vi khuẩn acid acetic: 27 1.7.2.2 Lựa chọn chất mang: 27 1.7.3 Chuẩn bị cấy giống vào generator 29 1.7.4 Vận hành generator 29 1.7.5 Năng suất và hiệu quả của generator: 30 Chương 2: Mô Hình Fermenter Sử Dụng Màng Sinh Học Cố Định Trong Lên Men Acid Acetic 32 2.1 Thiết bị phản ứng sinh học-fermenter 32 2.1.1 Khái niệm, phân loại 32 1. Fermenter làm việc gián đoạn: 32 2. Fermenter hoạt động liên tục dạng thùng có cánh khuấy: 33 3. Các fermenter dạng tầng sôi: 34 4. Fermenter dạng ống: 34 2.1.2 Những yêu cầu chung đối với fermenter 35 vii 2.2 Sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên chất mang trong fermenter sử dụng màng sinh học cố định để lên men acid acetic 36 2.2.1 Trạng thái vi khuẩn acid acetic trong fermenter 36 2.2.2 Cấu tạo màng vi khuẩn acid acetic 37 2.2.3 Sự phát triển của màng acid acetic 37 2.2.4 Bề dày màng vi khuẩn acid acetic: 38 THỰC NGHIỆM 40 Chương 3: Thực nghiệm lên men giấm theo phương pháp nhanh 40 3.1 Thời điểm, địa điểm nghiên cứu 40 3.2. Thiết bị, nguyên liệu, phương pháp thí nghiệm 40 3.2.1 Thiết bị 40 3.2.1.1 Thiết bị chính (tháp lên men) 41 3.2.1.2 Các thiết bị phụ 42 3.2 Nguyên liệu 42 3.2.1 Giống vi khuẩn giấm 42 3.2.2 Thành phần môi trường và cấy giống lên men 43 3.2.3 Các hóa chất và dụng cụ thí nghiệm khác: 44 3.3 Phương pháp thí nghiệm 45 3.3.1 Cấy giống 45 3.3.2 Lên men 46 3.3.3 Cách lấy mẫu 48 3.3.4 Khảo sát thí nghiệm của thành phần môi trường lên tốc độ lên men 50 3.3.4.1 Trên thành phần môi trưòng nước dừa 50 3.3.4.1.1 Thay đổi nồng độ phần trăm môi trường nước dừa 50 3.3.4.1.2 So sánh quá trình lên men nhanh và lên men chậm của môi trường nước dừa 51 3.3.4.2 Trên môi trường dung dịch nước đường pha 52 3.3.4.2.1. Thay đổi thành phần nước đường trong môi trường lên men 52 3.3.4.2.2 So sánh môi trường lên men nhanh và lên men chậm của môi trường nước đường 53 3.3.5 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic 53 viii KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 Chương 4: Ảnh hưởng của thành phần môi trường lên tốc độ lên men 54 4.1 Khảo sát môi trường mới khi thay đổi thành phần nước dừa 54 4.1.1. Thí nghiệm thăm dò: (lên men chậm) 54 4.1.2 Thí nghiệm chính (lên men nhanh) 56 4.2 So sánh giữa lên men nhanh và lên men chậm với môi trường nước dừa . 58 4.3 Khảo sát thực nghiệm khi thay đổi thành phần nước đường pha 60 4.3.1 Thí nghiệm thăm dò (lên men chậm) 60 4.3.2 Thí nghiệm chính (lên men nhanh) 62 4.4 Thí nghiệm thực nghiệm so sánh giữa lên men nhanh và lên men chậm với môi trường nước đường 64 4.5 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 Kết luận 67 Kiến nghị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 ix Danh sách các hình trang Hình 1.1 Thiết bị lên men acid aceti theo phương pháp chậm 15 Hình 1.2 Thiết bị lên men acid acetic bằng phương pháp nhanh 17 Hình 1.3 Thiết bị lên men acid acetic theo phương pháp chìm 18 Hình 1.4 Thiết bị lên men acid theo phương pháp tổ hợp 19 Hình 1.5 Thiết bị lên men nhanh bằng phương pháp nhúng 24 Hính 1.6 Thiết bị lên men nhanh bằng phương pháp trống quay 25 Hình 1.7 Thiết bị lên men nhanh phương pháp cố định (Generator thông khí tự nhiên) 26 Hình 2.1 Fermenter làm việc gián đoạn 32 Hình 2.2 Fermenter hoạt động liên tục dạng thùng có cánh khuấy 33 Hình 2.3 Fermenter dạng tầng sôi 34 Hình 2.4 Fermenter dạng ống 35 Hình 2.5 Biểu diễn màng sinh học bám trên các vật rắn trơ 37 Hình 3.1 Hệ thống thiết bị lên men acid acetic bằng phương pháp nhanh 40 Hình 3.2 Vật liệu mang vi khuẩn acid acetic được làm từ thân tre 41 Hình 3.3 Tháp lên men trước và sau khi cấy giống vi khuẩn acid acetic 45 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm lên men acid acetic bằng phương pháp nhanh 47 Hình 3.5 Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên thân tháp 49 x Danh sách các bảng biểu và đồ thị trang Bảng 3.1. Thành phần của môi trường cấy giống và lên men 44 Bảng 3.2 Nồng độ % acid theo thời gian lên men chậm (môi trường nước dừa) 54 Bảng 3.3 Độ chuyển hóa (C i /C 0 ) của môi trường nước dừa 56 Bảng 3.4 Kết quả lên men nhanh của môi trường nước dừa 30% 58 Bảng 3.5 Kết quả lên men chậm của môi trường nước dừa 30% 58 Bảng 3.6 Nồng độ % acid theo thời gian lên men chậm (môi trường nước đường) 60 Bảng 3.7 Nổng độ chuyển hóa (C i /C 0 ) của các môi trường nước đường lên men nhanh 62 Bảng 3.8 Kết quả lên men nhanh của môi trường nước đường 64 Bảng 3.9 Kết quả lên men chậm của môi trường nước đường 64 Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra định tính các tính chất của chất mang chế tạo từ tre 66 Hình 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ nước dừa trong quá trình lên men chậm 55 Hình 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ nước dừa trong quá trình lên men nhanh 57 Hình 4.3 So sánh đối chứng giữa phương pháp nhanh và chậm của môi trường nước dừa 59 Hình 4.4 Ảnh hưởng của nồng độ nước đường trong quá trình lên men chậm 61 Hình 4.5 Ảnh hưởng của nồng độ nước đường trong quá trình lên men nhanh 63 Hình 4.6 So sánh đối chứng giữa phương pháp nhanh và chậm của môi trường nước đường 65 . khuẩn acid acetic: 20 1. 6 Nguồn nguyên liệu sản xuất acid acetic 21 1. 7 Sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh 24 1. 7 .1 Các phương pháp sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh: 24 1. 7 .1. 1. Hình 1. 2 Thiết bị lên men acid acetic bằng phương pháp nhanh 17 Hình 1. 3 Thiết bị lên men acid acetic theo phương pháp chìm 18 Hình 1. 4 Thiết bị lên men acid theo phương pháp tổ hợp 19 Hình 1. 5. Phương pháp chậm (phương pháp Pháp) 15 1. 4.2 Phương pháp nhanh (phương pháp Đức) 16 1. 4.3 Phương pháp chìm (phương pháp sục khí ): 18 1. 4.4 Phương pháp hỗn hợp (phương pháp lai ): 19 1. 5 Chọn