QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ NGUYÊN LIỆU CHỨA TINH BỘT

Ethanol là một trong những hơp chất hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: y tế, dược phẩm, hóa chất… cũng như trong đời sống hàng ngày.Do đó, sản xuất Ethanol với số lượng

Đề tài:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL

TỪ NGUYÊN LIỆU CHỨA TINH BỘT

HỌC PHẦN

VI SINH HỌC CÔNG NGHIỆP

Ethanol là một trong những hơp chất hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: y tế, dược phẩm, hóa chất… cũng như trong đời sống hàng ngày.

Do đó, sản xuất Ethanol với số lượng lớn trên quy

mô công nghiệp là một trong những yêu cầu của nền kinh tế nhằm cung cấp phần nào nguồn nhiên liệu, hóa chất cho nền công nghiệp cũng như góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.

Hiện nay, có rất nhiều quy trình, công nghệ khác nhau được ứng dụng trong thực tế sản xuất ethanol Sau đây chỉ xin giới thiệu quy trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột.

I MỞ ĐẦU

Ethanol nguồn nhiên liệu sạch

II NỘI DUNG

- Nấm men

- Nấm mốc

- Vi khuẩn Zymomonas mobilis…

Hệ Vi Sinh Vật trong lên men cồn

thường sử dụng một số chủng như: Saccharomyces cerevisiae, Sac.uvarum, Schizosaccharomyces pombe, và Kluverromyces sp.

II NỘI DUNG

đó nấm hút được chất dinh dưỡng từ môi trường Trong sản xuất chế phẩm amylaza dùng cho sản xuất rượu, người ta dùng nhiều nhất là

các vi nấm thuộc chi Aspergillus, sau đó là Mucor.

II NỘI DUNG

II NỘI DUNG

II NỘI DUNG

Môi trường dinh dưỡng:

Cho tới nay nguyên liệu từ thực vật được xem là nguồn dinh dưỡng đầy đủ và tương đối hoàn thiện đối với mọi cơ thể sống Chất dinh dưỡng bao gồm glucid, protid, chất khoáng, các nguyên tố vi lượng, vitamin v.v…trong sản xuất chế phẩm amylaza theo phương pháp nuôi cấy bề mặt trên canh trường rắn người ta hay dùng nhất là cám lúa mì.

II NỘI DUNG

- Nuôi cấy trong sản xuất: Môi trường dùng

để gây men trong sản xuất không có gì đặc biệt, thường lấy trực tiếp ở thùng đường hóa, nhưng cần đường hóa thêm để đảm bảo hàm lượng đường 60g/l trở lên Nhân giống có thể tiến hành gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục

II NỘI DUNG

Hoạt độ của một số chủng nuôi trên môi

trường cám lúa mì theo pp bề mặt:

Chủng Hoạt độ dv/g chất khô

Hoạt độ amylaz

a

Hoạt độ D

Hoạt độ Glu

Hoạt độ

Pr

Asp.oryzae KC Asp.oryzae U476 Asp.niger S4-10-

111

Asp.awamori 22

70.0 85.0 0.65 14.5

450.0 665.0 437.0 850.0

30.0 80.0 70.0 30.0

50.0 40.0 0.5 0

II NỘI DUNG

Nấu nguyên liệu

Đường hóa nguyên liệu

Lên men dịch đường

Chưng cất và tinh chế

Nấm men

Nhân giống

Nhân giống

Nấm mốc

Enzyme amylaza

Ethanol

3.1 Nguyên liệu tinh bột:

Nguyên liệu được sử dụng chủ yếu là:

bã sắn, khoai, tấm gạo, ngô…

II NỘI DUNG

3.2 Mục đích của nấu nguyên liệu:

• Là phá vỡ màng tế bào tinh bột và biến tinh bột thành trạng thái hoà tan trong nước Hiện nay, trên thế giới có hai xu hướng về nhiệt độ nấu là 145-

1550C trong thời gian dài hoặc

170-1800C trong thời gian ngắn Trong quá trình nấu tinh bột sẽ được trương nở

và hồ hoá.

• Nguyên liệu tinh bột sau khi được

hồ hoá được làm nguội về nhiệt độ

600C ( ± 20C) để thực hiện quá trình đường hoá

II NỘI DUNG

3.3 Đường hĩa nguyên liệu:

• Khái niệm: là quá trình dùng enzym amylase

để chuyển hóa tinh bột thành đường dễ lên men Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu.

* Đường hố bằng chế phẩm amilase của nấm mốc:

Tùy theo cách sử dụng nấm mốc mà phương pháp sản xuất rượu cĩ thể chia làm hai cách:

-Phương pháp amylo: Thủy phân bằng Mucor rouxxi

-Phương pháp Mucomalt: Thủy phân bằng một lượng

amylase đã chuẩn bị đủ từ các loại nấm Aspergillus

niger hoặc A oryzae

3.3 Đường hóa nguyên liệu:

* Đường hoá bằng acid: Có thể đường hoá

các nguyên liệu bọt bằng H2SO4 hay HCl

– Nguyên liệu được tán nhỏ và trộn với một

lượng nhất định acid đã pha loãng và nung bằng hơi dưới áp suất Sau khi thuỷ phân xong người ta thường điều chỉnh pH = 4- 4,5 bằng dung dịch NH3, NaOH, Na2CO3hay CaCO3 Trong đó NH3 ưa được dùng hơn cả, vì nó còn là nguồn nitơ tốt đối với

3.4 Lên men dịch đường:

Có thể được thực hiện bằng phương pháp lên men gián đoạn, hoặc liên tục

• Phương pháp lên men gián đoạn:

Là cả quá trình lên men từ đầu đến cuối được thực hiện trong cùng một thiết bị; thời gian lên men khoảng 68-80 giờ ở nhịêt độ 36-370C Đặc điểm của phương pháp lên men bán liên tục là giai đoạn lên men chính thực hiện liên tục và xảy ra trong nhiều thùng lên men (thường là 6 thùng) và thời gian này kéo dài 60-62giờ, giai đoạn cuối gián đoạn

II NỘI DUNG

3.4 Lên men dịch đường:

• Phương pháp lên men liên tục:

Là rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai đoạn đó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên

hệ với nhau Hệ thống lên men liên tục thường có 11-12 thùng được nối với nhau bằng các ống chảy chuyền và van điều chỉnh Kết thúc quá trình lên men

ta thu được dấm chín với nồng độ rượu khoảng 7-9%.

II NỘI DUNG

3.5 Quá trình chưng cất và tinh chế:

Để thu được cồn tinh chế, người ta thực hiện hai quá trình là chưng cất và tinh chế Hai quá trình này được thực hiện trên các tháp chưng cất và tháp tinh chế

o Quá trình chưng cất là quá trình tách cồn cùng với các tạp chất dễ bay hơi

ra khỏi dấm chín; kết thúc quá cất và tinh chế còn được gọi là quá trình chưng luyện, chưng cất ta được cồn thô

o Quá trình tinh chế là quá trình tách tạp chất ra khỏi cồn thô và cuối cùng

Nguyên nhân hư hỏng:

* Nhiễm khuẩn:

 Khâu tuyển chọn nấm men, nấm mốc chưa đạt yêu cầu về mặt kĩ thuật (thường bị nhiễm một số VSV khác) dẫn đến khi đưa và sử dụng thường làm hư hỏng nguyên liệu hoặc quá trình lên men không triệt để hay làm sản phẩm

có nhiều tạp chất

 Một số thiết bị không đảm bão về mặt kĩ thuật cũng dẫn đến nguyên liệu bị hư hỏng

 Nguyên liệu đưa vào sản xuất chưa vô trùng triệt để

II NỘI DUNG

Nguyên nhân hư hỏng:

* Kỹ thuật:

 Môi trường nhân giống VSV không đảm bảo thường bị tạp nhiễm các VSV lạ như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men

 Các yếu tố môi trường không phù hợp trong cả quá trình sản xuất: nhiệt độ, áp suất, O2, pH,…

 Nguyên liệu không đảm bảo chất lượng

II NỘI DUNG

Biện pháp khắc phục:

* Nhiễm khuẩn:

Tuyển chọn kĩ càng các loại VSV đạt yêu cầu, đúng chủng loài.

Chọn thiết bị đảm bão để nguyên liệu không bị nhiễm khuẩn trong cả quá trình sản xuất.

 Nguyên liệu trước khi đưa vào chế biến phải được xử lý và khử trùng triệt để.

II NỘI DUNG

- Tác nhân vi sinh vật dùng trong quá trình đường hóa là một số loài nấm mốc:

Rhizopus, Mucor rouxii, Aspergillus (A

niger, A awamori, A oryzae )

- Nấm men dùng trong sản xuất rượu là chủng Saccharomyces cerevisiae.

• S cerevisiae Rasse II (chủng II),

• S cerevisiae Rasse XII (chủng XII).

• Chủng M, chủng MTB Việt nam (được phân lập từ men thuốc bắc) Các chủng nấm men dùng để lên men dịch

rỉ đường là: chủng 396 Trung Quốc, chủng I-A Liên Xô cũ, chủng “T” Việt

Yêu cầu đối với nguyên liệu:

-Hàm lượng đường hoăc tinh bột cao,

có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao (Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu nước ta thường dùng là sắn, sau

đó là ngô và một phần gạo hoặc tấm…) -Vùng nguyên liệu phải tập trung và đủ thoả mãn nhu cầu sản xuất.

-Một số nguyên liệu trước khi đem dùng cần tách lấy bớt tinh bột, dầu (sắn,ngô) để tăng hiệu quả kinh tế.

Yêu cầu về vi sinh vật:

• Nấm men dùng trong sản xuất cồn phải có khả năng lên men đường nhanh và càng triệt để càng tốt; đồng thời tạo ít các sản phẩm trung gian

• Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường, đặc bệt đối với chất sát trùng, độ acid, nhiệt độ cao.

• Chủng nấm men gốc trước khi đưa vào sản xuất lên men được nuôi cấy nhân giống theo thể tích tăng dần cho đến khi đạt được 10-15% thể tích thùng lên men trong sản xuất

III KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

 Điều kiện nuôi cấy:

• Nhiệt độ: Nấm men và nấm mốc có nhiệt độ tối ưu cho phát triển là 28-

 Hiện nay, nguồn nguyên liệu chủ yếu ở địa phương là bã sắn tại một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn được bán ra với giá rất rẻ khoảng

200 đồng/kg bã tươi và 800 – 1000 đồng/kg bã khô Với giá thành như vậy thì việc sử dụng bã sắn để sản xuất các sản phẩm khác là hoàn toàn thuận lợi và khả thi.Vừa giải quyết được vấn đề môi trường, tăng thêm giá trị sử dụng và kinh tế

từ bã sắn.

 Ở Việt Nam bã sắn chủ yếu được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm sau:

- Thức ăn cho động vật nhai lại

- Sản xuất thức ăn chăn nuôi có giá trị cao từ bã sắn

- Sản xuất cồn sinh học

2

III KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

III KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Như vậy, việc sử dụng một số nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất cồn sinh học đáp ứng được phần nào nhu cầu cho đời sống và cho công nghiệp, là một hướng phát triển mới của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung.

Mặt khác còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, nhiên liệu ngày càng bị thiếu hụt và cũng góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường hiện nay

Thành phần Sắn khô Gạo tẻ Tấm Cám gạo *

E1 69.2 7.3 0.9 1.2 0.5

11.5 41.0 5.3 17.7 2.0 22.5

11 -12.0

28 -37.0 6.1 -13.4 13.6 -22.3 2.3 -17.9 6.8 -30.1

12.5 68.4 8.3 1.6 5.1 4.1

13.0 72.6 7.2 1.1 4.1 2.0

Dùng để sản xuất chế phẩm amylaza *

Trước khi dùng nên tách phôi đem ép dầu vừa tiết kiệm, lại không ảnh hưởng tới len

Ph l c ụ ụ

Thành phần hoá học của một số nguyên liệu

dùng trong sản xuất cồn rượu

Hệ thống tháp chưng cất Ethanol

Công ty cổ phần bia, rượu Sài Gòn – Đồng Xuân

Dây chuyền được áp dụng trong thực tiễn:

Tài liệu tham khảo

1 Biền Văn Minh – Vi sinh học công nghiệp – NXB Đại học huế - 2008.

2 Quản Văn Thịnh – Kỹ thuật sản xuất cồn etylic – Đại học Bách Khoa Hà Nội - 1968.

3 Trương Văn Lung – công nghệ sinh học với đời sông -