Phân tích các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình lên men và tối ưu hóa hiếu suất lên men

Hình 1 dưới đây là sơ đồ khối cơ bản của cơng nghệ sản xuất cồn từ hai loại nguyên liệu này Hiệu suất của quá trình lên men là chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá hiệu quả làm việc của các

CƠNG TY CỔ PHẦN MÍA ĐƯỜNG LAM SƠN

NHÀ MÁY CỒN SỐ 2

Bài thu hoạch:

PHÂN TÍCH CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH

LÊN MEN VÀ TỐI ƯU HĨA HIẾU SUẤT LÊN MEN

Người thực hiện: KS Nguyễn Mạnh Tuyên

I Mở đầu

Trong cơng nghệ sản xuất cồn, phân xưởng lên men được coi là trái tim của nhà máy Hiệu suất của quá trình lên men quyết định trực tiếp tới hiệu quả kinh tế của tồn nhà máy Chình vì thế việc tối ưu hĩa hiệu suất lên men cĩ thể nĩi là vấn đề sống cịn đối với các nhà máy cồn Ở Việt Nam, nguyên liệu để sản xuất cồn chủ yếu là sắn lát

và mật rỉ Hình 1 dưới đây là sơ đồ khối cơ bản của cơng nghệ sản xuất cồn từ hai loại nguyên liệu này

Hiệu suất của quá trình lên men là chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá hiệu quả làm việc của các cơng đoạn thuộc phân xưởng lên men Đĩ là tồn bộ lượng cồn nhận được trong sản xuất từ lượng nguyên liệu xác định (thường tính theo 100kg đường hoặc tinh bột) chia cho lượng cồn nhận được theo phương trình lý thuyết và biểu thị theo %

Lượng cồn nhận được theo lý thuyết tính theo phương trình Gaylussac:

C6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2

180,1 92,1 88 Từ phương trình này suy ra, cứ 100 kg đường đơn giản ( glucose, fructose, …) khi lên men sẽ cho ta 51,14 kg cồn etylic và 48,66 kg CO2 Đem chia cho khối lượng riêng của cồn ở 200C, d = 0,78927, ta có :

51,14/ 0,78927 = 64,794 l 100%

Nếu tính cho 100kg đường đôi ( maltose, saccharose) thì cần nhân với hệ số 1,0526, với tinh bột thì nhân 1,11104 kết quả có thể xem trong bảng sau:

Nguồn glucid Lượng cồn thu được từ 100kg

Theo lít Theo kg Tinh bột

Đường đôi Đường đơn

71,998 68,20 64,794

56,818 53,83 51,14

Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất cồn

Chuẩn bị dịch lên men

Lên men rượu

Tinh chế

O 2

Chưng cất

Thực tế lượng cồn thu được luôn ít hơn so với lý thuyết Tùy theo nguyên liệu cũng như sơ đồ công nghệ, hiệu suất thực tế có thể rất khác nhau, từ 75- 93% Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, hiệu thực tế ngày càng tiệm cận với lý thuyết nhưng không bao giờ đạt tới 100%

Ví dụ: Sau 1 ca đưa vào sản xuất 10 tấn nguyên liệu có hàm lượng tinh bột trung bình 65% Lượng giấm thu được tương ứng 48 m3 với nồng độ cồn 8,8% V Hiệu suất sau lên men là :

Sở dĩ hiệu suất thu hồi cồn thực tế luơn khơng đạt được tới hiệu suất thu hồi cồn

lý thuyết vì cĩ các tổn thất sau:

1- Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ 0,2 đến 0,3%;

2- Tổn thất do nấu, đường hóa và lên men 6 đến 12% ( tinh bột sót, đường sót, tạo men)

3- Tổn thất không xác định, đổ ra ngoài, đọng lại ở thiết bị, đường ống và bay theo CO2 từ 1 đến 2%

Ta thấy rằng tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ, do cồn bay theo CO2 và các tổn thất khơng xác định là nhỏ và khĩ tránh khỏi Tổn thất chủ yếu dẫn tới giảm hiệu suất lên men nằm ở quá trình đường hĩa và lên men Trong phạm vi bài viết này chủ yếu đưa ra các biện pháp tối ưu hĩa quá trình đường hĩa và lên men

II Tối ưu hĩa quá trình lên men

1 Tối ưu hĩa quá trình đường hĩa

Với nguồn nguyên liệu là mật rỉ thì cơng nghệ sản xuất cồn khơng cĩ quá trình đường hĩa do thành phần mật rỉ hầu hết là các đường cĩ thể lên men được Ta chỉ xét tới quá trình đường hĩa cho cơng nghệ sản xuất cồn từ tinh bột Sản phẩm của quá trình đường hĩa là nguyên đã liệu cho quá trình lên men Mặt khác quá trình đường hĩa xảy ra trong một thời gian ngắn, tinh bột khơng hồn tồn bị thủy phân, mà quá trình thủy phân tinh bột cịn tiếp tục cho đến khi kết thúc quá trình lên men Chình vì thế mà muốn tối ưu hĩa quá trình lên men thì trước hết phải tối ưu quá trình đường hĩa

a/ Tối ưu hĩa ảnh hưởng của phức hệ enzim amilaza

Amilose và Amilopectin là hai thành phần chính của nguyên liệu tinh bột,

sau khi nấu, chúng được giải phóng ra và ở trạng thái hòa tan Dưới tác dụng của phức hệ men Amylase, trong những điều kiện thích hợp, Amilose và Amilopectin bị

phân cắt, tạo thành những sản phẩm trung gian khác nhau (còn gọi chung là Dextrin) và các sản phẩm cuối cùng là Maltose và Glucose

Sản phẩm trung gian và cuối cùng được tạo ra phụ thuộc và cấu trúc của mạch Amilose và Amilopectin và vào phức hệ men Amylase sử dụng Trong cơng nghệ sản xuất cồn từ sắn thì cấu trúc mạch Amilose và Amilopectin của mỗi loại sắn

và thậm chí là mỗi vùng trồng sắn là khác nhau Phức hệ enzim amilaza tối ưu vì thế

mà khơng cĩ một định lượng cụ thể Để cĩ được định lượng phức hệ enzim amilaza tối

ưu ta phải qua quá trình nghiên cứu và điều chỉnh trong sản xuất thực tiễn Dưới đây là các hợp phần định danh và định lượng của một hệ enzim amilaza thơng thường cho nguyên liệu sắn:

o Super star/ Termosacc: 2 ÷ 4 pao/ 1000 galon dịch

o Lactoside : 1 ÷ 3 ppm

o Alcoholaza II L400: 0,06% khối lượng bột đầu vào

o Thermosaoc

o Rhyzozim: 0,03 ÷ 0,04 % so với khối lượng bột đầu vào

Bốn loại enzim gồm Super star/Termosacc, Alcoholaza II L400, Thermosaoc, Lactoside, chính là các hợp phần của enzim Gluco Amilaza Ta cĩ thể lý giải việc dùng hệ enzim Gluco Amilaza mà khơng phải α – Amilaza như sau:

Trong cơng nghệ sản xuất cồn từ tinh bột, nguyên liệu cho quá trình sản xuất cồn chính là sản phẩm của quá trình đường hĩa Thơng thường hợp phần chính của chúng là các dạng đường C5, C6, C7 Chúng được phân loại theo bảng dưới đây:

Trong số các dạng đường C5, C6, C7 thì hàm lượng C6 là chủ yếu Và hiệu suất chuyển hĩa đường thành cồn của men đối với đường C6 là lớn nhất Đối với loại đường

C6 khả năng chuyển hĩa thành cồn của các hợp phần cũng cĩ sự khác biệt rõ rệt Dưới đây là biểu đồ thể hiện khả năng chuyển hĩa thành cồn của các hợp phần đường C6

Hình 2: Biểu đổ thể hiện khả năng chuyển hĩa thành cồn của các hợp phần C 6

C6 lớn nhất mà trong đĩ phải hạn chế tối đa các hợp phần Matotrioza và Maltotetraroza Đồng thời phải hạn chế các sản phẩm khác C6

Nếu duy trì được thời gian đường hĩa tối ưu thì sản phẩm cuối cùng của nĩ là đường Mal và Glucose Khi ta sử dụng hệ enzim α – Amilaza thì sản phẩm cuối cùng của quá trình đường hĩa chủ yếu là đường Mal Trái lại khi sử dụng hệ enzim Gluco Amilaza thì sản phẩm ưu tiên là đường Glucose Tĩm lại dùng hệ emzim Gluco Amilaza ta sẽ thu được tối đa lượng đường cĩ thể lên men được

Rhyzozim là Enzym cĩ tác dụng chuyển xellulose thành đường từ đĩ cũng làm tăng hàm lượng đường cĩ thể len men được

b/ Tối ưu hĩa ảnh hưởng của nhiệt độ

Đặc trưng của phản ứng thủy phân tinh bột bằng Amylase là diễn ra trong phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp, giới hạn là 35 - 63oC ( đây là khoảng nhiệt độ tối thích của Enzym Amylase)

Nếu đường hóa ở nhiệt độ cao thì lượng Dextrin tạo ra sẽ nhiều trong khi đó Maltose sinh ra ít, hiệu suất quá trình thủy phân bị giảm Tác dụng của nhiệt độ lên các Enzym không phải tức thời, các Enzym giữ được hoạt tính cao trong 1 thời gian ngắn

Đôi khi, trong quá trình làm nguội từ 105 - 109oC xuống nhiệt độ thấp hơn (55 - 60oC) ta có thể thêm vào Enzym để tiến hành phân cắt sơ bộ, làm loãng khối nấu, dễ đưa chúng vào máy làm nguôi

Nếu đường hóa ở nhiệt độ khoảng 40 - 50oC thì thực ra không có lợi vì chúng dễ nhiễm khuẩn mặc dù có thể tạo ra lượng đường khử lớn hơn

Nhìn chung, nhiệt độ tối ưu khoảng 35 - 62oC

c/ Tối ưu hĩa ảnh hưởng của pH

Bản chất của men gần giống như bản chất của Protein, hầu hết Protein là những hợp chất lưỡng tính Các Enzym cũng có bản chất là Protein với các trung tâm hoạt động

Ion H+ có thể tác dụng vào trung tâm hoạt động và các nhóm bên một cách trực tiếp hay gián tiếp (nhóm bên là nhóm amin NH2 hay nhóm carboxylic COOH)

Qua nghiên cứu hệ Enzym Amylase ta thấy pH tối thích là 4 ÷ 5, khi pH = 2 hay pH = 10 thì Enzym bị vô hoạt

Aûnh hưởng pH của Enzym phụ thuộc vào nhiệt độ và các yếu tố khác (nếu nhiệt độ tăng thì pH tăng hướng về phía kiềm)

Độ pH khối nấu phụ thuộc 2 yếu tố:

o Bản thân nguyên liệu nấu (tinh bột và nước)

o Các chất phụ trợ trong quá trình nấu (H2SO4, acid lactic…)

Bởi vì các nguyên liệu trên có độ acid thường khoảng từ 0.2 ÷ 0.5o tương đương pH của nguên liệu là 4.9 ÷ 5.6, pH này không thích hợp vì không bằng với

pH tối thích của enzym Amylase vì thế khi nấu nguyên liệu người ta hay cho thêm vào acid vô cơ (H2SO4 hay HCl) hay acid hữu cơ như acid Lactic được nuôi cấy riêng, hay sử dụng bã rượu trong để nấu nguyên liệu

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy rõ ràng rằng khi dùng acid Lactic để điều chỉnh pH trong quá trình nấu và đường hóa đã nâng cao hiệu suất tổng thu hồi rượu

2 ÷ 3% so với dùng các acid vô vơ như HCl hay H2SO4.Ngoài việc điều chỉnh pH thích hợp acid Lactic còn là nguồân thức ăn cho nấm men sau này

d/ Tối ưu hĩa ảnh hưởng thời gian đường hĩa

Chọn thời gian đường hóa thích hợp không những có ý nghĩa về mặt lý thuyết mà còn có ý nghĩa lớn trong sản xuất thực tiễn Việc lựa chọn thời gian đường hóa còn phụ thuộc vào phương pháp làm nguội khối nấu và phương pháp đường hóa Thời gian làm nguội và đường hóa quyết định năng suất thiết bị, chất lượng của dung dịch đường hóa và hiệu suất tổng thu hồi

Theo lý thuyết, thời gian đường hóa có ảnh hưởng đến sự hòa tan tinh bột không đường hóa Khi đường hóa khối nấu ở nhiệt độ 55 - 58oC trong khoảng thời gian từ 15 ÷ 120 phút, hầu như đường lên men trong dịch đường hóa không tăng, nhưng nồng độ chất tan chung của dung dịch lại tăng một cách rõ rệt Sau 15 phút đường hóa, nồng độ chất tan là 13.8% và sau đó 120 phút thì nồng độ chất tan là 14.8%, nhưng đường lên men không tăng Như vậy, thời gian đường hóa nâng cao hàm lượng chất khô hòa tan (chủ yếu là đạm hòa tan) và nâng cao tính đệm của dung dịch Song, kéo dài thời gian đường hóa ở nhiệt độ 55 - 58oC sẽ làm giảm hoạt tính của enzym Amylase, khả năng nhiễm khuẩn tăng lên và hiệu suất tổng thu hồi giảm Theo một số nghiên cứu thời gian đường hóa tốt nhất là 5 phút, cho hiệu suất tổng thu hồi tăng 37lit cồn/tấn tinh bột so với đường hóa ở 60 phút

Ở các nhà máy sản xuất rượu có thiết bị làm nguội chân không đều thực hiện thời gian đường hóa là 5 phút Nếu làm nguội bằng phương pháp trao đổi nhiệt

bề mặt thông thường thời gian đường hóa là 15 ÷ 30 phút

2 Tối ưu hĩa cơng nghệ lên men

Việc lựa chọn cơng nghệ sản xuất cồn là yếu tố vĩ mơ quyết định tới hiệu suất của tồn nhà máy Trong thực tế hầu hết các phân xưởng chưng cất đều được thiết kế khơng mấy khác biệt Cơng nghệ sản xuất cồn được quyết định bởi cơng nghệ lên men

Hiện nay có hai công nghệ chính đó là: Lên men liên tục và lên men gián đoạn, ngoài

ra còn có công nghệ lên men bán liên tục

2.1 Các công nghệ lên men

 Công nghệ lên men gián đoạn

- Thùng phải được vệ sinh sạch sẽ, các đường ống và van phải được sát trùng

thường xuyên Sau đó toàn bộ được thanh trùng bằng hơi nước Thời gian giữ ở 95-

1000C kéo dài 50-60 phút Thanh trùng xong thùng được làm lạnh đến 300C, tháo hết nước ngưng rồi đóng van đáy Men giống và dịch đường ban đầu có thể bơm song song để nấm men được hòa đều ngay từ đầu Lượng men giống thường chiếm 10% so với thể tích thùng lên men, nhưng dịch đường không bơm đầy thùng ngay mà thời gian

đổ đầy một thùng lên men kéo dài từ 6-8 giờ Nhờ đó tỉ lệ men giống lúc đầu tăng và hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn

- Sau khi đổ đầy thùng ta để cho lên men và cứ 8 giờ lấy đường lên men đem lọc

để xác định độ chua Đồng thời theo dõi nhiệt độ và luôn khống chế thấp hơn 330C

Về cuối nhiệt độ có thể giảm đến 280C

- Lên men được xem là bình thường nếu sau 50 giờ, độ đường biểu kiến của dịch

lên men đã xuống tới 0 (với rỉ đường sẽ khác), còn độ chua không tăng quá 0,8 gam

H2SO4/lít so với độ chua của dịch đường trước khi lên men

- Trường hơp độ chua khi lên men tăng nhanh, độ đường biểu kiến giảm chậm thì

phải nghĩ ngay tới nhiễm khuẩn, cần kiểm tra vi sinh vật và xử lí kịp thời

- Lên men được xem là kết thúc nếu sau 8 giờ độ đường biểu kiến không giảm

hoặc chỉ giảm 0,1 ÷ 0,2 %

- Lên men gián đoạn ở các thùng riêng biệt có ưu điểm dễ làm, khi nhiễm dễ xử

lí nhưng năng suất thu được từ 1 m3 thiết bị thấp Tuy nhiên, phương pháp này vẫn đang được áp dụng chủ yếu ở nước ta và cũng cho hiệu suất khá

 Lên men liên tục

- Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và men giống được cho vào thùng

đầu (thùng lên men chính) luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1 ml dịch Khi đầy thùng đầu thì dịch men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín

- Ưu điểm nổi bật của sơ đồ lên men liên tục là dùng một lượng lớn men giống

nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn Khác với lên men gián đoạn là lượng giống ban đầu chỉ 12 ÷ 15 triệu tế bào/ml nên lên men xảy ra chậm

- Nhiều men giống không những áp đảo được tạp khuẩn mà còn tạo rượu nhanh,

hạn chế sự phát triển của chúng Mặt khác do độ chua của dịch đường cao, pH thấp cũng là một yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn và nấm men hoang dại Sau 24 giờ đã

có 78 % đường được lên men, trong khi đó ở lên men gián đoạn mới chỉ đạt 42 %

- Lên men liên tục là phương pháp tiến bộ và cho hiệu quả cao Tuy nhiên khi áp

dụng cần tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phù hợp, nếu không sẽ phản tác dụng, dễ nhiễm khuẩn hàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men

- Lên men liên tục sẽ kết thúc sau 60-62 giờ, còn lên men gián đoạn vẫn phải kéo

dài tới 72 giờ và hơn nữa

 Lên men cải tiến – lên men bán liên tục

- Để tăng cường tỉ lệ lên men giống mà không cần thêm thiết bị gây men, ta thực

hiên dùng ngay lượng men ở các thùng đang lên men mạnh ở giai đoạn lên men chính, bằng cách dùng acid sulfuric đưa pH về 4,0-4,2; kết hợp với bơm tuần hoàn và làm lạnh Sau 1-2 giờ tan bơm ½ dịch lên men sang thùng khác để làm men giống Tiếp đó

từ từ thêm dịch đường vào cả hai thùng cho tới đầy và để cho lên men tiếp

2.2 Đánh giá các công nghệ lên men

 Công nghệ lên men gián đoạn:

- Thông thường thời gian đòi hỏi cho việc sử dụng hoàn toàn cơ chất là từ 36 ÷

48 giờ Nhiệt độ được giữ ở 20 ÷ 30oC và pH ban đầu được điều chỉnh tới 4,5 Tùy thuộc vào bản chất của nguyên liệu hidrat C, hệ số chuyển hóa nằm vào khỏang 90 ÷ 95% Con số lý thuyết với một nồng độ etanol cuối cùng đạt được là 10-16 % (w/v) Công nghệ lên men gián đoạn đã được vận hành nhiều trong quá khứ vì có thể vận hành dễ dàng, đòi hỏi thấp về khử trùng triệt để, không cần nhân công có tay nghề cao, không có nguy cơ tổn hại về tài chính và nguyên liệu dễ xử lý Tuy nhiên những nhược điểm vốn có của hệ thống này như hiệu suất lên men thấp do thời gian quay vòng cao

và độ dài của pha lag kéo dài đã dẫn đến yêu cầu phải có những cải tiến

- Để tăng năng suất lên men song vẫn giữ tính đơn giản của quá trình lên men

gián đoạn, trong nhiều trường hợp người ta đã sử dụng sự quay vòng tế bào Kỹ thuật này không làm tăng chỉ số chuyển hóa của đường thành etanol, song thời gian yêu cầu

từ lúc bắt đầu lên men đến khi kết thúc quá trình đã giảm tới 60- 70% so với các phương pháp lên men gián đoạn truyền thống Theo một số tác giả việc cấy vào dịch thủy phân bã mía 1 dịch tế bào nấm men đậm đặc (23,6g/l) đã rút ngắn thời gian lên men hoàn toàn 1 dung dịch glucoza có nồng độ ban đầu là 22% xuống còn 6 giờ Độ sống sót của tế bào trong trường hợp lên men nhanh như vậy bị giảm nhanh vì nồng độ etanol cực kỳ cao trong tế bào Hạ nhiệt độ lên men và tăng nồng độ oxy có thể hạn chế mức độ kìm hãm song lại hao hụt về năng suất lên men

 Công nghệ lên men liên tục

- Lên men liên tục loại bỏ được sự hao tốn thời gian trong lên men tĩnh Đó là

thời gian dành cho việc tẩy rửa và làm sạch thiết bị, tái nạp môi trường, thời gian tiêu tốn cho pha lag Ngoài ra, vì vi sinh vật luôn được giữ trong pha sinh trưởng lũy thừa nên năng suất tính theo thời gian tổng số yêu cầu sẽ tăng lên

- Hai nhược điểm chủ yếu trong các hệ thống liên tục là:

o Nhiễm tạp do đột biến xảy ra trong lòng dịch lên men hoặc do cơ thể lạ xâm nhập từ bên ngoài vào

o Khó khăn trong việc giữ 1 tốc độ lên men cao Sở dĩ tốc độ lên men trong các hệ thống này thường thấp là vì tế bào bị chết nhiều do thiếu oxi Để khắc phục người ta thêm 1 số chất như tween 80, ecgosterol, hay axit linolenic vào môi trường lên men hoặc cho nấm men hoặc cho nấm men sinh trưởng trong điều kiện hiếu khí trước khi giai đọan lên men kỵ khí

- Hiệu suất etanol trong một nồi lên men liên tục đơn giản thường bị giới hạn do

sự kìm hãm bởi etanol và bởi 1 nồng độ tế bào thấp Khi nồng độ đường trong dung dịch nạp tăng, hiệu suất etanol sẽ giảm do hiệu quả kìm hãm bởi sản phẩm Ở nồng độ hidrat C thấp, sự kìm hãm dường như giảm đi song nồng độ sinh khối tế bào cũng giảm Do vậy năng suất lên men tối ưu sẽ đạt được ở nồng độ glucoza nạp khoảng 10%

2.3 Lựa chọn công nghệ lên men tối ưu

Phải căn cứ vào nguyên liệu đầu vào và chủng lên men phù hợp với nguyên liệu

đó để có thể lựa chọn được công nghệ lên men tối ưu

Đối với nguyên liệu đầu vào là mật rỉ ta nên lựa chon công nghệ lên men liên tục Do mật rỉ là nguồn nguyên liệu khá an toàn, có khả năng tránh nhiễm trùng tốt Bên cạnh đó chủng men thích hợp để lên men mật rỉ là chủng men chìm với mật độ trung bình của tế bào lớn, khả năng chống chịu môi trường cao, khả năng cạnh tranh với khuẩn dại tốt Đồng thời ta hoàn toàn có thể thu hồi lại lượng men khỏe do dịch dấm chín sau lên men sạch, men chìm xuống nên dễ dàng tách ra nhờ quá trình ly tâm Khi sử dụng công nghệ lên men liên tục với mật rỉ sẽ cho ta hiệu suất lên men tối ưu

Mặc dù công nghệ lên men liên tục có rất nhiều ưu điểm nhưng nó lại không thích hợp để áp dụng cho nguồn nguyên liệu tinh bột sắn Tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu rất dễ bị nhiễm trùng Nhiễm trùng có thể được gây ra bởi rất nhiều công đoạn từ phơi khô, tồn chứa tới vận hành thiết bị Chủng men phù hợp để lên men tinh bột sắn là chủng men nổi Mật độ tồn tại của chúng là thấp, khả năng cạnh tranh với các loại men hoang dại không cao Mặt khác chúng ta không thể thu hồi lại được lượng men khỏe sau lên men do dịch men lẫn một lượng lớn sơ và men nổi có tỷ trọng gần với nước nên không thể tách bằng thiết bị ly tâm Chính vì thế hầu hết các nhà máy sản xuất etanol từ tinh bột sắn đều sử dụng công nghệ lên men gián đoạn để đảm bảo khả năng chống nhiễm khuẩn

Ta cũng phải chú ý tới các chi tiết thiết kế Chẳng hạn như kiểu dáng thùng lên men phải được thiết kế sao cho dễ xả đáy, xả nhanh, xả kiệt Vật liệu chế tạo bồn bể cũng phải được lựa chon sao cho có khả năng chống nhiễm khuẩn tốt nhất Thông thường người ta thường sử dụng thép SS304 hoặc thép đen CF,… Hệ thống đường ống

thiết bị phải thiết kế hạn chế khúc cua, điểm chết để dễ dàng cho công tác vệ sinh Các thiết bị làm mát phải được đặc biệt quan tâm để đảm bảo nhiệt độ làm việc tối ưu cho quá trình lên men,…

3 Tối ưu hóa quá trình nhân men

Quá trình nhân men giống là quá trình nuôi cấy nấm men giống, trong đó, người ta tạo ra một môi trường nuôi cấy thích hợp và cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của nấm men nhằm đảm bảo cung cấp cho quá trình lên men một lượng tế bào men cần thiết, có khả năng lên men cao và có thể thích nghi với môi trường sản xuất thực tế Tác động của các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, pH, hàm lượng chất khô hòa tan tới quá trình nhân men tương tự với quá trình lên men và sẽ được đề cấp tới ở phần sau Ta chỉ đưa ra các yếu tố được quan tâm đặc biệt trong quá trình nhân men

Quá trình nhân men các cấp đầu tiên phải đòi hỏi môi trường tiệt trùng cho men phát triển vì lúc đầu men chưa thể thích nghi ngay với môi trường và rất dễ bị nhiễm khuẩn Thông thường ta tiệt trùng môi trường cho men bằng cách nâng nhiệt tới khoảng 1200C trong vòng 30’ Phải tính toán thời gian làm môi trường cho hợp lý sao cho cấp lên men trước vừa đạt thì môi trường lên cấp men sau vừa phải sẵn sàng Làm như vậy để tránh nhiễm trùng môi trường và đảm bảo dinh dưỡng đầy đủ cho men

Đối với nguyên liệu tinh bột sắn ta phải bổ sung hệ enzim tương tự như đối với quá trình đường hóa do quá trình đường hóa tiếp tục xảy ra trong các thùng lên men

o Super star/ Termosacc: 2 ÷ 4 pao/ 1000 galon dịch

o Lactoside : 1 ÷ 3 ppm

o Alcoholaza II L400: 0,06% khối lượng bột đầu vào

o Thermosaoc

o Rhyzozim: 0,03 ÷ 0,04 % so với khối lượng bột đầu vào

4 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men

4.1 Lựa chọn giống men

Nấm men là tác nhân trực tiếp cho quá trình lên men Vì vây muốn tối ưu hóa quá trình lên men thì trước hết phải trọn được chủng nấm men có hoạt lực lên men mạnh, phù hợp với nguồn nguyên liệu và công nghệ lên men của nhà máy Nấm men dùng trong sản xuất cồn thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng như các loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ (các amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng… qua màng tế bào Chủng này

có tốc độ phát triển mạnh và hoạt lực lên men cao, lên men được nhiều loại đường khác nhau và lên men nhanh, có khả năng chịu được độ etanol cao từ 10 12% Các chủng nấm men này được chia làm 2 loại: nấm men chìm và nấm men nổi