Nghiên cứu hệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Mai Hiên NGHIÊN CỨU HỆ ENZYME THỦY PHÂN TINH BỘT Ở NHIỆT ĐỘ THẤP ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Mai Hiên NGHIÊN CỨU HỆ ENZYME THỦY PHÂN TINH BỘT Ở NHIỆT ĐỘ THẤP ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT Chuyên ngành: Vi Sinh Vật Học Mã số: 60.42.0107 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CBHD: TS. TRẦN THỊ THANH HUYỀN Hà Nội - 2014 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Trần Thị Thanh Huyền, Bộ môn Vi sinh vật học, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ rất nhiều để tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin cảm ơn toàn thể cán bộ phòng thí nghiệm trung tâm Công ty Cổ phần Cồn Rượu Hà Nội, đặc biệt là Kĩ sư Công nghệ Nguyễn Thị Hà đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi khi nghiên cứu tại phòng thí nghiệm. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo đã dạy bảo tôi trong suốt những năm học vừa qua. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã ở bên tôi, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Mai Hiên MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 Chương 1: TỔNG QUAN.................................................................................. 3 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỒN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ......... 3 1.1.1 Tình hình sản xuất cồn trên thế giới ................................................... 3 1.1.2 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam..................................................... 5 1.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT CỒN ............................................................. 8 1.2.1 Nguyên liệu chứa đường ..................................................................... 8 1.2.2 Nguyên liệu xenluloza ....................................................................... 8 1.2.3 Nguyên liệu giàu tinh bột ................................................................... 9 1.3 SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT .................... 14 1.3.1 Sản xuất cồn theo công nghệ truyền thống ....................................... 14 1.3.1.1 Quá trình nghiền nguyên liệu ................................................. 14 1.3.1.2 Quá trình nấu nguyên liệu...................................................... 15 1.3.1.3 Quá trình thuỷ phân nguyên liệu ............................................ 15 1.3.1.4 Quá trình lên men .................................................................. 16 1.3.1.5 Quá trình chưng cất và tinh chế ............................................. 17 1.3.2 Một số tiến bộ trong sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột.......... 17 1.4 CÁC ENZIM THỦY PHÂN TINH BỘT Ở NHIỆT ĐỘ KHÔNG CAO 19 1.4.1 Hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (Stargen 001) .. 19 1.4.2 Enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp .......................................... 21 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............. 23 2.1 NGUYÊN LIỆU ........................................................................................ 23 2.1.1 Sắn ................................................................................................... 23 2.1.2 Gạo ................................................................................................... 23 2.1.3 Enzim ............................................................................................... 23 2.1.4 Nấm men .......................................................................................... 23 2.1.5 Hoá chất ........................................................................................... 24 2.1.6 Dụng cụ và thiết bị............................................................................ 24 2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH................................................................. 24 2.2.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng phương pháp sấy ................... 24 2.2.2 Xác định hàm lượng chất khô ........................................................... 25 2.2.3 Đo pH ............................................................................................... 25 2.2.4 Xác định hàm lượng đường khử theo phương pháp Graxianop ......... 25 2.2.5 Xác định thành phần dịch đường ...................................................... 26 2.2.6 Xác định hàm lượng tinh bột theo phương pháp thủy phân bằng HCl..26 2.2.7 Xác định độ rượu trong giấm chín..................................................... 27 2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT LÊN MEN .......................... 29 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 31 3.1 THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU .............................................................. 31 3.2 ỨNG DỤNG HỆ ENZIM THỦY PHÂN TINH BỘT SỐNG Ở NHIỆT ĐỘ THƯỜNG (Stargen 001) TRONG QÚA TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ GẠO…..31 3.2.1 Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Hà Nội.32 3.2.2 Động học quá trình thuỷ phân tinh bột gạo bởi enzim Stargen 001 ... 34 3.2.3 Ứng dụng enzim Stargen 001trong quá trình đường hoá và lên men đồng thời ........................................................................................................... 36 3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzim Stargen 001 đến quá trình đường hoá và lên men đồng thời ...................................................................................... 41 3.2.5 Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (Stargen 001) trong quá trình sản xuất cồn từ sắn lát ............................................... 43 3.2.6 Lợi ích của việc sử dụng hệ enzim thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường……………………………………………………………………….43 3.3 ỨNG DỤNG ENZIM DỊCH HÓA Ở NHIỆT ĐỘ KHÔNG CAO TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ SẮN LÁT ............................................. 44 3.3.1 Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân.......................................................................................................... 44 3.3.2 Khảo sát quy trình sản xuất cồn từ sắn có sử dụng enzim dịch hóa ở nhiệt độ không cao Spezyme Extra..................................................................... 46 3.3.2.1 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Dextrozyme GA ..................................................... 46 3.3.2.2 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Distillase L-400 ................................................... 50 3.3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình thuỷ phân tinh bột của Spezyme Extra ...................................................................... 53 3.3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzim Spezyme Extra đến quá trình dịch hóa .................................................................................................... 55 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới Bảng 1.2: Sản lượng cồn của một số nhà máy sản xuất cồn có sản lượng lớn Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu Bảng 3.2: Kết quả khảo sát công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Hà Nội Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung nấm men đến hiệu quả quá trình đường hoá và lên men đồng thời Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ enzim Stargen 001 đến quá trình đường hoá và lên men đồng thời Bảng 3.5: Kết quả khảo sát công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân Bảng 3.6: Kết quả khảo sát công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra và enzim đường hóa Dextrozyme GA Bảng 3.7: Thông số công nghệ của quy trình sản xuất cồn từ sắn sử dụng Spezyme Extra và Distillase L-400 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian dịch hoá tới khả năng thuỷ phân tinh bột của enzim Spezyme Extra Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian dịch hoá đến hiệu quả quá trình thủy phân sắn lát bằng enzim Spezyme Extra và Dextrozyme GA Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ enzim Spezyme Extra đến quá trình dịch hóa DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sản lượng cồn của một số nước/vùng trên thế giới qua các năm Hình 1.1 Diện tích và sản lượng sắn cả nước Hình 1.2 Sản lượng sắn thế giới giai đoạn 2005-2010 Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn theo phương pháp truyền thống Hinh 1.4 Phân bố tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất cồn từ tinh bột Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường (Stargen 001) Hình 1.6 Hạt tinh bột gạo chưa hồ hóa bị thủy phân bởi amylaza Hình 3.1 Sơ đồ sản xuất cồn từ gạo theo công nghệ của nhà máy Rượu Hà Nội Hình 3.2 Động học quá trình thuỷ phân tinh bột gạo bởi enzim Stargen 001 Hình 3.3 Sắc ký đồ dịch thuỷ phân bột gạo bởi enzim Stargen 001 Hình 3.4 Sắc ký đồ dịch thuỷ phân bột gạo bởi Termamyl SC và Dextrozyme GA Hình 3.5 Sơ đồ quy trình đường hóa và lên men đồng thời sử dụng enzim Stargen 001 Hình 3.6 và 3.7 Nấm men giai đoạn bắt đầu vào thùng lên men Hình 3.8 và 3.9 Nấm men sau 16h Hình 3.10 và 3.11 Nấm men 32h Hình 3.12 Động học quá trình đường hoá lên men đồng thời sử dụng enzim thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường Stargen 001 Hình 3.13 Quy trình sản xuất cồn theo công nghệ của nhà máy Rượu Đồng Xuân Hình 3.14 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Dextrozyme GA Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Distillase L-400 Hình 3.16 Động học sinh CO2 trong quá trình lên men dịch thủy phân sử dụng các hệ enzim thủy phân khác nhau MỞ ĐẦU Ethyl alcohol (etylic) hay được gọi là cồn, có công thức hoá học là C2H5OH, có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp (như công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm…), nông nghiệp, y tế. Cồn là nguyên liệu để pha chế nhiều loại đồ uống phổ biến ở nhiều nước; cồn còn được dùng để sản xuất nhiều loại hoá chất quan trọng như: axetaldehyt, axit axetic, các este, butanol, glycol, vinyl axetat [6]… Những năm gần đây sản xuất cồn được xem là hướng ưu tiên số một làm nhiên liệu để thay thế xăng ở các nước phát triển nhất là Brazil, Mỹ và một số nước khác như Trung Quốc, Thái Lan… Ngành công nghiệp sản xuất cồn đã có từ rất lâu đời. Kể từ năm 1800 khi nhà máy sản xuất cồn đầu tiên ở Hà Lan được xây dựng [6], thì cho tới nay có hàng loạt nhà máy đã được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới. Tính đến năm 2006, tổng sản lượng cồn trên thế giới đã đạt tới con số 51 tỷ lít [25]. Trên thế giới cồn được sản xuất theo hai con đường. Thứ nhất là lên men truyền thống từ các nguyên liệu thô như rỉ đường (là phế phẩm của nhà máy sản xuất đường từ mía hay củ cải đường) hoặc thuỷ phân các nguyên liệu có chứa tinh bột như ngô, lúa mạch, gạo… hoặc từ sắn để thu lấy dịch đường rồi cho lên men và chưng cất. Thứ hai là tổng hợp từ etylen. Xét về hiệu quả kinh tế thì phương án thứ hai có lợi thế hơn vì nguyên liệu rẻ tiền. Nhưng xét về mặt chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng về công suất sản xuất và trang thiết bị đơn giản thì phương pháp lên men từ gluxit chiếm ưu thế hơn nhiều. Hiện nay trên thế giới 95% cồn được sản xuất theo phương pháp lên men, chỉ có 5% được sản xuất theo con đường tổng hợp hoá học [10]. Quá trình sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu có chứa tinh bột như gạo, ngô, khoai, sắn…là một trong các quá trình công nghệ đã được biết đến từ lâu và phát triển qua hàng thế kỷ. Công nghệ này đặc biệt phát triển với các nước có sản lượng cây lương thực dồi dào như Brazil, Mỹ, Thái Lan, Trung Quốc…Việt Nam là nước nằm ở vùng nhiệt đới, rất thích hợp cho việc trồng các cây lương thực như lúa, ngô, 1 khoai, sắn…không chỉ đảm bảo nguồn lương thực trong nước mà Việt Nam còn là nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai trên thế giới. Còn đối với sắn, hàng năm nước ta cũng xuất khẩu một lượng khá lớn (1,2 triệu tấn/1 năm) [4]. Tuy nhiên việc sử dụng gạo trong sản xuất cồn còn bị hạn chế bởi phải đảm bảo vấn đề an ninh lương thực quốc gia. Cồn được sản xuất từ gạo chỉ sản xuất với mục đích chính là làm cồn thực phẩm và cồn y tế. Tuy nhiên, với xu hướng sử dụng cồn làm nhiên liệu thay thế xăng dầu như hiện nay thì nhu cầu về cồn là rất lớn. Do đó, việc sản xuất cồn từ sắn là một hướng đi thích hợp và đang được chú trọng ở Việt Nam cũng như một số nước trên thế giới. Công nghiệp sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột đã trải qua hàng thế kỷ. Tuy nhiên các công đoạn chính trong sản xuất cồn thì không thay đổi, vẫn bao gồm các quá trình chuyển hoá tinh bột thành đường có khả năng lên men và quá trình lên men đường bởi nấm men. Công nghệ sản xuất cồn cũng từng bước được cải tiến. Trước đây, các nhà máy sản xuất cồn sử dụng quy trình nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất lớn và hiệu suất thấp. Tiếp đó, giai đoạn thuỷ phân tinh bột khi nấu đã giúp quá trình nấu trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả hơn. Tuy nhiên, quá trình nấu vẫn phải tiến hành ở nhiệt độ cao và tiêu tốn nhiều năng lượng. Với mong muốn giảm năng lượng tiêu tốn và giảm tổn thất trong quá trình nấu, tăng năng suất cồn, các nhà nghiên cứu đã nỗ lực phát triển để tạo ra một thế hệ enzim có khả năng thuỷ phân tinh bột ngay ở nhiệt độ thường sử dụng trong quá trình sản xuất cồn. Các enzim mới này mới chỉ được sử dụng ở một số nước châu Âu trên một số nguyên liệu như ngô, gạo, lúa mì. Tuy nhiên do đặc điểm khí hậu, đất đai tại mỗi quốc gia khác nhau nên cây trồng ở mỗi quốc gia cũng khác nhau. Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài:"Nghiên cứu hệ enzyme thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột". Mục tiêu của đề tài đặt ra là khảo sát hoạt động của một số enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp của hãng Gennencor (Stargen 001, Spezyme Extra, Distillase) sử dụng trong quá trình sản xuất cồn từ gạo và sắn lát. 2 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỒN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình sản xuất cồn trên thế giới Cồn etylic có vai trò quan trọng trong nhiều ngành, là nguyên liệu để sản xuất hơn 150 loại sản phẩm khác nhau. Có thể tóm tắt vị trí của cồn etylic trong các ngành công nghiệp như sau [6]:  Quốc phòng: thuốc súng không khói và nhiên liệu hoả tiễn bom bay.  Y tế: sát trùng và pha chế thuốc.  Thực phẩm: rượu mùi, giấm.  Nông nghiệp: thuốc trừ sâu.  Dệt: thuốc nhuộm, tơ nhân tạo.  Chế biến gỗ: sơn, vecni.  Giao thông vận tải: làm nhiên liệu.  Công nghiệp nặng: công nghiệp cao su tổng hợp.  Công nghiệp hoá chất: dung môi hữu cơ.  Công nghiệp khác: đồ nhựa, keo dán, hương liệu… Khi cuộc khủng hoảng năng lượng diễn ra gay gắt vào những năm của thập niên 70 (thế kỷ 20), người ta nghĩ ngay đến một nguồn cung cấp năng lượng khác để thay thế dầu mỏ. Nguồn đầu tiên người ta nghĩ đến là cồn etylic. Cồn kỹ thuật là nhiên liệu cho ô tô và các động cơ rất ưu việt. Đặc biệt trong những năm đầu thế kỷ 21, khi giá dầu thô ngày càng tăng cao thì cồn và nhiên liệu sinh học đã trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu trong những định hướng chiến lược nghiên cứu về năng lượng của nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Braxin đã sử dụng cồn để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20% dùng trong giao thông vận tải. Tại Mỹ, luật pháp 3 của nhiều bang bắt buộc phải sử dụng cồn nhiên liệu pha vào xăng với tỷ lệ là 10%…[22]. Vì vậy mà sản lượng cồn trên thế giới không ngừng tăng trong những năm đầu thế kỷ 21. Sản lượng cồn trên thế giới năm 2004 đạt gần 41 tỷ lít, năm 2005 đạt 45,7 tỷ lít, đến năm 2006 thì sản lượng cồn thế giới đã đạt tới con số 51 tỷ lít và đến năm 2013, theo thống kê con số này đã xấp xỉ 89 tỷ lít[32]. Việc sản xuất cồn chủ yếu từ hai nước lớn là Braxin và Mỹ (chiếm 70% sản lượng cồn thế giới). Braxin luôn đứng đầu sản lượng cồn trên thế giới nhưng đến năm 2007, Mỹ đã vượt lên đứng đầu với sản lượng cồn đạt khoảng 246000 lít, Braxin đã tụt xuống vị trí thứ hai với sản lượng xấp xỉ 190000 lít. Sản lượng cồn của một số nước trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.1 và hình 1.1 Bảng 1.1: Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới[31] Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới (Million Gallons) Nước 2007 2008 USA 6521.00 9309.00 10938.00 13298.00 13948.00 13300.00 13300.00 Brazil 5019.20 6472.20 6578.00 6921.54 5573.24 5577.00 6267.00 Europe 570.30 733.60 1040.00 1208.58 1167.64 1179.00 1371.00 China 486.00 501.90 542.00 541.55 554.76 555.00 696.00 Canada 211.30 237.70 291.00 356.63 462.30 449.00 523.00 Phần còn lại của thế giới 315.30 389.40 914.00 984.61 698.15 752.00 1272.00 Thế giới 2009 2010 2011 2012 2013 13123.10 17406.10 20303.00 23310.91 22404.09 21812.00 22058.00 4 Hình 1.1 Sản lượng cồn của một số nước/vùng trên thế giới qua các năm[31] Ở Châu Á ba nước sản xuất cồn lớn nhất là Trung Quốc, Ấn Độ và Thái Lan. Sản lượng cồn của ba quốc gia trên tăng nhanh qua từng năm bởi chính phủ mỗi nước đều có những kế hoạch xây dựng và phát triển thêm nhiều nhà máy sản xuất cồn với năng suất cao. Thái Lan và Indonesia là hai nước trong khu vực có sự phát triển ổn định về công nghiệp sản xuất cồn trong những năm vừa qua. Cả hai nước này đều xuất khẩu cồn tới Nhật Bản. Thái Lan là nhà xuất khẩu cồn lớn nhất trong khu vực với những trung tâm sản xuất cồn mới có tầm cỡ đang được xây dựng ở Thái Lan. 1.1.2 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam Sản xuất cồn quy mô công nghiệp ở Việt Nam được bắt đầu từ năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng. Trước năm 1945 ở nước ta có các nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng. Tất cả các nhà máy đều sản xuất theo phương pháp amilo. Sau ngày hoà bình lập lại (1955), các nhà máy không còn thiết bị nguyên vẹn nên chính phủ tập trung cải tạo, sửa chữa 5 thành nhà máy rượu Hà Nội với năng suất 6 triệu lít/năm, nhằm cung cấp chủ yếu cho nhu cầu uống cho nhân dân và một phần dành cho xuất khẩu sang các nước Đông Âu. Kể từ đó đến nay, các công đoạn trong công nghiệp sản xuất cồn liên tục được đổi mới và hiện đại hoá nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, ở Việt Nam rượu etylic sản xuất hầu như chỉ phục vụ cho ngành công nghiệp thực phẩm, các ngành khác còn hạn chế. Trong khoảng thời gian những năm cuối thế kỷ 20, sau khi các nước Đông Âu tan rã, công nghiệp sản xuất rượu cồn ở Việt Nam gặp không ít khó khăn do thị trường tiêu thụ bị thu hẹp. Tuy nhiên đến những năm đầu thế kỷ 21, ngành công nghiệp sản xuất cồn lại được chính phủ chú trọng đầu tư cả về mặt vốn đầu tư và thiết bị, công nghệ tiên tiến hiện đại [3]. Chính vì thế mà sản lượng cồn của các nhà máy sẽ ngày càng tăng cao. Sản lượng cồn của một số nhà máy có công suất lớn ở Việt Nam hiện nay được thể hiện ở bảng 1.2. Bảng 1.2: Sản lượng cồn của một số nhà máy sản xuất cồn có sản lượng lớn [22] STT Công suất Nguyên liệu (triệu lít/năm) sử dụng 12,00 Ngũ cốc Đơn vị sản xuất 1 Nhà máy rượu Hà Nội 2 Nhà máy rượu Đồng Xuân 2,5 Ngũ cốc 3 Nhà máy cồn Quảng Ngãi 4,0 Mật rỉ 6 Công ty đường Hiệp Hòa 3,0 Mật rỉ 7 Công ty đường Bình Hòa 3,0 Mật rỉ 8 Công ty rượu Bình Tây 6,0 Mật rỉ và Ngũ cốc 6 Khi nhà máy cồn số 2 của Công ty cổ phần đường mía Lam Sơn (Thanh Hóa) đi vào hoạt động đã bổ sung công suất khoảng 25 triệu lít/ năm. Như vậy tính đến năm 2005 sản lượng cồn của Việt Nam đạt khoảng 50 triệu lít và cn số này đến năm 2012 đã vào khoảng 60 triệu lít. Sản lượng cồn của Việt Nam trong những năm tới cũng sẽ không ngừng tăng. Do hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu sản xuất cồn sinh học đã được đề cập và triển khai. Ngày 20/11/2007, thay mặt thay mặt Thủ tướng Chính phủ, Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải đã ra Quyết định số 177/2007/QĐ-TTG phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025". Mục tiêu chủ yếu của Đề án là phát triển nhiên liệu sinh học góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Theo mục tiêu này đến giai đoạn 20112015, nước ta làm chủ và sản xuất các vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học; ứng dụng thành công công nghệ lên men hiện đại để đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu sinh học. Đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Và tầm nhìn đến năm 2025, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới. Sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Thêm vào đó, công ty cổ phần Dịch vụ du lịch Dầu khí (Petrosetco) đã ký với tập đoàn Itochu Nhật Bản nhằm tiến tới liên doanh đầu tư nhà máy sản xuất ethanol từ sắn công suất 100 triệu lít/năm tại khu công nghiệp Hiệp Phước, thành phố Hồ Chí Minh. Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học ở quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam. Đến khi đi vào hoạt động thương mại nhà máy sẽ cung cấp một lượng lớn nhiên liệu sinh học cho các tỉnh thành của đất nước ta[23]. 7 1.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT CỒN Nguyên liệu sản xuất cồn theo phương pháp lên men có thể chia ra thành ba dạng chính như sau [15]:  Nguyên liệu chứa đường  Nguyên liệu giàu tinh bột  Nguyên liệu xenluloza 1.2.1 Nguyên liệu chứa đường Các nguyên liệu chứa đường ở dạng đơn giản và có khả năng lên men trực tiếp (glucoza, fructoza, maltoza) như đường mía, củ cải đường, đường hoa quả, rỉ đường…Rỉ đường, thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất cồn ở một số nước có ngành công nghiệp mía đường phát triển như Braxin, Cuba, Ấn Độ…Còn đối với nước ta, hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng mật rỉ lớn 360.000 – 600.000 tấn [6]. Tuy nhiên lượng mật rỉ này không chỉ cung cấp cho các nhà máy sản xuất cồn mà còn là nguồn nguyên liệu chính cho các nhà máy sản xuất axít glutamic, sinh khối nấm men. Ngoài ra, giá thành sản xuất cồn tại các nhà máy sản xuất từ rỉ đường cũng thường xuyên biến động. Nhìn chung giá bình quân của cồn sản xuất từ mật rỉ là khá cao. Vả lại giá cồn còn phụ thuộc vào giá mật rỉ và chi phí nhiên vật liệu. Do vậy với mục tiêu trong giai đoạn tới là sản xuất cồn với giá thành rẻ để pha vào xăng nhằm hạ giá thành cho nhu cầu năng lượng của người dân thì rỉ đường chưa thực sự là nguồn nguyên liệu tối ưu cho quá trình sản xuất. 1.2.2 Nguyên liệu xenluloza Xenluloza là một nguồn nguyên liệu dồi dào và có tiềm năng lớn cho ngành sản xuất cồn. Nguyên liệu xenluloza có khả năng tái tạo nhanh, giá rẻ và có thể tận dụng được nguồn phế thải của ngành nông nghiệp hay ngành chế biến nông sản thực phẩm. Tuy nhiên nguyên liệu xenluloza được cấu trúc bởi các lớp xenluloza, hemixenluloza và lignin rất bền. Vì vậy quá trình biến đổi xenluloza thành đường 8 có khả năng lên men là rất hạn chế, năng suất cồn vẫn còn thấp [17, 20]. Do đó để xenluloza trở thành nguồn nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn thì cần có nhiều nghiên cứu kỹ lưỡng hơn. 1.2.3 Nguyên liệu giàu tinh bột Có rất nhiều nguyên liệu có hàm lượng tinh bột khá cao được ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn như ngô, gạo, lúa mỳ, đại mạch, khoai tây, khoai lang...Mỗi vùng mỗi quốc gia lại sử dụng loại nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất cồn như: khoai tây là một trong những nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất cồn ở các nước châu Âu; hay ngô lại là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp cồn của Mỹ, sắn là nguyên liệu chính cho ngành sản xuất cồn của Thái Lan...Còn đối với Việt Nam nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn là sắn, gạo, một phần ngô và khoai. Ngô Thuộc loại hoà thảo (Graminae), loại Zea, loài Zea Mays. Ngô là loại nguyên liệu rất tốt dùng để sản xuất cồn ở nhiều nước trên thế giới, vì trong ngô lượng gluxit rất lớn gồm tinh bột (43,47-61,8%), đường (1,76-4,62%), dextrin và pectin (1,09-14,67%). Năng suất ngô ở nước ta vẫn còn thấp (38,7 tạ/ha); trong khi đó năng suất lúa là 49,8 tạ/ha, khoai 82 tạ/ha, sắn 160,7 tạ/ha [24]. Hiện nay, ở Việt Nam ngô chủ yếu dùng để làm thức ăn gia súc, một phần dùng làm lương thực cho con người và sản xuất một số sản phẩm khác như sản xuất rượu từ ngô. Tuy nhiên sản lượng rượu từ ngô còn rất hạn chế, chủ yếu để xuất khẩu. Do vậy ở nước ta ngô không phải là nguyên liệu hàng đầu cho quá trình sản xuất cồn với sản lượng lớn. Gạo Nước ta có hai vùng trồng lúa chính là đồng bằng sông Hồng ở phía bắc và đồng bằng sông Cửu Long ở miền Nam. Hàng năm sản lượng của cả nước đạt 33 34 triệu tấn thóc. Theo tính toán của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2007 sản lượng cả nước đạt khoảng 36 triệu tấn. Việt Nam đã xuất khẩu 4,53 triệu tấn gạo, đạt hơn 1,4 tỷ USD, đứng hàng thứ hai trên thế giới [24]. Tuy nhiên sản 9 lượng lúa gạo thường không ổn định, do nước ta thường xuyên phải đối đầu với thiên tai: lụt lội, hạn hán, sâu bệnh…Hơn thế nữa tiềm năng lúa gạo của nước ta không thể tăng được nữa. Về lâu dài cũng đứng ở mức đó. Diện tích nông nghiệp thì trong 5 năm qua giảm 340 ngàn ha. Sắp tới do quá trình công nghiệp hoá, mở rộng đường giao thông thì tiếp tục mất thêm một số đất nông nghiệp nữa. Về mặt dân số thì hằng năm tăng chừng một triệu người, nên vấn đề an ninh lương thực sẽ trở nên cấp thiết. Như vậy, mặc dù gạo là nguồn lương thực chính của nước ta nhưng hiện nay ở nước ta, gạo vẫn được sử dụng làm nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn bởi cồn sản xuất từ gạo có nhiều ưu điểm nổi bật. Cồn gạo thích hợp dùng trong ngành công nghiệp thực phẩm như dùng để sản xuất giấm, dùng để pha chế thành các loại rượu có chất lượng cao với đủ loại hương vị khác nhau… Hạt tinh bột gạo có kích thước từ 2 – 10 µm, màu trắng đục và có dạng hình đa giác. Thành phần chủ yếu của gạo là tinh bột (70-80%), protein (8-12%), chất béo (0,4-0,6%), xenluloza (0,6-0,8%). Độ ẩm của gạo thường trong khoảng 11% [6]. Tinh bột gạo gồm hai thành phần: amiloza chiếm từ 13 – 35%, amilopectin chiếm khoảng hơn 65% tuỳ thuộc vào từng loại gạo. Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột gạo nằm trong khoảng 70 – 80oC [5]. 10 Sắn Sắn là cây lương thực đứng hàng thứ sáu trên thế giới và là một trong 15 cây trồng chiếm diện tích lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp của loài người. Cây sắn có nhiều ưu điểm như: cây sử dụng tốt những đất đã kiệt, sản lượng ổn định, năng suất cao, sử dụng lao động tối thiểu và có chứa hàm lượng tinh bột khá cao, thích hợp với khí hậu nhiệt đới ẩm...[2]. Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới. Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực có sản lượng đứng thứ hai sau lúa. Trong các cây lấy củ, sắn có diện tích thấp hơn ngô nhưng năng suất và sản lượng thì cao hơn hẳn [24]. Hơn nữa, hiện nay nhà nước ta đang có những chính sách khuyến khích người nông dân trồng sắn và nhờ việc áp dụng các giống sắn mới có năng suất cao và hàm lượng tinh bột lớn nên sản lượng và năng suất sắn ngày càng tăng cao, diện tích trồng sắn cũng ngày càng được mở rộng (Hình 1.2). Hiện tại, sản lượng sắn của Việt Nam đứng thứ mười trên thế giới, đứng thứ năm ở châu Á. Hình 1.2 Diện tích và sản lượng sắn cả nước 11 Hình 1.3 Sản lượng sắn thế giới giai đoạn 2005-2010 Ứng dụng chính của sắn ở nước ta hiện này là làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất tinh bột, làm sắn lát để xuất khẩu, làm thức ăn gia súc. Do vậy giá thành không cao. Nếu đưa vào chế biến thành nhiên liệu sinh học, chẳng những ổn định được thị trường mà còn góp phần cải thiện đáng kể giá cả. Chẳng hạn giá xuất khẩu một tấn sắn lát hiện khoảng 110 đô la Mỹ và với 1,2 triệu tấn, hàng năm sản phẩm này chỉ mang lại cho Việt Nam 132 triệu đô la Mỹ. Nhưng nếu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ra 480.000 tấn ethanol (2,5 tấn sắn lát sản xuất được một tấn ethanol) thì Việt Nam sẽ tiết kiệm được khoảng 330 triệu đô la Mỹ dùng để nhập xăng. Ngoài ra, Việt Nam có thể sử dụng giống biến đổi gen cho năng suất cao để sản xuất nguyên liệu cho ngành nhiên liệu sinh học, qua đó giúp nâng cao thu nhập cho nông dân đặc biệt ở khu vực trung du và miền núi. Khả năng cạnh tranh của sắn với mía trong quá trình sản xuất cồn sẽ phụ thuộc rất nhiều vào giá thành. Sắn là cây dễ trồng cho năng suất cao nên giá thành thu mua rẻ, nên về lâu dài sắn sẽ có vị thế cạnh tranh – nếu không nói là tốt hơn – như nguyên liệu cho nền kinh tế nhiên liệu cồn. Hơn thế nữa sắn có khả năng bảo 12 quản dưới dạng lát khô đảm bảo cho hoạt động sản xuất nhà máy quanh năm. Như vậy thực tế ở Việt Nam cho thấy nếu phát triển ngành sản xuất cồn làm nhiên liệu sinh học thì sắn sẽ là nguyên liệu có nhiều tiềm năng. Cấu tạo của củ sắn gồm bốn phần chính [5]:  Vỏ gỗ chiếm từ 0,5-3% khối lượng củ. Lớp vỏ củ có thể có màu trắng, vàng hoặc nâu. Vỏ gỗ gồm các tế bào sít, cấu tạo từ xenluloza, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ khỏi bị ảnh hưởng của ngoại cảnh.  Vỏ cùi hay vỏ thịt, chiếm từ 8 – 10% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi gồm các tế bào thành dày, ngoài xenluloza là chính còn chứa 5 – 8% tinh bột. Trong vỏ cùi có các sắn tố, độc tố, enzim…  Thịt sắn, là thành phần chủ yếu của củ sắn, bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng. Thành phần vỏ tế bào nhu mô là xenluloza, pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất. Lượng tinh bột trong thịt sắn phân bố không đều, nhiều nhất ở lớp ngoài rồi giảm dần vào bên trong.  Ngoài các tế bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ xenluloza nên cứng như gỗ. Loại tế bào này có nhiều ở đầu cuống và ở các củ sắn lưu niên. Thành phần chủ yếu của sắn là tinh bột (65 – 70%), protein (1,75%), chất béo (0,9%), xenluloza (3,4%), chất tro (1,8%). Độ ẩm của sắn thường trong khoảng 14% [6]. Hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 đến 40 µm với những hạt lớn 25-35 µm, hạt nhỏ 5-15 µm và nhiều hình dạng. Hạt tinh bột có cấu trúc dạng xốp, liên kết giữa các phần tử trong cấu trúc phân tử yếu nên nó dễ bị phân hủy bởi các tác nhân như axit và enzim hơn so với các hạt tinh bột khác như ngô và gạo [5]. Tinh bột sắn có hai thành phần cấu tạo: amiloza chiếm 18 - 22%, amilopectin chiếm 78 - 80%. Nhiệt độ bắt đầu hồ hoá của tinh bột sắn là 58oC, nhiệt độ hồ hoá là 65oC và nhiệt độ hồ hoá hoàn toàn là 68oC. Tinh bột sắn có màu trắng sáng, óng ánh khi nhìn dưới nắng. Tinh bột bị hồ hoá biến thành màu nâu trong hơi ngả về 13 xám. Tinh bột sắn không có mùi đặc trưng, khi hồ hoá dậy mùi đặc trưng dễ phân biệt với các loại tinh bột khác. Khi hồ hoá, độ nhớt tăng rất nhanh, độ dính rất cao so với tinh bột khoai và các loại củ khác [1]. 1.3 SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT 1.3.1 Sản xuất cồn theo công nghệ truyền thống [6] Công nghệ sản xuất cồn theo phương pháp truyền thống được thể hiện tóm tắt ở hình 1.4. Hình 1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn theo phương pháp truyền thống Theo sơ đồ sản xuất này, quy trình sản xuất cồn có thể chia thành các công đoạn chính: nghiền nguyên liệu, nấu và đường hoá, lên men, chưng cất. 1.3.1.1 Quá trình nghiền nguyên liệu Mục đích của quá trình nghiền nguyên liệu là làm nhỏ nguyên liệu để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào trong các thành phần của nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình nấu, đường hoá và các quá trình thuỷ phân khác nhanh và triệt để hơn. Trước đây, nguyên liệu đưa vào quá trình nấu thường để nguyên hạt hay lát to nên thời gian nấu, đường hoá kéo dài và 14 sự thuỷ phân các chất không triệt để. Ngày nay, nguyên liệu được nghiền nhỏ với mức độ nghiền khác nhau rồi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp nhằm biến tinh bột thành trạng thái hoà tan. 1.3.1.2 Quá trình nấu nguyên liệu (quá trình dịch hóa) Trong các dạng nguyên liệu như gạo, ngô, khoai, sắn,.. hạt tinh bột luôn nằm trong các màng tế bào. Khi nghiền, chỉ một phần các màng đó bị phá vỡ, phần lớn các màng tế bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzim amylaza với tinh bột. Mặt khác, ở trạng thái không hòa tan, amylaza tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả. Vì vậy, mục đích chủ yếu của quá trình nấu nguyên liệu là nhằm làm trương nở hạt tinh bột, sau đó phá vỡ màng tế bào của tinh bột tạo điều kiện để chúng biến thành dạng hoà tan trong dung dịch. 1.3.1.3 Quá trình thuỷ phân nguyên liệu Sau khi kết thúc quá trình nấu tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hoà tan nhưng chưa thể lên men được mà phải trải qua quá trình thuỷ phân tinh bột để biến thành đường có khả năng lên men. Quá trình chuyển hoá tinh bột thành đường được gọi là quá trình đường hoá. Quá trình này đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn. Nó quyết định đến phần lớn hiệu suất thu hồi cồn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thuỷ phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hoá. Trước kia người ta thường sử dụng axit HCl hoặc axit H2SO4 để thuỷ phân tinh bột, nhưng hiện nay rất ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất thu hồi cồn lại thấp. Ở một số nước trên thế giới vẫn còn sử dụng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch) để thuỷ phân tinh bột trong sản xuất cồn nhưng phần lớn hiện nay các nước đều dùng amylaza có nguồn gốc vi sinh vật. Tiêu biểu là hai chế phẩm enzim dịch hóa Termamyl SC và enzim đường hóa Dextrozyme GA của hãng Novo Đan Mạch. Termamyl SC là chế phẩm amylaza dạng lỏng chịu được nhiệt độ cao được sản xuất từ chủng vi khuẩn Bacillus licheniformis. Termamyl SC là một endo- 15 amylaza có tác dụng thủy phân liên kết α-1,4 glucozit của amyloza và amylopectin. Tinh bột dưới tác dụng của Termamyl SC nhanh chóng tạo thành dextrin và oligosaccarit tan trong nước, làm giảm độ nhớt của dịch bột đã được hồ hóa. Chế phẩm Termamyl dễ hòa tan trong nước ở một nồng độ nhất định trong điều kiện thường. Điều kiện tối ưu cho enzim Termamyl SC hoạt động là vùng pH = 5 - 7 và nhiệt độ tối ưu là 90 - 95oC. Dextrozyme GA là một enzim glucoamylaza được thu nhận từ chủng Aspergillus đã được biến đổi gen. Dextrozyme GA có dạng lỏng màu nâu, tỷ trọng 1,15 g/ml. Dextrozyme GA có tác dụng thủy phân các nối liên kết α-1,4 và 1,6-D glucozit của tinh bột đã được dịch hóa. Trong quá trình thủy phân enzim tách từng đơn vị glucoza từ đầu không khử của mạch tinh bột. Điều kiện tối ưu cho enzim hoạt động là nhiệt độ 60 - 62oC và pH = 4,1 - 4,3. 1.3.1.4 Quá trình lên men Sau khi đường hoá xong, dịch đường được làm nguội tới 28 - 32oC và bơm vào thùng lên men (còn gọi là thùng ủ). Ở đây dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ được biến thành rượu và khí cacbonic cùng nhiều sản phẩm trung gian khác. Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu - nước – bã gọi là giấm chín. Quá trình lên men có thể được chia thành ba giai đoạn chính: lên men sơ bộ, lên men chính và lên men phụ. Trong giai đoạn đầu, thời gian kéo dài gần 60 giờ đặc trưng cho thời kỳ tiềm phát, lượng đường được lên men rất ít. Giai đoạn hai kéo dài khoảng từ giờ thứ 60 đến giờ thứ 120, sinh trưởng của nấm men và lên men tăng nhanh, đạt tới cực đại - đặc trưng cho thời kỳ lên men chính. Giai đoạn ba đặc trưng cho lên men phụ kéo dài, tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch còn rất ít, các dextrin chưa kịp biến thành đường. Trong quá trình lên men còn tạo ra một số sản phẩm phụ như một số axit hữu cơ (axit axêtic, axeton...), rượu bậc cao (alcol propylic, izopropylic...) và một số este. 16 1.3.1.5 Quá trình chưng cất và tinh chế Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất bay hơi ra khỏi dấm chín. Giấm chín là sản phẩm sau quá trình lên men bao gồm: các chất dễ bay hơi như rượu, este và một số alcol có số nguyên tử cacbon lớn hơn 2 và một lượng nhỏ tinh bột, đường, dextrin… Chất lượng của cồn thành phẩm phụ thuộc nhiều vào quá trình chưng cất và tinh chế. Để loại được tạp chất đòi hỏi hệ thống phải có những tháp cất tốt. Quá trình tinh chế là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao độ cồn. Sản phẩm của cồn tinh chế có độ cồn trong khoảng 90 – 96% thể tích. 1.3.2 Một số tiến bộ trong sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột Quy trình sản xuất cồn theo phương pháp truyền thống vẫn được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và Việt Nam. Tuy nhiên phương pháp này vần có nhiều nhược điểm như:  Nấu ở nhiệt độ cao nên gây tổn thất đường do tinh bột bị cháy và biến đổi thành đường không lên men được. Ngoài ra, nấu ở nhiệt độ cao đòi hỏi những thiết bị phức tạp gồm bộ phận cấp hơi, làm lạnh…Do đó sẽ tốn vật liệu chế tạo thiết bị.  Độ nhớt của dịch cháo trong quá trình nấu rất cao do vậy cánh khuấy phải hoạt động với cường độ cao.  Nồng độ đường trong dịch đường trước khi lên men cao nên nấm men phải chịu áp suất thẩm thấu cao, ảnh hưởng tới sự phát triển và khả năng lên men của nấm men dẫn đến hiệu suất lên men thấp.  Đặc biệt, quá trình nấu ở nhiệt độ cao tiêu tốn nhiều năng lượng: tiêu tốn khoảng từ 10-15% tổng lượng năng lượng trong toàn bộ quá trình sản xuất cồn (tuỳ thuộc vào nhiệt độ của quá trình nấu) (Hình 1.5) [11]. 17 70 60 50 40 % 30 20 10 0 Nghiền Nấu, Lên men Chưng Tinh chế đường cất hoá Hinh 1.5 Phân bố tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất cồn từ tinh bột Qua biểu đồ đồ này chúng ta cũng nhận thấy rõ giai đoạn chưng cất tiêu tốn rất nhiều năng lượng, chiếm tới gần 70% năng lượng cung cấp cho toàn bộ quá trình sản xuất cồn. Tuy nhiên công nghệ màng thấm-bay hơi (pervaporation) có thể tách được hơn 95% etanol trong quá trình lên men mà không cần tới quá trình chưng cất. Việc tinh chế loại bỏ tạp chất để thu được cồn cao độ chỉ cần thực hiện ở nhiệt độ thường (30oC). Ngoài ra khi sử dụng màng thấm-bay hơi, cồn được tách ra liên tục trong quá trình lên men nên không gây ảnh hưởng của nồng độ cồn tới sự sinh trưởng và phát triển của nấm men [14]. Đó là một cải tiến mới trong quá trình chưng cất còn trong quá trình lên men cũng có nhiều nghiên cứu đáng quan tâm. Phương pháp cố định tế bào nấm men được ứng dụng khá phổ biến trên thế giới, các tế bào nấm men được nuôi cấy và được giam giữ trong một không gian phản ứng mà vẫn giữ được tính chất xúc tác của chúng và làm cho chúng được tái sử dụng nhiều lần hoặc liên tục để tạo ra sản phẩm. Ngoài phương pháp này còn có một số phương pháp khác như: lên men liên tục tái sử dụng tế bào hay tái sử dụng tế 18 bào với hệ thống chân không. Và hiện nay đang có một hướng nghiên cứu rất mới lạ. Đó là ứng dụng nấm men có hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường vào quá trình sản xuất cồn [19]. Khi nghiên cứu thành công, quá trình sản xuất cồn sẽ trở nên vô cùng đơn giản và không cần tới các enzim thuỷ phân tinh bột. Việc áp dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp đã mang lại khá nhiều thành công cho quá trình sản xuất cồn ở một số nước trên thế giới. Đặc biệt khi sử dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường quá trình sản xuất cồn chỉ còn thực hiện ở 30oC, các thiết bị nấu đường hoá được loại bỏ (Hình1.6), quá trình sản xuất cồn thực hiện quá trình đường hoá lên men đồng thời, rút ngắn thời gian sản xuất. Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường (Stargen 001) Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường cũng như hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp trên nguyên liệu của Việt Nam sẽ là một hướng đi phù hợp cho ngành sản xuất cồn của nước ta trong thời kỳ đổi mới cải tiến công nghệ như hiện nay [3]. Trước khi áp dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột này, chúng ta sẽ tìm hiểu các đặc tính nổi bật của hệ enzim này. 19 1.4 CÁC ENZIM THỦY PHÂN TINH BỘT Ở NHIỆT ĐỘ KHÔNG CAO 1.4.1 Hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (Stargen 001) Stargen 001 là một hỗn hợp α-amylaza và glucoamylaza được thu nhận từ hai chủng nấm mốc Aspergillus kawachi và Aspergillus niger. Hỗn hợp enzim có pH tối ưu nằm trong khoảng 4,0 - 4,5. Chúng có khả năng thuỷ phân tinh bột chưa hồ hoá ở nhiệt độ thường (30oC), giải phóng trực tiếp ra đường glucoza [26, 27]. Đã có khá nhiều nghiên cứu về khả năng thủy phân tinh bột sống của hệ enzim amylaza như amylaza từ chủng Lactobacillus amylovorus có thể hấp thụ lên bề mặt hạt tinh bột khoai tây và thủy phân chúng; hay amyloglucosidaza của Aspergillus awamori cũng có khả năng hấp phụ trên bề mặt hạt tinh bột và cắt liên kết nhánh; hay Aspergillus Spezyme Extra.K-27 sản xuất một hệ α-amylaza và GA ngoại bào tác dụng đồng thời lên tinh bột ngô và tinh bột khoai tây sống. Khác với các enzim thủy phân tinh bột đã hồ hóa, enzim thủy phân tinh bột sống hoạt động theo cơ chế hấp phụ trên bề mặt hạt tinh bột và tấn công hạt tinh bột bằng cách tạo nhiều lỗ trên bề mặt hạt. Tuy nhiên khả năng thủy phân tinh bột sống phụ thuộc vào nguồn tinh bột và enzim. Sự liên kết giữa hai thành phần amylose, amylopectin và cấu trúc tinh thể là những yếu tố ảnh hưởng tới khả năng thủy phân tinh bột sống của amylaza. Khi hàm lượng amyloza trong hạt tinh bột càng cao thì khả năng thuỷ phân tinh bột sống của amylaza càng kém [5, 18]. Quan sát trên kính hiển vi điện tử ta có thể thấy được một phần cơ chế tấn công và thủy phân hạt tinh bột gạo sống (Hình 1.7). Glucoamylaza từ A. niger tấn công hạt tinh bột theo diện rộng bằng cách tạo nhiều lỗ nhỏ, còn α-amylaza từ chủng nấm mốc A. kawachi lại có xu hướng tạo những lỗ lớn và sâu trên bề mặt hạt tinh bột. Đặc biệt khi kết hợp cả hai enzim trên trong chế phẩm enzim Stargen 001 thì hiệu quả thủy phân tinh bột tốt hơn hẳn. Hạt tinh bột bị “khoan” sâu và rộng hơn [27, 13]. Hiện nay chế phẩm thủy phân tinh bột sống (Stargen 001) của hãng Genencor đang được sử dụng rất rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất cồn của Mỹ. Chế phẩm này đã được ứng dụng rất thành công trên nguyên liệu gạo, lúa mỳ 20 và ngô. Do vậy chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt động của enzim Stargen 001 trong quá trình sản xuất cồn từ hai nguyên liệu chính của Việt Nam là gạo và sắn lát. A: α-amylaza từ chủng nấm mốc A. kawachi B: glucoamylaza từ A. niger A+B: hỗn hợp α-amylaza và glucoamylaza Hình 1.7 Hạt tinh bột gạo chưa hồ hóa bị thủy phân bởi amylaza Ngoài chế phẩm enzim thuỷ phân có khả năng thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường, hãng Genencor còn đưa ra một số enzim nấu đường hoá ở nhiệt độ thấp và không cần quá trình đun sôi. Ứng dụng hệ enzim nấu đường hoá này sẽ giảm được một phần chi phí năng lượng cho quá trình sản xuất cồn. 1.4.2 Enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp Enzim dịch hoá ở nhiệt độ không cao (Spezyme Extra) là một α-amilaza chịu nhiệt có nguồn gốc từ vi khuẩn B. licheniformic thuỷ phân hiệu quả liên kết α-1,4 glucozit thành các dextrin và oligosaccarit; do đó làm giảm độ nhớt của dịch bột một cách nhanh chóng. Spezyme Extra có khả năng thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ 70 - 75oC [28]. Distillase L-400 là một glucoamylaza có nguồn gốc từ nấm mốc. Distillase có tác dụng thuỷ phân các nối kết α-1,4 và 1,6-D glucozit của tinh bột đã được dịch 21 hoá. Điều kiện tối ưu cho enzim hoạt động là nhiệt độ 60-62oC và pH = 4,0 - 4,5 [29]. Hệ enzim nấu đường hoá này đã được ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ sắn của Thái Lan [11]. Do vậy chúng tôi tiếp tục nghiên cứu hệ enzim vào quá trình sản xuất cồn từ sắn của Việt Nam. 22 Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU 2.1.1 Sắn Sắn được lấy từ nhà máy rượu Thanh Ba – Phú Thọ với các chỉ tiêu nguyên liệu ban đầu như sau: hàm lượng tinh bột 65 - 67%, độ ẩm khoảng 14%. 2.1.2 Gạo Gạo được mua tại cửa hàng gạo ở chợ Mơ, với các chỉ tiêu cần đạt được là hàm lượng tinh bột lớn hơn 70%, độ ẩm dưới 14%, không bị mối mọt. 2.1.3 Enzim Enzim sử dụng trong nghiên cứu bao gồm những enzim sau:  Enzim dịch hoá: Termamyl SC – NOVO, Đan Mạch. Spezyme Extra – Genencor, Mỹ.  Enzim đường hoá: Dextrzyme GA – NOVO, Đan Mạch. Distillase L-400 –Genencor, Mỹ.  Enzim thuỷ phân tinh bột sống: Stargen 001– Genencor, Mỹ. 2.1.4 Nấm men Nấm men sử dụng trong nghiên cứu là nấm men khô của công ty Mauri – La Ngà, Đồng Nai, Việt Nam, nấm men có đặc điểm sau:  Chủng nấm men: Saccharomyces cerevisae.  Nhiệt độ tối ưu: 28 – 32oC.  Tế bào hình ôvan, sinh sản chủ yếu bằng phương pháp nảy chồi. 23 2.1.5 Hoá chất Các hoá chất sử dụng trong nghiên cứu là các hóa chất cơ bản (NaOH, H2SO4, K3Fe(CN)6...), có độ tinh khiết phân tích, có sẵn trong phòng thí nghiệm trung tâm của Công ty Cổ phần Cồn Rượu Hà Nội. 2.1.6 Dụng cụ và thiết bị  Các dụng cụ thường sử dụng trong phòng thí nghiệm: ống nghiệm, bình tam giác, pipet...  Chiết quang kế.  Máy đo pH cầm tay.  Máy đo cồn cầm tay, để bàn.  Cồn kế.  Bộ cất cồn.  Tủ ấm.  Bếp điện.  Cân điện tử. 2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 2.2.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng phương pháp sấy Nguyên tắc: Tách ẩm ra khỏi nguyên liệu bằng cách sấy ở 100 – 105oC đến khối lượng không đổi. Cách tiến hành: Cân khoảng 5 gam bột đã nghiền nhỏ trong hộp nhôm đã biết trọng lượng. Mở nắp và đặt hộp nhôm vào tủ sấy có nhiệt độ 105oC, sau 3 giờ sấy đậy nắp và làm nguội trong bình hút ẩm, sau đó cân lại, ghi số cân. Sấy tiếp 30 24 – 60 phút. Sau đó đem làm nguội và cân lại lần 2. Nếu sai số hai lần không quá 0,001g thì xem như quá trình tách nước kết thúc. Độ ẩm của nguyên liệu (%)được tính theo công thức: W m1  m2  100 , % (m/m) m1 Trong đó: m1 - khối lượng mẫu trước khi sấy (g); m2 - khối lượng mẫu sau khi sấy (g). 2.2.2 Xác định hàm lượng chất khô Xác định theo phương pháp hoá lý dùng chiết quang kế. 2.2.3 Đo pH Đo pH theo phương pháp hoá lý bằng pH meter. 2.2.4 Xác định hàm lượng đường khử theo phương pháp Graxianop Nguyên tắc: Đường khử khi đun nóng với dung dịch kiềm cùng với ferixyanua sẽ khử ferixyanua thành feroxyanua và đường khử chuyển thành axit đường. Dùng xanh metylen xanh làm chất chỉ thị sẽ mất màu xanh khi phản ứng kết thúc. Phản ứng chính như sau: o t 2K3Fe(CN)6 + 2KOH + CH2OH(CHOH)4CHO  2K4Fe(CN)6 + 2H2O + COOH(CHOH)4COOH Cách tiến hành: Dùng pipet lấy đúng 20 ml dung dịch ferixyanua kali cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vào đó 5 ml dung dịch KOH 2,5N và 3 – 4 giọt metylen (nếu nồng độ dịch đường thấp hơn 0,25% thì lấy 10 ml ferixyanua kali và 2,5 ml dung dịch KOH). Lắc nhẹ và đặt trên bếp điện hoặc bếp ga, đun sao cho sau 1 – 2 phút thì sôi. Tiếp đó dùng dung dịch đường loãng để chuẩn tới mất màu của xanh metylen. Chú ý màu của hỗn hợp phản ứng sẽ thay đổi từ xanh sang phớt hồng và cuối cùng là vàng da cam thì kết thúc. 25 Hàm lượng đường có trong dịch pha loãng được tính như sau: D a f  1000 (g/l) m Trong đó: a: lượng đường glucoza chứa trong m (ml) dịch pha loãng và tương ứng với 20 ml Ferixyanua kali. F: hệ số pha loãng. 1000: hệ số quy đổi ra lít. Xác định hệ số a ta làm như sau: Cân 0,5g đường glucoza tinh khiết pha thành 100ml để thu đường dịch đường có nồng độ 0,5%. Lấy dung dịch này làm dung dịch chuẩn, chuẩn 20ml ferixyanua. Hệ số a được tính bằng ao.0,005 (ao là số ml dịch đường chuẩn vừa xác định). 2.2.5 Xác định thành phần dịch đường bằng sắc ký lỏng cao áp Xác định theo phương pháp hoá lý bằng máy sắc ký lỏng cao áp (Dionex Summit, Mỹ). Đường được phân tách bằng cột Aminex HPX-87P (Biorad, CA, Mỹ). Nhiệt độ cột phân tích là 80°C và pha động sử dụng là nước với vận tốc dòng 0,6 ml/phút. Thời gian phân tích 1 mẫu là 20 phút và kết quả phân tích được xử lý trên phần mềm Chromelon (Dionex, Mỹ) [22]. 2.2.6 Xác định hàm lượng tinh bột theo phương pháp thủy phân bằng HCl Nguyên tắc: Thuỷ phân tinh bột thành đường trong dung dịch HCl 2% ở điều kiện đun sôi trong bình cách thuỷ trong thời gian 2 giờ. Dịch đã thuỷ phân được làm nguội và trung hoà bằng NaOH với chỉ thị methyl da cam. Hàm lượng đường trong dung dịch được xác định theo phương pháp xác định Graxianop. Cách tiến hành: Cân khoảng 2g bột rồi chuyển toàn bộ vào bình tam giác hoặc bình cầu có dung tích 250 ml. Tiếp theo cho thêm 100 ml HCl 2% (100 ml nước cất cộng thêm 6 ml HCl 35%), đậy nút cao su và nối với ống sinh hàn khí. Lắc 26 nhẹ rồi đặt nồi vào đun cách thuỷ, đun tới sôi và cho sôi khoảng 2 giờ. Mức nước ở nồi cách thuỷ phải luôn cao hơn mức nước trong bình thuỷ phân, phải chuẩn bị nước sôi để bổ sung vào. Sau hai giờ thuỷ phân, toàn bộ lượng tinh bột đã chuyển hoá thành glucoza, làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi thêm 4 – 5 giọt metyl da cam, dùng NaOH 10% để trung hoà axit tới đổi màu. Chú ý chỉ trung hoà khi đã làm nguội đến 30oC, vì ở nhiệt độ cao và kiềm cục bộ thì glucoza sẽ bị phân huỷ làm kết quả thiếu chính xác. Trung hoà xong ta chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 250 ml, tráng bình rồi thêm nước cất tới ngấn bình và đem lọc. Tiếp đó xác định hàm lượng đường trong dịch đường thu được theo phương pháp Graxianop. Hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu TB (%) được tính theo công thức: TB  a  b  100  0,9 , % bm Trong đó: a - số gam glucoza tương ứng với 20 ml ferixyanua kali; b - số mililít dịch đường loãng tiêu hao khi định phân; m - số gam bột ở mẫu thí nghiệm; 0,9 - hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. 2.2.7 Xác định độ rượu trong giấm chín Cách tiến hành: Lấy 100 ml dịch lọc giấm chín có nhiệt độ xấp xỉ 20oC cho vào bình định mức 100 ml, rót dịch giấm vào bình cất rồi tráng bình bằng 100 ml nước cất rồi cũng đổ vào bình cất 1 có dung tích khoảng 500 ml. Nối bình với hệ thống chưng cất, tiến hành chưng cất cho tới khi nước ngưng ở bình 2 còn 2 – 3 ml nữa thì đầy tới ngấn 100 ml. Cất xong đặt bình 2 vào nồi điều nhiệt và giữ ở nhiệt độ 20oC (cùng nhiệt độ khi lấy dịch giấm). 27 Sau 10 đến 15 phút thêm nước cất tới ngấn bình, đậy kín và chuẩn bị đo nồng độ rượu trong dung dịch bằng máy đo cồn cầm tay hoặc sử dụng cồn kế. 28 2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT LÊN MEN Hiệu suất lên men được tính theo công thức sau: Lượng cồn chứa trong giấm chín  LM = Lượng cồn tính theo lý thuyết Ta có: Quá trình thủy phân tinh bột thành đường theo phương trình sau: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 162 (1) 180 Quá trình lên men đường thành rượu xảy ra theo phương trình sau: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 180 92 (2) 88 Từ phương trình (2) ta thấy: Cứ 180 g đường glucoza cho ta 92 g cồn etylic Vậy ứng với 100 g đường glucoza sẽ cho ta x (g) cồn êtylic x= 92.100 = 51,11 (g) 180 Ở 20oC tỷ trọng của cồn là: d420 = 0,79 Vậy tương ứng với 51,11 (g) cồn là: 51,11 = 64,76 ml cồn. 0,79 Từ phương trình (1) ta có: Hệ số chuyển đổi tinh bột thành đường là: 180 = 1,11 162 Vậy cứ 100 g tinh bột sẽ cho ta 64,767. 1,11 = 71,945  72 ml cồn. Tóm lại hiệu suất lên men được tính theo công thức sau: 29  LM  ac , (%) m  b  0,72 Trong đó: a: lượng cồn chứa trong giấm chín (g) c: nồng độ cồn trong giấm chín (%V) m: lượng nguyên liệu (g) b: hàm lượng tinh bột có trong nguyên liệu (%) 0,72: hệ số chuyển tinh bột thành cồn 30 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU Trước khi tiến hành các nghiên cứu, nguyên liệu chính sử dụng trong quá trình sản xuất cồn được phân tích để xác định chất lượng. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chính của nguyên liệu được thể hiện ở bảng 3.1. Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu Nguyên liệu Sắn Gạo Chỉ tiêu Hàm lượng tinh bột (%) 67% ± 3,5 71,5% ± 2,7 Độ ẩm (%) 14,1% ± 0,5 10,9% ± 1 Kết quả nhận được cho thấy sắn lát và gạo dùng trong sản xuất cồn đạt chỉ tiêu chất lượng cho sản xuất cồn theo quy định của các nhà máy đang sử dụng hiện nay. 3.2 ỨNG DỤNG HỆ ENZIM THỦY PHÂN TINH BỘT SỐNG Ở NHIỆT ĐỘ THƯỜNG (Stargen 001) TRONG QÚA TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ GẠO Rất nhiều nghiên cứu đã sử dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống trong quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu gạo và ngô. Tuy nhiên đối với mỗi loại nguyên liệu khác nhau thì khả năng hoạt động của enzim lại khác nhau và điều kiện xử lý nguyên liệu ban đầu cũng khác nhau [30]. Như vậy khả năng ảnh hưởng của nguyên liệu đến hoạt động của enzim khá rõ rệt. Vì vậy chúng tôi tiến hành khảo sát ứng dụng của enzim này trên nguyên liệu gạo và sắn của Việt Nam. 31 3.2.1 Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Hà Nội Để có thể so sánh hiệu quả của enzim mới này trên gạo của nước ta, trước tiên chúng tôi tiến hành khảo sát quy trình sản xuất cồn từ gạo theo công nghệ của nhà máy rượu Hà Nội, một trong những nhà máy sản xuất cồn hàng đầu của Việt Nam. Quy trình công nghệ được thể hiện ở hình 3.1. Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 3.2. Gạo Nghiền  100% lọt qua rây d =1,2mm  Nồng độ dịch bột: 25%, pH = 5-6 Nấu  Termamyl SC: 0,033%  90oC trong 30 phút; đun sôi 30 phút Đường hoá  65oC, bổ sung thuốc sát trùng (0,0025% )  60oC, bổ sung GA với tỷ lệ 0,03%  Giữ 1 giờ Lên men  Nhiệt độ 30oC  Urê: 0,025%  Nấm men: 0,032% Chưng cất Hình 3.1 Sơ đồ sản xuất cồn từ gạo theo công nghệ của nhà máy Rượu Hà Nội Mô tả qui trình: Gạo được cấp vào thiết bị nghiền bột. Bột được nghiền nhỏ và phải lọt qua rây có đường kính d=1,2mm mới được cấp vào nồi nấu bột. Tại nồi nấu, bột và nước được cấp vào theo tỉ lệ bột là 25% (một phần bột và ba phần nước). Đây là tỉ lệ nấu tối ưu được sử dụng để vừa đạt được sự tối ưu về thiết bị cũng như kết quả lên men cuối cùng có hàm lượng đường sót và tinh bột sót thấp 32 nhất. Trước khi cấp bột vào thùng người ta hòa một lượng nhỏ enzim Termamyl SC với nước để lót đáy sau đó quá trình cấp bột mới được bắt đầu. Kết thúc quá trình cấp bột lượng enzim được bổ sung theo đúng tỉ lệ là o,033%. Nhiệt độ của thùng nấu luôn được duy trì là 90oC trong 30’, pH luôn ở trong khoảng 5-6. Sau đó thùng nấu được đun sôi 30’ rồi chuyển sang thùng đường hóa. Khi nhiệt độ thùng đường hóa đạt 65oC thì bổ sung thuốc sát trùng theo tỉ lệ 0,0025%, xuống đến 60oC thì bổ sung enzim đường hóa Dextrzyme GA theo tỉ lệ 0,03%. Quá trình đường hóa được giữ trong khoảng 1h rồi mới chuyển sang thùng lên men. Nấm men được đánh tan rồi đổ vào thùng lên men trước khi cấp dịch đường hóa. Tỉ lệ nấm men được bổ sung là 0,032%. Nhiệt độ thùng lên men luôn được duy trì 30-32oC. Ure bổ sung theo tỉ lệ 0,025%. Tùy theo yêu cầu mà quá trình lên men được giữ trong thùng lâu hay mau. Thời gian lên men có thể để từ 96-120h. Sau đó dịch lên men được chuyển sang chưng cất. Bảng 3.2: Kết quả khảo sát công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Hà Nội Chỉ tiêu Các quá trình Dịch hoá Đường hoá Lên men Nồng độ chất khô (oBx) 19,8 20,2 6,0 Lượng đường khử (g/l) 33,3 78,5 1,8 Độ rượu trong giấm chín (%V) - - 11,2 Lượng CO2 thoát ra (g/l) - - 85,6 Hiệu suất lên men (%) - - 87,0 Số liệu thu được ở bảng 3.2 cho thấy: nồng độ cồn trong giấm chín đạt 11,2%V, hiệu suất lên men đạt 87%. Quá trình lên men mạnh trong 96 giờ đầu và vẫn tiếp tục lên men trong khoảng thời gian tiếp theo. Độ rượu trong giấm chín đạt 11,2%V sau khoảng 120 giờ. Theo công bố của nhà máy Rượu Hà Nội, hiệu suất 33 lên đạt từ 87÷90%, độ rượu trong giấm chín từ 10÷11%V. Như vậy kết quả thu được ở bảng 3.2 có thể sử dụng làm kết quả so sánh cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.2.2 Động học quá trình thuỷ phân tinh bột gạo bởi enzim Stargen 001 Hiện nay tại các nhà máy sản xuất cồn, tinh bột đều được nấu ở nhiệt độ cao để chuyển thành trạng thái hoà tan cho enzim thuỷ phân tinh bột dễ hoạt động. Tuy nhiên enzim Stargen 001 có thể thuỷ phân trực tiếp tinh bột sống thành đường khử ngay ở nhiệt độ thường. Do vậy trước khi thực hiện quá trình lên men chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt động của enzim Stargen 001 trên tinh bột gạo ở nhiệt độ thường (30oC). Mẫu thí nghiệm được chuẩn bị như sau: bột gạo được hoà trộn với nước để đạt được nồng độ dịch bột là 25%. Hỗn hợp được điều chỉnh pH về giá trị 4,5. Sau đó enzim Stargen 001 được bổ sung với liều lượng: 2,5 kg/ tấn chất khô. Quá trình thuỷ phân diễn ra ở 30oC trong điều kiện 2 – 3 giờ khuấy trộn 2 – 3 phút [29, 30]. Trong quá trình thuỷ phân, mẫu được lấy ra để phân tích hàm lượng đường khử, chất hoà tan và thành phần các chất hoà tan trong dịch. Kết quả động học thuỷ phân tinh bột gạo bởi enzim Stargen 001 được thể hiện ở hình 3.2. Lượng chất hoà tan (g) 14 12 10 8 Bx 6 Đường khử 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (giờ) Hình 3.2 Động học quá trình thuỷ phân tinh bột gạo bởi enzim Stargen 001 34 Từ đồ thị 3.2 chúng ta thấy tại các thời điểm khác nhau hàm lượng đường khử tạo ra tương đương với hàm lượng chất khô hoà tan có trong hỗn hợp. Điều này chứng tỏ đường khử là thành phần chủ yếu của các chất hoà tan trong dịch. Điều này tiếp tục được khẳng định khi chúng tôi tiến hành phân tích đồng thời thành phần các chất có trong dịch đường được thuỷ phân bởi enzim Stargen 001 và dịch đường được thuỷ phân bởi hai enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ cao là Termamyl SC và Dextrozyme GA theo phương pháp sắc ký lỏng cao áp (Hình 3.3 và Hình 3.4). Kết quả thu được từ sắc ký đồ cho thấy với quá trình thuỷ phân tinh bột sử dụng enzim dịch hoá Termamyl và enzim đường hoá Dextrozyme GA thì quá trình dịch hoá và đường hoá ban đầu tạo ra hỗn hợp dextrin và oligosaccarit phân tử lượng cao và chỉ có một lượng nhỏ glucoza và mantoza được tạo ra. Tuy nhiên khi thuỷ phân tinh bột bằng enzim Stargen 001 thì thành phần dịch đường tại các thời điểm khác nhau chỉ gồm đường maltoza và glucoza. Điều này hoàn toàn phù hợp với cơ chế hoạt động của hỗn hợp α-amylase và glucoamylase trong chế phẩm Stargen 001. Nhờ hoạt động đồng thời của hỗn hợp hai enzim trên mà tinh bột sẽ được thuỷ phân triệt để tạo thành glucoza và một lượng nhỏ maltoza [31]. 50,0 STA 22 µRIU 40,0 30,0 2 - Glucose - 12,465 20,0 10,0 %D: 0,0 % %C: 0,0 % 1 - Maltose - 10,675 %B: 0,0 % Flow: 0,600 mL/min -5,0 0,0 min 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 Hình 3.3 Sắc ký đồ dịch thuỷ phân bột gạo bởi enzim Stargen 001 35 50,0 HN 22 µRIU 40,0 30,0 20,0 5 - Glucose - 12,462 10,0 %D: 0,0 % %C: 0,0 % 4 - Maltose - 10,699 %B: 0,0 % Flow: 0,600 mL/min -5,0 0,0 min 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 Hình 3.4 Sắc ký đồ dịch thuỷ phân bột gạo bởi Termamyl SC và Dextrozyme GA Như vậy khả năng tạo ra lượng đường có khả năng lên men ngay ở 30oC mở ra một hướng nghiên cứu kết hợp quá trình đường hoá và lên men đồng thời để rút ngắn thời gian toàn bộ quá trình sản xuất cồn. Do vậy chúng tôi tiếp tục nghiên cứu quá trình đường hoá lên men đồng thời có sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột ở 30oC. 3.2.3 Ứng dụng enzim Stargen 001 trong quá trình đường hoá và lên men đồng thời (SSF) Như nhận xét ở trên, enzim Stargen 001 có khả năng thực hiện quá trình đường hoá lên men đồng thời. Quy trình đường hoá lên men đồng thời được tiến hành theo sơ đồ ở hình 3.5. 36 Gạo Nghiền Hoà bột  Nồng độ dịch bột: 25%  pH = 4,5 Đường hoá + lên men  Stargen 001: 2,5 kg/tấn chất khô  Nấm men: 0,032% Chưng cất Hình 3.5 Sơ đồ quy trình đường hóa và lên men đồng thời sử dụng enzim Stargen 001 Mô tả qui trình: Gạo sau khi được nghiền nhỏ, lọt qua rây nghiền có đường kính d=1,2mm mới được đi vào thùng hòa bột. Nồng độ dịch bột là 25% (tương đương với tỉ lệ một phần bột, ba phần nước). Duy trì pH thùng hòa bột là 4,5. Dịch hòa trộn được chuyển sang thùng đường hóa lên men. Bổ sung một lượng nhỏ enzim Stargen 001 và nấm men để lót đáy thùng sau đó mới cấp dịch bột vào. Khi nào đầy thùng lên men thì hoàn thành quá trình cấp đủ lượng enzim và nấm men theo đúng tỉ lệ: Stargen 001: 2,5 kg/tấn bột, nấm men: 0,032%. Cần lưu ý là nấm men phải được đánh tan cùng nước mới cho vào thùng lên men. Thời gian lên men được giữ lâu hay mau tùy yêu cầu, thường từ 96-120h sau đó mới được chuyển sang giai đoạn chưng cất. Do yêu cầu của công nghệ sản xuất cồn từ tinh bột, nồng độ đường trước khi lên men chỉ cần đủ để nấm men sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn đầu của quá trình lên men. Nếu nồng độ đường ban đầu quá thấp sẽ không đủ cho nấm men sinh sản và phát triển, có thể gây ra hiện tượng đình chỉ lên men sớm và đường sót nhiều, dẫn đến hiệu suất lên men không cao. Còn nếu nồng độ đường quá cao sẽ 37 gây ức chế sự phát triển của nấm men và giảm hoạt lực của enzim đường hoá. Do vậy chúng tôi đã tiến hành khảo sát thời điểm bổ sung nấm men để thực hiện quá trình lên men nhằm đạt hiệu quả cao. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 3.3. Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung nấm men đến hiệu quả quá trình đường hoá và lên men đồng thời Thời điểm bổ sung nấm men (giờ) Các chỉ tiêu 10 20 24 Nồng độ chất khô (oBx) 5,6 7,4 8,6 Hàm lượng đường khử (g/l) 43,5 61,1 75,8 Độ rượu (%V) 7,63 10,16 11,64 Đường sót (g/l) 2,0 2,26 2,4 Hiệu suất lên men (%) 60,0 79,4 90,0 Chỉ tiêu trước lên men Chỉ tiêu sau lên men Khi bổ sung nấm men tại các thời điểm khác nhau ta nhận thấy bổ sung nấm men tại thời điểm sau 24 giờ hoạt động của enzim Stargen 001 cho hiệu quả cao nhất. Do đó chúng tôi lựa chọn thời điểm bổ sung nấm men là thời điểm enzim Stargen 001 đã thuỷ phân tinh bột được 24 giờ để tiến hành khảo sát động học quá trình lên men. Kết quả thu được được thể hiện ở đồ thị hình 3.12. Một số hình ảnh nấm men ở những thời điểm hoạt động khác nhau mà chúng tôi thu được: +) Giai đoạn mới bắt đầu vào thùng lên men: 38 Hình 3.6 Nấm men giai đoạn Hình 3.7 Nấm men giai đoạn bắt đầu vào thùng lên men bắt đầu vào thùng lên men +) Giai đoạn lên men 16h: Hình 3.8 Nấm men sau 16h Hình 3.9 Nấm men sau 16h +) Giai đoạn lên men 32h: 39 Hình 3.10 Nấm men 32h Hình 3.11 Nấm men 32h Qua biểu đồ hình 3.12 ta thấy sau khi bổ sung nấm men được 7 giờ thì cồn bắt đầu được hình thành và liên tục tăng trong 48 giờ tiếp theo. Sau 48 giờ nồng độ cồn vẫn tăng nhưng với tốc độ chậm hơn. Quá trình lên men kết thúc sau 72 giờ. Nồng độ đường vấn tiếp tục tăng trong 7 giờ đầu nhưng bị giảm mạnh trong những giờ tiếp theo và không đổi sau khoảng 30 giờ. Điều này chứng tỏ đến thời điểm này đường được tạo ra bao nhiêu đã được nấm men hấp thụ và chuyển hoá thành rượu. Điều này hoàn toàn phù hợp với nhiều nghiên cứu về quá trình đường hoá lên men 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 30 40 5 6 Nồng độ chất tan (%) Nồng độ cồn (%V) đồng thời trong sản xuất cồn [11, 23, 30]. Cồn Bx 7 Thời gian (giờ) Hình 3.12 Động học quá trình đường hoá lên men đồng thời sử dụng enzim thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường Stargen 001 40 Như vậy với việc sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường đã cho hiệu suất lên men tương đương với hiệu suất lên men của quy trình sản xuất cồn theo phương pháp nấu đường hoá ở nhiệt độ cao mà thời gian lên men được rút ngắn đáng kể, một số thiết bị sử dụng trong giai đoạn nấu đường hoá đã được loại bỏ. Điều này sẽ giúp giảm chi phí về thiết bị, hơi, nhiệt cho nhà máy. Nhưng với mục tiêu giảm được lượng chế phẩm enzim thuỷ phân tinh bột mà vẫn đạt được hiệu quả lên men mong muốn, chúng tôi tiếp tục khảo sát quá trình đường hóa lên men đồng thời với lượng enzim thuỷ phân tinh bột thấp hơn. 3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzim Stargen 001 đến quá trình đường hoá và lên men đồng thời Với mục đích giảm chi phí nguyên liệu đầu vào mà vẫn có thể thu được hiệu suất lên men mong muốn, chúng tôi tiếp tục khảo sát ở nồng độ enzim Stargen 001 thấp hơn. Tuy nhiên khi giảm lượng enzim đồng nghĩa với việc lượng đường khử tạo ra theo thời gian sẽ ít hơn và muốn đạt được nồng độ đường ban đầu khoảng 62 g/l thì thời gian để enzim Stargen 001 hoạt động phải kéo dài hơn. Do vậy chúng tôi lựa chọn thời điểm bổ sung nấm men là 25 giờ sau khi bổ sung enzim Stargen 001. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 3.4. 41 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ enzim Stargen 001 đến quá trình đường hoá và lên men đồng thời Nồng độ enzim Stargen 001 (kg/tấn chất khô) 1,5 2,0 Các chỉ tiêu Chỉ tiêu trước lên men Nồng độ chất khô (oBx) 6,6 7,6 Hàm lượng đường khử (g/l) 56,4 62,85 Chỉ tiêu sau lên men Độ rượu (%V) 10,5 10,8 Đường sót (g/l) Hiệu suất lên men (%) 4,5 82,1 2,5 84,7 Số liệu thu được từ bảng 3.4 cho thấy với nồng độ enzim 1,5 kg/tấn chất khô hay 2,0 kg/tấn chất khô, hiệu quả quá trình đường hoá và lên men đều thấp hơn so với khi sử dụng nồng độ enzim Stargen 001 là 2,5kg/tấn chất khô. Khi nồng độ enzim thấp, vận tốc phản ứng thuỷ phân của enzim thấp. Do đó lượng đường tạo ra trong quá trình đường hoá lên men đồng thời thấp. Điều này ảnh hưởng tới sự phát triển, sinh sản và lên men của nấm men. Vì thế hiệu suất lên men thấp. Như vậy việc sử dụng enzim Stargen 001 với liều lượng thấp hơn 2,5 kg/tấn chất khô sẽ cho hiệu quả lên men thấp. Các kết quả nghiên cứu thu được cho thấy enzim Stargen 001 có thể thuỷ phân tinh bột sống ở 30oC. Quá trình đường hoá lên men đồng thời sử dụng Stargen 001 cho hiệu suất lên men tương đương với hiệu suất lên men của quy trình truyền thống. Tuy nhiên hiện nay ở nước ta một lượng khá lớn cồn được sản xuất từ nguyên liệu sắn, vì vậy khả năng ứng dụng của hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống này trong sản xuất cồn từ sắn là một vấn đề cần được giải đáp. 42 3.2.5 Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (Stargen 001) trong quá trình sản xuất cồn từ sắn lát Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm thuỷ phân sắn lát bởi enzim Stargen 001 trong các điều kiện giống như khi tiến hành trên nguyên liệu gạo. Kết quả thu được là enzim Stargen 001 không có khả năng thuỷ phân sắn lát ở nhiệt độ thường. Điều này có thể được giải thích là do cấu trúc hai nguyên liệu khác nhau nên enzim không thể tác động. Đối với sắn lát, hạt tinh bột vẫn được bao bọc bởi các lớp hemixenluloza và xenluloza do đó enzim Stargen 001 không thể tiếp xúc với hạt tinh bột và như vậy không thể thực hiện được quá trình thuỷ phân. 3.2.6 Lợi ích của việc sử dụng hệ enzim thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường Khảo sát tại quá trình sản xuất cồn từ gạo ở nhà máy rượu Hà Nội chúng tôi nhận thấy như sau. Nếu sử dụng enzim Stargen 001, quá trình đường hóa và lên men diễn ra đồng thời. Như vậy không phải nâng nhiệt cho quá trình nấu lên đến nhiệt độ cao là 95oC nữa. Chúng tôi tính toán với công suất nấu tối đa là 3800kg bột/h thì cả quá trình nấu và chưng cất sử dụng hết khoảng 11 tấn hơi/h trong đó có khoảng 4 tấn hơi dùng cho nấu và 11 tấn hơi dùng cho chưng cất. Quá trình nấu xảy ra ở nhiệt độ thường thì sẽ tiết kiệm được khoảng 4 tấn hơi/h như vậy một ngày sản xuất sẽ tiết kiệm được 96 tấn hơi. Ở nhà máy rượu Hà Nội chúng tôi sử dụng than để đốt lò sinh ra hơi. Một ca sản xuất ước tính sử dụng khoảng 11 tấn than. 1 tấn than khi đốt sinh ra khoảng 8 tấn hơi. Như vậy có thể tiết kiệm được 96:8=12 tấn than một ngày. Tính ra giá trị kinh tế nhà máy có thể tiết kiệm được 2200x12000=26400000 (Triệu). Bên cạnh việc tiết kiệm về nhiên liệu, điện năng cũng được tiết kiệm khi mà có thể giảm tải được hoạt động của một số thiết bị. Chúng tôi tính được một ngày sản xuất có thể giảm được 2.624.643 VNĐ. Tổng kinh phí một ngày có thể tiết kiệm được là 29.024.643 VNĐ. Kinh phí giảm thiểu một ngày có thể nhỏ nhưng tính trên cả năm sản xuất thì đó lại lại 43 một con số đáng suy nghĩ. Số tiền tiết kiệm được có thể được dùng thể cải tiến trang thiết bị để ngày một hiện đại hơn hoặc phục vụ vào nhiều mục đích khác… 3.3 ỨNG DỤNG ENZIM DỊCH HÓA Ở NHIỆT ĐỘ KHÔNG CAO TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ SẮN LÁT Đối với sắn lát việc sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ không cao để thay thế cho enzim dịch hoá truyền thống (Termamyl) cũng có thể giúp quá trình dịch hoá được tiến hành ở nhiệt độ không cao mà không cần quá trình đun sôi dịch cháo. Nếu thực hiện được điều này, chi phí năng lượng cho quá trình nấu-đường hóa có thể được giảm bớt. Do vậy chúng tôi tiếp tục nghiên cứu quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu sắn sử dụng enzim dịch hóa ở nhiệt độ không cao (Spezyme Extra). 3.3.1 Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân Trước khi tiến hành các thí nghiệm trên enzim dịch hoá ở nhiệt độ không cao, chúng tôi tiến hành khảo sát quy trình sản xuất cồn từ sắn theo công nghệ của nhà máy Rượu Đồng Xuân, một trong những nhà máy sản xuất rượu cồn từ sắn lớn nhất của Việt Nam đang hoạt động ổn định với năng suất khá cao (hình 3.13). Kết quả thu được thể hiện ở bảng 3.5. 44 Sắn Nghiền  100% lọt qua rây d = 1,2mm  Nồng độ dịch bôt: 21% Nấu  Termamyl SC: 143ml/1 tấn sắn  90oC trong 5-10 phút; 100oC trong 30-60 phút  70oC, bổ sung thuốc sát trùng: 0,015% Đường hoá  60oC, bổ sung Dextrozyme GA: 410 ml/1 tấn sắn  Thời gian: 60 phút  Nhiệt độ: 30oC Lên men  Urê: 0,05%  Nấm men: 1 – 1,5 kg/10000 lít Chưng cất Hình 3.13 Quy trình sản xuất cồn theo công nghệ của nhà máy Rượu Đồng Xuân Mô tả qui trình: Sắn được cấp vào thiết bị nghiền để nghiền nhỏ thành bột. Bột sau khi nghiền phải lọt qua rây d-1,2mm mới đạt yêu cầu cấp cho quá trình nấu. Cấp bột và nước vào thùng nấu theo tỉ lệ bột là 21%. Trước khi cấp bột thì lót đáy thùng bằng một lượng nhỏ enzim dịch hóa Termamyl SC và nước. Khi đầy thùng nấu thì bổ sung đủ enzim Termamyl theo tỉ lệ 143ml/tấn bột sắn. Giữ nhiệt độ thùng nấu ở 90oC khoảng 5-10 phút sau đó đun sôi khoảng 30-60 phút. Kết thúc quá trình, 45 dịch nấu được chuyển sang thùng đường hóa. Khi nhiệt độ dịch đường hóa hạ xuống còn 70oC thì bổ sung thuốc sát trùng theo tỉ lệ 0,015%. Nhiệt độ thùng dịch hóa hạ xuống 65oC thì bổ sung enzim Dextrozyme GA theo tỉ lệ 410 ml/tấn bột sắn. Giữ thời gian dịch hóa trong 1h rồi chuyển dịch sang thùng lên men. Trước khi cấp dịch thì lót đáy thùng lên men bằng nước và nấm men đã được đánh tan. Giữ nhiệt độ thùng lên men ở 30-32oC. Đầy thùng bổ sung ure với tỉ lệ 0,05%, nấm men với tỉ lệ 1-1,5kg/10000l dịch. Thời gian lên men kéo dài khoảng 96-120h sau đó được chuyển sang chưng cất. Bảng 3.5: Kết quả khảo sát công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân Các chỉ tiêu Dịch hoá Đường hoá Lên men Nồng độ chất khô (oBx) 17,6 18,0 5,0 Lượng đường khử (g/l) 24,3 80,7 2,0 Độ rượu trong giấm chín (%V) - - 9,2 Lượng CO2 thoát ra (g/l) - - 73,3 Hiệu suất lên men (%) - - 90,5 Kết quả thu được ở bảng 3.5 cho thấy hiệu suất lên men của toàn bộ quá trình là 90,5%, tiêu hao nguyên liệu cho một lít cồn là 2,4 kg. Kết quả này phù hợp với công bố của nhà máy rượu Đồng Xuân: hiệu suất lên men của quá trình đạt từ 90 – 95%, tiêu hao nguyên liệu cho một lít cồn là 2,4 kg. Kết quả thu được có thể coi đây là cơ sở đáng tin cậy để đánh giá một số quy trình công nghệ sản xuất cồn có sử dụng một số enzim mới. 3.3.2 Khảo sát quy trình sản xuất cồn từ sắn có sử dụng enzim dịch hóa ở nhiệt độ không cao Spezyme Extra 3.3.2.1 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Dextrozyme GA 46 Quá trình dịch hóa trong công nghệ sản xuất cồn từ sắn lát của nhà máy Rượu Đồng Xuân vẫn phải thực hiện ở nhiệt độ cao (95oC) và đun sôi từ 30-60 phút để đảm bảo tinh bột được hòa tan hoàn toàn. Tuy nhiên khi sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra quá trình dịch hóa chỉ cần tiến hành ở nhiệt độ không cao (70-75oC) mà tinh bột vẫn được hòa tan. Do vậy chúng tôi tiến hành khảo sát enzim Spezyme Extra trong quá trình sản xuất cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân. Quy trình được thể hiện ở hình 3.14. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 3.6. Bảng 3.6: Kết quả khảo sát công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra và enzim đường hóa Dextrozyme GA Các chỉ tiêu Các quá trình Dịch hoá Đường hoá Lên men Nồng độ chất khô ( Bx) 18,0 18,2 5,0 Lượng đường khử (g/l) 47,2 87,5 1,8 Độ rượu trong giấm chín (%V) - - 9,5 Lượng CO2 thoát ra (g/l) - - 86,9 Hiệu suất lên men (%) - - 92,5 o 47 Bột sắn  Dịch bột: 26-32% DS, pH 5,5 Dịch hoá  Spezyme Extra: 0,15kg/1 tấn nguyên liệu  Nhiệt độ: 75oC  Thời gian: 120 phút  Nhiệt độ: 60oC Đường hoá  Dextrozyme GA: 410 ml/1 tấn nguyên liệu  Thời gian: 60 phút  Nhiệt độ: 30oC Lên men  Urê: 0,05%  Nấm men: 1,5 kg/10000 lít Hình 3.14 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Dextrozyme GA Mô tả qui trình: Sắn được nghiền nhỏ thành bột rồi được cấp sang thùng dịch hóa. Bột phải phải lọt qua rây có d=1,2mm mới đạt tiêu chuẩn. Tại thùng dịch hóa: bột hòa với nước theo tỉ lệ bột là 26-32%. Giữ pH thùng dịch hóa ổn định ở 5,5. Bổ sung Spezyme Extra theo tỉ lệ 0,15kg/tấn nguyên liệu. Giữ nhiệt độ dịch hóa ở 48 75oC, thời gian dịch hóa duy trì là 120 phút. Kết thúc quá trình dịch hóa chuyển dịch sang thùng đường hóa. Giữ nhiệt độ thùng đường hóa ở 60oC. Đầy thùng bổ sung enzim Dextrozyme theo tỉ lệ 410ml/tấn nguyên liệu. Thời gian dịch hóa là 60 phút. Kết thúc quá trình, chuyển dịch sang thùng lên men. Bổ sung nấm men đã được đánh tan vào thùng theo tỉ lệ 1,5kg/10000l. Giữ nhiệt độ lên men ở 30oC, bổ sung ure theo tỉ lệ 0,05%. Sau 96-120h chuyển dịch lên men sang chưng cất. Kết quả thu được ở bảng 3.6 cho thấy quá trình dịch hoá tinh bột bởi Spezyme Extra chỉ cần tiến hành ở 75oC mà hàm lượng chất khô hoà tan đã đạt lượng tương đương khi sử dụng Termamyl SC, hiệu quả lên men tốt hơn, lượng CO2 thoát ra nhiều hơn. Điều này chứng tỏ khi quá trình dịch hóa ở nhiệt độ thấp và không cần quá trình đun sôi đã làm giảm tổn thất đường và sự tạo thành các hợp chất có thể gây ức chế cho sự phát triển của nấm men sau này. Như vậy Spezyme Extra có thể thực hiện quá trình dịch hóa không đun sôi mà vẫn đảm bảo hiệu suất lên men cho quá trình sản xuất cồn. 49 3.3.2.2 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Distillase L-400 Enzim đường hóa có ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu suất và thời gian lên men bởi lượng đường cung cấp cho nấm men hoạt động phụ thuộc vào khả năng thủy phân tinh bột tới đường có khả năng lên men [31]. Do đó chúng tôi tiếp tục khảo sát quá trình sản xuất cồn sử dụng enzim Spezyme Extra trong quá trình dịch hóa và một enzim đường hóa khác là Distillase L-400. Quy trình công nghệ được thể hiện ở hình 3.15. Các kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 3.7. Bột sắn  Dịch bột: 26-32%, pH = 5,5 Dịch hoá  Spezyme Exra: 0,15kg/1 tấn nguyên liệu  Nhiệt độ: 75oC  Thời gian: 120 phút  Nhiệt độ: 60oC, pH = 4,2 Đường hoá  Distillase: 1,0 kg/1 tấn nguyên liệu  Thời gian: 60 phút  Nhiệt độ: 30oC Lên men  Urê: 0,05%  Nấm men: 1,5 kg/10000 lít Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Distillase L-400 Mô tả qui trình: Sắn được nghiền nhỏ thành bột rồi được cấp sang thùng dịch hóa. Bột phải phải lọt qua rây có d=1,2mm mới đạt tiêu chuẩn. Tại thùng dịch hóa: bột hòa với nước theo tỉ lệ bột là 26-32%. Giữ pH thùng dịch hóa ổn định ở 5,5. Bổ 50 sung Spezyme Extra theo tỉ lệ 0,15kg/tấn nguyên liệu. Giữ nhiệt độ dịch hóa ở 75oC, thời gian dịch hóa duy trì là 120 phút. Kết thúc quá trình dịch hóa chuyển dịch sang thùng đường hóa. Giữ nhiệt độ thùng đường hóa ở 60oC, duy trì pH=4,2. Đầy thùng bổ sung enzim Distillase theo tỉ lệ 1,5kg/tấn nguyên liệu. Thời gian dịch hóa là 60 phút. Kết thúc quá trình, chuyển dịch sang thùng lên men. Bổ sung nấm men đã được đánh tan vào thùng theo tỉ lệ 1,5kg/10000l. Giữ nhiệt độ lên men ở 30oC, bổ sung ure theo tỉ lệ 0,05%. Sau 96-120h chuyển dịch lên men sang chưng cất. 51 Bảng 3.7: Thông số công nghệ của quy trình sản xuất cồn từ sắn sử dụng Spezyme Extra và Distillase L-400 Các chỉ tiêu Dịch hoá Đường hoá Lên men Nồng độ chất khô (oBx) 18,0 18,2 5,0 Lượng đường khử (g/l) 47,2 81,0 2,0 Độ rượu trong giấm chín (%V) - - 9,3 Lượng CO2 thoát ra (g/l) - - 83,5 Hiệu suất lên men (%) - - 90,7 Kết quả thu được từ bảng 3.7 cho thấy khi sử dụng enzim đường hóa Distillase hiệu suất lên men chỉ đạt xấp xỉ hiệu suất lên men cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân. Như vậy kết quả khảo sát ba quy trình sản xuất cho thấy quá trình sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra và enzim đường hóa Dextrozyme GA cho hiệu suất lên men cao nhất. Điều này cũng được khẳng định qua động học quá trình lên men dịch đường được thủy phân bởi các hệ enzim khác nhau (Hình Lượng CO2 (g/l) 3.16) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Termamyl + GA Spezyme Extra + GA Spezyme Extra + Distillase 0 24 48 72 96 120 144 Giờ Hình 3.16 Động học sinh CO2 trong quá trình lên men dịch thủy phân sử dụng các hệ enzim thủy phân khác nhau 52 Với mục tiêu thay thế enzim Termamyl bằng enzim Spezyme Extra trong quá trình sản xuất cồn từ sắn tại Việt Nam hiện nay, chúng tôi tiếp tục khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của enzim dịch hóa Spezyme Extra. 3.3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình thuỷ phân tinh bột của Spezyme Extra Hoạt động của enzim phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và thời gian diễn ra phản ứng. Khi nhiệt độ tăng thì hoạt độ của enzim tăng nhưng đến một nhiệt độ nào đó thì hoạt tính của enzim lại giảm. Tại mỗi nhiệt độ phản ứng thuỷ phân tinh bột bởi enzim chỉ cần thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định. Nếu thời gian phản ứng ngắn thì quá trình dịch hoá chưa hoàn toàn, nếu thời gian phản ứng dài hiệu quả dịch hoá không cao đồng thời cũng làm giảm đáng kể hoạt tính của enzim [32]. Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hoạt động của enzim Spezyme Extra, chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt động của enzim Spezyme Extra tại các nhiệt độ 65oC, 70oC, 75oC. Tại mỗi nhiệt độ, thời gian dịch hoá được thay đổi: 60 phút, 90 phút, 120 phút. Các thí nghiệm được tiến hành ở điều kiện: nồng độ dịch bột 21%, pH 5,5, tỉ lệ enzim sử dụng là 0,15 kg Spezyme Extra/1 tấn nguyên liệu. Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian dịch hoá tới khả năng thuỷ phân tinh bột của enzim Spezyme Extra Các chỉ tiêu 65oC 70oC 75oC 60 phút 90 phút 120 phút Nồng độ chất khô (oBx) 14,0 14,6 15,6 Đường khử (g/100ml) 2,81 3,22 4,31 Nồng độ chất khô (oBx) 16,6 17,4 17,6 Đường khử (g/100ml) 3,16 3,6 4,53 Nồng độ chất khô (oBx) 17,6 17,8 18,0 Đường khử (g/100ml) 3,36 4,04 4,44 53 Qua bảng kết quả trên ta thấy ở 65oC, hiệu suất hòa tan cũng như đường khử tạo ra kém hơn rõ rệt so với 70 và 75oC. Ở 70 và 75oC, hiệu suất hòa tan và lượng đường khử tạo ra chênh lệnh nhau không nhiều. Do sản phẩm thủy phân của quá trình dịch hóa ảnh hưởng tới hoạt động của enzim đường hóa nên chúng tôi tiếp tục nghiên cứu để chọn ra nhiệt độ và thời gian dịch hoá thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men sau này. Nhận thấy tại 3 điểm: dịch hoá ở 70oC trong thời gian 90 phút; 70oC trong thời gian 120 phút và 75oC trong thời gian 60 phút, lượng chất khô hoà tan là tương đương nhau và xấp xỉ lượng chất khô hoà tan khi dịch hoá bằng Termamyl nên chúng tôi quyết định chọn ba điểm này để thực hiện nghiên cứu trên. Các thí nghiệm được tiến hành ở điều kiện: nồng độ dịch bột 21%, pH 5,5, tỉ lệ enzim Spezyme Extra 0,15 kg/1 tấn nguyên liệu; Quá trình đường hoá được thực hiện ở nhiệt độ 60oC trong 60 phút với tỷ lệ enzim là 410 ml GA/1 tấn nguyên liệu. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 3.9. Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian dịch hoá đến hiệu quả quá trình thủy phân sắn lát bằng enzim Spezyme Extra và Dextrozyme GA. 70oC, 90 phút 70oC, 120phút 75oC, 60 phút Nồng độ chất khô (oBx) 17,4 17,6 17,6 Đường khử (g/100ml) 3,6 4,53 3,36 Nồng độ chất khô (oBx) 17,8 18,0 17,8 Đường khử (g/100ml) 8,75 8,75 8,56 Đường sót (g/100ml) 0,18 0,19 0,18 Độ rượu (%V) 9,34 9,01 9,18 Hiệu suất (%) 91,5 87,3 90,5 Các chỉ tiêu Chỉ tiêu sau dịch hoá Chỉ tiêu sau đường hoá Chỉ tiêu sau lên men 54 Kết quả thu được ở bảng trên cho thấy khi dịch hoá 70oC trong 90 phút và 75oC trong 60 phút đạt hiệu quả tương đương nhau. Tuy nhiên với mục đích giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình nấu nên chúng tôi lựa chọn dịch hoá ở 70oC trong 90 phút để tiến hành nghiên cứu tiếp theo. 3.3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzim Spezyme Extra đến quá trình dịch hóa Nồng độ enzim là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thuỷ phân tinh bột. Trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ của phản ứng bậc nhất phụ thuộc vào nồng độ enzim. Khi nồng độ enzim tăng, tốc độ phản ứng tăng hay mức độ thuỷ phân tăng. Nhưng đến một nồng độ nhất định thì mức độ thuỷ phân sẽ không tăng. Do đó chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzim Spezyme Extra đến quá trình dịch hóa. Quá trình dịch hóa được thực hiện ở điều kiện: nồng độ dịch bột: 21%; pH 5,5; nhiệt độ 70oC; thời gian dịch hóa 90 phút. Quá trình đường hoá được thực hiện ở nhiệt độ 60oC trong 60 phút với tỷ lệ enzim là 410 ml GA/1 tấn nguyên liệu. Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ enzim Spezyme Extra đến quá trình dịch hóa Nồng độ Spezyme Extra (kg/tấn nguyên liệu) 0,1 0,15 0,2 Nồng độ chất khô (oBx) 17,0 17,4 17,6 Đường khử (g/100ml) 3,45 3,8 4,78 Nồng độ chất khô (oBx) 17,8 17,8 18,0 Đường khử 8,46 8,75 8,94 Nồng độ chất khô (oBx) 4,8 5,0 5,0 Đường sót (g/100ml) 0,17 0,19 0,2 Các chỉ tiêu Chỉ tiêu sau dịch hoá Chỉ tiêu sau đường hoá Chỉ tiêu sau lên men 55 Độ rượu (%V) 9,34 9,34 9,01 Hiệu suất (%) 91,0 91,5 89,3 Qua bảng kết quả trên ta thấy khi tăng nồng độ enzim Spezyme Extra thì nồng độ chất khô hoà tan trong quá trình dịch hoá tăng lên nhưng hiệu suất lên men cuối cùng thì khi sử dụng nồng độ enzim Spezyme Extra là 0,1 kg/tấn nguyên liệu cho kết quả lên men tương đương với khi sử dụng nồng độ Spezyme Extra là 1,5 kg/ tấn nguyên liệu. Do đó chúng tôi chọn nồng độ Spezyme Extra thích hợp cho quá trình sản xuất cồn là 0,1 kg/tấn nguyên liệu. 56 KẾT LUẬN Enzim Stargen 001 có khả năng thuỷ phân tinh bột gạo ở nhiệt độ thường (30oC), không có khả năng thuỷ phân sắn lát. Khi thuỷ phân tinh bột gạo chỉ giải phóng ra đường glucoza và một lượng nhỏ maltoza mà không có sự tạo thành các dextrin hay oligosaccarit trung gian. Quá trình thủy phân tinh bột giải phóng từ từ và trực tiếp đường có khả năng lên men tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hoá và lên men đồng thời. Quá trình lên men ứng dụng phương pháp đường hoá và lên men đồng thời đã đạt hiệu suất lên men tương đương với hiệu suất lên men theo phương pháp truyền thống mà thời gian lên men được rút ngắn và chi phí năng lượng cũng như chi phí về thiết bị cho quá trình nấu đường hoá giảm đáng kể. Ứng dụng enzim dịch hóa ở nhiệt độ không cao trong quá trình sản xuất cồn từ sắn đã mang lại hiệu quả đáng quan tâm. Quá trình nấu chỉ cần thực hiện ở 70oC, hiệu suất lên men đạt được tương đương với hiệu suất lên men tại các nhà máy sản xuất cồn ở nước ta. Theo các kết quả thu được bước đầu chúng tôi xin đưa ra quy trình sản xuất cồn từ sắn theo công nghệ nấu ở nhiệt độ thấp như sau:  Quá trình dịch hoá:  Nồng độ dịch bột: 21%; pH = 5,5  Nồng độ Spezyme Exra: 0,1kg/1 tấn nguyên liệu  Nhiệt độ 70oC  Thời gian dịch hóa: trong 90 phút  Quá trình đường hoá:  Nhiệt độ 60oC  Dextrozyme GA : 410 ml/1 tấn nguyên liệu 57  Thời gian đường hóa: 60 phút  Quá trình lên men:  Nhiệt độ 30oC  Lượng urê bổ sung: 0,05%  Nấm men: 1,5 kg/10000 lít Chúng tôi cũng hy vọng đề tài này tiếp tục được đầu tư nghiên cứu và ứng dụng trên quy mô công nghiệp. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sương, Nguyễn Xích Liên (2005), Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn. NXB Khoa học kỹ thuật. 2. Đinh Thế Lộc (1997), Giáo trình cây lương thực, tập II, Cây màu. NXB Nông nghiệp - Hà Nội. 3. Tổng công ty rượu bia nước giải khát Việt Nam (2002), Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Rượu – Bia - Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010. 4. Lê Ngọc Tú, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Ngô Hữu Hợp, Đặng Thị Thu, Nguyễn Trọng Cẩn (2003), Hoá học thực phẩm. NXB Khoa học và Kỹ thuật. 5. Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng (2005), Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn ethylic. NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội. 6. Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Thoa, Nguyễn Văn Tiếp (1982), Sử dụng chế phẩm enzim trong công nghiệp thực phẩm. NXB Khoa học kỹ thuật. Tiếng Anh 7. Christina A., Guido Z., Nelson T., Lo G. (2000), A kinetic model for enzymatic wheat starch saccharification. Chemical Technology and Biotechnology. 8. Christoph B. (2004), World Fuel ethanol analysis and outlook. Ratzeburg, Germany: F.O. Licht. 9. Dilek K. A., Belma O. (2005), α-Amylase inactivation during rice starch hydrolysis. Process Biochemistry. 40: p. 1367-1379 10. Duan G., Sophia X., John Z., Soo K. T., Jay S. (2007), Non-Conventional process for ethanol production. 11. Duan G., Sophia X. ,Surendra B., Jay S. (2008), No cook Process for Rice to alcohol using Stargen 001. 59 12. William H., Martin S., Bernard H. (1996), "Electron microscopic investigation of the diffusion of Bacillus licheniformis α-amylase into corn starch granules". International Journal of Biological Macromolecules. 19: p. 165-169 13. Ikegami T., Kitamoto D. , Negishi H., Imura T., Yanagishita H., Bioethanol production by a coupled fermentation/pervaporation process using silicalite membranes coated with silicone rubbers. Green Processes Group, Research Institute for Green Technology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Ibaraki 305-8565, Japan. 14. Mathewson S.W. (1980), The manual for the home and farm production of alcohol fuel. Ten speed press cpoyright 1980 J.A Diaz publications out of print. 15. Ljiljana M., Svetlana N., Marica R., Maja V. (2006), Production of bioethanol from corn meal hydrolyzates. Fuel, 85: p. 1750-1755. 16. Karin O., Andreas R., Mats G., Guido Z.(2006)," Fuel ethanol production from steam-pretreated corn stover using SSF at high dry matter content". Biomass and Bioenergy, 30: p. 863-869. 17. Vivek S., Kent D. R., Mike E. T., Vijay S. (2007), Comparison between granular starch hydrolyzing enzyme and conventional enzyme for ethanol production from maize starch with different amylose:amylopectin ratios. Agricultural and Biological Engineering, University of Illinois at UrbanaChampaign, IL, USA, 59: p. 549-556. 18. Emile V. Z., Conversion of small grains biomass to bioethanol. Department Microbiology University of Stellenbosch. 19. Shengdong Z., Yuanxin W., Ziniu Y., Yongping X., Shaoyong T. (2005), "Simultaneous saccharification and fermentation of microwave/alkali pretreated rice straw to ethanol". Biosystems Engineering, 92(2): p. 229-235. 60 Website 20. http://www.gso.gov.vn/default.aspx?tabid=413&thangtk=12/2009 21. 22. http://iasvn.org/chuyen-muc/San-xuat-San-tren-the-gioi-&-Viet-Nam4373.html http://www.vinachem.com.vn. 23. http://www.agbiotech.com.vn/vietnam/thong-tin/nhien-lieu-sinh-hoc/nhamay-ethanol-binh-phuoc-chua-van-hanh-thuong-mai.agb#.VKIkLsiA 24. http://www.customs.gov.vn/lists/tinhoatdong 25. http://www.ethanolrfa.org/industry/statistics. 26. http://www.genencor.com. 27. http://www.genencor.com. 28. http://www.genencor.com. 29. http://www.genencor.com. 30. http://www.genencor.com. 31. http://www.afdc.energy. gov/data. 32. http://ethanolrfa.org/pages/World-Fuel-Ethanol-Production. 61 [...]... tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu hệ enzyme thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột" Mục tiêu của đề tài đặt ra là khảo sát hoạt động của một số enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp của hãng Gennencor (Stargen 001, Spezyme Extra, Distillase) sử dụng trong quá trình sản xuất cồn từ gạo và sắn lát 2 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1... tới các enzim thuỷ phân tinh bột Việc áp dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp đã mang lại khá nhiều thành công cho quá trình sản xuất cồn ở một số nước trên thế giới Đặc biệt khi sử dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường quá trình sản xuất cồn chỉ còn thực hiện ở 30oC, các thiết bị nấu đường hoá được loại bỏ (Hình1.6), quá trình sản xuất cồn thực hiện quá trình đường hoá lên... thời gian sản xuất Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường (Stargen 001) Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thường cũng như hệ enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp trên nguyên liệu của Việt Nam sẽ là một hướng đi phù hợp cho ngành sản xuất cồn của nước ta trong thời kỳ đổi mới cải tiến công nghệ như hiện nay [3] Trước khi áp dụng hệ enzim... xenluloza trở thành nguồn nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn thì cần có nhiều nghiên cứu kỹ lưỡng hơn 1.2.3 Nguyên liệu giàu tinh bột Có rất nhiều nguyên liệu có hàm lượng tinh bột khá cao được ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn như ngô, gạo, lúa mỳ, đại mạch, khoai tây, khoai lang Mỗi vùng mỗi quốc gia lại sử dụng loại nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất cồn như: khoai tây là một trong. .. tốt Quá trình tinh chế là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao độ cồn Sản phẩm của cồn tinh chế có độ cồn trong khoảng 90 – 96% thể tích 1.3.2 Một số tiến bộ trong sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột Quy trình sản xuất cồn theo phương pháp truyền thống vẫn được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và Việt Nam Tuy nhiên phương pháp này vần có nhiều nhược điểm như:  Nấu ở nhiệt độ. .. enzim thuỷ phân có khả năng thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường, hãng Genencor còn đưa ra một số enzim nấu đường hoá ở nhiệt độ thấp và không cần quá trình đun sôi Ứng dụng hệ enzim nấu đường hoá này sẽ giảm được một phần chi phí năng lượng cho quá trình sản xuất cồn 1.4.2 Enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp Enzim dịch hoá ở nhiệt độ không cao (Spezyme Extra) là một α-amilaza chịu nhiệt có... enzim hoạt động là nhiệt độ 60-62oC và pH = 4,0 - 4,5 [29] Hệ enzim nấu đường hoá này đã được ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ sắn của Thái Lan [11] Do vậy chúng tôi tiếp tục nghiên cứu hệ enzim vào quá trình sản xuất cồn từ sắn của Việt Nam 22 Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU 2.1.1 Sắn Sắn được lấy từ nhà máy rượu Thanh Ba – Phú Thọ với các chỉ tiêu nguyên liệu ban... dưới nắng Tinh bột bị hồ hoá biến thành màu nâu trong hơi ngả về 13 xám Tinh bột sắn không có mùi đặc trưng, khi hồ hoá dậy mùi đặc trưng dễ phân biệt với các loại tinh bột khác Khi hồ hoá, độ nhớt tăng rất nhanh, độ dính rất cao so với tinh bột khoai và các loại củ khác [1] 1.3 SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT 1.3.1 Sản xuất cồn theo công nghệ truyền thống [6] Công nghệ sản xuất cồn theo phương... khả năng lên men và quá trình lên men đường bởi nấm men Công nghệ sản xuất cồn cũng từng bước được cải tiến Trước đây, các nhà máy sản xuất cồn sử dụng quy trình nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất lớn và hiệu suất thấp Tiếp đó, giai đoạn thuỷ phân tinh bột khi nấu đã giúp quá trình nấu trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả hơn Tuy nhiên, quá trình nấu vẫn phải tiến hành ở nhiệt độ cao và tiêu tốn... hiệu suất lên men thấp  Đặc biệt, quá trình nấu ở nhiệt độ cao tiêu tốn nhiều năng lượng: tiêu tốn khoảng từ 10-15% tổng lượng năng lượng trong toàn bộ quá trình sản xuất cồn (tuỳ thuộc vào nhiệt độ của quá trình nấu) (Hình 1.5) [11] 17 70 60 50 40 % 30 20 10 0 Nghiền Nấu, Lên men Chưng Tinh chế đường cất hoá Hinh 1.5 Phân bố tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất cồn từ tinh bột Qua biểu đồ đồ ... hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu hệ enzyme thuỷ phân tinh bột nhiệt độ thấp ứng dụng trình sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột" Mục tiêu đề tài đặt khảo sát hoạt động số enzim thuỷ phân tinh. .. NHIÊN - Nguyễn Thị Mai Hiên NGHIÊN CỨU HỆ ENZYME THỦY PHÂN TINH BỘT Ở NHIỆT ĐỘ THẤP ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT Chuyên ngành: Vi Sinh Vật Học Mã... xenluloza trở thành nguồn nguyên liệu cho trình sản xuất cồn cần có nhiều nghiên cứu kỹ lưỡng 1.2.3 Nguyên liệu giàu tinh bột Có nhiều nguyên liệu có hàm lượng tinh bột cao ứng dụng trình sản xuất cồn