LÊN MEN ETHANOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHU kỳ sử DỤNG nấm MEN cố ĐỊNH

Ketnooi.com nghiệp giáo dục LỜI MỞ ĐẦU  Như biết, Ethanol đóng vai trò quan trọng nhiều lĩnh vực, như: tổng hợp chất hữu cơ; dược phẩm; nhiên liệu sinh học; đặc biệt lĩnh vực sản xuất thực phẩm Trong sản xuất thực phẩm, Ethanol dùng làm nguyên liệu sản xuất đồ uống có cồn, dùng làm dung môi, chất diệt khuẩn, nhìn chung Ethanol biết đến nhiều loại đồ uống Lên men Ethanol quy trình sản xuất có lịch sử lâu đời, phổ biến khắp giới Có nhiều phương pháp lên men Ethanol sử dụng nhiều loài vi sinh vật khác Ứng với phương pháp, loại nấm men cho hiệu suất giá trị cảm quan khác Để có sản phẩm Ethanol tốt nhất, mặt kinh tế, cảm quan, … giới có nhiều nghiên cứu dòng sản phẩm Bài báo cáo nhóm chúng em tìm hiều lên men Ethanol theo phương pháp chu kỳ, sử dụng nấm men cố định, đặt biệt yếu tố ảnh hưởng từ rút kết luận chung cho phương pháp Ketnooi.com nghiệp giáo dục TỔNG QUÁT: 1.1 Ethanol: Ethanol gọi rượu etylic, rượu nguyên chất, rượu ngũ cốc, hay rượu uống, chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy Nó biết đến nhiều loại đồ uống có cồn, dùng làm dung môi, nhiên liệu từ cồn Theo cách dùng thông thường gọi rượu uống, hay rượu mạnh Ethanol rượu mạch thẳng, công thức phân tử: C2H5OH Lên men Ethanol gọi trình lên men rượu, trình sinh học loại đường glucose, fructose, sucrose,… chuyển đổi thành lượng cho tế bào sản sinh ethanol, khí CO 2, sản phẩm trao đổi chất khác 1.2 Phương pháp lên men chu kỳ: Hình Mô hình lên men chu kỳ sử dụng nấm men cố định Lên men chu kỳ hay gọi lên men gián đoạn (lên men theo mẻ) đó: men giống dịch đường ban đầu bơm song song để nấm men đảo từ đầu Lượng men giống thường chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng lên men, dịch đường không bơm đầy thùng lên men mà thời gian đổ Ketnooi.com nghiệp giáo dục đầy thùng lên men kéo dài từ 6- 8h Nhờ tỷ lệ men giống lúc đầu tăng hạn chế phát triển tạp khuẩn 1.3 Nấm men cố định 1.3.1 Sơ lược kỹ thuật cố định tế bào: Kỹ thuật cố định tế bào định nghĩa là: “Kỹ thuật bao bọc định vị tế bào nguyên vẹn lên “vùng không gian định” nhằm bảo vệ hoạt tính xúc tác mong muốn” Cố định thường bắt chước tượng xảy tự nhiên tế bào phát triển bề mặt bên cấu trúc nguyên liệu có tự nhiên 1.3.2 Một số tính chất nấm men cố định:  Sự thay đổi sinh trưởng, hình thái tế bào: Như biết, trình sinh trưởng vi sinh vật nói chung nấm men nói riêng phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường quanh Khi cố định tế bào, tương tác tế bào – chất mang tế bào bới mà khả sinh trưởng hình thái tế bào có vài biến đổi Theo số tác giả khả sinh trưởng nấm men cố định so với nấm men tự Nhiều nghiên cứu cho thấy nấm men cố định sinh trưởng đạt đến số lượng tế bào không đổi giữ nguyên kết thúc trình lên men Bên cạnh Melzoch cộng ( năm 1994), thấy 80% tế bào cố định gel alginate trì hoạt tính trao đổi chất khả phát triển nuôi cấy thời gian dài Saccharomyces cerevisiae cố định gel alginate trì khả sử dụng đường chúng mức độ tương đối cao ổn định, giảm khoảng 20% sau 1122 nuôi cấy, [1] Hình thái nấm men cố định thay đổi nhiều so với nấm men tự  Sự thay đổi hoạt động trao đổi chất tế bào: Nhiều nghiên cứu tác giả cho thấy nấm men cố định có tốc độ sử dụng glucose, tốc độ sinh tổng hợp Ethanol glycerol cao nhiều so với nấm men tự diện tích bề mặt tế bào nấm men cố định dùng để vận chuyển chất dinh dưỡng nhỏ so với nấm men tự Kết nghiên cứu thầy Lê Văn Việt Mẫn cô Bùi Thanh Huyền( 2008), trình lên men cồn sử dụng nấm men cố định canxi alginate cho thấy nấm men cố định có tốc độ sử dụng đường tốc độ sinh tổng hợp Ethanol cao hẳn nấm men tự do,[2]  Những thay đổi khả chống lại yếu tố bất lợi môi trường: Ketnooi.com nghiệp giáo dục Lượng chất cao lượng sản phẩm cao ức chế hoạt động sống tế bào nấm men Tuy nhiên, so với nấm men tự nấm men cố định khả chịu ức chế chất sản phẩm cao 1.3.3 Nấm men dùng lên men Ethanol theo phương pháp chu kỳ nấm men cố định: Thường sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae cho phương pháp lên men  Yêu cầu dinh dưỡng nấm men Saccharomyces cerevisie: Tất chủng S cerevisiae phát triển glucose, maltose trehalose, không phát triển lactose cellobiose Tuy nhiên sinh trưởng loại đường khác khác Khả sử dụng loại đường khác nấm men khác phụ thuộc vào môi trường hiếu khí kỵ khí Một vài chủng phát triển kỵ khí môi trường sucrose trehalose Tất chủng sử dụng ammoniac urê nguồn nitơ nhất, dùng nitrat, chúng thiếu khả phân giải nitrat thành ion amoni Chúng sử dụng hầu hết amino axit, peptit ngắn mạch, đạm nguồn nitơ Một số chủng S cerevisiae enzyme protease chuyển hóa protein ngoại bào Nấm men cần photpho, dùng ion dihydrogen phosphate, lưu huỳnh, chuyển hóa ion sunfate, lượng sulfur hữu amino axit methionine cysteine Một số kim loại, magiê, sắt, canxi kẽm, cần thiết cho tăng trưởng tốt nấm men 1.4 Chất mang cố định sử dụng sản xuất ethanol: Kỹ thuật cố định nấm men sản xuất rượu nghiên cứu rộng rãi, nhiên việc ứng dụng kỹ thuật công nghiệp hạn chế Mục đích việc sử dụng nấm men cố định để cải thiện suất sinh Ethanol chất lượng sản phẩm Để ứng dụng thành công công nghiệp, chất mang sử dụng để cố định phải đạt độ an toàn thực phẩm, có nhiều tự nhiên, giá thành thấp không làm ảnh hưởng đến tính chất cảm quan rượu Các chất mang thường sử dụng gồm [3,4]: − Chất mang hữu cơ: Alinate, PVA (polyvinil Alcohol) κ-carrageenan, Aga, DCM DCM (Delignified Cellulosic Material), … − Chất mang thực phẩm: miếng lê, miếng mộc qua, miếng táo, nho khô, vỏ nho,… − Chất mang vô cơ: γ-alumina, Hydromica, Kissir, Ketnooi.com nghiệp giáo dục − Chất mang dạng màng: màng membrane, màng vi lọc sinh học (biocapsule) QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL:  Cơ chế sinh học lên men rượu: Lên men rượu gồm trình sinh hóa sinh học phức tạp, xảy tác dụng nhiều enzyme Đường chất dinh dưỡng hấp thụ qua bề mặt tế bào thẩm thấu vào bên Ở enzyme xúc tác phản ứng khác để cuối tạo sản phẩm rượu khí carbonic Hai chất sau sinh qua màng tế bào chất vào môi trường lên men Rượu linh động nên hòa tan nhanh dịch lên men, khí carbonic hòa tan Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình Con đường tổng hợp Ethanol Ketnooi.com nghiệp giáo dục  Phương trình tổng quát lên men rượu: C6H12O6 zymase 2CO2 + 2CH3CH2OH Trong trình lên men rượu, phân tử gam glucose giải phóng khoảng 50kcal Năng lượng nấm men sử dụng khoảng 20kcal Số lại thải canh trường làm tăng nhiệt độ dịch lên men Trong trình lên men, sản phẩm rượu CO 2, tạo nhiều chất khác Bằng phân tích sắc ký người ta phát 50 chất khác nhau, xếp thành nhóm chính: acid, este, aldehyl, rượu bậc cao hay rượu có số carbon lớn hai CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL THEO PHƯƠNG PHÁP CHU KỲ SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ ĐỊNH: 3.1 Ảnh hưởng nồng độ chất: 31.1 Đường: Đường nguồn nguyên liệu mà nấm men sử dụng để chuyển hóa thành cồn Tuy nhiên nồng độ dịch đường cao dẫn đến làm tăng áp suất thẩm thấu làm cân trạng thái sinh lý nấm men Kết rượu nhiều ức chế tạp khuẩn mà nấm men Mặc khác đường nhiều dẫn đến tổn thất phải kéo dài thời gian lên men Ngược lại nồng độ dịch đường thấp không kinh tế làm giảm suất thiết bị lên men Mặc khác tốn Ketnooi.com nghiệp giáo dục chưng cất tổn thất rượu bã rượu nước thải Hình Tốc độ sử dụng đường canh trường nấm men Saccharomyces cerevisiae cố định gel alginate • • • Cycle I: Cycle II: ● Nấm men tự do: ▲, 300C, pH = 4.5 nồng độ đường ban đầu 140g/l (a); 170g/l (b) 220 g/l Ketnooi.com nghiệp giáo dục Ảnh hưởng nồng độ đường hoạt động trao đổi chất nấm men đánh giá qua tốc độ sử dụng đường (hình 3), trích kết nghiên cứu thầy Lê Văn Việt Mẫn cộng (2008), [2] Từ Hình 3.2 cho ta thấy: Chu kỳ II, kéo dài chu kỳ I I gia tăng nồng độ đường ban đầu làm cho thời gian lên men bị kéo dài Ngoài nồng độ đường ban đầu tăng cao, tốc độ sử dụng đường giảm Tuy nhiên, thay đổi canh trường dùng nấm men cố định không nhiều canh trường dùng nấm men tự So sánh nấm men cố định nấm men tự do; nấm men cố định, thời gian lên men kéo dài hơn, nồng độ đường sót thấp hơn, nồng độ cồn từ 8.4-11.7%, cao gấp đôi trường hợp dùng nấm men tự Lý nấm men cố định bảo vệ, không bị ảnh hưởng thay đổi bất lợi pH, tích lũy cồn, yếu tố làm giảm hoạt động trao đổi chất nấm men Một khảo sát khác Irfana Ikram cộng (2009), [5], khảo sát ảnh hưởng nồng độ đường ban đầu tới trình lên men Kết sau: Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình Ảnh hưởng nồng độ đường đến trình lên men Ethanol nấm men S cerevisia GC-IIB31 tự cố định , nhiệt độ 30 độ C, pH 4.5 Nồng độ đường dao động khoảng 12- 21% thực hiên lên men từ 24- 120h Ta thấy nồng độ đường 12%, nấm men tự đạt hiệu suất sinh Ethanol 2,34%, tiêu thụ 8,08% đường Tuy nhiên nấm men cố định đạt hiệu suất sinh Ethanol 4,13% tiêu thụ 11,04% đường Hiệu suất tối đa thu nhận nồng độ đường 15% trường hợp sử dụng nấm men tự hay cố định Nấm men tự cho 6,49% etanol, tiêu thụ hết 14,92% đường nấm men cố định tạo 5,85% Ethanol tiêu thụ hết 14.9% đường Ở hai nồng độ 18% 21% lại hiệu suất thu nhận Ethanol giảm xuống thấp Khi nồng độ đường lên cao, làm cho độ nhớt tăng cao, làm giảm trình trao đổi chất, giảm hiệu suất tổng hợp ethanol Kết nghiên cứu Irfana Ikram [5] cho thấy nồng độ đường cho hiệu suất sinh Ethanol cực đại đạt 15%, thấp so kết thu thầy Lê Văn Việt Mẫn Có thể sai lệch kỹ thuật thực khác mật độ nấm men, tạp nhiễm, v, v … 10 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Bảng Số liệu Quan hệ nồng độ alginate hiệu suất cố định Nồng độ alginate , % 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Khối lượng sinh khối (g) 1 1 Khối lượng sinh khối cố 0.9905 0.9920 0.9943 0.996 0.9970 99.05 99.20 99.43 99.65 99.70 35.3291 37.07 38.526 40.5325 41.8729 định (g) Hiệu suất cố định Khối lượng tổng chất mang (g) Lên men mật rỉ: pH 4, nồng độ đường 12%, nhiệt độ 30 C, thời gian lên men 72 giờ, số lượng tế bào môi trường 56x108 tế bào Trong khoảng nồng độ, nồng độ Alginate tăng hiệu suất lên men tăng, nhiên nồng độ tăng cao nồng độ tối ưu hiệu suất giảm xuống Nồng độ alginate 1.5%, hiệu suất thấp nhất, gel alginate có cấu trúc mềm , bị phân giải trình lên men, tế bào bị giải phóng khỏi chất mang Nồng độ alginate 2%, 2,5%, 3,0% hiệu suất tương đương cao Nồng độ alginate 3.5, hiệu suất lên men thấp so với trường hợp algiante có nồng độ 2%, 2.5%, 3%, cao so với trường hợp nồng độ 1.5% Khi nồng độ cao, chất mang cứng, cản trở khuếch tán chất 3.3.3 Ảnh hưởng Oxy: Sục khí để hòa tan oxy vào dịch đường giúp cho nấm men phát triển nhanh Tuy nhiên, theo số nhà nghiên cứu, sục khí không cần thiết dịch đường từ nguyên liệu tinh bột Sục khí làm tăng lượng rượu bay Mặc khác, dư dẫn đến tạo nhiều sinh khối aldehyt, làm giảm hiệu suất lên men rượu 35 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Một khảo sát khác Irfana Ikram ảnh hưởng Oxy lên men Ethanol, xem Hình 24 Ảnh hưởng thể tích canh trường lên trình lên men ethanol, nồng độ đường ban đầu 15% , nhiệt độ 30 độ C, pH 4,5 Thể tích canh trường 200, 250, 300, 350 ml, thể tích bình lên men 500 ml, Thời gian lên men từ 24- 120h Khi thể tích canh trường 200 ml: nấm men tự đạt hiệu suất sinh 4,29%, hiệu suất sử dụng đường 12,9%; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh 2,24%, hiệu suất sử dụng đường 13,01% Hiệu suất sinh Ethanol cực đại thể tích canh trường 300 ml cho nấm men tự nấm men cố định Thể tích canh trường 200 ml, nấm men nấm men tự đạt hiệu suất sinh ethnol 6,95 %, suất tiêu thụ đường cực đại 13,99 %; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 6,22 %, suất tiêu thụ đường cực đại 14,49 % Đối với thể tích 250 ml 350 ml, hiệu suất sinh Ethanol thấp Trường hợp thể tích 300 ml sinh Ethanol cực đại lượng oxy có sẵn không gian trống thấp gây ảnh hưởng đến lên men, theo Irfana Ikram [5] 36 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình 24 Ảnh hưởng thể tích môi trường lên men tới hiệu suất lên men ethanol Điều kiện lên men: nhiệt độ 30 oC, pH= 4.5, nồng độ đường ban đầu 15%, nấm menn Saccharomyces cerevisiae GC- II B31 3.3.4 Vấn đề tái sử dụng nấm men cố định: Irfana Ikram [5] khảo sát tốc độ sử dụng đường tái sử dụng nấm men cố định lần Hình 25 Khả sử dụng đường tái sử dụng nấm men cố định Khảo sát tốc độ sinh EtOH tái sử dụng nấm men cố định lần 37 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình 26 Quan hệ Sản lượng Ethanol tạo thành với việc tái sử dụng lại nấm men cố định, lượng đường 15%, nhiệt độ 300C,pH = 4,5 Thời gian khảo sát 24-144 giờ, 24 lấy mẫu lần Số liệu ghi nhận tốc độ sử dụng đường hiệu suất sinh EtOH 11.95% − Trong chu kỳ : Hiệu suất thu 5.38%, tiêu thụ đường − − Trong chu kỳ thứ 3: Hiệu suất thu lên đến cực đại 7.56% Chu kỳ thứ : tiêu thụ đường 14.89%, hiệu suất lên men cao dùng nấm men tự 1.14 lần − Hai mẻ cuối: tiêu thụ đường hiệu suất giảm nhanh Lý độ bền chất mang đáp ứng yêu cầu mẻ đầu, đến hai mẻ cuối, chất mang bị đứt mạch, tế bào bị rửa trôi SO SÁNH HIỆU SUẤT LÊN MEN CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH VÀ NẤM MEN TỰ DO: Hoạt động trao đổi chất nấm men cố định nuôi cấy canh trường có nồng độ khác Hoạt động trao đổi chất nấm men đánh giá bằng: • Tốc độ sử dụng chất • Nồng độ Ethanol sinh 38 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Nghiên cứu thầy Lê Văn Việt Mẫn cho thấy : Hình 27 Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trình lên men 30 C, pH = 4.5 nồng độ đường ban đầu 140g/l (a); 170g/l (b) 220 g/l; sử dụng nấm men tự nấm men cố định gel alginate • Nấm men tự do: Tổng số tế bào ▲ ; Số tế bào chết• Cycle I: Tổng số tế bào; Số tế bào chết • Cycle II: Tổng số tế bào- ● ; Số tế bào chết ○ Tốc độ tăng trưởng nấm men chu kỳ II, thấp chu kỳ I vì: 39 Ketnooi.com nghiệp giáo dục − Lý thứ cuối chu kỳ I, nồng độ cồn cao, pH thấp, chu kỳ II, vi sinh vật cần nhiều thời gian để thích nghi với canh trường tiếp tục phát triển − Lý thứ cấu trúc chất mang trở nên xốp tăng trưởng nấm men khí CO2 sinh trình lên men, nên nấm men có điều kiện thuận lợi để tiếp xúc với áp lực thẩm thấu cao Tuy nhiên tốc độ sinh trưởng nấm men lượng sinh khối cực đại nấm men cố định tạo cao nấm men tự Có thể lên men có nồng độ đường cao, dùng nấm men cố định, xuất gradient nồng độ quanh chất mang, giúp cho tế bào nấm men thích nghi dần với áp lực thẩm thấu − Có thể thấy rõ hiệu vượt trội nấm men cố định so với nấm men tự qua bảng Bảng Đặc tính lên men Ethanol nấm men cố định nồng độ đường 140, 170 220 g/L Bảng Đặc tính lên men Ethanol nấm men cố định nồng độ đường 140, 170 220 g/L Đặc tính Tốc độ sử dụng đường(g/l.h) Nồng độ Etanol (%v/v) Nồng độ đường ban đầu(g/L) 140 170 220 140 170 220 Nấm men cố định- chu kỳ I 1.93 1.83 1.90 8.4 10.4 11.7 Nấm men cố định- Chu kỳ II 2.04 1.19 1.09 8.6 10.4 10.4 Nấm men tự 1.43 0.72 0.98 4.7 4.7 5.6 Nghiên cứu Ljiljana Mojović cộng ( 2009),[15] cho kết tương tự , xin xem hình 28 40 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình 28 : Tiến trình tiêu thụ đường sản sinh Ethanol từ bắp thủy phân nấm men S.cereviae var ellipsoider cố định gel canxi alginate Đường liền nét : nồng độ cồn; đường đứt : nồng độ đường Như trình bày trên, nấm men cố định có nhiều ưu điểm hẳn so với nấm men tự do: - Tăng tốc độ sử dụng chất, rút ngắn thời gian lên men Ổn định hoạt tính nấm men Các chất mang cố định có tác dụng tác nhân bảo vệ tế bào chống lại ảnh hưởng bất lợi pH, nhiệt độ, dung môi kim loại nặng Dễ dàng tách nấm men khỏi sản phẩm sau trình lên men, tái sử dụng nấm men nhiều lần Lên men nồng độ cao làm giảm chi phí thiết bị lượng, nhân công, hóa chất, 41 Ketnooi.com nghiệp giáo dục KẾT LUẬN Từ kết nhận thấy so với nấm men tự do, nấm men cố định có thời gian lên men kéo dài hơn, nồng độ chất sót thấp nhiều, nồng độ cồn đạt 8.4-11.7%v/v cao gấp đôi trường hợp dùng nấm men tự Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lên men Ethanol phương pháp chu kỳ sử dụng nấm men cố định, từ kết ta nhận thấy: − Lên men nấm men cố định giúp thực lên men nồng độ cao làm giảm chi phí thiết bị lượng, nhân công, hóa chất, Nồng độ đạt đường 22 % hiệu suất tạo Ethanol cao − Nhìn chung, việc bổ sung khoáng chất( Cu, Ca, Mg Zn) làm tăng nồng độ Ethanol, cải thiện trình tiêu thụ đường làm tăng mật độ chất alginate so với trường hợp lên men với nấm men cố định mà bổ sung thêm khoáng − Bổ sung vitamin kết hợp với bổ sung khoáng chất cho hàm lượng Ethanol cao hơn, tốc độ sử dụng đường thấp − Tốc độ lên men tăng ta tăng nhiệt độ tới nhiệt độ tối ưu khoảng 30 đến 40oC Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu khoảng nhiệt độ cho phát triển, sinh trưởng lên men phụ thuộc mạnh vào chủng nấm men − Ở nhiệt độ 30oC nhiệt độ tối ưu cho việc thu nhận Ethanol tốc độ trình lên men − pH tối ưu cho trình lên men rượu 4.25 − Hàm lượng Ethanol ảnh hưởng đến trình lên men, hàm lượng cao ảnh hưởng đến khả sống sót phát triển nấm men 42 Ketnooi.com nghiệp giáo dục TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Karel Melzoch, Mojmír Rychtera and Věra Hábová , Effect of immobilization upon the properties and behaviour of Saccharomyces cerevisiae cells, Journal of Biotechnology, Volume 32, Issue 1, 15 January 1994, Pages 5965 [2] Lê Văn Việt Mẫn, Bùi Thanh Huyền, Alcohol fermentation with defferent initial glucose concentration using immobilized yeast in calcium alginate gel, Tạp chí phát triển KH& CN, tập 11, số 12- 2008 [3] Vesna M Vucurovic, Radojka N Razmovski and Stevan D Popov, Ethanol production using Saccharomyces cerevisiae cells immobilised on corn stem ground tissue, No 116, 315-322, 2009 [4] Ruzica Jovanovic- Malinovska, Maja Cvetkovska, Slobodanka Kuzmanova, ChristoTsvetanov and Eleonora Winkelhausen, Immobilization of Saccharomyces cerevisiae in novel hydrogels based on hybrid networks of poly (ethylene oxide), alginate and chitosan for Ethanol production, Macedonian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, Vol 29, No.2, pp 169- 179, 2010 [5] Irfana Ikram, Kanwal Manzoor, Sikander Ali and Ikram- Ul-HAQ; Enhanced Production Of Ethanol From Free And Immobilized Saccharomyces Cerevisiae Under Stationary Culture, Pak J Bot., 41(2): 821-833, 2009 [6] Maziar Safaei Asli, A study on some efficient parameters in batch fermentation of Ethanol using Saccharomyces cerevesiae SC1, fermented siahe sardasht pomace, 2009 [7] K Pramanik, Parametric stydies on Batch Alcohol fermentation using Saccharomyces yeast, Toddy, 2003 [8] Svetlana Nikolic, Ljiljana Mojovic, Dusanka Pejin, Marica Rakin And Vesna Vucurovic; Improvement of Ethanol fermentation of corn semolina 43 Ketnooi.com nghiệp giáo dục hydeolyzates with immobilized yeast by medium supplementation, Food Technol Biotechnol 47 (1) 83-89, 2009 [9] Szajaùni, B., Buzaù, J., Dallmann, K., Gimesi, I., Krisch, J and Toth, M Continuous production of ethanol using yeast cells immobilized in preformed cellulose beads, Appl Microbiol Biotechnol., Vol.46, 1996, 122-125 [10] Williams, D and Munnecke, D M The Production of Ethanol by Immobilized Yeast Cell, Biotechnology and Bioengineering, Vol 23, 1981, 1813-1825 [11] Jirku, V A novel entrapping matrix for yeast-catalyzed ethanol fermentation, Process Biochemistry, Vol.34, 1999, 193–196 [12] Buzas, Zs., Dallmann, K and Szajani, B Influence of pH on the Growth and Ethanol Production of Free and Immobilized Saccharomyces cerevisiae Cells, Biotechnology and Bioengineering, Vol 34, 1989, 882-884 [13] Marica Rakin*, Ljiljana Mojovic, Svetlana Nikolic1 Maja Vukasinovic Viktor Nedovic, Bioethanol production by immobilized Sacharomyces cerevisiae var ellipsoideus cells, 2008 [14] Mai Ngoc Dung, Dong Thi Thanh Thu- University Of Natural Science , VNU – HCM; Use of immobilized yeast cell in alcohol fermentation from molasses, Sience & Technology Development, Vol 12, No 09-2008 [15] Ljiljana Mojović*, Marica Rakin, Maja Vukašinović, Svetlana Nikolić, Jelena Pejin and Dušanka Pejin, Production of BioEthanol by Simultaneous Saccharification and, Fermentation of Corn Meal by Immobilized Yeast , Chemical Engineering Transactions Volume 21, 2010 44 Ketnooi.com nghiệp giáo dục 45 Ketnooi.com nghiệp giáo dục DANH MỤC HÌNH Hình Mô hình lên men chu kỳ sử dụng nấm men cố định……………………….4 Hình Con đường tổng hợp Ethanol ………………………………………… …8 Hình Tốc độ sử dụng đường canh trường nấm men Saccharomyces cerevisiae cố định gel alginate ………………………………………… ….10 Hình Ảnh hưởng nồng độ đường đến trình lên men Ethanol nấm men S cerevisia GC-IIB31 tự cố định , nhiệt độ 30 độ C, pH 4.5………….11 Hình Ảnh hưởng nồng độ đường đầu vào trình sản xuất ethanol…… 13 Hình Ảnh hưởng nồng độ đường ban đầu vào trình chuyển hóa đường 13 Hình Ảnh hưởng nồng độ đường tới hiệu suất tổng hợp Ethanol …………14 Hình Hiệu trình lên men từ lõi ngô thủy phẩn nấm men cố định S.cerevisiae với việc bổ sung loại khoáng chất khác nhau…………… 16 Hình Hiệu suất trình lên men dịch lõi bắp thủy phân lên men nấm men cố định S cerevisiae có bổ sung vitamin ………………………… 18 Hình 10 Động lực học trình sản xuất Ethanol tiêu thụ dường glucose trình lên men dịch lõi ngô thủy phân nấm men cố định S.cerevisiae (mẫu không có bổ sung vitamin khoáng chất)…………………………… 19 Hình 11 Số lượng tế bào thu nhận trình lên men……………… 19 Hình 12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men Ethanol nấm men S cerevisia GC-IIB31 tự cố định , nồng độ đường ban đầu 15% , pH 4.5…….22 Hình 13 Ảnh hưởng nhiệt độ tới nồng độ Ethanol ………………………… 22 Hình 14 Ảnh hưởng nhiệt độ đến chuyển hóa đường……………… 23 Hinh 15: Ảnh hưởng pH đến tốc độ lên men nấm men cố định () nấm men tự (o)……………………………………………………………………….24 46 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình 16: Ảnh hưởng pH đến khả sống sót nấm men cố định ()và nấm men tự (×)…………………………………………………………………25 Hình 17: Ảnh hưởng pH đến hàm lượng cồn tạo thành suốt trình lên men , pH 2,80;  pH 3,0;  pH 3,25;  pH 3,50;  pH 3,70 Các ký hiệu rỗng đặc ứng với nấm men cố định nấm men tự do……… 25 Hình 18 Ảnh hưởng pH đến lượng cồn sinh theo thời gian lên men…… 26 Hình 19 Ảnh hưởng pH tới chuyển hóa đường theo thời gian lên men……………………………………………………………………………… 26 Hình 20 Ảnh chụp từ kính hiển vi nấm men cố định (A) Cố định tế bào nấm men PVA( đường kính 3,5 mm chiều dày 0,3 mm) (B) Cố định tế bào nấm men alginate…………………………………………………………….27 Hình 21 Nồng độ Ethanol mật độ tế bào suốt trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác S cerevisiae var ellipsoideus alginate Điều kiện lên men: pH = 5.0; 30 oC, 100rpm; nồng độ đường ban đầu 176 g/l…………………………………………………………………………… 28 Hình 22 Nồng độ Ethanol mật độ tế bào suốt trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác S cerevisiae var ellipsoideus PVA Điều kiện lên men: pH = 5.0; 30oC, 100rpm; nồng độ đường ban đầu 176 g/l……………………………………………………………………………… …29 Hình 23 Ảnh hưởng nồng độ alginate tới hiệu suất lên men ethanol………30 Hình 24 Ảnh hưởng thể tích môi trường lên men tới hiệu suất lên men ethanol Điều kiện lên men: nhiệt độ 30 oC, pH= 4.5, nồng độ đường ban đầu 15%, nấm menn Saccharomyces cerevisiae GC- II B31……………………………… 33 Hình 25 Khả sử dụng đường tái sử dụng nấm men cố định ………… 33 Hình 26 Quan hệ Sản lượng Ethanol tạo thành với việc tái sử dụng lại nấm men cố định, lượng đường 15%, nhiệt độ 300C,pH = 4,5……………………………….34 47 Ketnooi.com nghiệp giáo dục Hình 27 Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trình lên men 300C, pH = 4.5 nồng độ đường ban đầu 140g/l (a); 170g/l (b) 220 g/l; sử dụng nấm men tự nấm men cố định gel alginate………………………………35 Hình 28 : Tiến trình tiêu thụ đường sản sinh Ethanol từ bắp thủy phân nấm men S.cereviae var ellipsoider cố định gel canxi alginate Đường liền nét : nồng độ cồn; đường đứt : nồng độ đường …………………………………….37 48 Ketnooi.com nghiệp giáo dục DANH MỤC BẢNG Bảng Ảnh hưởng nồng đồ đường ban đầu tới hiệu suất Ethanol……14 Bảng Ảnh hưởng chất khoáng bổ sung vào môi trường trình lên men Ethanol nấm men cố định S.cerevisiae gel alginate………… 15 Bảng Ảnh hưởng việc bổ sung vitamin môi trường lên men Ethanol từ dịch lõi ngô thủy phân nấm men S cerevisiae cố định alginate …… 17 Bảng Ảnh hưởng việc bổ sung vitamin khoáng chất vào môi trường trình lên men Ethanol …………………………………………………………19 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ vào Hiệu suất sinh Etanol………………………23 Bảng Nồng độ sản phẩm dịch canh trường sau chu kỳ lên men liên tiếp với nấm men cố định alginate PVA S cerevisiae var elipsoideus… 30 Bảng Số liệu Quan hệ nồng độ alginate hiệu suất cố định …………….31 Bảng Đặc tính lên men Ethanol nấm men cố định nồng độ đường 140, 170 220 g/L……………………………………………………… 36 49 [...]... là 200 ml: nấm men tự do đạt hiệu suất sinh 4,29%, hiệu suất sử dụng đường 12,9%; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh 2,24%, hiệu suất sử dụng đường 13,01% Hiệu suất sinh Ethanol cực đại khi thể tích canh trường là 300 ml cho cả nấm men tự do và nấm men cố định Thể tích canh trường 200 ml, nấm men nấm men tự do đạt hiệu suất sinh ethnol 6,95 %, suất tiêu thụ đường cực đại 13,99 %; nấm men cố định đạt... 40 độ C và thực hiên lên men từ 24- 120h Trong khoảng nhiệt độ khảo sát như trên: nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 5,38 %, suất tiêu thụ đường cực đại 14,62%; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 4,18 %, suất tiêu thụ đường cực đại 11,71 % Hiệu suất sinh Ethanol cực tại khi nhiệt độ bằng 30 độ C cho cả nấm men tự do và nấm men cố định Ở 30 độ C, nấm men nấm men cố định đạt hiệu suất sinh... quá trình lên men sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae cố định trong hạt cellulose trong quá trình sản xuất cồn Kết quả cho thấy khả năng lên men của tế bào nấm men cố định không phụ thuộc vào pH khi pH nằm trong khoảng 3,1 và 6,25 Trong khi đó, như đã biết, khả năng lên men của nấm men tự do phụ thuộc vào pH, và giá trị pH tối thích khoảng 4 Kết quả này tương tự như khi cố định nấm men trong gel... trường hợp lên men với nấm men cố định mà không có bổ sung thêm khoáng 14 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Hình 8 Hiệu quả của quá trình lên men từ lõi ngô thủy phẩn bởi nấm men cố định S.cerevisiae với việc bổ sung các loại khoáng chất khác nhau Mẫu được phân tích sau 48h lên men Điều kiện lên men giống bảng 2 Như chúng ta đã biết thì các muối khoáng tham gia vào quá trình trao đổi chất của nấm men như... mang và cố 24 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục định đã bảo vệ tế bào khỏi những thay đổi của hàm lượng ion H+ trong môi trường [9], [10], [11], [12] Hinh 15: Ảnh hưởng của pH đến tốc độ lên men của nấm men cố định () và nấm men tự do (o) Tốc độ lên men tương đối được tính bằng phần trăm so với tốc độ lên men cực đại Buzisas và cộng sự (1989) cũng nhận thấy rằng khả năng sống sót của nấm men hầu như... của nấm men cố định (A) Cố định tế bào nấm men trong PVA( đường kính 3,5 mm và chiều dày là 0,3 mm) (B) Cố định tế bào nấm men trong alginate,[13] 28 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Hình 21 Nồng độ Ethanol và mật độ tế bào trong suốt quá trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác nhau của S cerevisiae var 29 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục ellipsoideus trong alginate Điều kiện lên. .. sống sót của nấm men tự do bị ảnh hưởng rất lớn bởi pH, [11] Hình 16: Ảnh hưởng của pH đến khả năng sống sót của nấm men cố định ()và nấm men tự do (×) 25 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Hình 17: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng cồn tạo thành trong suốt quá trình lên men , pH 2,80;  pH 3,0;  pH 3,25;  pH 3,50;  pH 3,70 Các ký hiệu rỗng và đặc lần lượt ứng với nấm men cố định và nấm men tự do... và lượng sinh khối đạt cực đại khi dùng nấm men cố định sẽ cao hơn khi dùng nấm men tự do Vì khi lên men với nồng độ cơ chất cao, dùng nấm men cố định, trên bề mặt chất mang sẽ xuất hiện một gradient nồng độ, và giúp cho nấm men làm quen dần với môi trường 3.1.2 Ảnh hưởng của khoáng chất: Khoáng chất đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt động của tế bào men, đặc biệt là phospho Phospho thường... hưởng quyết định tới quá trình lên mên và ảnh hưởng tới tốc độ tạo thành sản phẩm và năng suất cuối cùng khi được bổ sung vào trong thời kỳ sinh trưởng phát triển của nấm men Nồng độ đường ban đầu nó ảnh hưởng tới lượng Ethanol thành phẩm Theo hình trên ta thấy sản phẩm Ethanol tối đa thu nhận được ở môi trường có chứa 15% đường ở trong cả 2 trường hợp lên men sử dụng nấm men S cerevisiae cố định hay... nghiệp giáo dục Bảng 6 Nồng độ sản phẩm trong dịch canh trường sau các chu kỳ lên men liên tiếp với nấm men cố định trong alginate và PVA của S cerevisiae var elipsoideus Từ kết quả trên cho thấy, nồng độ Ethanol tối đa đạt được là 10.05%(w/w) trong quá quá trình lên men bột bắp thủy phân băng 5%(v/v) nồng độ chất mang của nấm men cố định trong Ca- alginate Chất mang PVA có các đặc tính cơ lý và khả năng