Sản xuất ethanol từ khoai mì

Sản xuất ethanol từ khoai mì............Bản word chuẩn font không cần chỉnh nhé các bạn.......Tài liệu tham khảo nên có gì sai sót mong các bạn bỏ qua cho.........................................cảm ơn........................

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

***۩***

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



MÔN: KỸ THUẬT NHIÊN LIỆU SINH HỌC

BÀI SEMINAR SẢN XUẤT ETHANOL TỪ KHOAI MÌ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Vĩnh

Sinh viên thực hiện: NHÓM 2

1. Trần Thị Kim Duyên 14139027

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:Khoai mì và 1 số giống chủ yếu

I Tổng quan

Ngày nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ đang ngàycàng cạn kiệt bởi vì thời gian tái tạo nhiên liệu này kéo dài, mặc khác việc sử dụngnhiên liệu hóa thạch là còn gây ra hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường dẫn đếnbiến đổi khí hậu trên phạm vi toàn thế giới Do đó con người đã và đang tìm kiếm,nghiên cứu những nguồn nhiên liệu mới mà nhiên liệu sinh học là một trong số đó.Tuy nhiên hiện nay chưa có nhiều động cơ có khả năng sử dụng trực tiếp cồn sinhhọc làm nhiên liệu hoạt động Vì thế, sản phẩm xăng pha cồn được ra đời như mộtnguồn nhiên liệu trung gian để từ từ hạn chế và thay thế hoàn toàn các loại xănghiện nay.).Bản chất của cồn sinh học là ethanol (C2H5OH) không ngậm nước.Tuy nhiên trong thực tế hàm lượng nước trong cồn khan có từ 0,2 đến 0,5 % vol.Mặc dù vậy, để sản xuất được cồn 99,5 % vol cần phải trải qua 2 giai đoạnchính: Sản xuất ethanol bằng phương pháp lên men từ các nguồn nguyên liệunhư tinh bột, cellulose… ở giai đoạn 2 là quá trình chưng cất và hấp thụ để phânriêng hỗn hợp cồn ethanol và nước nhằm thu được cồn ethanol khan tuyệt đối

Hiện nay, ethanol để sử dụng trong các đồ uống chứa cồn cũng như ethanol

sử dụng làm nhiên liệu được sản xuất từ nguồn nguyên liệu chính là tinh bột Ởnước ta nguồn tinh bột tương đối dồi dào với các loại nông sản thế mạnh như gạo,ngô, khoai, sắn… tuy vậy, không thể sản xuất bioethanol với qui mô lớn từ gạo haybất kì nguồn tinh bột quan trọng nào khác bởi vì vấn đề an ninh lương thực luôn làmối quan tâm hàng đầu ở mỗi quốc gia Do đó, cây khoai mì (sắn) là một lựa chọnthích hợp cho nguồn năng lượng của tương lai

Khoai mì (Hay còn gọi là sắn) có tên khoa học là Manihot Esculenta, là câylương thực ưa ẩm, nó phát nguồn từ lưu vực sôn Amazone Nam Mỹ Đến thê kỉ thứXVI mới được trồng ở châu Á và Phi Ở nước ta khoai mì được trồng ở khắp nơi từNam ra Bắc, nhưng do quá trình sinh trưởng và phát dục của khoai mì kéo dài,khoai mì giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc bộ như: Phú Thọ,Tuyên Quang, Hóa Bình… là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả Khoai mì ViệtNam cũng bao gồm nhiều loại giống Nhân dân ta thường căn cứ vào kích tấc, màusắc củ, thân , lá mà tiến hành phân loại Tuy nhiên người ta thường phân thành 2loại: Khoai mì đắng và khoai mì ngọt

Tùy theo giống, điều kiện canh tác và độ màu mỡ của đất mà củ khoai mì cókích thước: dài từ 0,1 – 1,2 m và đường kính từ 2 – 12 cm Đường kính thường

không đều theo chiều dài củ, phần đường kính to nhưng cáng gần chuôi nhỏ Hìnhdạng củ không đồng nhất Có củ thẳng, củ cong, có củ lại biến dạng cục bộ Cànggần chuôi củ càng mềm vì ít xơ do phát triển sau Do đó khi thu hoạch khó có thểgiữ cho củ nguyên vẹn, đó là một trong những khó khăn khi bảo quản tươi

Củ khoai mì Cánh đồng khoai mì

Khoai mì tươi có tỷ lệ chất khô 38-40%, tinh bột 16-32%; chất protein, béo, xơ, tro trong 100g được tương ứng là 0,8-2,5 g, 0,2-0,3 g, 1,1-1,7 g, 0,6-0,9 g; chất muối khoáng và vitamin trong 100 g củ sắn là 18,8-22,5 mg Ca, 22,5-25,4 mg P, 0,02 mg B1, 0,02 mg B2, 0,5 mg PP Trong khoai mì, hàm lượng các acid amin không được cânđối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phântích Lá mì trong nguyên liệu khô 100% chứa đựng đường + tinh bột 24,2%, protein 24%, chất béo 6%, xơ 11%, chất khoáng 6,7%, xanhthophylles 350 ppm (Yves

Froehlich, Thái Văn Hùng 2001) Chất đạm của lá mì có khá đầy đủ các acid amin cần thiết, giàu lysin nhưng thiếu methionin

Trong lá và củ mì ngoài các chất dinh dưỡng cũng chứa một lượng độc tố (HCN) đáng kể Các giống mì ngọt có 80–110 mg HCN/kg lá tươi và 20–30 mg/kg củ tươi Các giống mì đắng chứa 160–240 mg HCN/kg lá tươi và 60–150 mg/kg củ tươi Liều gây độc cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg HCN cho mỗi

50 kg thể trọng Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau Tuy nhiên, ngâm, luộc, sơ chế khô, ủ chua là những phương thức cho phép loại bỏ phần lớn độc tố HCN

 Phần vỏ gỗ: Chiếm 1 – 3% , chủ yếu là cellulose và hemicellulose, chức

năng

của nó có nhiệm vụ bảo vệ cả về cơ học và hóa học Trong vỏ gỗ hoàn toànkhông có tinh bột nên trong chế biến phải loại bỏ hoàn toàn nhưng trong bảo quảnphải giữ, hạn chế tróc vỏ

 Vỏ cùi: Chiếm 3 – 10%, thành phần chủ yếu là cellulose, gần như không có

tinh

bột nhưng chứa nhiều dịch bào (nhựa) Trong thành phần dịch bào có chứa cácpolyphenol và độc tố Độc tố trong khoai mì là hợp chất glycozit (C10H17NO6)bản thân hợp chất này không độc nhưng trong môi trường axit bị phân hủy và giảiphóng ra axit xianhydric (HCN) rất độc với người và gia súc

 Thịt cùi: Chiếm tỉ lệ lớn nhất, chứa nhiều tinh bột và protein Đây là phần

dự

trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ Đối với sản xuất ethanol thì thành phần quan trọng nhất là glucid lên men được, gồm tinh bột và một số đường Glucid trong tự nhên được chia làm ba nhóm chính là : monosaccharide, oligo và

polysaccaride Monosaccharide là những glucid đơn giản không thể thuỷ phân được.Trong đó lại chia ra : monosaccharide trioza, tetroza, pentoza, và hexoza Trong thiên nhiên phổ biến nhất là hexoza và pentoza Hexoza là glucid lên men được, dưới tác dụng của nấm men đa số hexoza sẽ biến thành rượu và CO2 Pentoza thuộc loại glucid không lên men được Oligosaccharrit là những glucid chưa từ 2 đến 10 gốc monosaccharide Trong thiên nhiên phổ biến nhất là oligo chứa 2 hoặc 3 gốc mono Trong đó disaccharide dễ dàng chuyển hoá thành rượu và CO2 dưới tác dụng

của hệ enzyme amylase nấm men, còn trisaccharide chỉ lên men được 1/3

Bảng 1 Thành phần hóa học trung bình của khoai mì

Thành phần Đơn vị trọng lượng 100g

Thành phần chế biến được của củ sắn

-II. Các giống sắn(khoai mì) chủ yếu:

Những giống sắn phổ biến ở Việt Nam là KM94 KM140, KM98-5, KM98-1,

SM937-26, với tỷ lệ tương ứng 75,54%, 5,4%, 4,50%, 3,24%, 2,70%, của tổng diện tích sắn thu hoạch toàn quốc hiện tạiước 496,20 nghìn ha, năng suất bình quân 17,1 tấn/ ha, sảnlượng sắn củ tươi 8,52 triệu tấn (Tổng cục Thống kê 2012)

• Đặc điểm của 5 giống sắn chủ lực trong sản xuất

1. Giống sắn KM 140

Đặc điểm giống:

+ Thân xanh, hơi cong ở gốc, ngọn xanh, ít phân nhánh

+ Giống sắn KM98-5 có cây cao hơn và dạng lá dài hơn so với KM419+ Năng suất củ tươi: 34,5 tấn/ha

+ Tỷ lệ chất khô: 39,2%

+ Hàm lượng tinh bột: 28,5%

+ Năng suất bột : 9,8 tấn/ha

+ Chỉ số thu hoạch: 63 %

+ Thời gian thu hoạch: 8-10 tháng

+ Thời gian giữ bột tương đương KM94

+ Nhiễm nhẹ bệnh cháy lá

3. Giống sắn KM98-1

Đặc điểm giống:

Thân xanh, tai lá rõ, lá xanh, cọng tím

+ Năng suất củ tươi: 32,5 – 40,0 tấn/ha

+ Thân nâu đỏ, thẳng, không phân nhánh

+ Năng suất củ tươi: 32,5 tấn/ha

+ Tỷ lệ chất khô: 37,9%

+ Thân xanh, hơi cong, ngọn tím, không phân nhánh.

+ Năng suất củ tươi: 33,0 tấn/ha

+ Tỷ lệ chất khô: 35,1- 39.0%

+ Hàm lượng tinh bột: 28,7%

+ Năng suất tinh bột: 7,6-9,5 tấn/ ha

+ Chỉ số thu hoạch: 58 %

+ Thời gian thu hoạch: 9-11 tháng

+ Nhiễm nhẹ đến trung bình bệnh chồi rồng và bệnh cháy lá

Sau đây là 7 giống sắn mới triển vọng:

1)Giống sắn KM419

Nguồn gốc: KM419 là con lai của tổ hợp lai BKA900 x (KM98-5 x KM98-5) do

Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh tuyển chọn và giới thiệu BKA900

là giống sắn ưu tú nhập nội từ Braxil có ưu điểm năng suất củ tươi rất cao nhưng chất lượng cây giống không thật tốt, khó giữ giống cho vụ sau KM98-5 là giống sắn tốt đã được tỉnh Đồng Nai và Tây Ninh cho phép mở rộng sản xuất năm 2002, 2005 và Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn công nhận giống năm 2009 (Trần Công Khanh, Hoàng Kim và ctv, 2002, 2005, 2007, 2009 ) Giống sắn lai KM419 kết hợp được nhiều đặc tính tốt của cha mẹ, dẫn đầu năng suất hầu hết các thí nghiệm

2) Giống sắn KM414

Nguồn gốc: KM414 là con lai của tổ hợp KM146-7-2 x KM143-8-1, chính là tổ hợp

lai kép (KM98-5 x KM98 -5) x (KM98-1 x KM98-1) do nhóm nghiên cứu sắn Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hố Chí Minh (NLU) và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam (IAS) chon tạo và khảo nghiệm năm 2003 (Hoàng Kim và ctv, 2009) Hai giống sắn KM98-1 và KM98-5 đã được Bộ Nông nghiệp và PTNT lần lượt công nhận giống năm 1999 và 2009 (Hoàng Kim và ctv, 1999; Trần Công Khanh và ctv, 2005) Giống sắn lai KM414 kết hợp được nhiều đặc tính quý của hai giống cha

mẹ KM98-1 và KM98-5

3) Giống sắn KM397

Nguồn gốc: KM397 là con lai của KM108-9-1 x KM219 chính là tổ hợp lai kép

(SM937-26 x SM937-26) x (BKA900 x BKA900) do nhóm nghiên cứu sắn Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hố Chí Minh (NLU) và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông

nghiệp Miền Nam (IAS) chon tạo và khảo nghiệm năm 2003 (Hoàng Kim và ctv 2009) Giống SM937-6 đã được Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1995(Trần Ngọc Quyền và ctv, 1995) BKA900 là giống sắn ưu tú nhập nội từ Braxil có ưu điểm năng suất củ tươi rất cao nhưng chất lượng cây giống không thật tốt, khó giữ giống cho vụ sau KM397 kết hợp được nhiều đặc tính quý của hai giống cha mẹ SM937-26 và BKA900.

4) Giống sắn KM444

Nguồn gốc: KM444 còn có các tên khác là HL2004-28 và SVN7 do Viện Cây Lương

thực Cây Thực phẩm tuyển chọn ban đầu từ đánh giá tổ hợp lai (2 x 2) x XVP của nhóm nghiên cứu sắn Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hố Chí Minh (NLU) và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam (IAS) lai hữu tính năm 2003

GM444-5) Giống sắn KM325

Nguồn gốc: KM325 là kết quả chọn dòng tự phối đời ba của tổ hợp lai SC5 x SC5 theo

hướng tạo dòng đơn bội kép kỹ thuật CIAT do nhóm nghiên cứu sắn Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hố Chí Minh và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam chọn tạo và khảo nghiệm Giống sắn SC5 do Học Viện Cây trồng Nhiệt Đới NamTrung Quốc (SCATC) chọn từ tổ hợp laiZM8625 x SC8013 công nhận giống quốc gia năm 2000 Hom giống được nhập nội vào Việt Nam từ Viện Nghiên cứu Cây trồng Cận Nhiệt đới Quảng Tây (GSCRI) năm 2002 SC8013 có nguồn gốc từSC205 là giống sắn phổ biến nhất ở Trung Quốc hiện nay

6) Giống sắn KM228

Nguồn gốc: KM228 có tên khác là SVN4 và gần gũi nguồn gốc di truyền với KM440

Giống sắn KM228 là dòng đột biến chọn lọc từ 4000 hạt giống sắn KM94 đã qua chiếu

xạ bằng nguồn Coban 60 trên hạt sắn khô do nhóm nghiên cứu sắn Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hố Chí Minh và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam tạo chọn và khảo nghiệm Giống sắn KM94 đã được trồng thuần cách ly và thu được trên 24.000 hạt sắn khô, sử dụng 16.000 hạt để tuyển chọn 18 cây đầu dòng ưu túmang ký hiệu KM440 (KM440-1 … KM440-18), dùng 4000 hạt chuyển cho CIAT và

sử dụng 4000 hạt để chiếu xạ đột biến lý học, nguồn Co 60 liều xạ 6Kr trên hạt khô cây đầu dòng KM440B, ký hiệu KM228 = KM440B = KM94

7) Giống sắn HB60* (KM390)

Nguồn gốc: HB60* tên khác KM390 do nhóm nghiên cứu sắn Trường Đại học Nông

Lâm thành phố Hố Chí Minh (NLU) và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam (IAS) chọn tạo và khảo nghiệm KM390 là kết quả chọn dòng tự phối đời ba từ tổhợp lai HB60 x HB60 theo hướng tạo dòng đơn bội kép kỹ thuật CIAT Hom giống HB60 được nhập nội từ Trường Đại học Karsetsart (KU) Thái Lan vào Việt Nam năm

2002 Giống HB60 do Trường Đại học Karsetsart Thái Lan chọn tạo từR5 x

KU50 công nhận giống năm 2003

III Giới thiệu chung về enzyme amylase

a. Nguồn enzyme amylase từ vi sinh vật

Trong thiên nhiên enzyme có ở hầu hết mọi thực vật, động vật và vi sinh vật.Song chỉ có một số hạt thực vật và một số loài vi sinh vật mới là những đối tượng

có thể dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase, do chúng có khả năngtích lũy một lượng lớn enzyme này trong những điều kiện xác định Ngày nay do có

ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo Người ta

đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các enzyme amylase Nhữngchủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên,bởi vì các loài khác nhau và thậm chí các chủng vi sinh vật khác nhau cùng thường

sản sinh ra nhiều hệ enzyme khác nhau Chẳng hạn trong 287 loài Aspergiluss (Asp)

được tiến hành thử nghiệm thì chỉ có 34 loài α- amylase với lượng đáng kể Vi sinhvật tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm sợi

Để thu amylase người ta thường dùng các giống nấm sợi Aspergiluss,

Rhizopus Nhiều loại thuộc các giống này (Asp Oryzae, Asp Niger…)

b Thành phần cấu tạo

Dựa theo tính chất và cơ chế tác dụng lên mạch tinh bột người ta xếp enzymeamylase thành hai nhóm là endoamylase (enzyme nội phân) và exoamylase(enzyme ngoại phân) Chúng gồm 6 loại:

Endoamylase (enzyme nội phân): gồm có α-amylase và nhóm enzyme khửnhánh Nhóm enzyme khử nhánh được chia thành hai loại: Khử trực tiếp làpullulanase (α- dextrin-6-glucanohydrolase), khử gián tiếp là tranglucosidase vàamylose-1,6-glucosidase Các enzyme thủy phân các liên kết bên trong chuỗipolysaccharide

Exoamylase (enzyme ngoại phân): gồm có β-amylase và glucoamylase Đây

là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide

Sơ đồ phân loại enzyme amylase

Gạo Nấu chín Làm nguội Lên men

Chưng cấtRượu

Đường hóa Lên men

Chưng cất Thành phẩm

Chương 2: Quy trình sản xuất rượu từ tinh bột

1 Quy trình sản xuất rượu từ gạo

Qui trình sản xuất rượu Gạo

2 Qui trình sản xuất rượu từ khoai mì

Qui trình sản xuất rượu từ khoai mì

Nguyên liệu tinh bột

Làm sạchNghiềnNấuĐường hóaLên menGiấm chínChưng cất, tinh chếCồn công nghiệpTách nướcCồn khan

Men Giống PTNMen giống sản xuất

Thu hồi CO2

3 Qui trình sản xuất rượu từ ngô

a. Quy trình sản xuất

Qui trình sản xuất rượu Ngô

4. Thuyết minh các công đoạn sản xuất ethanol từ tinh bột.

1. Làm sạch.

Ngô, sắn được làm sạch đất, cát, bảo quản trong kho khô ráo chống mối,mọt, sâu bọ Trước khi đem nghiền, nguyên liệu được làm sạch bằng phương phápsàng và sức gió, dùng máy khử từ để tách những kim loại

2. Nghiền nguyên liệu.

 Mục đích:

Công đoạn nghiền để phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giảiphóng các hạt tinh bột ra khỏi các mô, nói cách khác nghiền là quá trình phân chiavật rắn thành nhiều phần tử nhỏ

 Có 3 loại máy nghiền:

• Máy nghiền đĩa

• Máy nghiền trục

• Máy nghiền dưới tác dụng va đập và va đập ma sát

 Hiện nay nhiều nhà máy sử dụng máy nghiền búa để nghiền nguyên liêụthành bột và cho vào nồi nấu sơ bộ nhờ băng tải hoặc gàu tải

3. Nấu nguyên liệu.

 Mục đích:

Nấu nguyên liệu nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biếnchúng thành trạng thái hoà tan trong nước Nấu nguyên liệu là quá trình ban đầunhưng rất quan trọng trong sản xuất ethanol Các quá trình sau tốt hay xấu đều phụthuộc rất nhiều vào kết quả nấu nguyên liệu

 Các phương thức nấu nguyên liệu:

• Nấu gián đoạn

Đặc điểm của phương pháp này là toàn bộ quá trình nấu được thực hiệntrong một nồi Phương pháp này có ưu điểm là tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị, thaotác đơn giản, nhưng có nhược điểm là tốn hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấulâu ở áp suất và nhiệt độ cao nên gây tổn thất đường nhiều