khóa luận nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID ACETIC THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN NHANH BẰNG NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS.TRỊNH VĂN DŨNG MAI THANH THẬT MSSV: 01126146 Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Độc Lập - Tự do - Hạnh Phúc …oOo… …oOo… NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: MAI THANH THẬT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09 – 04 – 1981 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công nghệ sinh học MSSV: 01126146 I - TÊN ĐÊ TÀI: “Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên” II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với phương pháp chậm. - Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự nhiên, rẻ tiền thay thế. - Khảo sát khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh. III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2005 IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/08/2005 V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.TRỊNH VĂN DŨNG Nội dung và đề cương khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn và giáo viên hướng dẫn. Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 01 Tháng 03 năm 2005 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (kí tên) (kí tên) TS.TRẦN THỊ DUNG TS.TRỊNH VĂN DŨNG Lời cảm ơn Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi học tập và rèn luyện trong thời gian qua. Thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân và quý Thầy – Cô trong Trường Đại Học Bách Khoa, Khoa Công Nghệ Hóa, Bộ Môn Máy và Thiết Bị đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Các anh, chị và các bạn trong và ngoài lớp công nghệ sinh học 27 đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Vô cùng biết ơn: Quý Thầy – Cô trong và ngoài Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức trong suốt quãng đường đại học. Và đặc biệt xin bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy, Tiến Sĩ Trịnh Văn Dũng, người đã tận tâm dìu dắt, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quí báo cho tôi trong quá trình học tập và làm luân văn này. iii i Tóm tắt Đề tài “nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên ”, do sinh viên Mai Thanh Thật, Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh thực hiện từ ngày 1/3/2005 đến 1/8/2005 dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Văn Dũng, giảng viên khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh. Các thí nghiệm: Lên men chậm môi trường đã thay đổi hàm lượng nước dừa và hàm lượng đường. Tiến hành lên men nhanh các môi trường mà hàm lượng nước dừa và hàm lượng đường đã thay đổi. Lên men đối chứng giữa lên men nhanh và lên men chậm trên cùng một môi trường. Khảo sát định tính khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh. Kết quả: Chọn được phương pháp lên men nhanh và bằng thực nghiệm đã khẳng định phương pháp này là thích hợp hơn phương pháp chậm để nghiên cứu và triển khai công nghệ sản xuất acid acetic. Chứng minh được vật liệu trong nước (thân cây tre) hoàn toàn có thể thay thế được vật liệu truyền thống nước ngoài (gỗ sồi) để làm chất mang vi khuẩn acid acetic. Tìm được thành phần môi trường nước dừa và nước đường có hiệu quả tốt trong quá trình lên men nhanh. Sản phẩm giấm đạt nồng độ gần 5% acid chỉ sau khoảng 50h lên men với hệ thống lên men nhanh hồi lưu qua giá thể. iii Mục lục trang Lời cảm ơn .iii Tóm tắt . .…………………………………………………………………………iv Mục lục ………………………………………………………………………… v Danh sách các hình .ix Danh sách các bảng biểu và đồ thị ………………………… .x Hình 3.5 Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên thân tháp .49 Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra định tính các tính chất của chất mang chế tạo từ tre .67 iv Danh sách các hình trang Hình 3.5 Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên thân tháp .49 Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra định tính các tính chất của chất mang chế tạo từ tre .67 v 1 MỞ ĐẦU I.1 Đặt Vấn Đề Acid acetic đóng vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Nó được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: công nghiệp tổng hợp hữu cơ, công nghiệp thực phẩm,… mà đặc biệt là trong công nghiệp chế biến mủ cao su. Trong ngành công nghệ thực phẩm, trên thị trường hiện nay có hai loại giấm: giấm hóa học (tổng hợp hóa học) và giấm nuôi (giấm được sản xuất theo phương pháp lên men). Giấm tổng hợp theo phương pháp hóa học. Qua kiểm nghiệm người ta thấy trong giấm tổng hợp ngoài thành phần chính là acid acetic, còn chứa nhiều thành phần phụ khác, chúng là chất độc gây ung thư như: acidfocmic, metanol, metylaxetac,… mặc dù các nhà sản xuất đã áp dụng những thiết bị và phương pháp khử độc hiện đại. Giấm nuôi được sản xuất theo phương pháp lên men vi sinh vật. Nó là loại thực phẩm an toàn được các chuyên gia thực phẩm khuyên dùng. Ngoài thành phần chính là acid acetic, còn chứa một số acid amin và vitamin cần thiết cho cơ thể. Ở Việt Nam, acid acetic có thể được chế biến từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như: mật rỉ, nước hoa quả chín, tinh bột, cồn và các loại chứa cellulose như gỗ,…. Nước ta là nước nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nên các nguyên liệu này rất dồi dào, đặc biệt là rỉ đường, nước dừa, quả điều và dứa. Ở nước ta acid acetic dùng để làm thực phẩm trong gia đình chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp lên men truyền thống. Nhưng hiện nay, tại các chợ và các quầy hàng người ta thường bán giấm hóa học với tên gọi “giấm ăn”. Vấn đề ở đây là giá thành 1lít giấm nuôi đắt gấp 10 lần so với giá thành 1lít giấm hóa học. Lý do là sản xuất giấm ăn theo phương pháp lên men phải tốn thời gian dài, độ chua không cao nên ít người sản xuất nó. Người tiêu dùng đành phải mua giấm tổng hợp để dùng. 2 Còn trong ngành công nghiệp chế biến mủ cao su, lượng acid acetic dùng trong chống đông mủ cao su (sử dụng dung dich acid acetic 2,5% với lượng là 3,5-10 kg/tấn dung dịch mủ cao su) chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc. Ở nước ta hiện nay, diện tích trồng cao su khoảng 400000 ha, mỗi năm thu hoạch gần 800000 tấn/năm. Từ đó cho thấy rằng lượng acid acetic dùng trong ngành công nghiệp chế biến mủ cao su này rất lớn. Mặc khác, diện tích trồng cao su ngày một tăng, ước tính đến 2010 diện tích trồng cao su trên cả nước khoảng 700000 ha. Do đó, việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp sản xuất, nguồn nguyên liệu để sản xuất cho năng suất, hiệu quả kinh tế cao là rất có ý nghĩa thực tế ở nước ta hiện nay và trong tương lai. I.2 Mục Đích Yêu Cầu - Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với phương pháp chậm. - Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự nhiên thay thế. - Khảo sát khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh. 3 TỔNG QUAN TÀI LIỆU Chương 1. Công Nghệ Sản Xuất Acid Acetic 1.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic 1.1.1 Các tính chất hóa lý của acid acetic Acid acetic có công thức phân tử CH 3 COOH, khối lượng phân tử 60,5 kg/kmol. Nó là một chất lỏng không màu, có mùi xốc, có vị chua, có khả năng hút ẩm từ không khí. Nhiệt độ nóng chảy t nc =16,63 o C, nhiệt độ sôi t s =118 o C, tỷ trọng 1,049, độ nhớt ở 20 o C là 1,21.10 -3 Ns/m 2 . Trong dung dịch acid acetic tồn tại các dạng (CH 3 COOH) 2 , (CH 3 COOH) 3 , sự tồn tại các phân tử kép như trên là do các liên kết hidro giữa các phân tử với nhau. Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu, aeton, cloruafooc …) với bất kỳ tỉ lệ nào. Ngoài ra nó cũng chính là dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ (nhựa, tinh dầu, …). Đặc biệt acid acetic hòa tan tốt ngay cả xelluloz và các hợp chất của nó. Acid acetic có tác dụng phân hủy da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và hợp kim, hòa tan tốt nhiều chất vô cơ. 1.1.2 Ứng dụng của acid acetic Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong sản xuất công nghiệp. Những ứng dụng quan trọng của acid acetic bao gồm: 1.1.2.1 Ứng dụng trong chế biến mủ cao su Trong ngành công nghiệp sản xuất mủ cao su, người ta rất sợ hiện tượng đông đặc của mủ trước khi về đến nhà máy chế biến. Để chống đông mủ cao su, người ta cho thêm vào mủ nước những chất chống đông. Thường người ta dùng dung dịch NH 3 3%. Thời điểm cho dung dịch NH 3 vào mủ là lúc trút mủ vào xô, thùng,…. 4 Khi đông tụ mủ, người ta pha loãng và khuấy trộn đều, sau đó cho thêm vào dung dich acid acetic 2,5% với lượng là 3,5-10 kg/tấn dung dịch mủ cao su. Ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm sản xuất khoảng 800000 tấn cao su (50% trong đó được sử dụng trong nước, còn 50% thì xuất khẩu). Như vậy lượng acid acetic sử dụng trong chế biến mủ cao su là rất lớn. Mặc dù vậy, nước ta vẫn phải nhập acid acetic từ nước ngoài (chủ yếu là từ Trung Quốc). 1.1.2.2 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Với hàm lượng acid acetic từ 2 – 5%, người ta gọi dung dịch này là giấm ăn. Giấm ăn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm để chế biến đồ hộp, rau, quả, gia vị trong các bữa ăn gia đình. Lượng giấm ăn sử dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất lớn, do đó, việc sản xuất giấm ăn không thể mang tính chất thủ công truyền thống mà đã trở thành một ngành sản xuất theo quy mô công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới. 1.1.2.3 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác Acid acetic được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp sản xuất chất màu, dung môi hữu cơ (etyl acetat, butyl acetat, xelluloz, axetat, axeton,…). Tổng hợp chất dẻo, tơ sợi, nhựa PVA, trong dược phẩm (điều chế aspirin). Và ngày nay, thì acid acetic và các dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu và ứng dụng cho các ngành công nghệ cao như sản xuất phim ảnh không cháy, thủy tinh không vỡ,…. Những ngành sản xuất này đòi hỏi lượng acid acetic nhiều và có chất lượng cao hơn dung dịch acid acetic dùng trong công nghệ thực phẩm và trong công nghệ chế biến mủ cao su. 1.2 Các phương pháp sản xuất acid acetic Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi và từ rất lâu. Do đó, loài người đã phát minh ra nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất acid acetic, những phương pháp sản xuất acid acetic bao gồm: - Phương pháp hóa gỗ - Phương pháp hóa học . CÔNG NGHỆ SINH HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID ACETIC THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN NHANH BẰNG NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN Giáo viên hướng. văn này. iii i Tóm tắt Đề tài nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên ”, do sinh viên Mai Thanh