(Luận văn thạc sĩ) 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 07

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 trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ nhiều để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn tồn thể cán phịng thí nghiệm trung tâm Công ty Cổ phần Cồn Rượu Hà Nội, đặc biệt Kĩ sư Công nghệ Nguyễn Thị Hà tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu phịng thí nghiệm Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo dạy bảo suốt năm học vừa qua Cuối tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè bên tôi, giúp đỡ động viên 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 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỒN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình sản xuất cồn giới 1.1.2 Tình hình sản xuất cồn Việt Nam 1.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT CỒN 1.2.1 Nguyên liệu chứa đường 1.2.2 Nguyên liệu xenluloza 1.2.3 Nguyên liệu giàu tinh bột 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 tinh chế 17 1.3.2 Một số tiến 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 nhiệt độ thường (Stargen 001) 19 1.4.2 Enzim thuỷ phân tinh bột 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 thiết bị 24 2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 24 2.2.1 Xác định độ ẩm nguyên liệu 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 HCl 26 2.2.7 Xác định độ rượu 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 cơng nghệ sản xuất cồn nhà máy Rượu Hà Nội.32 3.2.2 Động học trình thuỷ phân tinh bột gạo enzim Stargen 001 34 3.2.3 Ứng dụng enzim Stargen 001trong trình đường hố lên men đồng thời 36 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ enzim Stargen 001 đến q trình đường hố lên men đồng thời 41 3.2.5 Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống nhiệt độ thường (Stargen 001) trình sản xuất cồn từ sắn lát 43 3.2.6 Lợi ích việc sử dụng hệ enzim thủy phân tinh bột sống nhiệt độ thường……………………………………………………………………….43 3.3 ỨNG DỤNG ENZIM DỊCH HÓA Ở NHIỆT ĐỘ KHƠNG CAO TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ SẮN LÁT 44 3.3.1 Khảo sát quy trình cơng nghệ sản xuất cồn nhà máy Rượu Đồng Xuân 44 3.3.2 Khảo sát quy trình sản xuất cồn từ sắn có sử dụng enzim dịch hóa nhiệt độ không cao Spezyme Extra 46 3.3.2.1 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra enzim đường hoá Dextrozyme GA 46 3.3.2.2 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra enzim đường hoá Distillase L-400 50 3.3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình thuỷ phân tinh bột Spezyme Extra 53 3.3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ enzim Spezyme Extra đến trình dịch hóa 55 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Sản lượng cồn nhiên liệu số nước/vùng giới Bảng 1.2: Sản lượng cồn số nhà máy sản xuất cồn có sản lượng lớn Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu Bảng 3.2: Kết khảo sát công nghệ sản xuất cồn nhà máy Rượu Hà Nội Bảng 3.3: Ảnh hưởng thời điểm bổ sung nấm men đến hiệu trình đường hố lên men đồng thời Bảng 3.4: Ảnh hưởng nồng độ enzim Stargen 001 đến trình đường hố lên men đồng thời Bảng 3.5: Kết khảo sát công nghệ sản xuất cồn nhà máy Rượu Đồng Xuân Bảng 3.6: Kết khảo sát công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra enzim đường hóa Dextrozyme GA Bảng 3.7: Thơng số cơng nghệ quy trình sản xuất cồn từ sắn sử dụng Spezyme Extra Distillase L-400 Bảng 3.8: Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian dịch hoá tới khả thuỷ phân tinh bột enzim Spezyme Extra Bảng 3.9: Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian dịch hố đến hiệu q trình thủy phân sắn lát enzim Spezyme Extra Dextrozyme GA Bảng 3.10: Ảnh hưởng nồng độ enzim Spezyme Extra đến q trình dịch hóa DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sản lượng cồn số nước/vùng giới qua năm Hình 1.1 Diện tích sản lượng sắn nước Hình 1.2 Sản lượng sắn giới giai đoạn 2005-2010 Hình 1.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất cồn theo phương pháp truyền thống Hinh 1.4 Phân bố tiêu thụ lượng trình sản xuất cồn từ tinh bột Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột nhiệt độ thường (Stargen 001) Hình 1.6 Hạt tinh bột gạo chưa hồ hóa bị thủy phân amylaza Hình 3.1 Sơ đồ sản xuất cồn từ gạo theo công nghệ nhà máy Rượu Hà Nội Hình 3.2 Động học trình thuỷ phân tinh bột gạo enzim Stargen 001 Hình 3.3 Sắc ký đồ dịch thuỷ phân bột gạo enzim Stargen 001 Hình 3.4 Sắc ký đồ dịch thuỷ phân bột gạo Termamyl SC Dextrozyme GA Hình 3.5 Sơ đồ quy trình đường hóa lên men đồng thời sử dụng enzim Stargen 001 Hình 3.6 3.7 Nấm men giai đoạn bắt đầu vào thùng lên men Hình 3.8 3.9 Nấm men sau 16h Hình 3.10 3.11 Nấm men 32h Hình 3.12 Động học trình đường hoá lên men đồng thời sử dụng enzim thủy phân tinh bột sống nhiệt độ thường Stargen 001 Hình 3.13 Quy trình sản xuất cồn theo cơng nghệ nhà máy Rượu Đồng Xuân Hình 3.14 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hố Spezyme Extra enzim đường hố Dextrozyme GA Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra enzim đường hoá Distillase L-400 Hình 3.16 Động học sinh CO2 trình lên men dịch thủy phân sử dụng hệ enzim thủy phân khác MỞ ĐẦU Ethyl alcohol (etylic) hay gọi cồn, có cơng thức hố học C2H5OH, có vai trị quan trọng nhiều ngành cơng nghiệp (như công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm…), nông nghiệp, y tế Cồn nguyên liệu để pha chế nhiều loại đồ uống phổ biến nhiều nước; cồn dùng để sản xuất nhiều loại hoá chất quan trọng như: axetaldehyt, axit axetic, este, butanol, glycol, vinyl axetat [6]… Những năm gần sản xuất cồn xem hướng ưu tiên số làm nhiên liệu để thay xăng nước phát triển Brazil, Mỹ số nước khác Trung Quốc, Thái Lan… Ngành công nghiệp sản xuất cồn có từ lâu đời Kể từ năm 1800 nhà máy sản xuất cồn Hà Lan xây dựng [6], có hàng loạt nhà máy xây dựng nhiều nước giới Tính đến năm 2006, tổng sản lượng cồn giới đạt tới số 51 tỷ lít [25] Trên giới cồn sản xuất theo hai đường Thứ lên men truyền thống từ nguyên liệu thô rỉ đường (là phế phẩm nhà máy sản xuất đường từ mía hay củ cải đường) thuỷ phân ngun liệu có chứa tinh bột ngơ, lúa mạch, gạo… từ sắn để thu lấy dịch đường cho lên men chưng cất Thứ hai tổng hợp từ etylen Xét hiệu kinh tế phương án thứ hai có lợi nguyên liệu rẻ tiền Nhưng xét mặt chất lượng sản phẩm khả đáp ứng công suất sản xuất trang thiết bị đơn giản phương pháp lên men từ gluxit chiếm ưu nhiều Hiện giới 95% cồn sản xuất theo phương pháp lên men, có 5% sản xuất theo đường tổng hợp hoá học [10] Quá trình sản xuất cồn từ nguồn ngun liệu có chứa tinh bột gạo, ngô, khoai, sắn…là q trình cơng nghệ biết đến từ lâu phát triển qua hàng kỷ Công nghệ đặc biệt phát triển với nước có sản lượng lương thực dồi Brazil, Mỹ, Thái Lan, Trung Quốc…Việt Nam nước nằm vùng nhiệt đới, thích hợp cho việc trồng lương thực lúa, ngơ, Q trình dịch hóa cơng nghệ sản xuất cồn từ sắn lát nhà máy Rượu Đồng Xuân phải thực nhiệt độ cao (95oC) đun sôi từ 30-60 phút để đảm bảo tinh bột hịa tan hồn tồn Tuy nhiên sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra q trình dịch hóa cần tiến hành nhiệt độ khơng cao (70-75oC) mà tinh bột hòa tan Do tiến hành khảo sát enzim Spezyme Extra trình sản xuất cồn nhà máy Rượu Đồng Xuân Quy trình thể hình 3.14 Kết thu thể bảng 3.6 Bảng 3.6: Kết khảo sát công nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra enzim đường hóa Dextrozyme GA Các tiêu Các q trình Dịch hố Đường hố Lên men Nồng độ chất khơ ( Bx) 18,0 18,2 5,0 Lượng đường khử (g/l) 47,2 87,5 1,8 Độ rượu giấm chín (%V) - - 9,5 Lượng CO2 thoát (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 nguyên liệu  Nhiệt độ: 75oC  Thời gian: 120 phút  Nhiệt độ: 60oC Đường hoá  Dextrozyme GA: 410 ml/1 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 enzim đường hoá Dextrozyme GA Mơ tả qui trình: Sắn nghiền nhỏ thành bột cấp sang thùng dịch hóa Bột phải phải lọt qua rây có d=1,2mm đạt tiêu chuẩn Tại thùng dịch hóa: bột hịa với nước theo tỉ lệ bột 26-32% Giữ pH thùng dịch hóa ổn định 5,5 Bổ sung Spezyme Extra theo tỉ lệ 0,15kg/tấn nguyên liệu Giữ nhiệt độ dịch hóa 48 75oC, thời gian dịch hóa trì 120 phút Kết thúc q trình dịch hóa chuyển dịch sang thùng đường hóa Giữ nhiệt độ thùng đường hóa 60oC Đầy thùng bổ sung enzim Dextrozyme theo tỉ lệ 410ml/tấn nguyên liệu Thời gian dịch hóa 60 phút Kết thúc trình, chuyển dịch sang thùng lên men Bổ sung nấm men đánh tan vào thùng theo tỉ lệ 1,5kg/10000l Giữ nhiệt độ lên men 30oC, bổ sung ure theo tỉ lệ 0,05% Sau 96-120h chuyển dịch lên men sang chưng cất Kết thu bảng 3.6 cho thấy q trình dịch hố tinh bột Spezyme Extra cần tiến hành 75oC mà hàm lượng chất khơ hồ tan đạt lượng tương đương sử dụng Termamyl SC, hiệu lên men tốt hơn, lượng CO2 thoát nhiều Điều chứng tỏ q trình dịch hóa nhiệt độ thấp khơng cần q trình đun sơi làm giảm tổn thất đường tạo thành hợp chất gây ức chế cho phát triển nấm men sau Như Spezyme Extra thực q trình dịch hóa khơng đun sôi mà đảm bảo hiệu suất lên men cho trình sản xuất cồn 49 3.3.2.2 Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra enzim đường hố Distillase L-400 Enzim đường hóa có ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu suất thời gian lên men lượng đường cung cấp cho nấm men hoạt động phụ thuộc vào khả thủy phân tinh bột tới đường có khả lên men [31] Do chúng tơi tiếp tục khảo sát q trình sản xuất cồn sử dụng enzim Spezyme Extra trình dịch hóa enzim đường hóa khác Distillase L-400 Quy trình cơng nghệ thể hình 3.15 Các kết khảo sát thể bảng 3.7 Bột sắn  Dịch bột: 26-32%, pH = 5,5 Dịch hoá  Spezyme Exra: 0,15kg/1 nguyên liệu  Nhiệt độ: 75oC  Thời gian: 120 phút  Nhiệt độ: 60oC, pH = 4,2 Đường hoá  Distillase: 1,0 kg/1 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 cơng nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra enzim đường hố Distillase L-400 Mơ tả qui trình: Sắn nghiền nhỏ thành bột cấp sang thùng dịch hóa Bột phải phải lọt qua rây có d=1,2mm đạt tiêu chuẩn Tại thùng dịch hóa: bột hòa với nước theo tỉ lệ bột 26-32% Giữ pH thùng dịch hóa ổn định 5,5 Bổ 50 sung Spezyme Extra theo tỉ lệ 0,15kg/tấn nguyên liệu Giữ nhiệt độ dịch hóa 75oC, thời gian dịch hóa trì 120 phút Kết thúc q trình dịch hóa chuyển dịch sang thùng đường hóa Giữ nhiệt độ thùng đường hóa 60oC, trì pH=4,2 Đầy thùng bổ sung enzim Distillase theo tỉ lệ 1,5kg/tấn nguyên liệu Thời gian dịch hóa 60 phút Kết thúc trình, chuyển dịch sang thùng lên men Bổ sung nấm men đánh tan vào thùng theo tỉ lệ 1,5kg/10000l Giữ nhiệt độ lên men 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 cơng nghệ quy trình sản xuất cồn từ sắn sử dụng Spezyme Extra Distillase L-400 Các tiêu Dịch hố Đường hố Lên men Nồng độ chất khơ (oBx) 18,0 18,2 5,0 Lượng đường khử (g/l) 47,2 81,0 2,0 Độ rượu giấm chín (%V) - - 9,3 Lượng CO2 thoát (g/l) - - 83,5 Hiệu suất lên men (%) - - 90,7 Kết thu từ bảng 3.7 cho thấy sử dụng enzim đường hóa Distillase hiệu suất lên men đạt xấp xỉ hiệu suất lên men cồn nhà máy Rượu Đồng Xuân Như kết khảo sát ba quy trình sản xuất cho thấy trình sản xuất cồn sử dụng enzim dịch hóa Spezyme Extra enzim đường hóa Dextrozyme GA cho hiệu suất lên men cao Điều khẳng định qua động học trình lên men dịch đường thủy phân hệ enzim khác (Hình Lượng CO2 (g/l) 3.16) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Termamyl + GA Spezyme Extra + GA Spezyme Extra + Distillase 24 48 72 96 120 144 Giờ Hình 3.16 Động học sinh CO2 trình lên men dịch thủy phân sử dụng hệ enzim thủy phân khác 52 Với mục tiêu thay enzim Termamyl enzim Spezyme Extra trình sản xuất cồn từ sắn Việt Nam nay, tiếp tục khảo sát số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động enzim dịch hóa Spezyme Extra 3.3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình thuỷ phân tinh bột Spezyme Extra Hoạt động enzim phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ thời gian diễn phản ứng Khi nhiệt độ tăng hoạt độ enzim tăng đến nhiệt độ hoạt tính enzim lại giảm Tại nhiệt độ phản ứng thuỷ phân tinh bột enzim cần thực khoảng thời gian định Nếu thời gian phản ứng ngắn trình dịch hố chưa hồn tồn, thời gian phản ứng dài hiệu dịch hố khơng cao đồng thời làm giảm đáng kể hoạt tính enzim [32] Để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến hoạt động enzim Spezyme Extra, tiến hành khảo sát hoạt động enzim Spezyme Extra nhiệt độ 65oC, 70oC, 75oC Tại nhiệt độ, thời gian dịch hoá thay đổi: 60 phút, 90 phút, 120 phút Các thí nghiệm tiến hành điều kiện: nồng độ dịch bột 21%, pH 5,5, tỉ lệ enzim sử dụng 0,15 kg Spezyme Extra/1 nguyên liệu Bảng 3.8: Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian dịch hoá tới khả thuỷ phân tinh bột enzim Spezyme Extra Các 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 ta thấy 65oC, hiệu suất hòa tan đường khử tạo rõ rệt so với 70 75oC Ở 70 75oC, hiệu suất hòa tan lượng đường khử tạo chênh lệnh không nhiều Do sản phẩm thủy phân q trình dịch hóa ảnh hưởng tới hoạt động enzim đường hóa nên chúng tơi tiếp tục nghiên cứu để chọn nhiệt độ thời gian dịch hố thích hợp cho q trình đường hố lên men sau Nhận thấy điểm: dịch hoá 70oC thời gian 90 phút; 70oC thời gian 120 phút 75oC thời gian 60 phút, lượng chất khơ hồ tan tương đương xấp xỉ lượng chất khơ hồ tan dịch hố Termamyl nên chúng tơi định chọn ba điểm để thực nghiên cứu Các thí nghiệm tiến hành điều kiện: nồng độ dịch bột 21%, pH 5,5, tỉ lệ enzim Spezyme Extra 0,15 kg/1 ngun liệu; Q trình đường hố thực nhiệt độ 60oC 60 phút với tỷ lệ enzim 410 ml GA/1 nguyên liệu Kết thu thể bảng 3.9 Bảng 3.9: Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian dịch hoá đến hiệu trình thủy phân sắn lát enzim Spezyme Extra 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 tiêu Chỉ tiêu sau dịch hoá Chỉ tiêu sau đường hoá Chỉ tiêu sau lên men 54 Kết thu bảng cho thấy dịch hoá 70oC 90 phút 75oC 60 phút đạt hiệu tương đương Tuy nhiên với mục đích giảm lượng tiêu tốn q trình nấu nên chúng tơi lựa chọn dịch hố 70oC 90 phút để tiến hành nghiên cứu 3.3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ enzim Spezyme Extra đến trình dịch hóa Nồng độ enzim yếu tố ảnh hưởng lớn đến trình thuỷ phân tinh bột Trong điều kiện thừa chất, tốc độ phản ứng bậc phụ thuộc vào nồng độ enzim Khi nồng độ enzim tăng, tốc độ phản ứng tăng hay mức độ thuỷ phân tăng Nhưng đến nồng độ định mức độ thuỷ phân khơng tăng Do chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzim Spezyme Extra đến q trình dịch hóa Q trình dịch hóa thực điều kiện: nồng độ dịch bột: 21%; pH 5,5; nhiệt độ 70oC; thời gian dịch hóa 90 phút Q trình đường hố thực nhiệt độ 60oC 60 phút với tỷ lệ enzim 410 ml GA/1 nguyên liệu Bảng 3.10: Ảnh hưởng nồng độ enzim Spezyme Extra đến q 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 khơ (oBx) 4,8 5,0 5,0 Đường sót (g/100ml) 0,17 0,19 0,2 Các 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 ta thấy tăng nồng độ enzim Spezyme Extra nồng độ chất khơ hồ tan q trình dịch hố tăng lên hiệu suất lên men cuối sử dụng nồng độ enzim Spezyme Extra 0,1 kg/tấn nguyên liệu cho kết lên men tương đương với sử dụng nồng độ Spezyme Extra 1,5 kg/ ngun liệu Do chúng tơi chọn nồng độ Spezyme Extra thích hợp cho q trình sản xuất cồn 0,1 kg/tấn nguyên liệu 56 KẾT LUẬN Enzim Stargen 001 có khả thuỷ phân tinh bột gạo nhiệt độ thường (30oC), khơng có khả thuỷ phân sắn lát Khi thuỷ phân tinh bột gạo giải phóng đường glucoza lượng nhỏ maltoza mà tạo thành dextrin hay oligosaccarit trung gian Q trình thủy phân tinh bột giải phóng từ từ trực tiếp đường có khả lên men tạo điều kiện thuận lợi cho q trình đường hố lên men đồng thời Quá trình lên men ứng dụng phương pháp đường hoá lên men đồng thời đạt hiệu suất lên men tương đương với hiệu suất lên men theo phương pháp truyền thống mà thời gian lên men rút ngắn chi phí lượng chi phí thiết bị cho q trình nấu đường hoá giảm đáng kể Ứng dụng enzim dịch hóa nhiệt độ khơng cao q trình sản xuất cồn từ sắn mang lại hiệu đáng quan tâm Quá trình nấu cần thực 70oC, hiệu suất lên men đạt tương đương với hiệu suất lên men nhà máy sản xuất cồn nước ta Theo kết thu bước đầu chúng tơi xin đưa quy trình sản xuất cồn từ sắn theo công nghệ nấu nhiệt độ thấp sau:  Q trình dịch hố:  Nồng độ dịch bột: 21%; pH = 5,5  Nồng độ Spezyme Exra: 0,1kg/1 nguyên liệu  Nhiệt độ 70oC  Thời gian dịch hóa: 90 phút  Q trình đường hố:  Nhiệt độ 60oC  Dextrozyme GA : 410 ml/1 nguyên liệu 57  Thời gian đường hóa: 60 phút  Q trình lên men:  Nhiệt độ 30oC  Lượng urê bổ sung: 0,05%  Nấm men: 1,5 kg/10000 lít Chúng tơi hy vọng đề tài tiếp tục đầu tư nghiên cứu ứng dụng quy mô công nghiệp 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hoàng Kim Anh, Ngơ Kế Sương, Nguyễn Xích Liên (2005), Tinh bột sắn sản phẩm từ tinh bột sắn NXB Khoa học kỹ thuật Đinh Thế Lộc (1997), Giáo trình lương thực, tập II, Cây màu NXB Nông nghiệp - Hà Nội 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 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 Kỹ thuật Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng (2005), Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn ethylic NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Thoa, Nguyễn Văn Tiếp (1982), Sử dụng chế phẩm enzim công nghiệp thực phẩm NXB Khoa học kỹ thuật Tiếng Anh Christina A., Guido Z., Nelson T., Lo G (2000), A kinetic model for enzymatic wheat starch saccharification Chemical Technology and Biotechnology Christoph B (2004), World Fuel ethanol analysis and outlook Ratzeburg, Germany: F.O Licht 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 ... 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: 60.42.0 107 LUẬN VĂN THẠC SĨ... 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. .. nghệ sản xuất cồn sử dụng enzim thuỷ phân tinh bột nhiệt độ thường (Stargen 001) Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột nhiệt độ thường hệ enzim thuỷ phân tinh bột nhiệt độ thấp nguyên liệu Việt Nam