Khảo sát khả năng sản xuất cồn nhiên liệu trực tiếp từ mía

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HOÀI ĐỨC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SẢN XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU TRỰC TIẾP TỪ MÍA Chun ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt luận văn trước hết xin chân thành gửi lời tri ân tới TS Trịnh Văn Dũng, người thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình làm luận văn Tơi xin cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Công nghệ hoá học, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM giảng dạy, truyền đạt kiến thức khoa học quý báu năm ngồi giảng đường đại học sau đại học trình làm đề tài Tôi xin cảm ơn đế thầy cô bạn đồng nghiệp Trung Tâm Máy Thiết Bị, Viện Công nghệ sinh học thực phẩm, Trung tâm công nghệ hóa học, Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện làm việc tốt để tơi hồn thành tốt đề tài Cảm ơn gia đình, bạn bè người thân giúp đỡ, hỗ trợ nhiệt tình vật chất động viên khích lệ tinh thần cho tơi q trình học tập thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT LUẬN VĂN Nội dung luận văn khảo sát trình lên men từ nguyên liệu có nguồn gốc từ mía từ đánh giá khả sản xuất cồn từ loại nguyên liệu Căn vào tính chất nguyên liệu, chất trình mà ta xây dựng mơ hình để khảo sát Để đánh giá q trình lên men, ta khảo sát ảnh hưởng pH, nồng độ chất hàm lượng tế bào nấm men lên q trình Quy trình thí nghiệm xây dựng theo phương án quy hoạch thực nghiệm Kết thí nghiệm xử lý phương pháp thống kê tốn học từ xây dựng phương trình mơ tả q trình lên men, từ đưa chế độ cơng nghệ thích hợp cho q trình So sánh, đánh giá khả lên men loại ngun liệu có nguồn gốc từ mía ABSTRACT The main content of this thesis is studied of a fermentation process from feedstocks originating from sugar-cane in order to evaluate competence for ethanol production Depending on the characteristics of feedstocks and fermentation processes, we built a experimental model to survey it In order to study the fermentation process, first of all we survey the influences of pH, concentration of substrates and the number of yeast cells on the process The experiment method is built by experimental design, the experimental results is treated by statistical calculation, then the mathematical equation of describing the fermentation process is founded Therefore, we can decide the suitable working regime MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU 11 PHẦN I TỔNG QUAN 14 Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ CỒN NHIÊN LIỆU 15 1.1 Tình hình nhiên liệu giới 15 1.2 Tình hình sử dụng cồn ethanol nhiên liệu giới 19 1.3 Đặc điểm sử dụng cồn nhiên liệu 23 1.3.1 Ưu điểm 23 1.3.2 Nhược điểm 24 1.4 Chất lượng cồn, ảnh hưởng cồn 25 1.4.1 Ảnh hưởng khói thải ethanol lên mơi trường người 25 1.4.2 Các hợp chất hữu dễ bay (VOC: Volatile Organic Compound) 26 1.4.3 Sulfur dioxide hạt bụi 26 1.4.4 Aldehyt 26 1.5 Các phương pháp sản xuất nhiên liệu cồn ethanol 27 1.5.1 Phương pháp hóa học 27 1.5.2 Phương pháp lên men cacbonhydrat 28 Chương SẢN XUẤT CỒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 30 2.1 Nguyên liệu 30 2.1.1 Giới thiệu mía 30 2.1.2 Đặc điểm tính chất nguyên liệu 33 2.2 Các phương pháp lên men 41 2.2.1 Nấm men 41 2.2.2 Phương pháp cấy giống sang môi trường lên men 43 2.2.3 Phương pháp lên men 43 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 44 2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 44 2.3.2 Ảnh hưởng pH 45 2.3.3 Ảnh hưởng nồng độ dịch lên men 46 2.3.4 Ảnh hưởng sục khí 46 2.3.5 Ảnh hưởng nguồn nitơ bổ sung: 46 PHẦN II NGHIÊN CỨU 47 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT 48 3.1 Những yêu cầu fermentor 48 3.2 Xây dựng mơ hình khảo sát 49 3.3 Mơ hình khảo sát 50 Chương KHẢO SÁT CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN 51 4.1 Điều kiện nghiên cứu 51 4.2 Khảo sát q trình lên men nước mía 51 4.2.1 Nguyên liệu – Hóa chất 51 4.2.2 Bố trí thí nghiệm 52 4.2.3 Quy trình thí nghiệm 53 4.2.4 Kết thí nghiệm 55 4.3 Khảo sát lên men rỉ đường 55 4.3.1 Nguyên liệu – Hóa chất 55 4.3.2 Bố trí thí nghiệm 55 4.3.3 Quy trình thí nghiệm 56 4.3.4 Kết thí nghiệm 57 4.4 Khảo sát lên men hỗn hợp nước mía bã 57 4.4.1 Nguyên liệu – Hóa chất 57 4.4.2 Bố trí thí nghiệm 58 4.4.3 Quy trình thí nghiệm 58 4.4.4 Kết thí nghiệm 59 Chương ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SẢN XUẤT CỒN 60 5.1 Xác định điều kiện tối ưu trình lên men 60 5.1.1 Lên men nước mía 60 5.1.2 Lên men rỉ đường 67 5.1.3 Lên men hỗn hợp bã nước mía 72 5.2 Đánh giá khả sản xuất cồn từ trình lên men 78 5.2.1 Nhận xét q trình thí nghiệm 78 5.2.2 Nhận xét kết q trình thí nghiệm 78 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 86 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1: Sản lượng mía vùng nước ta 13 Bảng 1.2: Tỉ số lượng tái sinh/tổng lượng nước OECD 17 Bảng 1.3: Giới thiệu dự án triển khai nước ta 18 Bảng 1.4: Giới thiệu dự án nhiên liệu sinh học dự kiến nước ta 19 Bảng 1.5: Tình hình sử dụng cồn sinh học số nước 22 Bảng 1.6: Sản lượng cồn nhiên liệu giới (tỉ lít) 22 Bảng 1.7: Một số thông số Ethanol so sánh với nhiên liệu 24 Bảng 1.8: Trị số octane phụ gia chứa oxy 27 Bảng 1.9: Tính chất phụ gia oxygenate 27 Bảng 2.1: Thành phần tương đối số vật liệu lignocellulosic 33 Bảng 2.2: Thành phần hóa học giá trị dinh dưỡng mật rỉ 35 Bảng 2.3: Thành phần hóa học nước mía 37 Bảng 2.4: Sự thay đổi thành phần nước mía theo thời gian bảo quản 38 Bảng 4.1 Các mức giới hạn yếu tố khảo sát 52 Bảng 4.2 Bảng bố trí thí nghiệm 53 Bảng 4.3: Kết thí nghiệm lên men nước mía 55 Bảng 4.4: Kết thí nghiệm lên men rỉ đường 57 Bảng 4.5: Kết thí nghiệm lên men hỗn hợp nước mía bã 59 Bảng 5.1 Ma trận quy hoạch trực giao trình lên men nước mía 60 Bảng 5.2: Bảng kết xác định hệ số phương trình hồi quy 61 Bảng 5.3: Kết thí nghiệm lặp tâm phương án 62 Bảng 5.4: Kết kiểm định ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy 62 ^ Bảng 5.5: Kết tính tốn giá trị ( y i  y i ) 64 Bảng 5.6: Ma trận quy hoạch trực giao trình lên men rỉ đường 67 Bảng 5.7: Bảng kết xác định hệ số phương trình hồi quy 67 Bảng 5.8: Kết thí nghiệm lặp tâm phương án 68 Bảng 5.9: Kết kiểm định ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy 68 ^ Bảng 5.10: Kết tính tốn giá trị ( y i  y i ) 69 Bảng 5.11: Ma trận quy hoạch trình lên men hỗn hợp bã nước mía 72 Bảng 5.12: Bảng kết xác định hệ số phương trình hồi quy 72 Bảng 5.13: Kết thí nghiệm lặp tâm phương án 73 Bảng 5.14: Kết kiểm định ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy 74 ^ Bảng 5.15:Kết tính tốn giá trị ( y i  y i ) 75 Bảng 5.16: Kết tính tốn q trình lên men 79 10 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ tình hình giá dầu thô giới ($/thùng) NYMEX 11 Hình 2.1: Cấu trúc tiêu biểu cellulose 33 Hình 2.2: Phương pháp Micomal 40 Hình 2.3: Phương pháp Amilo 41 Hình 2.4: Một số hình ảnh tế bào nấm men 43 Hình 2.5: Ảnh hưởng nhiệt độ lên tốc độ sinh trưởng nấm men 45 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống khảo sát trình lên men 50 Hình 5.1: Ảnh hưởng yếu tố khảo sát lên trình lên men nước mía 66 Hình 5.2: Ảnh hưởng yếu tố khảo sát lên trình lên men rỉ đường 71 Hình 5.3: Ảnh hưởng yếu tố khảo sát lên trình lên men hỗn hợp bã nước mía 77 Hình 5.4: Kết so sánh trình lên men loại nguyên liệu 79 84 [23] Charles E Wyman, Ph.D “ Handbook on bioethanol Production and Utilization” Taylor&Francis Publisher 1996 [24] Yong-Jae Lee Oxidation of sugarcane bagasse using a combination of hypochlorite and peroxide B.Sc., Chonnam National University Submitted to The Graduate Faculty of the Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in The Department of Food Science, 2005 [25] Grabber, H J., Ralph, J., Lapierre, C., and Barrire, Y Genetic and molecular basis of grass cell-wall degradability I Lignin-cell wall matrix interactions C R Biologies 327 (2004) 455-465 [26] Martín, C., Galbe, M., Nilvebrant, N., and Jưnsson, J.L Comparison of the fermentability of enzymatic hydrolyzates of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion using different impregnating agents Appl Biochem Biotech 98-100 (2002) 699-716 [27] Segal, L Cellulose and cellulose derivatives, Wiley, New York 1971 [28] Feller, R L., Lee, S B., and Bogaard, J The kinetic of cellulose deterioration Advances in Chemistry, ACS series 212 (1986) 329-347 [29] Klass, L.D Biomass for renewable energy, fuels, and chemicals Academic Press, San Diego, California 1998 [30] Hu, Q T Chemical modification, properties, and usage of lignin Kluwer academic/Plenum publishers, New York 2002, 41-100 [31] Ostave Levenspicel, Deparment of Chemical Engineering Oregan State University John Wiley Sons Chemical Reaction Engineering thirth Edition, Chapter Enzyme Fermentation 1999 [32] J Pereira, Ph.D Tiberiu.M.Leib Handbook Perry`s Chemical Engineering, Section 19 Graw-Hill 2008 85 [33] Muenduen Phisalaphong, Nuttapan Srirattana, Wiwut Tanthapanichakoon Mathematical modeling to investigate effect on kinetic parameter of ethanol fermentation Biochemical Engineering Journal 28 (2006) 36-43 [34] M.L Cazetta, M.A.P.C Celligoi, J.B.Buzato, I.S Scarmino Fermentation of molasses by Zymononas mobilis: Effects of temperature and sugar concentration on ethanol production Bioresource Technology 98 (2007) 28242828 [35] Thu Lan T Nguyễn, Sharbbir H Gheewala, Savitri Garivait Full chain energy analysis of fuel ethanol from cane molasses in Thailand Apply Energy 85 (2008) 722-734 [36] A.R Navaro, M.del C Sepulveda, M.C Rubio Short communication Bioconcentration of vinasse from the alcoholic fermentation of sugar cane molasses Waste Management 20 (2000) 581-585 [37] O.F Echegaray, J.C.M Carvalho, A.N.R Fernandes, S.Sato, E Aquarone, M Viloto Fed-batch culture of Saccharomyces cerevisiae in sugar- cane blackstrap molasses: invertase activity of intact cells in ethanol fermentation Biomass & Bioenergy 19 (2000) 39-50 [38] J Boundrant, N.V.Menshutin, A.V.Skorohodov, E.VGusev, M.Fick Mathematical modeling of cell suspension in hight cell density conditions Application to L-lactic acid fermentation using Lactobacillus casei in membrane bioreactor Process Biochemistry, 2005 [39] Website tham khảo: www.sciencedirect.com www.elsevier.com/locate www.h2vn.com www.copersucar.com.br www.vietsciencec.org www.wtrg.com/daily/crudeoilprice.html http://vst.vista.gov.vn 86 PHỤ LỤC Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng 1.1 Đặc điểm phương pháp xác định Với phương pháp nào, khâu chuẩn bị mẫu khâu quan trọng Nó định tính xác phép thử Hầu hết phương pháp xác định hàm lượng gluxit phương pháp hóa học dựa vào tính chất khử oxy nhóm andehyt ceton tự phân tử Do xác định loại đường khử (Glucose, fructose…) Vì muốn xác định loại đường đơi, ba, hay polysaccarit phải thủy phân loại đường thành loại đường khử đơn giản Ngoài hợp chất lipit, protit, kim loại… ảnh hưởng lớn đến kết xác định Do trước xác định gluxit cần loại bỏ loại hợp chất Có nhiều phương pháp xác định gluxit (đường khử, đường tổng, tinh bột) Song để có kết xác, phải đặc biệt ý đến hai khâu quan trọng chuẩn bị mẫu: cách thủy phân cách khử tạp Ngoài độ tinh khiết hóa chất, thao tác kỹ thuật góp phần tạo nên kết xác Cách thủy phân Thơng thường xác định loại đường không khử trực tiếp oxy hóa như: saccaro, tinh bột… người ta thường dùng axid để thủy phân đường thành đường khử Nhưng môi trường axid mạnh, nhiệt độ cao khơng đường bị thủy phân mà cịn số đường khác như: levuloza, pentoza… bị thủy phân tạo thành dẫn xuất furfurol làm ảnh hưởng đến q trình định phân 87 Do thủy phân cần xác định nồng độ axit, nhiệt độ thời gian tối ưu để thủy phân vừa đủ loại đường không khử thành đường khử trực tiếp oxy Những điều kiện cho trình thủy phân: - Dung dịch mẫu phải có nồng độ từ 4÷10% tính đường Glucose - Mơi trường thủy phân axit HCl 1N - Nhiệt độ thời gian: tuỳ theo loại đường mà có chế độ khác - Thủy phân đường saccharose nồi cách thủy 70÷750C 15 phút - Trung hịa (bằng dung dịch NaOH) để đưa dung dịch môi trường trung tính hay bazơ yếu Vì mơi trường thuận lợi cho việc khử tạp tủa đồng Cách khử tạp Tùy theo nguyên liệu loại thực phẩm mà sử dụng phương pháp phức tạp khác Một số dung dịch dùng để khử tạp - Dung dịch chì axetat 30% - Dung dịch kaliferocianua 15%, dung dịch kẽm sunfat 30% - Dung dịch patanh: o HNO3 (d= 1.39) 160ml o Chì oxit đỏ 22g o NaOH (d= 1.33) 10ml o Nước cất vừa đủ 1000ml - Dung dịch kaliiodmercurat o KI 33,2g o HgCl2 13,5g 88 o CH3COOH 200ml o Nước cất 640ml - Khử tạp nhôm hydroxit o Dung dịch nhôm clorua 1% (hoặc nhôm sunfat 1%) o NH4OH vừa đủ để kết tủa Mục đích việc sử dụng dung dịch làm kết tủa protid, lipid chất hữu khác, nhằm loại chúng khỏi dịch thử, hạn chế ảnh hưởng chúng đến việc định phân 1.2 Các phương pháp kiểm tra hàm lượng đường tổng Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng đường như: - Phương pháp Bertran - Phương pháp Somogyi - Phương pháp Codextan Trong phương pháp phương pháp Bertran phương pháp tối ưu kinh tế nhất, phù hợp với tiêu chuẩn đo lường Việt Nam giới Phương pháp mang tính xác cao Trong phương pháp Bectran, để khử tạp người ta sử dụng dung dịch kẽm feroxyanua Ưu điểm dung dịch là: kinh tế, không gây độc, đảm bảo việc khử tạp tốt ảnh hưởng đến trình định phân 1.3 Phương pháp Bertran 1.3.1 Ngun lý Glucid trực tiếp khử oxy có tính khử Cu(OH)2 mơi trường kiềm mạnh làm cho kết tủa thể Cu2O màu đỏ gạch Số lượng Cu2O tương ứng với số lượng gluxit khử oxy R-CHO + 2Cu(OH)2 RCOOH + Cu2O + H2O 89 Cu2O có tính chất khử, tác dụng với muối Fe3+ làm cho muối chuyển thành muối Fe2+, môi trường acid Cu2O + Fe2(SO4)3 + H2SO4 2CuSO4 + 2FeSO4 + H2O FeSO4 sinh chuẩn dung dịch KMnO4 tiêu chuẩn 0.1N, điểm tương đương nhận dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O Từ số ml KMnO4 0,1N dùng để chuẩn độ Fe2+ hình thành, tra bảng để có số mg đường Glucose, mantoza, latoza Saccharose nhân với hệ số pha lỗng ta có hàm lượng đường 100 g thực phẩm 1.3.2 Dụng cụ, vật liệu thuốc thử - Cân phân tích xác đến 0,0001g - Bếp cách thủy - Bình đựng mức dung dịch 250ml - Bình nón dung dịch 250ml - Cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, 250ml - Nhiệt kế 0÷100oC có vạch chia đến 1oC - Bình lọc hút chân không - Giấy lọc xanh - Phễu lọc xốp G4 - Dung dịch Fehlinh A: Hòa tan 69,28g CuSO4 1lít nước cất, khơng tan hết thêm vào vài ml H2SO4 đậm đặc lắc - Dung dịch Fehlinh B: Hòa tan 346g kalinatritartrat vào khoảng 500ml nước cất, trộn với 100g NaOH hịa tan 250ml, thêm nước cất thành 1lít - Dung dịch HCl đậm đặc 90 - Dung dịch ZnSO4 2N - Dung dịch Ferocyanua 15% - Dung dịch Fe2(SO4)3: Hịa tan 50g Fe2(SO4)3 400÷500ml nước cất, thêm từ từ cẩn thận 100ml H2SO4 đậm đặc, để nguội thêm nước cất thành 1lít - Dung dịch NaOH 20% 1% - Dung dịch KMnO4 0,1N 1.3.3 Xác định hàm lượng đường tổng: 1.3.3.1 Tiến hành thử Tiến hành thử nghiệm hai lần cho mẫu thử theo bước sau: - Cân khoảng 2g mẫu (đã xay nhuyễn trộn đồng nhất) với độ xác đến 0.0001g vào bình định mức 100ml - Thêm vào 50ml nước cất 60÷70oC - Đặc lên bếp cách thuỷ nhiệt độ 74oC 2h - Thêm 3ml HCl giữ nhiệt độ bình 74oC 15 phút, lấy bình ra, làm nguội nhanh vịi nước - Thêm vài giọt phenoltalein Trung hịa dung dịch bình dung dịch NaOH 20% 1% đến màu hồng - Thêm 5ml dung dịch ferocyanụa 15%, lắc 5ml ZnSO4 2N, lắc cho nước cất đến vạch, lắc - Để yên 10 phút lọc, phần dịch lọc đầu tráng rữa bình bỏ - Hút xác 5ml dịch lọc vào cốc chứa sẵn 10ml Fehling A 10ml Fehling B - Đặt cốc lên bếp điện đun sôi phút kể từ lúc bắt đầu sôi - Lấy ra, để lắng kết tủa (dung dịch phía phải có màu xanh sunfat đồng, làm lại với lượng dịch mẫu qua lọc hơn) 91 - Gạn lọc phần nước phía kết tủa giấy lọc xanh Rữa nước cất đun sôi đến nước qua rữa hết tính kiềm (trong lọc ln giữ lớp nước phía mặt kết tủa để tránh oxyt đồng tiếp xúc với khơng khí) - Hịa tan oxyt đồng cách cho 25ml dung dịch Fe2(SO4)3 vào cốc - Thay bình, hứng dịch lọc đồng thời dùng dung dịch Fe2(SO4)3 cốc hòa tan kết tủa bề mặt phễu lọc - Dùng nước cất nóng tráng cốc phễu lọc thật - Chuẩn độ nóng dung dịch KMnO4 0,1N dung dịch có màu hồng nhạt 1.3.3.2 Tính kết X2  100m2 k 1000m N: Nồng độ dung dịch KMnO4 Vs: Thể tích dung dịch KMnO4 chuẩn mẩu thử, ml V: Thể tích dung dịch KMnO4 0.1N chuẩn mẫu thử (suy từ Vs), ml m2: Hàm lượng glucose tương ứng với V ml dung dịch KMnO4 0,1N chuẩn mẫu thử (tra từ phụ lục), mg k: Hệ số pha loãng mẫu m: Khối lượng mẫu, g X2: Hàm lượng đường tổng tính theo Glucose, % 1.4 Những điều cần lưu ý khử tạp Cho dung dịch kali feroxyanua - kẽm sunfat theo thứ tự với tỷ lệ 1:1 Vì kẽm sunfat ngồi nhiệm vụ khử protit, lipit… cịn khử ln kali feroxyanua (sau trung hòa) 92 Sau thu dịch thử qua lọc, ta tiến hành tủa đồng dung dịch có tính kiềm (Feling A, Feling B theo tỷ lệ 1:1) giữ yên cho dịch sôi phút Nếu thời gian ngắn kết tủa chưa hồn tồn.Ngược lại, để sơi q lâu, dung dịch bị cạn đi, kết tủa tiếp xúc với khơng khí Kết tủa thu đem rửa giấy lọc (xanh) rửa để giọt nước qua lọc trung tính (thử giấy pH) 1.5 Những lưu ý trình rửa tủa Kết tủa giấy lọc cốc phải ngập nước nóng, để tủa tiếp xúc với khơng khí phần tủa (Cu2O) bị oxy hóa oxy khơng khí tạo thành Cu2+ làm lượng kết tủa dẫn đến lượng đường mẫu bị hao hụt Rửa gạn tránh để tủa qua lọc Để hòa tan kết tủa thu được, người ta sử dụng dung dịch Fe3+ Trong dung dịch Fe3+ phải tuyệt đối khơng chứa Fe2+ Vì phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử, dung dịch có chứa Fe2+ phần Fe2+ bị KMnO4 oxy hóa làm ảnh hưởng đến kết Vì thế, phải chuẩn bị dung dịch Fe3+ không chứa Fe2+ cách: cho vào dung dịch Fe3+ giọt dung dịch KMnO4 chuẩn đến dung dịch có màu hồng nhạt bền 30 giây Khi hòa tan tủa cần cho vào lượng dư Fe3+ để đảm bảo hòa tan tủa hoàn toàn Đặc biệt chuẩn độ thao tác phải nhanh, dung dịch thử phải nóng nhằm tránh oxy hóa khơng khí 93 Xác định trực tiếp số lượng vi sinh vật có mẫu Phương pháp thực nhờ khung đếm Goriaep Phiến kính có khung đếm Goriaep dùng để xác định số lượng vi sinh vật có kích thước tương đối lớn nấm men, bào tử nấm mốc, loại tảo 2.1 Nguyên tắc cấu tạo - Khung đếm phiến kính dày, hình chữ nhật, phần lõm phẳng, có kẻ lưới gồm 400 hình vng có diện tích tổng cộng 1mm2 - Vì diện tích hình vng nhỏ 1/400mm2 hình vng lớn 1/25mm2 (hình 1) Nhìn nghiêng Nhìn từ xuống Khung phóng đại Hình Buồng đếm Goriaep 2.2 Cách đếm - Nhỏ giọt dịch huyền phù có vi sinh vật vào khung đếm đậy kính - Di chuyển nhẹ nhàng khung đếm để dịch huyền phù tràn đầy khoang cho dịch huyền phù không rơi xuống rãnh không tạo thành bọt khí Khi dịch nằm khoang có độ dầy khoảng 0,1mm 94 - Thể tích khối vng nhỏ là: 1/400mm2 x 0,1mm = 1/4.000mm3 hay 1/ 4.000.000 ml - Bắt đầu đếm tế bào sau nhỏ giọt dịch từ 3÷5 phút - Đếm 10 vuông lớn hay 20 ố vuông nhỏ Chú ý: Nồng độ dịch huyền phù pha loãng cho mật độ ô nhỏ không 10 tế bào - Tinh số lượng tế bào theo công thức: N  1000a n hS Với: N: Số lượng tế bào 1ml dịch huyền phù; a: Số lượng tế bào trung bình nhỏ h: Chiều sâu khung đếm n: Độ pha loãng mẫu (dịch huyền phù) S: Diện tích hình vng lưới - Sau sử dụng xong phải rửa phòng đếm lau thật khơ để bảo quản - Trị số trung bình số tế bào đếm ô nhỏ phải đảm bảo: 2,5 < a < 10 - Để xác định số tế bào sống hay chết có mẫu cách nhuộm xanh methylen Các tế bào sống chứa enzym có khả chuyển xanh methylen thành chất không màu Khi ngâm tế bào vào dung dịch xanh methylen chất qua màng tế bào enzym tế bào sống làm màu xanh Các tế bào chết enzym khơng cỏn hoạt động nên làm màu xanh methylen, tế bào bị nhuộm màu xanh 95 Điều chỉnh pH dịch lên men pH dịch lên men điều chỉnh tự động hệ thống “MP130 pH Control” hãng DeltaLap dung dịch NaHCO3 (hoặc NaOH) 1N dung dịch HCl 20% Tùy dung dịch đầu có pH mà hệ thống tự động bơm dung dịch NaHCO3 HCl vào để điều chỉnh pH giá trị cài đặt Ở cài đặt giá trị pH tùy vào thí nghiệm khảo sát mức: 4,0 4,8 5,6 96 Xử lý nguyên liệu đầu 4.1 Nước mía Nước mía sau ép lọc qua vải lọc để loại bỏ phần cặn bã sau ép, tiến hành đo sơ thông số: pH (máy đo pH), sau đem phân tích lượng đường tổng có kết Điều chỉnh pH nước mía điền kiện cần thí nghiệm: hóa chất cần dùng để điều chỉnh gồm: NaHCO3 (1N), NaOH (1N), HCl 20% Tiến hành điều chỉnh tự động hệ thống “MP130 pH Control” (Phụ lục 3) Thanh trùng nước mía: Nước mía sau mua cho vào bình thủy tinh chịu nhiệt (tối đa 140oC), vặn nắp kín, cho vào nồi hấp trùng nhiệt độ 90oC 60 phút để diệt vi sinh vật tồn đó, sau đem làm lạnh nhanh nước lạnh, nhiệt độ bình thủy tinh nước giảm nhanh, ta đem đặt vào tủ lạnh để giảm nhiệt độ tới khoảng 28÷30oC lấy chuẩn bị lên men 4.2 Rỉ đường 4.2.1 Xử lý pha loãng rỉ đường 97 4.2.2 Thực acid hóa xử lí tạp chất Ở khâu pha loãng sơ để thực acid hóa xử lí tạp chất mật rỉ, cần tuân thủ: [2] - Nồng độ mật rỉ khống chế từ 25÷300Be, 10Be = 1,840Bx - Lượng acid cho vào từ: 0,35%÷0,4% trọng lượng mật rỉ - Lượng clorua vơi: 0,01%÷0,05% trọng lượng mật rỉ - Lượng KMnO4 khơng q 5ml/1000lít nồng độ 50% - Thời gian acid hóa: 4÷6h (2÷3h cho khơng khí nén, 2÷3h để lắng) Với mật rỉ ta chọn phương pháp lên men nồng độ: - Nồng độ lỗng: dùng để ni gây men giống (10÷12%) - Nồng độ đặc: dùng để lên men sinh Ethanol (30÷32%) Vì với phương pháp cổ điển, phương pháp lên men nồng độ, tương đối đơn giản, dễ thực hiện, áp dụng phổ biến song phương pháp có nhiều nhược điểm vì: - Cùng nồng độ dịch mà phải thực nhiệm vụ vừa gây men giống, vừa lên men tạo ethanol nên hàm lượng ethanol giấm chín thấp - Khơng chủ động kiểm sốt chất lượng men giống trước men kị khí tạo ethanol Do hiệu suất lên men thường thấp, chất lượng cồn thu không cao Khi lên men với nồng độ đặc cần tuân theo điều kiện kỹ thuật sau: - Nồng độ mật rỉ khống chế từ 30÷320Bx - Lượng (NH4)2SO4 cho vào với tỉ lệ 0.18÷0,2% so với mật rỉ - Lượng supper-photphat cho vào với tỉ lệ 0.40÷0,50% so với mật rỉ - Nhiệt độ: 27÷300C 98 Bằng phương pháp lên men nồng độ, kết hợp với điều kiện lên men gián đoạn, bán liên tục hay liên tục, nâng cao hiệu suất tổng thu hồi, đồng thời chất lượng cồn thu hồi tốt 4.2.3 Pha loãng, trùng mật rỉ, tiến hành lên men mật rỉ Thao tác giống với nước mía khác ta khảo sát thí nghiệm với mật rỉ Cịn điều kiện khác như: pH, tỉ lệ men giống cho vào 4.3 Hỗn hơp bã nước mía Tiến hành tương tự với nước mía, từ điều kiện thí nghiệm thao tác thí nghiệm, chí khác điều kiện thí nghiệm ta cho thêm vào 80gram bã mía khơ/lít dịch lên men Vậy với thể tích cần lên men 5,5 lít ta cắt nhỏ 440g bã mía khơ cho vào lúc với nước mía đem trùng Khảo sát với điều kiện với nước mía ... luận văn khảo sát trình lên men từ ngun liệu có nguồn gốc từ mía từ đánh giá khả sản xuất cồn từ loại nguyên liệu Căn vào tính chất nguyên liệu, chất trình mà ta xây dựng mơ hình để khảo sát Để... 5.558900 5.200.287 4.515.516 4.628.380 Đề tài: ? ?Khảo sát khả sản xuất cồn nhiên liệu trực tiếp từ mía? ?? thực để tận dụng khai thác nguồn nguyên liệu vô lớn nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế theo xu... - Nghiên cứu, làm chủ sản xuất vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học - Phát triển sản xuất sử dụng rộng rãi nhiên liệu sinh học để thay phần nhiên liệu hóa thạch truyền