Lên men Ethanol theo phương pháp chu kỳ sử dụng nấm men cố định
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN - - Giáo viên hướng dẫn (ký tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Như biết, Ethanol đóng vai trị 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 mơi, 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 dịng 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 TỔNG QUÁT: 1.1 Ethanol: Ethanol gọi rượu etylic, rượu nguyên chất, rượu ngũ cốc, hay rượu uống, chất lỏng khơng màu, dễ bay hơi, dễ cháy Nó biết đến nhiều loại đồ uống có cồn, ngồi cịn dùng làm dung mơi, nhiên liệu từ cồn Theo cách dùng thơng thường gọi rượu uống, hay rượu mạnh Ethanol rượu mạch thẳng, công thức phân tử: C2H5OH Lên men Ethanol cịn gọi q trình lên men rượu, q 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 Mơ 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 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, q trình sinh trưởng vi sinh vật nói chung nấm men nói riêng phụ thuộc nhiều vào điều kiện mơi 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 q 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 Bùi Thanh Huyền( 2008), q 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: 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 mơi trường hiếu khí kỵ khí Một vài chủng khơng thể phát triển kỵ khí mơi trường sucrose trehalose Tất chủng sử dụng ammoniac urê nguồn nitơ nhất, khơng thể 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 khơng có enzyme protease khơng thể 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 cơng nghiệp cịn 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 tồn thực phẩm, có nhiều tự nhiên, giá thành thấp khơng 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) -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: -alumina, Hydromica, Kissir, 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, cịn khí carbonic hịa tan Hình Con đường tổng hợp Ethanol 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, ngồi sản phẩm rượu CO 2, cịn 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 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 10 ... sinh ethanol, khí CO 2, sản phẩm trao đổi chất khác 1.2 Phương pháp lên men chu kỳ: Hình Mơ hình lên men chu kỳ sử dụng nấm men cố định Lên men chu kỳ hay gọi lên men gián đoạn (lên men theo. .. 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... 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 TỔNG QUÁT: 1.1 Ethanol: Ethanol gọi rượu etylic,