Nghiên cứu lên men Acid Acetic

Nghiên cứu lên men Acid Acetic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINHBỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC*************KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU LÊN MEN ACID ACETIC BẰNG DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀUNgành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌCNiên khóa: 2001 – 2005Sinh viên thực hiện: BÙI HOÀNG VĂNThành phố Hồ Chí MinhTháng 9/2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINHBỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC*************NGHIÊN CỨU LÊN MEN ACID ACETIC BẰNG DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀU Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:TS.TRỊNH VĂN DŨNG BÙI HOÀNG VĂNThành phố Hồ Chí MinhTháng 9/2005 LỜI CẢM TẠChúng tôi xin chân thành cảm tạ:- Ban Giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công nghệ sinh học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.- TS. Trònh Văn Dũng – giảng viên Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã hết lòng hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp.- Thầy Nguyễn Só Xuân Ân, cùng tất cả thầy cô trong phòng thí nghiệm Bộ Môn Máy và Thiết bò – Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực tập tại đây.- Chân thành cảm ơn bạn bè thân yêu của lớp CNSH 27 cùng tất cả các bạn ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt trong thời gian thực hiện đề tài này.Sinh viên thực hiệnBùi Hoàng Văni TÓM TẮTBÙI HOÀNG VĂN, Đại học Nông Lâm TP. Hồ CHí Minh. Tháng 9/2005. “NGHIÊN CỨU LÊN MEN ACID ACETIC BẰNG DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀU”.Hội đồng hướng dẫn:TS. TRỊNH VĂN DŨNGĐề tài thực hiện trên đối tượng là quả điều. Hiện nay, ở nước ta diện tích trồng điều tăng rất nhanh do nhu cầu về chế biến hạt điều tăng. Nhưng lượng hạt điều thu hoạch chỉ chiếm khoảng 15%, trong khi 85% còn lại là quả điều thì không được tận dụng một cách có hiệu quả. Quả điều có hàm lượng đường, khoáng vi lượng, đa lượng và hàm lượng vitamin rất thích hợp cho lên men. Tuy nhiên, trong quả điều có chứa lượng tanin lớn (0,2 – 0,4%) ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm nên cần phải được loại bỏ.Phương pháp lên men giấm sử dụng trong đề tài là: phương pháp chậm và phương pháp nhanh. Trong đề tài sẽ khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lên men trong quá trình sản xuất. Trong phương pháp lên men nhanh có sử dụng vật liệu bám cho vi khuẩn giấm là phoi gỗ sồi. Tuy nhiên, ở Việt Nam thì không có gỗ sồi. Cho nên chúng tôi khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm vật liệu bám cho vi khuẩn giấm.Những kết quả đạt được:- Hàm lượng gelatin thích hợp nhất để tách tanin ra khỏi dòch ép quả điều là 1,5g/l.- Hàm lượng tanin có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả lên acid acetic.- Hàm lượng chất khô (độ Brix) trong dòch lên men thích hợp nhất là 9%.- Phương pháp lên men nhanh có thời gian lên men ngắn hơn nhiều so với phương pháp chậm.- Lưu lượng lỏng thích hợp nhất cho quá trình lên men giấm theo phương pháp lên men nhanh là 80 ml/phút.ii - Khả năng dùng thân tre làm vật liệu bám cho vi khuẩn giấm .MỤC LỤCTRANGLời cảm ơn .iTóm tắt .iiMục lục .iiiDanh sách các bảng viiDanh sách các hình và sơ đồ .viiiDanh sách các phụ lục .viii1. MƠÛ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề 11.2 Mục đích, yêu cầu 22. TỔNG QUAN TÀI LIỆU2.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic .32.1.1 Tính chất hóa lý của acid acetic .32.1.1.1 Tính chất vật lý .32.1.1.2 Tính chất hóa học 32.1.2 Ứng dụng của acid acetic 52.1.2.1 Ứng dụng trong ngành cao su 52.1.2.2 Ứng dụng trong ngành công nghiệp khác .52.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic .62.2.1 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa học 62.2.2 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa gỗ 72.2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh 82.2.4 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hỗn hợp 92.2.5 Phân tích – lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic .92.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh 11iii 2.3.1 Quá trình lên men acid acetic .112.3.2 Cơ chế quá trình lên men acid acetic 112.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men acid acetic .122.3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng Oxy 122.3.3.2Ảnh hưởng của nhiệt độ .132.3.3.3 Hàm lượng acid .132.3.3.4 Hàm lượng rượu 142.3.3.5 Các chất dinh dưỡng .142.3.3.6 Các chất gây độc và các kim loại nặng 152.3.3.7 Chất lượng nước pha dòch 152.3.4 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men .152.3.4.1 Phương pháp chậm 152.3.4.2 Phương pháp nhanh .162.3.4.3 Phương pháp chìm .172.3.4.4 Phương pháp tổ hợp 172.3.4.5 Chọn phương pháp lên men 182.3.5 Chọn chủng vi khuẩn acid acetic 182.3.6 Nguồn nguyên liệu sản xuất acid acetic .222.4 Sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh .222.4.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh 222.4.1.1 Phương pháp trống quay 222.4.1.2 Phương pháp nhúng .232.4.1.3 Phương pháp dòch chuyển .232.4.1.4 Phương pháp cố đònh .242.4.2 Chất mang vi khuẩn acid acetic 252.4.2.1 Yêu cầu đối với chất mang vi khuẩn acid acetic 252.4.2.2 Lựa chọn chất mang 252.4.3 Sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên chất mang trongiv Fermenter sử dụng màng sinh học cố đònh để lên men acid acetic .262.4.3.1 Trạng thái vi khuẩn acid acetic trong fermenter .262.4.3.2 Cấu tạo màng vi khuẩn acid acetic .272.4.3.3 Sự phát triển của màng vi khuẩn acid acetic 272.4.3.4 Bề dày màng vi khuẩn acid acetic 282.5 Khái quát về nguồn nguyên liệu điều 292.5.1 Cây điều – đặc điểm thực vật học của cây điều .292.5.1.1 Nguồn gốc và tên gọi 292.5.1.2 Đặc điểm thực vật học 302.5.1.3 Thành phần hóa học của quả điều 312.5.1.4 Tình hình ở Việt Nam .322.5.2 Hợp chất polyphenol – tanin .333.5.2.1 Một số tính chất cơ bản của tanin .333.5.2.2 Các phương pháp tách tanin ra khỏi dòch quả điều .343 – VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.1 Thời gian và đòa điểm thực hiện 383.2 Vật liệu 383.2.1 Thiết bò .383.2.1.1 Thiết bò chính 383.2.1.2 Các thiết bò phụ .393.2.1.3 Các hóa chất và dụng cụ thí nghiệm khác 393.2.2 Nguyên liệu 403.2.2.1 Giống vi khuẩn giấm .403.2.2.2 Thành phần môi trường cấy giống 403.2.2.3 Nguyên liệu trái điều 413.2.2.4 Gelatin 423.2.2.5 Phương pháp xử lý nguyên liệu trái điều 423.3 Phương pháp thí nghiệm .42v 3.3.1 Cấy giống .423.3.2 Lên men 443.3.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích xác đònh nồng độ acid acetic 453.3.4 Bố trí thí nghiệm .453.3.4.1 Tách tanin ra khỏi dòch trái điều bằng gelatin 453.3.4.2Ảnh hưởng của hàm lương tanin lên hiệu quả lên men acid acetic .463.3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lïng chất kho hoà tan (độ Brix) đến hiệu quả lên men acid acetic theo phương pháp lên men chậm .463.3.4.4 Thí nghiệm lên men acid acetic bằng dòch ép nước trái điều theo phương pháp nhanh .473.3.4.5 Khảo sát lên men đối chứng giữa hai phương pháp nhanh và phương pháp chậm .473.3.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng lỏng (ml/phút) đến hiệu quả lên men acid acetic .483.3.4.7 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic .483.4 Phương pháp xử lý số liệu 494 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN4.1 Hiệu quả xử lý tanin trong dòch quả điều bằng gelatin 504.2 Ảnh hưởng của hàm lượng tanin còn sót lên hiệu quả lên men acid acetic .514.3Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô (độ Brix) đến hiệu quả lên men acid acetic .544.4 Thí nghiệm lên men acid acetic dòch ép quả điều theo phương pháp nhanh 564.5 So sánh giữa hai phương pháp lên men acid acetic theo phương pháp nhanh và phương pháp chậm 574.6Ảnh hưởng của lưu lượng lỏng đến hiệu quả lên men acid acetic 594.7 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic trong phương pháp lên men nhanh 62vi 5 – KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .646 – TÀI LIỆU THAM KHẢO .66DANH SÁCH CÁC BẢNGTRANGBảng 2.1: Thành phần hóa học của quả điều .31Bảng 2.2: Lượng vitamin C và muối khoáng trong một số loại quả .32Bảng 3.1: Thành phần của môi trường cấy giống .41Bảng 4.1: Kết quả xử lý gelatin trong dòch quả điều bằng gelatin .50Bảng 4.2: Kết quả lên men acid acetic các dòch nước điều có hàm lượng tanin còn sót khác nhau 52Bảng 4.3: Nồng độ acid acetic (%) ở các dòch lên men có độ Brix khác nhau .54Bảng 4.4: Độ Brix trước và sau khi lên men .54Bảng 4.5: Nồng độ acid acetic (%) theo phương pháp lên men nhanh và độ tích lũy acid acetic theo thời gian 56Bảng 4.6: Nồng độ acid acetic (%) thu được theo phương pháp nhanh và phương pháp chậm 58Bảng 4.7: Nồng độ acid acetic (%) theo phương pháp nhanh với các lưu lượng lỏng khác nhau 60Bảng 4.8: Kết quả kiểm tra đònh tính các tính chất của chất mang chế tạo từ tre. .63vii DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊHÌNH TRANGHình 2.1: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp trống quay 23Hình 2.2: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp nhúng .23Hình 2.3: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp cố đònh 24Hình 2.4: Biểu diễn màng sinh học bám trên các vật rắn trơ .27Hình 3.1: Vật liệu mang vi khuẩn acid acetic làm từ thân tre 39Hình 3.2: Nguyên liệu trái điều .41Hình 3.3: Sơ đồ xử lý nguyên liệu trái điều .42Hình 3.4: Tháp lên men trước và sau khi cấy giống vi khuẩn acid acetic 43Hình 3.5: Hệ thống lên men acid acetic theo phương pháp nhanh .44ĐỒ THỊĐồ thò 4.1: Hiệu quả tách tanin bằng gelatin .51Đồ thò 4.2: Đồ thò biểu diễn nồng độ acid acetic (%) do lên men các dòch nước quả điều có hàm lượng tanin còn sót khác nhau 52Đồ thò 4.3: Đồ thò biểu diễn nồng độ acid acetic từ ngày thứ 4 đế ngày thứ 9 .53Đồ thò 4.4: Nồng độ acid acetic (%) do lên men nhanh theo thời gian .55Đồ thò 4.5: Độ tích lũy acid acetic theo thời gian .57Đồ thò 4.6: Nồng độ acid acetic theo phương pháp nhanh và phương pháp chậm 58Đồ thò 4.7: Đồ thò biểu diễn nồng độ acid acetic theo thời gian ở các lưu lượng lỏng khác nhau 61Đồ thò 4.8: Đồ thò biểu diễn ảnh hưởng của lưu lượng lỏng đến kết quả lên men acid acetic theo phương pháp nhanh 62DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC TRANGPhụ lục 1: Phương pháp phân tích xác đònh nồng độ acid acetic 68Phụ lục 2: Phương pháp xác đònh hàm lượng tanin .69viii [...]... quá trình lên men giấm - Khảo sát lên men giấm từ nước ép trái điều theo phương pháp lên men chậm và lên men nhanh - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men giấm theo phương pháp chậm và lên men nhanh - Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic 3 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic 2.1.1 Các tính chất hoá lý của acid acetic 2.1.1.1... phân tích trên, so sánh các ưu nhược điểm của các phương pháp sản xuất acid acetic, cũng như đánh giá tình hình nhu cầu và tiến bộ khoa học trong nước, luận văn chọn phương pháp lên men vi sinh để nghiên cứu công nghệ sản xuất acid acetic 2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh 2.3.1 Quá trình lên men acid acetic Lên men là quá trình oxy hóa-khử sinh học để thu năng lượng và các chất trung... lại ngập trong khối dòch lên men (hình 2.1) 23 Vật Liệu Đệm Trục Quay Dòch lên Men Hình 2.1: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp trống quay 2.4.1.2 Phương pháp nhúng Thiết bò lên men là thùng thẳng đứng, bên trong có một hay nhiều giỏ bằng gỗ sồi hoặc chứa phôi gỗ sồi có thể nâng lên hạ xuống được (hình 2.2) Vật Liệu Đệm Thùng Lên Men Dòch lên Men Hình 2.2: Thiết bò lên men bằng phương pháp nhúng... tác thành acid acetic - Trong quá trình sản xuất nhiên liệu từ than đá và khí tự nhiên sẽ thu được acid acetic và các sản phẩm khác - Dùng phương pháp thủy phân gỗ bằng acid (hay muối acid) cùng vời một số chất khác ở nhiệt độ và áp suất nhất đònh sẽ thu được bột cellulose và dung dòch gồm nhiều chất như acid acetic, etanol,… Đem lên men dung dòch này và tách acid acetic từ dung dòch lên men này 2.2.5... dòch lên men mãnh liệt sẽ tạo thành một thể huyền phù có pha rắn là vi khuẩn giấm, pha lỏng là dòch lên men trong các thiết bò lên men có tên là acetator, dòch lên men được chuyển hóa thành giấm rất nhanh 2.3.4.4 Phương pháp tổ hợp Đây là phương pháp lai giữa hai phương pháp nhanh và chìm Thiết bò lên men này gồm hai phần: -Phần trên như generator có đổ đầy đệm, hoạt động theo nguyên tắc lên men nhanh... đồng thời cho tiếp dòch lên men vào để lên men tiếp Khi lên men, vi khuẩn giấm phát triển tạo thành màng vi sinh vật trên bề mặt thoáng, khi bò chấn động (do va chạm hay quá trình đổ dòch lên men vào và tháo sản phẩm ra) nó sẽ bò phá vỡ, chìm xuống tiêu thụ cơ chất mà không tạo acid acetic Dần dần trên bề mặt thoáng lại hình thành màng vi khuẩn mới và lại diễn ra quá trình lên men tiếp tục Do hạn chế... không khí đi ngược chiều từ dưới lên, dòch lên men được chuyển hóa nhanh nhờ vi khuẩn.Nếu thiết bò 17 lên men đủ cao, điều kiện vận hành được khống chế tốt thì chỉ cần cho dòch lên men qua tháp một lần đã có thể thu được giấm đặc ở đáy Ưu điểm của phương pháp: - Thời gian lên men ngắn - Thiết bò tương đối đơn giản, năng suất cao, ổn đònh - Giấm thu được có nồng độ acid acetic cao (có thể đến 11-12%)... đời nhất, quá trình lên men giấm diễn ra ở bề mặt tiếp xúc giữa khối dòch lên men và không khí (bề mặt thoáng) trong những thùng lên men đặt nằm ngang Để tiến hành sản xuất giấm theo phương pháp này, tiến hành như sau: đổ vào thùng 1/5 thể tích giấm tươi chất lượng cao để acid hóa, sau đó đổ thêm dòch lên men vào cho đến 1/2 thể tích thùng Tiếp theo cứ mỗi chu kỳ đổ thêm dòch lên men cho đến khi đầy... được acid acetic bằng muối kim loại hay bằng một trong các quá trình tách trực tiếp - Sản xuất acid acetic từ bột gỗ: Trong quá trình chưng cất gỗ cho bay hơi lên đi qua nước vôi ta thu được muối của acid acetic (canxi acetat) ít tan, kết tủa cùng với các hợp chất khác gọi là bột giấm gỗ Phân huỷ bột giấm gỗ bằng H2SO4 hay HCl sau đó lọc sạch và thu acid acetic bằng cách chưng cất -Tách acid acetic. .. dòch acid hay kiềm để ly trích triệt để hơn các chất đã nêu trên Trên tinh thần đó, chất mang được chọn nghiên cứu trong luận văn là thân cây tre vì ở Việt Nam tre là một loại cây dễ kiếm, rẻ tiền và rất dễ gia công 2.4.3 Sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên chất mang trong fermenter sử dụng màng sinh học cố đònh để lên men acid acetic 2.4.3.1 Trạng thái vi khuẩn acid acetic trong fermenter . hiệu quả lên acid acetic. - Hàm lượng chất khô (độ Brix) trong dòch lên men thích hợp nhất là 9%.- Phương pháp lên men nhanh có thời gian lên men ngắn hơn. lương tanin lên hiệu quả lên men acid acetic. ....463.3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lïng chất kho hoà tan (độ Brix) đến hiệu quả lên men acid acetic theo