Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu qui trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu khoai mì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ NGUYÊN LIỆU KHOAI MÌ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Vũ Trường Sơn Nguyễn Minh Luân MSSV: 2063979 Ngành Công nghệ Hóa học-Khóa 32 11/2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LỚP CƠNG NGHỆ HĨA HỌC K32 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cần Thơ, ngày 12 tháng năm 2010 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN NĂM HỌC 2010-2011 Họ tên cán hướng dẫn: Thầy Vũ Trường Sơn Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ NGUYÊN LIỆU KHOAI MÌ Địa điểm thực hiện: Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Khoa Nông Nghiệp Trường Đại học Cần Thơ Số lượng sinh viên thực hiện: sinh viên Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân MSSV: 2063979 Lớp: Cơng nghệ Hóa học K32 Mục đích đề tài: Tiến hành khảo sát q trình đường hóa tinh bột khoai mì tác dụng enzim amylase có men thuốc bắc, tiếp tục dùng men thuốc bắc thực q trình lên men chuyển hóa đường thành rượu êtylic, nguồn nguyên liệu để sản xuất cồn khan tuyệt đối hay gọi cồn sinh học Đặt vấn đề: Ngày nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ ngày cạn kiệt Do người tìm kiếm, nghiên cứu nguồn nhiên liệu mà nhiên liệu sinh học số Tuy nhiên chưa có nhiều động có khả sử dụng trực tiếp cồn sinh học làm nhiên liệu hoạt động Vì thế, sản phẩm xăng pha cồn đời nguồn nhiên liệu trung gian để từ từ hạn chế thay hồn tồn loại xăng Q trình sản xuất cồn sinh học chia làm hai giai đoạn chính: Giai đoạn sản xuất rượu êtylic phương pháp lên men tinh bột giai đoạn tinh chế cồn 99,5 %Vol hay gọi cồn khan tuyệt đối Đề tài luận văn thực giai đoạn với tên đề tài là: “Nghiên cứu qui trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu khoai mì” Giới hạn đề tài: Đề tài thực mức độ đơn giản Từ đó, ta tiến hành thăm dị, khảo sát số thơng số q trình đường hóa, rượu hóa, yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men trình chưng cất Các nội dung chính: Đề tài: Nghiên cứu qui trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu khoai mì Lời mở đầu Chương 1: Lược khảo tài liệu 1.1 Nguyên liệu khoai mì 1.2 Giới thiệu chung vi sinh vật nấm mốc men rượu 1.3 Vai trị nấm men q trình đường hóa rượu hóa 1.4 Giới thiệu chung enzyme amylase 1.5 Đặc tính chế enzyme amylase 1.6 Tinh bột glycogen 1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng q trình đường hóa rượu hóa Chương 2: Phương pháp nghiên cứu 2.1 Phương tiện nghiên cứu 2.1.1 Thiết bị, dụng cụ 2.1.2 Hóa chất 2.1.3 Nguyên liệu 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Khảo sát q trình đường hóa q trình rượu hóa tác dụng men thuốc bắc 2.2.2 Khảo sát trình chưng cất hỗn hợp thu sau lên men Chương 3: Kết thảo luận Chương 4: Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận 4.2 Kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục 10 Yêu cầu hỗ trợ: Hóa chất, thiết bị, kinh phí thực 11 Kinh phí dự trù: 250 000 đồng DUYỆT CỦA CBHD DUYỆT CỦA BỘ MÔN Vũ Trường Sơn DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI VÀ XÉT TÔT NGHIỆP LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm tạ: Quý Thầy Cô Trường Đại học Cần Thơ giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu cho em năm học qua Thầy Vũ Trường Sơn, giảng viên Bộ Mơn Cơng Nghệ Thực Phẩm tận tình hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệm quý báu để giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp chun Ngành Cơng Nghệ Hóa Học Tập thể cán phịng thí nghiệm Bộ Mơn Cơng Nghệ Hóa Học bạn giúp đỡ trao đổi kiến thức q trình làm thí nghiệm vừa qua Sinh viên thực Nguyễn Minh Luân Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân ii MỤC LỤC Phiếu đề tài Lời cảm tạ ii Mục lục iii Danh mục hình ảnh iv Danh mục bảng v Chương 1: Mở đầu Chương 2: Lược khảo tài liệu 2.1 Nguyên liệu khoai mì 2.2 Enzyme amylase 2.2.1 Nguồn gốc 2.2.2 Thành phần cấu tạo 2.2.3 Đặc tính chế tác dụng amylase 2.2.4 α-amylase (EC 3.2.1.1) 2.2.5 β-amylase (EC.3.2.1.2) 10 2.2.6 Glucoamylase (EC 3.2.1.3) 11 2.3 Cơ chất amylase 11 2.3.1 Tinh bột 11 2.3.2 Glycogen 12 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme 12 2.4.1 Ảnh hưởng nồng chất 12 2.4.2 Ảnh hưởng nồng độ enzyme 13 2.4.3 Ảnh hưởng chất hoạt hóa 13 2.4.4 Ảnh hưởng chất kìm hãm 14 2.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 14 2.4.6 Ảnh hưởng pH 15 2.5 Vi sinh vật sản xuất rượu cổ truyền 15 2.5.1 Vi khuẩn 15 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân iii 2.5.2 Nấm móc 15 2.6 Một vài quy trình sản xuất rượu từ tinh bột 19 2.6.1 Quy trình sản xuất rượu từ gạo 19 2.6.2 Quy trình sản xuất rượu từ khoai mì 21 2.6.3 Quy trình sản xuất rượu từ ngô 22 Chương 3: Phương tiện phương pháp thí nghiệm 24 3.1 Phương tiện thí nghiệm 24 3.1.1 Nguyên liệu 24 3.1.2 Thiết bị - dụng cụ 24 3.1.3 Hóa chất 25 3.2 Phương pháp thí nghiệm 25 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hồ hóa tinh bột khoai mì 25 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ mốc 27 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nấm men với nguyên liệu đem ủ 29 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lên men rượu 30 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng lượng nước chan 32 Chương 4: Kết thảo luận 34 4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hồ hóa tinh bột khoai mì 34 4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ mốc 34 4.3 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nấm men với nguyên liệu đem ủ 35 4.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lên men rượu 36 4.5 Khảo sát ảnh hưởng lượng nước chan 37 Chương 5: Kết luận kiến nghị 40 5.1 Kết luận 40 5.2 Kiến nghị 40 Tài liệu tham khảo 41 Phụ lục 42 Đề cương chi tiết Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Ln iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Củ khoai mì Hình 2.2 Cánh đồng khoai mì Hình 2.3 Tinh bột khoai mì Hình 2.4 Sơ đồ phân loại enzyme amylase Hình 2.5 Cơ chế phân cắt liên kết α -1,4 -và α -1,6-glycoside amylase Hình 2.6 Cơ chế tác dụng α -amylase lên tinh bột Hình 2.7 Cơ chế tác dụng β -amylase lên tinh bột 10 Hình 2.8 Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ enzyme 13 Hình 2.9 Hồn thành ba gene nấm mốc 16 Hình 2.10 Sự khác nấm men nấm men chìm 16 Hình 2.11 Qui trình sản xuất rượu từ gạo 19 Hình 2.12 Qui trình sản xuất rượu từ khoai mì 21 Hình 2.13 Qui trình sản xuất rượu từ ngô 22 Hình 3.1 Khoai mì thái mỏng 25 Hình 3.2 Khoai mì hấp chín 25 Hình 3.3 Khoai mì nghiền sau hấp 26 Hình 3.4 Mẫu khoai mì nghiền trộn men 27 Hình 3.5 Mẫu khoai ủ điều kiện hiếu khí 27 Hình 3.6 Mẫu khoai chan nước 30 Hình 3.7 Quá trình ủ yếm 30 Hình Bọt khí sinh trình lên men 30 Hình 3.9 Bộ chưng cất rượu thu nhỏ 32 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học trung bình khoai mì Bảng 2.2: Thành phần hóa học tế bào nấm men 18 Bảng 4.1: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian hồ hóa tinh bột 34 Bảng 4.2: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ mốc 34 Bảng 4.3: Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nấm men 35 Bảng 4.4: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian lên men rượu 36 Bảng 4.5: Kết khảo sát Nồng độ cồn 37 Bảng 4.6: Thể tích dịch lên men thu 38 Bảng phụ lục Quan hệ hàm lượng đường số mg đồng bị khử theo phương pháp Bectran 42 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân vi Chương 1: Mở đầu CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Ngày nay, nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ ngày cạn kiệt thời gian tái tạo nhiên liệu kéo dài, mặc khác việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch cịn gây hiệu ứng nhà kính, nhiễm mơi trường dẫn đến biến đổi khí hậu phạm vi tồn giới Do người tìm kiếm, nghiên cứu nguồn nhiên liệu mà nhiên liệu sinh học số Tuy nhiên chưa có nhiều động có khả sử dụng trực tiếp cồn sinh học làm nhiên liệu hoạt động Vì thế, sản phẩm xăng pha cồn đời nguồn nhiên liệu trung gian để từ từ hạn chế thay hoàn toàn loại xăng Vào tháng 8/2010 tập đồn dầu khí Việt Nam đưa sản phẩm mới: xăng sinh học E5 thị trường TP HCM, Hà Nội, Vũng Tàu, Hải Phòng, Hải Dương với khoảng 20 điểm bán Xăng sinh học E5 giới thiệu bao gồm hỗn hợp 95 % xăng truyền thống A92 5% cồn sinh học (bioethanol) Bản chất cồn sinh học ethanol (C2H5OH) không ngậm nước Tuy nhiên thực tế hàm lượng nước cồn khan có từ 0,2 đến 0,5 % vol Mặc dù vậy, để sản xuất cồn 99,5 % vol cần phải trải qua giai đoạn chính: Sản xuất ethanol phương pháp lên men từ nguồn nguyên liệu tinh bột, cellulose… giai đoạn trình chưng cất hấp thụ để phân riêng hỗn hợp cồn ethanol nước nhằm thu cồn ethanol khan tuyệt đối Hiện nay, ethanol để sử dụng đồ uống chứa cồn ethanol sử dụng làm nhiên liệu sản xuất từ nguồn nguyên liệu tinh bột Ở nước ta nguồn tinh bột tương đối dồi với loại nông sản mạnh gạo, ngô, khoai, sắn… vậy, sản xuất bioethanol với qui mô lớn từ gạo hay nguồn tinh bột quan trọng khác vấn đề an ninh lương thực ln mối quan tâm hàng đầu quốc gia Do đó, khoai mì (sắn) lựa chọn thích hợp cho nguồn lượng tương lai Khoai mì (Manioc) có nguồn gốc từ Nam Mỹ, du nhập vào Việt Nam từ kỷ 19 Khoai mì phát triển tốt vùng đất cát ven biển, phù sa miền đất nước Theo truyền thống, có củ đặc biệt khoai mì dùng lương thực để thay cho gạo lúc giáp hạt mùa thóc gạo vùng trung du miền núi Ngày tiến việc sản xuất thóc gạo nước ta mà tỉ lệ tiêu dùng khoai mì lương thực giảm dần, chủ yếu dùng cho thức ăn gia súc ngành cơng nghiệp khác có tới 80% dùng dạng ban đầu tươi thái lát khơ Nhằm tăng giá trị khoai mì thiết lập qui trình sản xuất ethanol dùng nhiên liệu sinh học Đề tài “Nghiên cứu quy trình sản Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân Chương 4: Kết thảo luận Bảng 4.6: Thể tích dịch lên men thu Lượng nước chan Thể tích dịch lên Thể tích ethanol có (ml) men thu (ml) dịch lên men (ml) 1500 ml 2000 76 2000 ml 2400 168 2500 ml 3000 174 3000 ml 3400 170 Đồ thị 4.4: Thể tích ethanol thu với lượng nước chan khác 200 Thể tích ethanol thu (ml) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 1500 2000 2500 3000 Lượng nước chan (ml) Lượng nước bổ sung vào dịch lên men sau đường hóa ảnh hưởng đến q trình chuyển hóa đường thành rượu Thí nghiệm bố trí nhân tố lượng nước bổ sung với mức độ 1500 ml, 2000ml, 2500ml 3000ml Kết thí nghiệm so sánh đánh giá dựa vào lượng ethanol thu chưng cất 1000ml dịch lên men mẫu thí nghiệm trình bày bảng 4.5 bảng 4.6 Từ kết thí nghiệm nhận thấy lượng rượu ethanol sinh tăng dần lượng nước bổ sung tăng khoảng 1500 đến 2500ml.Ở mức độ nước bổ sung 1500ml tổng lượng ethanol thu 76 ml, mức độ nước bổ sung 2000 ml tổng lượng rượu ethanol thu 168 ml lượng ethanol đạt đến 174 ml tương ứng với lượng nước bổ sung 2500 ml Tuy nhiên lượng nước bổ sung 3000 ml tổng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 38 Chương 4: Kết thảo luận lượng ethanol thu khơng tăng thêm mà có chiều hướng giảm xuống Ở mẫu nước chan 3000 ml khả lên men dịch đường chan nhiều nước làm loãng dịch đường, điều làm nấm men phát triển sinh khối mơi trường dinh dưỡng không đủ cho nấm men phát triển tốt Lượng nấm men sinh rượu lượng nấm men có dịch lên men Vì kết luận lượng nước thích hợp bổ sung vào 2500 ml Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 39 Chương 5: Kết luận kiến nghị CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu, theo dõi trình lên men rượu từ ngun liệu khoai mì, rút số kết luận sau: - Thời gian tinh bột khoai mì hồ hóa tốt 60 phút hấp lò hấp nước nhiệt độ 90 o C - Tỉ lệ nấm men thích hợp 0.8% men chất - Thời gian đường hóa để hàm lượng đường sinh đạt giá trị cực đại 18 - Nồng độ cồn đạt cao sau 72 chan nước - Lượng nước chan thích hợp 2500 ml vào hỗn hợp tinh bột sau đường hóa 5.2 Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu giới hạn nên yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men khơng thể khảo sát hết Vì yếu tố sau cần tiếp tục khảo sát nghiên cứu tiếp theo: - Thực khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ PH q trình đường hóa tinh bột khoai mì - Thực thí nghiệm ảnh hưởng tương tác nhiều nhân trình sản xuất ethnol từ nguyên liệu khoai mì - Thực phương pháp đường hóa tinh bột xúc tác enzyme, sau trộn nấm men lên men trực tiếp - Sử dụng nhiều loại nấm men khác nhằm tìm loại nấm men thích hợp cho nguồn ngun liệu khoai mì - Thiết kế hệ thống nghiền phối trộn nguyên liệu nhằm đảm bảo độ đồng nguyên liệu đem ủ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 40 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Bùi Đức Lợi Kỹ thuật chế biến lương thực tập 2, 2007, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Cao Văn Hùng, Bảo quản & chế biến sắn, , 2001, Nhà xuất nông nghiệp Nguyễn Đình Thưởng, Cơng nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic, 2007 Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật Lương Đức Phẩm, Nấm men công nghiệp, 2006 Nhà xuất khoa học kỹ thuật Lê Thanh Mai, Các phương pháp phân tích ngành cơng nghệ lên men, 2007, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh tập 2, 2002 Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Thị Hiền, Cơng nghệ sản xuất Mì sản phẩm lên men cổ truyền, 2006 Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trần Thị Thanh, Công nghệ vi sinh, 2007, Nhà xuất giáo dục TÀI LIỆU MẠNG http://daukhi.vietnamnet.vn/vn/tin-top/373/nam-2012 san-xuat-ethanol-se-tieu-thu16 san-luong-san.html http://nnptntvinhphuc.gov.vn http://vietaz.com.vn/store/67/0/432/1/product/Tinh-bot-khoai-mi.htm http://www1.agu.edu.vn/elangviet/cms/SanPhamTuLuaGao/ruougao.htm http://sites.google.com/site/locruou/Home/cong-nghe-san-xuat-ruou-ngo http://www.scribd.com/doc/20976983/San-Xuat-Ruou Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 41 Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục 1: Quan hệ hàm lượng đường số mg đồng bị khử theo phương pháp Bectran Lượng đường mg đồng bị khử tác dụng đường mg Glucoza Invertoza Galactoza Maltoza 10 20.4 20.6 19.3 11.2 11 22.4 22.6 21.2 12.3 12 24.3 24.6 24.9 13.4 13 26.3 26.5 26.7 14.5 14 28.3 28.5 28.6 15.6 15 30.2 30.5 30.5 16.7 16 32.2 32.5 32.3 17.8 17 34.2 34.5 34.2 18.9 18 36.2 36.4 36.0 20.0 19 38.1 38.4 37.9 21.1 20 40.1 40.4 39.7 22.2 21 42.0 42.3 41.6 23.3 22 43.9 44.2 43.4 24.4 23 45.8 46.1 45.2 25.5 24 47.7 48.0 47.0 26.6 25 49.6 49.8 48.9 27.7 26 51.5 51.7 50.7 28.9 27 53.4 53.6 52.5 30.0 28 55.3 55.6 54.4 31.1 29 72.2 57.4 56.2 32.2 30 59.1 59.3 58.0 33.3 31 60.9 61.1 59.7 34.4 32 62.8 63.0 61.5 35.5 Nguồn: Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic (Nguyễn Đình Thưởng, 2007) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 42 Phụ lục Phụ lục 2: Phương pháp phân tích hàm lượng đường Bectran Cân 10g hỗn hợp tinh bột khoai mì ủ mốc chén sứ sau dùng 50 ml nước cất nóng 40o C để pha lỗng chuyển tồn vào bình định mức 250 ml Tiếp theo cho 10 ml axetat chì axit tính , lắc thêm nước cất tới ngấn bình đem lọc lấy 100 ml dịch lọc cho vào bình định mức 250 ml, thêm 10 ml Na2HPO4 10%, lắc thêm nước cất vào tời ngấn bình đem lọc Phản ứng xảy sau: Kết tủa protein bị biến tính Protein + Pb(CH3COO)2 Na2HPO4 + Pb(CH3COO)2 dư PbHPO4 + 2CH3COONa Sau kết tủa protein, ta lấy 100 ml dịch lọc lần cho vào bình định mức 250 ml cho nước đến ngấn bình, lắc đem xác định hàm lượng đường dịch pha loãng phương pháp Bectran Cơ sở phương pháp: CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + NaSO4 HO—CH—COONa Cu(OH)2 + Cu HO—CH—COOK 2Cu O—CH—COOK O—CH—COOK +2H2O O—CH—COONa + CH2OH(CHOH)4CHO + 2H2O O—CH—COONa CH2OH(CHOH)4COOH + Cu2O +2 (1) HO—CH—COOK HO—CH—COONa Kết tủa oxit đồng màu đỏ gạch hòa tan theo phản ứng sau: Fe(SO4) + Cu2O H2SO4 2CuSO4 + 2FeSO4 + H2O (2) Tiếp theo ta chuẩn độ lượng FeSO4 tạo thành dung dịch KmnO4: 2KMnO4 + 10FeSO4 +8 H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 +8 H2O (3) - Hóa chất: Dung dịch Felling A: Cân 40g CuSO4.5H2O pha thành lít dung dịch Dung dịch Felling B: Cân 200g muối natri kali tactrat 150g NaOH vào hai cốc khác nhau, sau đem hòa tan lẫn để nguội định mức tới lít Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 43 Phụ lục Dung dịch Fe2(SO4)3 : Cân 50g Fe2(SO4)3 hịa tan 500 ml nước Tiếp theo cho thêm 110 ml H2SO4 đậm đặc (d=1.84) đổ đầy tới lít Dung dịch KMnO4 0.1N - Tiến hành: Dùng ống đong lấy 20 ml Felling A 20 ml Felling B cho vào bình tam giác 250 ml, lắc dùng pipet hút 20 ml dung dịch đường xử lý pha loãng vào Lắc đặt bình tam giác lên bếp điện đun khoảng phút sơi cho sơi tiếp phút Lấy bình khỏi bếp lắng kết tủa, sau đem lọc qua phễu lọc thủy tinh – sứ xốp Khi lọc phải giữ nước phễu để tránh tượng oxit đồng bị oxy hóa tiếp xúc với khơng khí Lọc xong ta dùng dung dịch Fe2(SO4)3 để hòa tan oxit đồng (hịa tan khơng cịn vết đồng bám phễu xốp) , rửa lại – lần nước cất nóng Dung dịch nhận sau hòa tan rửa đem chuẩn độ dung dịch KMnO4 0.1N đến xuất màu hồng không sau đến giây Gọi n,v số mol thể tích KMnO4 Tham gia phản ứng (3) ta có: CNKMnO4 = γ CMKMnO4 (γ số ion trao đổi phản ứng 3) mà CMKMnO4 = CN KMnO * v n * v => n = =  0.02 * v  v Số mol FeSO4 Tham gia phản ứng (3) là: Số mol Cu2O phản ứng (2) là: 0.02 * v * 10  * v * v  0.05 * v Khối lượng Cu 2O (mg) : m = n*M = 0.05* v* 144 = 7.2* v Vậy từ thể tích KmnO4 chuẩn độ ta nhân với 7.2 số mg đồng bị khử, từ số mg đồng bị khử tra bảng phụ lục Bectran ta biết lượng đường chứa 20 ml dịch thí nghiệm goi a Trong điều kiện thí nghiệm mơ tả trên, m số tinh bột ủ mốc tham gia thí nghiệm: m 10 100 100 * * * 20  0.128 g  128 mg 250 250 250 Hàm lượng đường mẫu phân tích tính sau: a * 100  x % (%Glucose có 10g mẫu) m Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 44 Phụ lục Thí nghiệm 1: Kết tính tốn: Thời gian hồ hóa tinh bột 50 phút 60 phút 70 phút 80 phút Thể tích KMnO chuẩn độ (ml) 3.4 3.45 3.44 3.46 Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) a1 a2 a3 a4 - Thời gian hồ hóa 50 phút: a1 * 7.2 = 3.4*7.2 = 22.48 Tra bảng phụ lục Bectran ta số mg Glucose 12.09 mg Tương tự thời gian hồ hóa tinh bột 60, 70, 80 phút ta giá trị a2, a3, a4 sau: Thời gian hồ hóa tinh bột 50 phút 60 phút 70 phút 80 phút Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) 12.09 12.27 12.234 12.306 Hàm lượng đường khử sinh (% Glucose) x1 x2 x3 x4 Xét mẫu 50 phút hồ hóa Hàm lượng đường 10 g mẫu tính sau: a * 100  x % m 12.09 * 100  9.44% Glucose 128 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 45 Phụ lục Tương tự thời gian hồ hóa tinh bột 60, 70, 80 phút ta giá trị x2, x3, x4 sau: Thời gian hồ hóa tinh bột 50 phút 60 phút 70 phút 80 phút Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) 12.09 12.27 12.234 12.306 Hàm lượng đường khử sinh (% Glucose) 9.44 9.58 9.56 9.61 Thí nghiệm 2: Kết tính tốn: Thời gian ủ mốc 9h 12h 15h 18h 21h 24h Thể tích KMnO4 chuẩn độ (ml) 5.4 5.8 6.1 6.5 6.3 6.0 Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) a1 a2 a3 a4 a5 a6 Xét thời gian ủ mốc 9h: a1 = 5.4*7.2 = 38.88 Tra bảng phụ lục Bectran ta số mg Glucose 19.39 mg Tương tự thời gian ủ mốc giờ, 12 giờ, 15 giờ, 18 giờ, 21 giờ, 24 Ta giá trị a2, a3, a4, a5, a6 sau: Thời gian ủ mốc 9h 12h 15h 18h 21h 24h Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) 19.39 20.87 22.01 23.53 22.77 21.63 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân Hàm lượng đường khử sinh (% Glucose) x1 x2 x3 x4 x5 x6 46 Phụ lục Xét mẫu 9h ủ mốc Hàm lượng đường 10 g mẫu tính sau: a * 100  x % m 19.39 * 100  15.15% Glucose 128 Tương tự thời gian ủ mốc giờ, 12 giờ, 15 giờ, 18 giờ, 21 giờ, 24 Ta giá trị x2, x3, x4,x5, x6 sau: Thời gian ủ mốc 9h 12h 15h 18h 21h 24h Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) 19.39 20.87 22.01 23.53 22.77 21.63 Hàm lượng đường khử sinh (% Glucose) 15.15 16.30 17.20 18.38 17.79 16.90 Thí nghiệm 3: Kết tính tốn: Tỉ lệ nấm men 0.6 % 0.7 % 0.8 % 0.9 % Xét mẫu tỉ lệ men 0.6%: Thể tích KMnO4 chuẩn độ (ml) 5.0 5.2 6.5 6.4 Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) a1 a2 a3 a4 a1 * 7.2 = 5*7.2 = 36 Tra bảng phụ lục Bectran ta số mg Glucose 17.89 mg Tương tự thời gian hồ hóa tinh bột 60, 70, 80 phút ta giá trị a2, a3, a4 sau: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 47 Phụ lục Tỉ lệ nấm men 0.6 % 0.7 % 0.8 % 0.9 % Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) 17.89 18.65 23.53 23.15 Hàm lượng đường khử sinh (% Glucose) x1 x2 x3 x4 Xét mẫu tỉ lệ nấm men 0.6% Hàm lượng đường 10 g mẫu tính sau: a * 100  x % m 17.89 * 100  13.98% Glucose 128 Tương tự tỉ lệ nấm men 0.7%, 0.8%, 0.9% Ta giá trị x2, x3, x4 sau: Tỉ lệ nấm men 0.6 % 0.7 % 0.8 % 0.9 % Hàm lượng đường khử sinh (mg Glucose) 17.89 18.65 23.53 23.15 Hàm lượng đường khử sinh (% Glucose) 13.98 14.57 18.38 18.09 Thí nghiệm 5: Kết tính toán Lượng nước chan Nồng độ rượu (ml) sinh (%Vol) 1500 ml 19 2000 ml 35 2500 ml 29 3000 ml 25 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 48 Phụ lục Lượng nước chan Thể tích dịch lên Thể tích ethanol có (ml) men thu (ml) dịch lên men (ml) 1500 ml 2000 2000 ml 2400 2500 ml 3000 3000 ml 3400 Sau chưng cất thu 200 ml cồn từ 1000 ml dịch lọc từ hỗn hợp thu sau lên men Ta xem nồng độ cồn xót lại mẫu không đáng kể Xét mẫu chan 1500 ml nước: Nồng độ cồn 200 ml chưng cất 19% Vol Thề tích ethanol có 2000 ml dịch lên men là: 100 ml cồn 19o có 19 ml ethanol => 200 ml cồn 19% vol có 38 ml ethanol (1) 1000 ml dịch lên men chưng cất 200 ml cồn 19o => 2000 ml dịch lên men chưng cất 400 ml cồn 19o (2) từ (1) (2) ta có lượng ethanol 2000 ml dịch lên men là: 38 * = 76 ml Tính tốn tương tự thí nghiệm chan 2000 ml, 2500 ml, 3000ml : Lượng nước chan Thể tích dịch lên Thể tích ethanol có (ml) men thu (ml) dịch lên men (ml) 1500 ml 2000 76 2000 ml 2400 168 2500 ml 3000 174 3000 ml 3400 170 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân 49 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LỚP CƠNG NGHỆ HĨA HỌC K32 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cần Thơ, ngày 12 tháng năm 2010 ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NĂM HỌC 2010-2011 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ NGUYÊN LIỆU KHOAI MÌ Họ tên cán hướng dẫn: Thầy Vũ Trường Sơn Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân MSSV: 2063979 Lớp: Công nghệ Hóa học K32 Đặt vấn đề: Ngày nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ ngày cạn kiệt Do người tìm kiếm, nghiên cứu nguồn nhiên liệu mà nhiên liệu sinh học số Tuy nhiên chưa có nhiều động có khả sử dụng trực tiếp cồn sinh học làm nhiên liệu hoạt động Vì thế, sản phẩm xăng pha cồn đời nguồn nhiên liệu trung gian để từ từ hạn chế thay hồn tồn loại xăng Q trình sản xuất cồn sinh học chia làm hai giai đoạn chính: Giai đoạn sản xuất rượu êtylic 96o cồn giai đoạn tinh chế cồn 96o thành cồn 99,5o hay gọi cồn khan tuyệt đối Đề tài luận văn thực giai đoạn với tên đề tài là: “Nghiên cứu qui trình sản xuất ethanol từ ngun liệu khoai mì” Mục đích đề tài: Tiến hành khảo sát q trình đường hóa tinh bột khoai mì tác dụng enzim amylase có men thuốc bắc, tiếp tục dùng men thuốc bắc thực q trình lên men chuyển hóa đường thành rượu êtylic Địa điểm thực hiện: Bộ môn Cơng nghệ Hóa học - Khoa Cơng Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ Giới thiệu thực trạng có liên quan tới vấn đề đề tài: Các nội dung giới hạn đề tài: Đề tài: Nghiên cứu qui trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu khoai mì Lời mở đầu Chương 1: Giới thiệu tổng quan 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Một số nguồn nhiên liệu sinh học sử dụng Việt Nam giới Chương 2: Lược khảo tài liệu 2.1 Nguyên liệu khoai mì 2.2 Giới thiệu chung vi sinh vật nấm mốc men rượu 2.3 Vai trò nấm men q trình đường hóa rượu hóa 2.4 Giới thiệu chung enzyme amylase 2.5 Đặc tính chế enzyme amylase 2.6 Tinh bột glycogen 2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng q trình đường hóa rượu hóa Chương 3: Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương tiện nghiên cứu 3.1.1 Thiết bị, dụng cụ 3.1.2 Hóa chất 3.1.3 Nguyên liệu 3.2 Phương pháp nghiên cứu Khoai mì sau tách vỏ cắt khoanh (dày cm), đo độ ẩm: Tiến hành xác định thời gian hồ hóa tinh bột: Thời gian hồ hóa tinh bột xác định cách hấp nhiệt độ 84 o C sau tiến hành đường hóa tinh bột với tỉ lệ nấm men/ chất 0,5 % thời gian 24h Tiếp theo tiến hành xác định lượng đường khử phương pháp BERTRAND Từ chọn thời gian hồ hóa thích hợp Tiến hành xác định tỉ lệ nấm men / chất thời gian thích hợp cho q trình đường hóa tinh bột: Tiến hành xác định tỉ lệ nước thêm vào thời gian lên men rượu: Từ chọn tỉ lệ nước chan thời gian lên men rượu tốt Tiến hành chưng cất sơ dịch giấm chín thiết bị chưng cất đơn giản Chương 4: Kết thảo luận Chương 5: Kết luận kiến nghị 5.1 Kết luận 5.2 Kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Phương pháp thực đề tài: 3.1.1 Khảo sát thời gian hồ hóa tinh bột 3.1.1 Khảo sát q trình đường hóa q trình rượu hóa tác dụng men thuốc bắc 3.1.2 Khảo sát trình chưng cất hỗn hợp thu sau lên men 10 Kế hoạch thực (ghi rõ tiến độ thực hiện): Tuần (09/8 – 15/8) (16/8 – 22/8) (23/8 – 29/8) (30/8 – 4/9) (6/9 – 11/9) (13/9 – 18/9) (20/9 – 25/9) 8-13 (27/9 – 6/11) 14 (8/11 – 13/11) Nội dung Lược khảo tài liệu Chuẩn bị dụng cụ, hóa chất Khảo sát thời gian hồ hóa tinh bột Khảo sát q trình đường hóa q trình rượu hóa tác dụng men thuốc bắc Khảo sát trình chưng cất hỗn hợp thu sau lên men Viết Nộp luận văn ... 16 Hình 2.11 Qui trình sản xuất rượu từ gạo 19 Hình 2.12 Qui trình sản xuất rượu từ khoai mì 21 Hình 2.13 Qui trình sản xuất rượu từ ngơ 22 Hình 3.1 Khoai mì thái mỏng ... trình lên men trình chưng cất Các nội dung chính: Đề tài: Nghiên cứu qui trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu khoai mì Lời mở đầu Chương 1: Lược khảo tài liệu 1.1 Nguyên liệu khoai mì 1.2 Giới... trị khoai mì thiết lập qui trình sản xuất ethanol dùng nhiên liệu sinh học Đề tài ? ?Nghiên cứu quy trình sản Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Luân Chương 1: Mở đầu xuất ethanol từ ngun liệu khoai