2.4.2 Đặc điểm quá trình sản xuất acid acetic theo phƣơng pháp cố định Lựa chọn và xử lý vật liệu bám Lựa chọn và xử lý vật liệu bám
Đây là yếu tố quyết định tính hơn hẳn của phƣơng pháp nhanh so với phƣơng pháp chậm. Khi chọn vật liệu bám cần căn cứ vào các yêu cầu sau:
- Có độ bền cơ học cao, diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao. - Rẻ tiền, dễ kiếm, ổn định và có khối lƣợng riêng tƣơng đối nhỏ
- Có tính trơ tức không phản ứng với dịch lên men, không khí và sản phẩm lên men, cũng nhƣ không tiết ra những hợp chất hóa học gây độc hại đối với vi sinh vật và mùi khó chịu cho giấm.
- Đủ độ nhám và độ xốp để màng vi khuẩn có thể bám chặt ở một chế độ thủy
động lực học nhất định.
Hiện nay, vật liệu bám có nguồn gốc cellulose đƣợc sử dụng nhiều nhất là phoi gỗ sồi. Nó đƣợc đánh giá rất cao vì có độ cứng tốt và trong các thớ gỗ có chứa nhiều mao quản xốp. Gỗ sồi có thể làm việc từ 20-30 năm có khi đến 50 năm mới chịu thay.
Riêng đối với Việt Nam, tuy không có gỗ sồi nhƣng lại có hai loại vật liệu bám rất thích hợp có khả năng thay thế tốt nhất cho gỗ sồi có tại Việt Nam là lõi ngô và tre. Cả hai đều đáp ứng đầy đủ những yêu cầu cho việc sử dụng làm vật liệu bám. Tuy nhiên, trải qua quá trình thử nghiệm với hai loại vật liệu bám trên thì với chất mang bằng tre đã cho thấy những ƣu điểm hơn hẳn. Sau quá trình lên men, vật liệu tre vẫn không giảm độ cứng, đảm bảo tốt độ nhám độ xốp, diện tích bề mặt tiếp xúc và không tiết ra chất gây hại cho vi khuẩn giấm.
Ngoài ra thì vật liệu tre có tuổi thọ lớn hơn vật liệu bằng lõi ngô. Do đó, tre là vật liệu bám thích hợp nhất cho quá trình sản xuất acid acetic theo phƣơng pháp nhanh.
Vấn đề xử lý vật liệu bán cũng khá quan trọng nhằm tách những chất độc hại nhƣ: tanin, lignin, các loại tinh dầu... thƣờng hay có trong vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. Vì vậy cần xử lý vật liệu bám cẩn thận trƣớc khi sử dụng.
Một trong những phƣơng pháp hay làm trong công nghiệp là trích ly toàn bộ bằng nƣớc nóng, sau đó ngâm chúng trong dung dịch acid hay kiềm để trích ly triệt để hơn các chất đã nêu trên.
Chuẩn bị cấy giống vào generator
Đây là khâu quan trọng nhất quyết định sự thành công của quá trình lên men nhờ khâu này mà vi khuẩn giấm bám trên bề mặt đệm. Vật liệu bám qua xử lý, chất đầy vào generator, rồi thanh trùng cho generator bằng hơi nƣớc. Dùng giấm tƣơi chƣa lọc trong và thanh trùng, lấy từ generator có hiệu suất cao và tuần hoàn qua generator trong khoảng 8-12 giờ. Ban đầu, generator đƣợc cách ly không khí bằng cách đóng các van thông khí để tránh sự tạp nhiễm từ bên ngoài do không khí không đƣợc lọc sạch. Sau ngày thứ hai, generator đƣợc thông khí rất nhẹ đến khi vi khuẩn giấm sinh sản trên bề mặt vật liệu bám (biểu hiện ở sự chênh lệch nhiệt độ trong ngoài generator do nhiệt phản ứng). Generator chấm dứt giai đoạn cấy giống chuyển sang giai đoạn lên men.
Cấp dịch vào và tháo sản phẩm ra khỏi generator Sự cấp dịch vào generator
đƣợc tƣới đều trên bề mặt vật liệu bám nhờ cơ cấu phân phối, nhằm tạo màng chất lỏng phủ bên ngoài màng vi khuẩn là nhỏ nhất để giảm trở lực trong quá trình chuyển khối giữa các pha. Để làm đƣợc điều đó ngƣời ta dùng cơ cấu máng lật (xem
hình 2.9b) hoặc bánh xe (xem hình 2.9a). Trong các generator hiện đại thƣờng dùng cơ cấu phân phối tự động.
Việc tháo sản phẩm là một công đoạn của công nghệ bao gồm việc lựa chọn lƣợng dịch đã đƣợc lên men để lấy ra và thời gian để thu hồi nó ở dƣới đáy giả sao cho lƣợng rƣợu còn lại trong dịch lên men còn 0,2-0,3%.
Sự thông khí
Việc cung cấp đầy đủ lƣợng không khí cho generator có ý nghĩa rất quan trọng ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình hô hấp của vi sinh vật. Thông thƣờng dùng không khí là nguồn cung cấp oxy, ví nếu dùng oxy nguyên chất sẽ gây độc tính nhất định cho vi khuẩn. Trong không khí còn có khí N2 và một số khí khác sẽ đẩy khí CO2 (sản phẩm của quá trình hô hấp), nhờ thế giảm bớt tác dụng ức chế của CO2 đối với vi sinh vật.
Lỏng Khí
(a) (b)
Hình 2.9. Bộ phận phân phối lỏng dạng bánh xe cermep (a) và dạng máng lật (b)
Trong sản xuất acid acetic theo phƣơng pháp cố định sự thông khí đƣợc thực hiện một cách tự nhiên nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần trong và ngoài generator. Nếu quá trình oxy hóa tốt sẽ tỏa ra một lƣợng nhiệt đáng kể (2420 kcal\1kg rƣợu) và nhờ vậy trong và ngoài generator chênh nhau từ 10-14°C. Thông khí tự nhiên nhƣ vậy sẽ đơn giản, đỡ tốn kém (do không cần sử dụng quạt, máy nén, bộ lọc dầu không khí sau khi qua máy nén...) nhƣng dễ bị nhiễm khuẩn do không khí chƣa đƣợc lọc sạch.
Ngoài ra có thể dùng quạt hay máy nén... để nén không khí cung cấp cho generator, làm nhƣ vậy sẽ khống chế lƣợng không khí đƣa vào nhƣng phải bảo đảm độ sạch của không khí khi qua máy nén.
Kiểm tra và khống chế nhiệt độ
Nhiệt độ là một thông số khó khống chế trong generator. Trƣớc đây, để khống chế nhiệt độ cho phù hợp với quá trình lên men bằng cách cho dịch lên men tuần hoàn qua một thiết bị trao đổi nhiệt trƣớc khi vào generator. Trong những năm gần đây nhiệt độ đƣợc khống chế trong generator nhờ những đoạn vỏ bọc ngoài theo thành thiết bị (hình 2.10) hoặc theo kiểu làm nguội giữa chừng (hình 2.11).
t 0 Tác nhân t0 t0 Sản phẩm t L (m) t(°C) Hình 2.11. Khống chế nhiệt độ bằng làm nguội giữa chừng Không khí Không khí Cơ chất Sản phẩm Nƣớc Hình 2.10. Khống chế nhiệt độ bằng vỏ bọc ngoài
Vận hành generator
Trong thực tế sản xuất, generator đƣợc vận hành theo nhiều hƣớng khác nhau nhƣng phổ biến nhất là một trong ba hƣớng sau: