1 4 Tanin trong trái điề u
1.6. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài
Đề tài “ Phân lập chọn chủng men để lên men dịch quả điều” với mục đích phân lập tuyển chọn chủng nấm men trên chính cơ chất trái điều để lên men cho hiệu quả cao đã phân lập được 6 chủng nấm men khác nhau. Trong đó chủng N2 được chọn để lên men dịch điều. Khuẩn lạc N2 có đường kính 1 – 2 mm, tròn đều, bờ phẳng, vun cao, trắng đục, bề mặt bóng, tế bào tròn, rất đều. Tỉ lệ men bổ sung vào dịch lên men là 7 % v/v, mật độ men là 108 tb/ml. Sản phẩm rượu vang thu được có màu vàng, hương thơm của trái điều, độ cồn là 17,190 v/v, acid 5,55 % và đường khử là 0,8 g/l.
Tác giả đã đưa ra quy trình đề nghị lên men rượu vang với chủng N2 như sau:
Sơ đồ 1.4: Quy trình đề nghị lên men rượu vang điều Lên men chính Tách bã, bỏ cặn Lên men phụ Lắng trong Rượu vang Đóng chai
Đường, acid Chuẩn bị dịch lên men Nhân giống cấp 2 Chủng N2
Ép lấy dịch, loại tanin Nhân giống cấp 1 Trái điều
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Ngoài sản xuất rượu vang, trái điều còn được nghiên cứu để sản xuất cồn. Tác giả đã khảo sát 3 loại men của công ty La Ngà, men Việt Pháp và men rượu Anh Quang Lợi, kết quả men La Ngà có khả năng lên men tốt nhất, hiệu suất thu hồi cồn cao hơn. Với 15 lít dịch lên men được bổ sung đường có độ Brix là 19,6 thì lượng cồn 450 v/v thu được ở men La Ngà là 6,0 lít, men Việt Pháp là 5,4 lít và men Anh Quang Lợi là 4,9 lít.
Tác giả khảo sát khả năng lên men của dịch điều bổ sung rỉ đường, bổ sung đường và không bổ sung đường với men La Ngà đã đạt được kết quả sau: dịch điều không bổ sung đường cho hiệu suất thu hồi cồn thấp, nhưng cho chi phí thấp và thời gian lên men ngắn. Độ Brix giảm từ 12,4 xuống 3,3, quá trình lên men kết thúc sau 144 giờ và tỉ lệ cồn 800 v/v thu được là 10%.
Cồn điều có khả năng cháy tốt trong đèn cồn và có mùi nồng của điều. Quy trình sản xuất cồn thô được tác giả đề nghị như sau [2]:
Sơ đồ 1.5: Quy trình đề nghị sản xuất cồn thô từ trái điều giả Chưng cất lần 2 Chưng cất lần 1 Cồn thô Nguyên liệu Ép dịch Tách tanin bằng gelatin 2g/l Dịch điều Lên men Men La Ngà 0,2 g/l 5 ngày, 27 – 37 0 C
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.1. Vật liệu nghiên cứu
- Trái điều: được lấy từ xã Tiến Hưng, thị xã Đồng Xoài, tỉnh Bình Phước thu hái khi quả chín (chuyển sang màu vàng hoặc đỏ), chọn trái không bị sâu bệnh hư hỏng. Thời gian từ lúc thu hoạch đến khi chế biến không quá 24 giờ.
- Nấm men: sử dụng dạng thương phẩm của nấm men Sacharomyces cerevisiae
là men ép nhãn hiệu Song mã của công ty Saf Việt và men rượu nhãn hiệu Bông lúa vàng của công ty Quân Tám làm thí nghiệm.
2.2. Thiết bị và dụng cụ
- Thiết bị đo độ Brix. - Thiết bị đo pH. - Cồn kế.
- Thiết bị chưng cất rượu. - Auto Claves.
- Máy khuấy từ gia nhiệt.
- Cùng một số dụng cụ cần thiết khác.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Sơ đồ 2.1: Sơ đồ thực hiện đề tài Dịch điều đã loại tanin Lên men Chưng cất Cồn cao độ Làm khan Men Zeolit 3A Rửa sơ bộ Tách tanin Ép dịch Lọc Bã Gelatin Nguyên liệu Cồn tuyệt đối Thí nghiệm 2, 3 Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 4
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
2.4. Phương pháp tiến hành
2.4.1. Thí nghiệm 1: Tổng hợp zeolit 3A [6, 10].
2.4.1.1. Thực nghiệm
Sau khi tham khảo tài liệu, chúng tôi chọn một công thức tiêu biểu của zeolite A để tính toán là: Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O. Từ công thức này chúng ta có thể dễ dàng tính được các hóa chất cần thiết. Ở đây chúng tôi sử dụng nguồn cung cấp Nhôm là từ NaAlO2 và nguồn cung cấp Silic là từ Na2SiO3.9H2O.
Tiến hành cân chính xác 0,723g NaOH trên cân phân tích, sau đó cho toàn bộ
lượng NaOH vào cốc nhựa đã chứa sẵn 80ml nước cất, khuấy cho tan hoàn toàn và chia làm 2 phần bằng nhau.
Lấy chính xác 5,714g NaAlO2 hòa tan hoàn toàn vào 40ml NaOH đã pha ở trên thu được dung dịch I.
Phần NaOH còn lại dùng hòa tan hoàn toàn 19,791g Na2SiO3.9H2O thu được dung dịch II.
Tiến hành rót dung dịch I vào dung dịch II đồng thời khuấy đều, thấy tạo thành hỗn hợp gel màu trắng đục, hơi sệt. Sau đó, cho toàn bộ hỗn hợp này vào thiết bị Auto Claves làm già trong 24 giờ để cho zeolite có thời gian tạo mầm tinh thể trước khi cho kết tinh ở 900C trong 5 giờ.
Sản phẩm rắn sau khi kết tinh được lọc rửa bằng nước ấm đến pH = 7 - 8, sấy khô và nung ở 4000C trong 5h. Để tạo được zeolite 3A (KA), zeolit NaA thu được ở trên được trao đổi cation với dung dịch là KCl 1M ở 800C và trong 3h. Zeolite thu được có dạng bột mịn, trắng, xốp. Để tạo hạt với kích thước thông dụng là ~2mm, bột zeolite được phối trộn với Cao lanh theo tỉ lệ: cao lanh : zeolite = 1 : 4, được tạo hạt bằng phương pháp nhỏ giọt, cuối cùng được sấy ở 1200C trong 4h và nung ở 4000C trong 5h.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hình 2.1: Mô hình thí nghiệm trao đổi cation giữa zeolite 4A với KCl
2.4.1.2. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu [6]
Trong lĩnh vực khoa học thực nghiệm có rất nhiều phương pháp khác nhauđược sử dụng để nghiên cứu đặc tính và cấu trúc tinh thể của vật liệu. tùy thuộc vào từng loại cấu trúc và mục đích nghên cứu mà ta có thể lựa chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp. Trong phạm vi đồ án này chúng tôi sử dụng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) để nghiên cứu cấu trúc của vật liệu.
Nguyên tắc
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy tắc xác định .
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hình 2.2: Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể
Khi chùm tia Rơnghen ( X ) tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ trở thành các tâm phát ra các tia phản xạ.
Mà các nguyên tử ion này được phân bố trên các mặt phẳng song song. Do đó hiệu quang trình Δ của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt song song cạnh nhau được tính như sau :
2 sind
Trong đó : d: là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song.
: là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ. : là hiệu quang trình của hai tia phản xạ .
Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng song song cùng pha thì hiệu quang trình phải bằng nguyên lần độ dài sóng () :
2 sind n. (nN, là bậc phản xạ)
Đây là hệ thức Vulf- Bragg, là phương trình cơ bản để nghiên cứu cấu trúc tinh thể. Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trên giản đồ ( giá trị 2 ) tìm được d theo hệ thức trên.
So sánh giá trị d vừa tìm được với d chuẩn sẽ xác định được thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu. Chính vì vậy, phương pháp này được sử dụng rộng rãi nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất .
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Thực nghiệm
Zeolite 3A sau khi tổng hợp được định danh bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), thực hiện trên máy Siemens D5000 (Đức), sử dụng tia CuK (1.5406 A0) có lọc tia, điện áp 40kV, cường độ dòng ống phát 40mA, góc quét 2 thay đổi từ 5 – 700, tốc độ quét 0,20/phút.
2.4.2. Thí nghiệm 2:Ảnh hưởng của hai loại men: men rượu và men ép tới quá trình lên men. lên men.
Mục đích: Chọn ra loại men thích hợp cho lên men dịch điều.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố với hai lần lặp lại.
Các loại men khảo sát gồm: Men rượu nhãn hiệu Bông lúa vàng của công ty Quân Tám và men ép nhãn hiệu Song mã của công ty Saf Việt.
Bảng 2.1: Bố trí thí nghiệm 2 Tên mẫu Loại men
MR Men rượu
ME Men ép
Lượng nấm men cần bổ sung vào dịch lên men được tính theo công thức [2, 9]: Số ml dịch quả . 2.106 tế bào/ml dịch quả
Lượng men cần bổ sung
Số tế bào/g nấm men
Đối với men ép số lượng nấm men trong 1g men là 109 tế bào nên lượng men bổ sung là 2g/l.
Đối với men rượu số lượng nấm men là 1010 tế bào/g, vì thế lượng men bổ sung là 0,2g/l.
Mỗi mẫu được tiến hành lên men trong bình chứa kín, có dung tích 5 lít, thể tích dịch lên men là 1 lít.
Lượng gelatin sử dụng để loại tanin trong dịch điều ban đầu là 2g/l. pH của dịch điều được điều chỉnh ở 4,25 để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nấm men.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
- Độ Brix được theo dõi sau mỗi 24 giờ. - Lượng cồn 400 sau chưng cất lần 1.
- Thời gian theo dõi: đến khi độ Brix không thay đổi.
Hình 2.3: Mô hình thí nghiệm chưng cất thu hồi cồn từ dịch điều lên men
2.4.3. Thí nghiệm 3:Ảnh hưởng của các tỉ lệ men đến sự lên men. Từ thí nghiệm 2, chọn loại men thích hợp để tiến hành thí nghiệm 3. Từ thí nghiệm 2, chọn loại men thích hợp để tiến hành thí nghiệm 3. Mục đích: xác định tỉ lệ men cần bổ sung thích hợp để lên men dịch điều.
Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố với ba lần lặp lại. Các tỉ lệ men bổ sung: 1 g/l, 1,5 g/l, 2 g/l. Bảng 2.2: Bố trí thí nghiệm 3 Mẫu Tỉ lệ men, g/l M10 1 M11 1,5 M12 2
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Các thông số cố định: - Loại nấm men.
- Độ Brix của dịch điều ban đầu: 10,5. - pH của dịch lên men: 4,25.
- Lên men ở nhiệt độ phòng: 30 – 370C. Chỉ tiêu theo dõi:
- Độ Brix sau mỗi 24 giờ.
- Lượng cồn thu được sau chưng cất lần 1 và lần 2. - Hiệu suất thu hồi cồn sau hai lần chưng cất.
Thời gian theo dõi: Theo dõi đến khi độ Brix không đổi.
2.4.4. Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình làm khan cồn bằng zeolit 3A ở pha lỏng. zeolit 3A ở pha lỏng.
Mục đích thí nghiệm: xác định nhiệt độ thích hợp để làm khan cồn bằng zeolite ở pha lỏng.
Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố với bốn lần lặp lại.
Các nhiệt độ tiến hành hấp phụ: 30, 40, 50, 600C.
Quá trình hấp phụ được thực hiện ở pha lỏng, một lượng cố định (30g) zeolite 3A được cho vào bình cầu dung tích 500 ml, đồng thời 100 ml cồn 850 thu được sau chưng cất lần 2 cũng được cho vào bình cầu. Các điều kiện ban đầu được cố định ở tất cả các thí nghiệm. Nồng độ cồn của sản phẩm được đo sau khi đã được làm khan bởi zeolite trong 1 giờ.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
CHƯƠNG III
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Kết quả tổng hợp zeolite 3A
Vật liệu sau khi tổng hợp và tạo hạt dạng cầu bằng phương pháp nhỏ giọt được định danh bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Kết quả từ giản đồ XRD (Hình 3.1) cho thấy đã tổng hợp thành công zeolite 3A. Sản phẩm ổn định, có độ kết tinh cao, không lẫn pha lạ. Hạt zeolite A có dạng hình cầu với kích thước 1,5 - 2 mm (hình 3.2) có độ cứng tương đương với sản phẩm thương mại cùng loại. Kết quả này cũng phù hợp với một số nghiên cứu trước đây [6, 10].
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hình 3.2: Zeolit 3A dạng cầu
3.2. Kết quả khảo sát khả năng lên men của hai loại men
Độ Brix thể hiện tổng hàm lượng chất khô hòa tan mà chủ yếu là đường. Do vậy, chúng tôi theo dõi sự biến thiên Brix của dịch điều trong quá trình lên men. Kết quả thu được như sau:
Bảng 3.1: Kết quả biến thiên độ Brix ở hai loại men Độ Brix Thời gian (giờ) MR (men rượu) ME ( men ép) 0 10,5 10,5 24 8,9 5,5 48 6,8 4,1 72 5,7 3,7 96 4,4 3,5 120 4,2 3,5 144 4,2 3,5
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hình 3.3: Biến thiên độ Brix khi sử dụng hai loại men
Từ kết quả thu được ở bảng 3.1 và hình 3.3, chúng tôi có nhận xét như sau:
Độ Brix giảm dần ở cả 2 mẫu thí nghiệm trong thời gian khảo sát. Hai loại men khác nhau thì cường độ giảm độ Brix là khác nhau.
Trong 24 giờ đầu lên men, biến thiên độ Brix ở mẫu sử dụng men ép giảm mạnh (từ 10,5 xuống còn 5,5), sau đó chậm lại và dừng hẳn ở giờ thứ 96. Đối với mẫu sử dụng men rượu độ Brix giảm từ 10,5 xuống 8,9 sau 24 giờ, thấp hơn so với men ép. Điều này có thể được giải thích như sau: Men ép được bảo quản ở nhiệt độ thấp và không bị xử lý nhiệt trong quá trình sản xuất nên khi được đưa vào môi trường lên men chúng nhanh chóng phục hồi và thực hiện quá trình trao đổi chất, sử dụng đường tạo năng lượng, sinh ethanol và CO2. Quan sát thực tế cho thấy ở mẫu ME sau 24 giờ bình lên men căng cứng do lượng CO2 sinh ra nhiều, điều đó cho thấy quá trình lên men diễn ra mạnh mẽ. Đối với men rượu, trong quá trình sản xuất, nấm men đã bị xử lý nhiệt do đó chúng bịức chế một phần. Khi được đưa vào môi trường dinh dưỡng, nấm men cần có thời gian phục hồi, hoạt hóa và phát triển.
Từ 24 giờ đến 96 giờ, biến thiên độ Brix của men ép giảm chậm (từ 5,5 xuống còn 3,5) và từ 96 đến 144 giờ thì quá trình lên men ngừng hẳn, đó là do lượng chất dinh dưỡng giảm cộng với việc nấm men bịức chế bởi lượng ethanol sinh ra nên hoạt động của chúng giảm mạnh và dần ngừng lại. Ở men rượu từ 24 đến 120 giờ độ Brix giảm mạnh (từ 8,9 xuống 4,2), đó là do nấm men đã được phục hồi, sinh sản, phát triển và trao đổi chất trở nên mạnh hơn. Cũng như men ép từ 120 đến 144 giờ sự lên men
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
của men rượu ngừng hẳn do dinh dưỡng giảm.
Như vậy, khả năng lên men của men ép tốt hơn men rượu. Điều đó được thể hiện là sự giảm độ Brix khi sử dụng men ép là mạnh hơn và độ Brix sau quá trình lên men là thấp hơn.
So sánh với kết quả về sự biến thiên độ Brix thì chúng tôi thấy men La Ngà trong nghiên cứu của Bùi Thanh Xuyên (2007) có khả năng sử dụng đường tương tự như men ép mà chúng tôi sử dụng. Nhưng thời gian lên men của men ép ngắn hơn (sau 72 giờ), còn men La Ngà phải mất 144 giờ.
Sau khi quá trình lên men kết thúc, chúng tôi tiến hành chưng cất 2 mẫu để xác định tỉ lệ thu hồi cồn. Giới hạn lấy là khi độ cồn đạt 400. Chúng tôi đã thu được kết quả như sau:
Bảng 3.2: Thể tích và hiệu suất thu hồi cồn của 2 loại men sau chưng cất lần 1
Mẫu Thể tích dịch lên