3.2 Kết quả khảo sát các phương pháp lên men
3.2.1. Kết quả khảo sát thời gian lên men SHF
Quá trình lên men được thực hiện trong 48 giờ, mỗi nghiệm thức cách nhau 2 giờ nhằm khảo sát thời gian lên men tối ưu nhất.
Hình 3.5. Sự thay đổi độ cồn theo thời gian trong SHF
Qua hình 3.5, có thể thấy độ cồn tăng nhanh đến 3,2% trong 2 giờ đầu lên men. Vì trong thời gian đầu nấm men có thời gian để thích nghi với môi trường lên men, hô hấp hiếu khí để tăng sinh khối. Tuy nhiên, thời gian để nấm men tăng sinh khối không nhiều vì nấm men đã được nuôi trong môi trường SDB đã đủ hoạt lực để sử dụng đường có trong dịch nguyên liệu để bắt đầu lên men tạo cồn. Ngoài ra, nguyên liệu đã được tiền xử lý trước để thủy phân cellulose thành đường. Do đó, nấm men có thể sử dụng đường có sẵn trong môi trường lên men để thực hiện chuyển hóa bioethanol khi oxy trong bình lên men hết hẳn.
Đến 18 giờ thì độ cồn đạt tới mức tối đa là 4,4%. Kể từ giờ thứ 20 trở đi, độ cồn giảm dần và đạt giá trị thấp nhất là 3,5% sau 46 giờ. Vì trong thời gian dài thì
3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6
0 10 20 30 40 50
Độ cồn (%)
Thời gian (giờ)
Sự Thay đổi độ cồn theo thời gian trong SHF
51
ethanol dễ bị oxy hóa thành acid acetic làm giảm độ cồn và làm giảm pH của dịch lên men. Điều này sẽ ức chế nấm men hoạt động và độ cồn giảm dần
Hình 3.6. Sự thay đổi độ Brix theo thời gian trong SHF
Qua hình 3.6, có thể thấy tổng số chất rắn hòa tan trong dịch lên men giảm dần theo thời gian. Vì nấm men tiêu tốn một phần đường và các chất dinh dưỡng hòa tan khác để cung cấp cho việc phát triển sinh khối khi mới được vào bình lên men, do môi trường ban đầu có oxy. Lượng tiêu hao này không nhiều chủ yếu trong 3 giờ đầu tiên vì nấm men đã qua giai đoạn nhân giống để tăng sinh khối. Khi sử dụng hết oxy trong bình lên men. Nấm men chuyển sang quá trình lên men kị khí để sinh ethanol.
Nấm men hấp thụ đường và các chất dinh dưỡng hòa tan khác để lên men tạo cồn. Đường và chất dinh dưỡng được chuyển hóa phần lớn ở giai đoạn này, quá trình lên men xảy ra nhanh ở giai đoạn từ 15 giờ đến 18 giờ nên tổng số chất rắn hòa tan giảm nhanh. Lúc này phần lớn các chất hòa tan được chuyển hóa thành ethanol và CO2, ngoài ra còn tạo các sản phẩm phụ như acid hữu cơ, rượu bậc cao, aldehyde…
Sau 18 giờ trở đi, tổng số chất rắn hòa tan bị giảm đi không đáng kể, độ cồn hầu như không tăng thêm nữa, quá trình lên men kết thúc.
6 6.5 7 7.5 8 8.5
0 10 20 30 40 50
Độ Brix
Thời gian (giờ)
Sự thay đổi độ Brix theo thời gian trong SHF
52
Hình 3.7. Sự thay đổi hàm lượng glucose theo thời gian trong SHF
Qua hình 3.7, có thể thấy hàm lượng đường khử giảm dần theo thời gian lên men, nhưng 6 giờ đầu lên men thì giảm nhanh nhất. Vì ban đầu nấm men sử dụng đường để tăng sinh khối và sau khi đã thích nghi thì bắt đầu sử dụng đường để hô hấp kỵ khí tạo ethanol và khí CO2. Sau đó, trong môi trường lên men có nồng độ cồn cao gây ức hoạt động lên men của nấm men nên hàm lượng đường không giảm nhiều, quá trình lên men kết thúc.
Nhận xét: Trong 4 giờ đầu tiên độ cồn tăng nhanh từ 0 lên 3,2. Sau đó độ cồn tăng chậm dần và sau 18 giờ độ cồn đạt cao nhất (4,4%), sau đó độ cồn giảm xuống do lượng cồn cũng như lượng acid sinh ra đã bắt đầu ức chế khả năng lên men.
Trong quá trình lên men, lượng đường khử tất nhiên sẽ giảm dần theo thời gian. Ở 6 giờ đầu tiên lượng đường khử giảm khá nhanh sau đó giảm chậm dần cho đến thời điểm đạt độ cồn cao nhất là 20 giờ do nấm men bị lượng ethanol và acid
0 2 4 6 8 10 12
0 10 20 30 40 50
Hàm lượng glucose (mg/ml)
thời gian (giờ)
Sự thay đổi hàm lượng glucose theo thời gian
53
sinh ra gây ức chế quá trình lên men. Đường lúc này được nấm men sử dụng để duy trì sự sống là chủ yếu. Sau 40 giờ lượng đường không thay đổi nhiều do sinh khối nấm men đã giảm .