Đề tài Sản xuất cồn bằng phương pháp lên men truyền thống

1 1. : 1.1. : Họ (Family) : Poaceae/Gramineae (Hoà thảo) Phân họ (Subfamily) : Oryzoideae Tộc (Tribe) : Oryzeae Chi (Genus) : Oryza Loài (species) : Oryza Sativar L. Hình 1.1: Cây lúa (Oryza sativa) Cây lúa thích hợp sinh trưởng ở nơi đầm lầy, khí hậu nhiệt đới, chịu ảnh hưởng của khí hậu gió mùa. 2 1.2. : Vỏ trấu (husk): lớp bao ngoài cùng của hạt. Gồm các tế bào rỗng có thành cellulose. Các tế bào vỏ trấu kết với nhau nhờ khoáng và lignin. Vỏ trấu có gân nổi rõ, xù xì và ráp nên dễ bám vi sinh vật. Màu sắc vỏ trấu khá đa dạng: màu nâu, vàng... Độ dày vỏ trấu phụ thuộc vào giống hạt, độ mẩy: trong khoảng 0,12 – 0,15 mm, chiếm khoảng 18 – 19,6% so với toàn hạt. 3 Vỏ quả: thành phần gồm cellulose, pentosan, pectin, khoáng. Chiều dày trong tế bào không giống nhau, ở gần phôi lớp vỏ quả mỏng nhất. Vỏ hạt: liên kết chặt với lớp aleurone, nhưng liên kết lỏng lẻo với lớp vỏ quả. Lớp vỏ hạt chứa ít cellulose hơn nhưng nhiều protid và glucid hơn vỏ quả. Lớp aleurone: bao bọc nội nhũ và phôi. Chiếm khoảng 6 – 12% khối lượng hạt. Chứa nhiều protid (chủ yếu là enzym), tinh bột, cellulose, pentosan, lipid, phần lớn vitamin và khoáng của hạt. Khi xay xát hạt, lớp aleurone bị vụn thành cám. Do có chứa nhiều lipid không no nên cám dễ bị oxi hóa gây mùi hôi. Nội nhũ: phần dự trữ chất dinh dưỡng của hạt. Tế bào nội nhũ khá lớn, thành mỏng. Chứa tinh bột, protid, lượng nhỏ lipid, khoáng, cellulose và một số sản phẩm phân giải của tinh bột như dextrin, đường... Phôi: chứa nhiều chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển. Gồm: protid, glucid hòa tan, nhiều lipid, khoáng, cellulose, vitamin. Phôi dễ bị hư hỏng, các chất dinh dưỡng trong phôi rất dễ bị biến đổi. 1.3. : : - 2 – 10 µm - – . Tỉ lệ thành phần amylose và amylopectin cũng có liên quan đến độ dẻo của hạt: Hàm lượng amylose trong hạt quyết định độ dẻo của hạt. Nếu hạt có 10-18% amylose thì gạo mềm, dẻo, từ 25-30% thì gạo cứng. Các loại gạo của Việt Nam có hàm lượng amylose thay đổi từ 18-45%, cá biệt có giống lên đến 54%. - : 70 – 80oC. Protein: - Albumin 5%, globulin 10%, prolamin 5%, glutelin 80%. - , lớp aleurone và giảm dần khi vào tâm nội nhũ. Do đó gạo càng xát kỹ thì hàm lượng protein càng giảm. 4 Các giống lúa Việt Nam có lượng protein thấp nhất là 5,25%, cao nhất 12,84%, phần lớn trong khoảng 7-8%, lúa nếp có lượng protein cao hơn tẻ, lúa chiêm cũng có lượng protein cao. Bảng 1.1: Thành phần hóa học của 100g gạo Các chỉ số Loại gạo Tám thơm Chiêm canh Mộc tuyền Nếp cái Nước (% theochất khô) 12 11.5 12.2 11.8 Nitơ (% theo chất khô) 1.13 1.34 1.25 1.29 Nitơ hoà tan (% theo chất khô) 0.15 0.1 0.1 0.08 Đường chung (% chất khô) 0.71 0.92 0.87 0.71 Đường khử (% theo chất khô) 0.19 0.13 0.16 0.21 Tinh bột (% theo chất khô) 85 83 82.4 84.8 Dextrin (% theo chất khô) 0.7 0.95 0.72 2.2 Cellulose (% theo chất khô) 0.46 0.53 0.45 0.49 Tro (% theo chất khô) 0.72 0.7 0.72 0.61 Vitamin B1 mg% - 0.05 0.068 - Vitamin B2 mg% - 0.012 0.024 - 1.4. : 1.4.1. : - Hạt gạo được cấu tạo chủ yếu từ tinh bột, cellulose, protein có các nhóm hydroxyl háo nước, nhóm –SH, -SCH3... có khả năng liên kết với các khí và hơi ẩm tạo hấp thụ hóa học và hấp thụ vật lý. 5 - Trong hạt có nhiều mao quản có kích cỡ từ 10-7 – 10-3 cm nên dễ dàng hấp phụ và ngưng tụ mao quản. - Khối hạt có độ rỗng giúp các chất khí và hơi dễ dàng xâm nhập sâu bên trong. - Các yếu tố ảnh hưởng đến ẩm cân bằng của hạt: nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí và các loại hạt khác nhau. n t(oC) Độ ẩm tương đối của không khí (%) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 8,0 9,6 10,9 12,0 13,0 14,6 16,0 18,7 - 30 - 8,3 9,8 10,7 11,8 13,1 14,7 17,3 22,5 - Hàm lượng nước ảnh hưởng tới các tính chất vật lý của hạt. Hoạt độ của nước ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme các vi sinh vật trong hạt làm giảm chất lượng của hạt. Ngoài ra, hoạt độ nước càng cao, hạt càng hô hấp mạnh sẽ làm tổn thất chất khô càng nhiều đồng thời sinh nhiệt và sinh thêm nước khi đó quá trình hô hấp càng mạnh. 1.4.2. : 1.4.2.1.Điều kiện bảo quản: - Sấy khô gạo đến độ ẩm 13%, bảo quản trong các bao hoặc thùng chứa bằng gỗ, kim loại. - Không xếp bao tiếp xúc trực tiếp dưới nền nhà mà phải kê lên cao 20cm và cách tường 50cm. 6 1.3: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến 1 số thành phần hóa học của gạo Thời gian bảo quản (tháng) Protein tiêu hóa được (%) Tinh bột tiêu hóa được (%) Tổng đường hòa tan (%) 10oC 25oC 45oC 10oC 25oC 45oC 10oC 25oC 45oC 0 69,0 69,0 69,0 70,0 70,0 70,0 4,4 4,4 4,4 3 69,0 65,0 63,0 70,0 64,0 62,0 4,5 5,1 4,1 6 69,0 63,0 60,0 70,0 61,0 57,0 4,6 5,8 2,8 1.4.2.2. : Tinh bột bị thủy phân thành dextrin, maltodextrin, maltose, glucose dưới tác dụng của enzyme amylase. - Hao hụt tinh bột do hô hấp. - Vi sinh vật thủy phân hay lên men tinh bột: nấm mốc (Aspergillus niger...) và nấm men (Saccharomyces). 1.4.2.3. : Tỷ lệ giữa các nhóm protein thay đổi do quá trình thủy phân dưới tác dụng của hệ enzyme protease có trong hạt hay do vi sinh vật tiết ra : - Xuất hiện quá trình trùng hợp của các peptid mạch ngắn tạo thành các protein có khối lượng phân tử cao hơn. - Vi sinh vật hiếu khí phân hủy các acid amin thành các acid hữu cơ và NH3. - Các vi khuẩn kị khí phân hủy acid amin theo hướng tạo CO2 và các amin. - Nếu phối trộn cả vi khuẩn kị khí và hiếu khí thì các biến đổi của protein rất phức tạp tạo ra các sản phẩm như phenol, scatol, crezol, 7 indol, mercaptan...là các chất gây độc bài tiết nước bọt nhiều và gây co giật, tạo mùi vị khó chịu, thậm chí mùi thối cho khối hạt bảo quản. 1.4.2.4. : Thuỷ phân chất béo cho ra glycerine và acid béo làm chua hạt. - Nếu các acid béo mạch ngắn thì xuất hiện mùi hôi. - Phân hủy chất béo sinh nhiệt lượng lớn làm nóng khối hạt. 1.4.2.5. : Trong quá trình bảo quản hạt sẽ xảy ra quá trình hô hấp hiếu khí và hô hấp yếm khí. Đối với các hạt giàu béo, trong quá trình hô hấp, các chất béo cũng có thể bị oxy hóa để thu năng lượng. Ảnh hưởng của hô hấp tới chất lượng của khối hạt: - Tổn thất chất khô do thất thoát nước, nhiệt, khí. - Tăng hàm ẩm của khối hạt do nước sinh ra. - Tăng nhiệt độ đống hạt. - Thay đổi thành phần không khí trong đống hạt: giảm O 2 và tăng CO2. - Lượng các hợp chất hữu cơ sinh ra như rượu ethanol tích tụ làm khả năng nảy mầm giảm. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hô hấp: - Nguyên liệu. - Độ ẩm. - Nhiệt độ. - Mức độ thông thoáng khí và thành phần không khí. 8 1.4.2.6.Những biến đổi khác: - . - . - . 1.5. l : 1.5.1. : - Màu sắc: trắng trong, không bị biến màu. - Mùi: không có mùi lạ. - Vị: không có vị lạ. 1.5.2. : 1.4: Phân loại theo chiều dài hạt gạo lật Dạng hạt Chiều dài Thon dài Dài Trung bình Ngắn Trên 7,50 Từ 6,61 đến 7,50 Từ 5,51 đến 6,60 Dưới 5,51 1.5: Phân loại theo tỷ số chiều dài/chiều rộng hạt gạo lật Dạng hạt Tỷ số dài/rộng Thon dài Trung bình Hơi tròn Tròn Trên 3 Từ 2,1 đến 3 Từ 1,1 đến 2 Dưới 1,1 9 - Chọn hạt có kích thước lớn, hạt mẩy vì lúc này hàm lượng chất khô trong hạt đã ổn định, chất lượng hạt tốt. - Chọn hạt càng tròn thì truyền nhiệt càng dễ . 1.5.3. : 1.6: Chỉ tiêu hóa lý đánh giá chất lượng gạo TT Chỉ tiêu Hạng chất lượng 1 2 3 4 1 Độ ẩm (% khối lượng, không lớn hơn) 14 14 14 14 2 Tạp chất (% khối lượng, không lớn hơn) 2 2 2 2 3 Hạt bạc trắng (% khối lượng, không lớn hơn) 7 12 20 40 4 Hạt biến vàng (% khối lượng, không lớn hơn) 0.5 1 2 4 5 Hạt không hoàn thiện (% khối lượng, không lớn hơn) 3 4 6 8 6 Hạt bị hư hỏng (% khối lượng, không lớn hơn) 0,5 1 3 5 7 Hạt rạn nứt (% khối lượng, không lớn hơn) 10 15 25 40 8 Hạt lẫn loại (% khối lượng, không lớn hơn) 5 10 15 20 9 Hạt đỏ (% khối lượng, không lớn hơn) 1 3 8 15 10 Sâu mọt sống hại thóc (% khối lượng, không lớn hơn) 5 5 5 5 1.5.4. : Dư lượng hóa chất trừ sâu, tính bằng miligam trong 1kg gạo, không được vượt quá mức qui định trong bảng. 10 1.7: Định mức dư lượng thuốc trừ sâu Tên hóa chất Mức Linđan (666.NHC, HCH) Diazinon Diclovot ( Dichlovos) Malathion Wolfatoo Methylparathion Dimethoat ( B, 5B, Rogor) 0,5 0,1 0,3 2,0 0,7 1,0 1.5.5. : - Côn trùng các loại: không được có. - Tổng số bào tử nấm mốc trong 1kg gạo, không lớn hơn: 10.000 bào tử. - Chọn hạt to, khỏe để hạn chế lượng vi sinh vật trên hạt. Kiểu hạt Số lượng vi sinh vật tính bằng 1000 khuẩn lạc/1g hạt Nấm mốc Vi khuẩn, nấm men Số lượng chung A. flavus Asp. oryzae Penicillium Bình thường 1 0,3 0,01 0,25 0,7 Non, xanh, lép >2 1 0,05 0,5 6,5 Độc tố vi nấm aflatoxin: không phát hiện thấy bằng kỹ thuật sắc ký lớp mỏng. 11 Tên các loại nấm mốc Độc tố do chúng tiết ra Asp. flavus Asp. paraciticus Aflatoxin Asp. ochraceus Penicillium verrucosum Ochratoxin Asp. terreus Territrem Eurotium chevalieri Eurotium telodami Echinulin Fusarium sporotrichiodes T2 – toxin và trichothecenes Penicillium citreonigrum Citreoviridin Penicillium citrinum Citrinin Năng lượng: 100g gạo cung cấp năng lượng là 360 Kcal. 2. BÁNH MEN: 2.1. : - . - . - . - : bao gồm các vị thu ... 12 : bột thuốc bắc 20,5g bao gồm: Quế: 7g ; đại hồi: 6g ; tiểu hồi: 5g ; thảo quả: 1,5g ; sa nhân: 1g 2.2. Vi sinh vật trong bánh men: 2.2.1. Nấm men: Chủ yếu gồm hai giống: - Endomycopsis (chủ yếu là Endo.Fibuligenes). - Saccharomyces (chủ yếu là S. cerevisiae). Endomycopsis fibulligenes là loài nấm men rất giàu enzym amilase, glucoamilase. Do đó chúng vừa có khả năng đường hóa vừa có khả năng rượu hóa . Saccharomyces cerevisiae có khả năng lên men rất nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, raffinose, galactose. Chúng có khả năng lên men được nhiệt độ cao (khoảng từ 36 – 40oC ). Chúng có khả năng chịu được độ axit. Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 với nồng độ 0,02 – 0,025%. Đặc điểm này rất thuận lợi cho nên khi cần sử dụng thuốc sát trùng. Đặc điểm quan trọng hơn hết là loài nấm men này có khả năng lên men các loại nguyên liệu rất khác nhau như : gạo, ngô, khoai, sắn với lượng đường trong dung dịch từ 12 – 14 % có khi 16 – 18%. Nồng độ rượu trong dung dịch lên men có thể đạt 10 – 12%. Nhiệt độ lên men thích hợp là 28 – 32o C. Ngoài hai loài nấm men cơ bản trên, trong men thuốc bắc còn thấy nhiều loài nấm men dại khác nhau. Chúng vừa có khả năng thuỷ phân tinh bột, vừa có khả năng chuyển hoá đường thành cồn, tuy rằng sự chuyển hoá này còn thấp. Điều đặc biệt là các loài nấm men dại này chịu nhiệt rất cao, có khi lên tới 60 -65o C và chịu được chất sát trùng ở nồng độ 0,005-1%. 2.2.1.1.Một số tính chất sinh lý của nấm men: : - Nhiệt độ tối ưu khoảng 28 – 320C. Tuy nhiên nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn. Mặt khác 13 làm lạnh dịch đường tới 20-220C sẽ hạn chế sự phát triển của tạp khuẩn. - Ở nhiệt độ cao hoạt tính của nấm men giảm nhanh, chủ yếu là dễ bị nhiễm vi khuẩn lactic và nấm men hoang dại. - Khi lên men ở 29,50C, tổn thất do tạo sinh khối là 7,37 %, ở 17,50C tổn thất là 5,32 % và nếu lên men dịch đường ở 100C thì tổn thất chỉ chiếm 4,42 % lượng đường có trong dung dịch. - Khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều esther, aldehyde và tổn thất rượu theo CO2 sẽ tăng. : - Nồng độ ion H+ trong canh trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men. Chúng có khả năng làm thay đổi diện tích các chất của vỏ tế bào, làm tăng hay giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men. Mỗi vi sinh vật hoạt động tốt ở một pH nhất định. - Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo alcohol ethylic là 4,5 – 5,5. Đối với dịch đường từ nguyên liệu tinh bột thường khống chế ở pH = 4,8 – 5,2 nhằm giữ cho amylase tiếp tục chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường lên men được. - Tăng pH sẽ dễ bị nhiễm khuẩn; glycerin tạo nhiều hơn và giảm hiệu suất lên men. Vì vậy, khi gây men giống trong điều kiện sản xuất, người ta điều chỉnh pH tới 3,8 – 4,0 để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lactic và nấm men hoang dại. : - Nồng độ dịch đường cao làm tăng áp suất, mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men. - Nồng độ dịch đường thấp làm giảm năng suất thiết bị lên men, tốn hơi khi chưng cất, tăng tổn thất rượu trong bã rượu và nước thải. - Bình thường người ta khống chế nồng độ chất khô của dịch đường từ 16 – 18 % ( tùy theo mức độ thuần khiết), tương đương 13– 15% 14 đường, để sau khi lên men sẽ nhận được nồng độ rượu trong giấm chín là 8,5 – 9,5 % V. : - Trong điều kiện sản xuất, dù có vệ sinh sạch đến mấy cũng khó đảm bảo vô trùng tuyệt đối, vì vậy cần phải dùng chất sát trùng để ngăn ngừa và hạn chế tạp khuẩn. - Có thể dùng hóa chất khác nhau như clorua vôi, formalin, fluosilicat natri. Tùy theo chất lượng của hóa chất mà dùng nhiều hay ít, cốt sao hạn chế được phát triển của tạp khuẩn nhưng không làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của nấm men. Khi dùng formalin hay fluosilicat natri, nồng độ không vượt quá 0,02% so với dịch lên men. - Tùy theo tính chất và mức độ phân ly của mỗi acid mà tác hại của chúng lên nấm men sẽ không giống nhau. 2.1: Ảnh hưởng của một số acid tới nấm men Acid Nồng độ Thời gian tiêu diệt, giờ Làm ngừng sinh trưởng Tiêu diệt men % Mol/l % Mol/l HCl 0,14 0,038 0,72 0,195 0,46 H2SO4 0,39 0,039 1,30 0,123 2,04 H3PO4 0,30 0,031 2,00 0,204 1,28 CH3COOH 0,75 0,125 3,00 0,500 1,25 Acid lactic 0,90 0,100 3,00 0,333 1,27 - Ngoài ra, trong dịch đường lên men luôn chứa một lượng furfurol, melanoidin, cũng gây ảnh hưởng tới nấm men. 15 2.2.1.2. : - . - . - . 2.2.2. : 2 . thủy . : Mucor Rhizopus. 2.2.2.1.Mucor: - : 25 – 30oC. - . - Mucor rouxxi (32 – 35o . Ở Mucor rouxii, ngoài hệ men amylase còn có enzym rượu hóa nên trong điều kiện yếm khí, enzym của Mucor rouxii có thể biến đường thành rượu. Hiện tượng này rất hay gặp trong quá trình sản xuất nấm mốc bề mặt trên môi trường chất rắn có tinh bột giữ ở nhiệt độ cao (39 – 400C). Khả năng vừa có thể đường hóa vừa có thể rượu hóa của nấm mốc được ứ ylose. 2.2.2.2.Rhizopus: - : 40o 45oC. 16 - . - Rhizopus thường được nuôi cấy, phát triển trên môi trường dịch thể giàu dinh dưỡng và có thông khí, hệ enzym amylase tương đối hoàn chỉnh, nên thường được dùng trong sản xuất rượu theo phương pháp amilose. - R. oryzae . 2.2.3. Vi khuẩn: - Trong bánh men thuốc bắc thấy nhiều loài vi khuẩn phát triển. Trong đó thấy chủ yếu là loài vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic. - Các loài vi khuẩn thường làm chua môi trường. Trong thời gian đầu của quá trình lên men, quá trình này xảy ra là có lợi vì sẽ làm giảm pH của môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men và nấm mốc phát triển. Tuy nhiên, pH xuống quá thấp lại ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men. Mặt khác, nếu trong dịch lên men có mặt của oxy thì vi khuẩn axetic sẽ oxy hoá rượu thành axit axetic. Qúa trình này làm tổn hao lượng cồn tạo thành. - Ngoài ra, trong bánh men còn có nhiều loài vi khuẩn khác chưa xác định được (tạm xếp vào loại vi khuẩn tạp nhiễm). 2.3. : 2.4. : - . - N . - . - : = 100 : 2 – 3 : 2 – 3 : 50 – 60. 17 - . - Vào ổ men: trộn bột gạo, men gốc, và bài thuốc cái cho thật . - Theo dõi và mở men: sau khi vào ổ men 2 ngày thì mở men, chuyển các bánh men vào nong thưa để hong khô. - Hong khô: có thể hong men trên gác bếp hay sấy khô bằng bếp than. ngâm men hong khô nước 18 3. : 3.1. : - , vận chuyển nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha loãng dung dịch, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi. - , chữa cháy trong khu vực sản xuất. 3.2. : nước mặt (sông, ngòi) hoặc nước ngầm (giếng). 3.3. : - Phải trong suốt, không màu, không mùi. 3.1 Yêu cầu hàm lượng muối trong nước (mg/l) Cl - SO4 2- As Pb F- Zn Cu NO3 - 0,5 80 0,05 0,1 3 5 3 40 - Không cho phép có NH3 và muối của acid nitric. - Đối với quá trình lên men rượu, tổng hàm lượng các muối có trong nước là 2.000mg/lít có tác dụng kích thích quá trình lên men, nhưng hàm lượng đạt tới 3.000mg/lít lại có tác dụng xấu đến quá trình lên men. - 2+ 2+ /l. - : không có hoặc chỉ có vết của các muối kim loại nặng như Hg, Ba,… Chất cặn không vượt quá 1,000mg/lít. - có hại lại dễ phát triển. Quá trình lên men nếu pH > 7 sẽ thúc đẩy quá trình tạo thành glycerin. 19 3.2: Thành phần các muối hoà tan trong nước ảnh hưởng đến quá trình sản xuất rượu. Các loại muối Lượng muối (g/l nước) Ảnh hưởng đến đường hoá Ảnh hưởng đến dịch hoá Ảnh hưởng đến lên men + tốt - xấu 0 không + tốt - xấu 0 không + tốt - xấu 0 không CaSO4 200 + + 0 MgSO4 200 0 0 0 FeSO4 100 - 0 0 0 NaHCO3 400 0 - 800 - Ca(HCO3)2 200 - + - 400 - 0 + 0 - NaCl 400 0 0 - - 800 0 0 - MgCl2 400 + + 0 - CaCl2 200 + + + - 400 + + + Ca(NO3)2 400 + + - NaNO3 400 0 0 - NaNO2 100 0 0 - Hỗn hợp SO4 2- Clorua 1000 0 + + Nitrate… 2000 0 + + NH3 20 - - - H2S Bão hoà 0 + + 20 Hinh 3 Lên men hở Gạo Nước Bánh men Bã hèm Ethanol Nấu Làm nguội Trộn men Lên men kín Chưng cất 21 1. : 1.1. Mục đích công nghệ: - Mục đích của việc làm chín hạt gạo nhằm hồ hóa tinh bột gạo giúp cho vi sinh vật dễ sử dụng tinh bột này để lên men rượu. 1.2. Các biến đổi: - Vật lý: độ mềm tăng, độ bền cơ học giảm, nhiệt độ tăng … - Hóa lý: sự hòa tan của nguyên liệu tăng do ñun nguyeân lieäu vôùi nöôùc, seõ xaûy ra caùc hieän töôïng tröông nở. - . 1.3. Cách thực hiện: - Gạo nguyên liệu được ngâm( từ 30-40 phút) nhằm rửa sạch chất bẩn bám bên ngoài hạt, đồng thời làm cho hạt gạo mềm, trương nở giúp dễ dàng cho quá trình nấu. Sau khi để ráo, gạo được cho vào nồi, thêm nước và nấu chín. 1.4. Các thông số công nghệ: - Lượng nước cho vào được tính toán sao cho cơm sau khi nấu không quá nhão cũng không bị sống. Tỉ lệ gạo nước khoảng 1:1 theo thể tích. - Nấu nguyên liệu như nấu cơm ăn bình thường không nên nấu sống. 22 2. : 2.1. Mục đích công nghệ - , chuẩn bị cho quá trình trộn men. 2.2. Các biến đổi: - - Sinh học: dễ bị nhiễm vi sinh vật 2.3. Cách thực hiện: - Cơm sau khi nấu chín được trãi đều trên một bề mặt phẳng để làm nguội. 2.4. Các thông số công nghệ: - Làm nguội xuống nhiệt độ từ 30 – 32oC. - Nhiệt độ cơm cao sẽ làm bánh men rất khó hoạt động. 3. : 3.1. Mục đích công nghệ: - . - 2 . 3.2. Các biến đổi: - Sinh học: Số lượng vi sinh vật tăng. 23 - : . 3.3. Cách thực hiện: - Bánh men rượu được trộn vào bằng cách bóp nhỏ, rắc đều lên bề mặt lớp cơm. 3.4. Thông số công nghệ: - Tỉ lệ bột men so với lượng gạo khoảng 2,5 – 5% khối lượng gạo. 4. : 4.1. Mục đích công nghệ: - Tạo điều kiện cho nấm mốc sinh trưởng và phát triển, sinh tổng hợp enzyme amylase. - - Chuẩn bị cho quá trình lên men kín. 4.2. Các biến đổi: - Vật lí: nhiệt độ tăng, thay đổi tỉ trọng. - Sinh học: ở giai đoạn này, có sự sinh trưởng và phát triển của nấm mốc và một số vi khuẩn nhiễm, xảy ra đầu quá trình lên men. Trong đó, vi khuẩn phát triển nhanh, tạo thành một số acid hữu cơ, làm giảm pH môi trường. pH môi trường giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho nấm mốc phát triển. Song song đó, các loài nấm men cũng bắt đầu phát triển nhưng yếu hơn. - . - Hóa sinh: nấm mốc sinh tổng hợp enzyme amylase thủy phân tinh bột tạo thành đường. Do sự phát triển của nấm mốc và nấm men Endomycopsis, tinh bột được chuyển thành đường. Các loài nấm men và nấm mốc này trong quá trình phát triển tạo ra rất nhiều enzym amylase và glucoseamylase. Glucose tạo ra trong quá trình thủy phân tinh bột, bình thường sẽ ức chế ngược lại phản ứng thủy phân. Nhưng ở đây lượng đường 24 glucose tạo thành hầu như sẽ được chuyển hóa thành cồn hoặc phục vụ cho sinh sản và phát triển của VSV, do đó, cơ chế kìm hãm ngược của glucose thường không xảy ra. 4.3. Cách thực hiện: - Cơm đã trộn men được đem ủ để mốc mọc đều cả khối cơm; sau đó vun thành đống, phủ bằng vải và giữ ở nơi thoáng mát trong 2 – 3 ngày. 4.4. Thông số công nghệ: - Thời gian ủ mốc từ 5 – 20 giờ. - Nhiệt độ của quá trình: 28 – 32oC, điều kiện thoáng mát. 5. LÊN MEN KÍN: 5.1. Mục đích công nghệ: - Chuyển đường thành ethanol. 5.2. Các biến đổi: - Hóa sinh: Chủ yếu là quá trình chuyển hóa đường thành cồn. Quá trình này được thực hiện bởi: Saccharomyces sp., Endomycopsis sp. Trong đó Saccharomyces đóng vai trò cơ bản. Song song với quá trình này còn có quá trình chuyển hóa tạo đường, các acid hữu cơ và các sản phẩm phụ khác. - Sinh học: sự gia tăng sinh khối nấm men, nấm mốc ngừng phát triển. . - Cảm quan: . - 2 ) - . - Vật lý: nhiệt độ tăng . 5.3. Các yếu tố ảnh hưởng: 5.3.1. , chất lượng giống cấy: 25 - Lượng bánh men cho vào ít thì lượng vi sinh vật không đủ để thực hiện các quá trình chuyển hóa, hiệu suất thấp. - Lượng bánh men cho quá nhiều thì nguồn dinh dưỡng không đủ cung cấp cho hệ vi sinh vật phát triển, làm giảm hiệu suất lên men. 5.3.2. : - Hàm lượng đường thuận lợi cho nấm men lên men là 10-15%. - Nồng độ đường cao sẽ tạo áp suất thẩm thấu lớn lên tế bào nấm men, ức chế nấm men, thời gian lên men kéo dài, đường không được sử dụng triệt để. - Nồng độ đường thấp thì không có lợi về kinh tế và hiệu suất lên men cũng không cao. 5.3.3. : - pH tối ưu để tạo ethanol là 4.5-5.5. Đối với dịch đường từ nguyên liệu thường khống chế ở pH = 4.8-5.2 nhằm tạo điều kiện cho amylase tiếp tục chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường lên men được. 5.3.4. : - Nhiệt độ tối ưu cho nấm men Saccharomyces khoảng 28-32oC. Ở nhiệt độ thấp hơn, nấm men dại và các vi sinh vật tạp nhiễm bị ức chế, nấm men sẽ lên men tốt hơn và triệt để hơn. Ở nhiệt độ cao, 35-38oC nấm men dại và các vi sinh vật tạp nhiễm phát triển mạnh, nên hoạt tính của nấm men giảm nhanh. 5.4. Cách thực hiện: - Sau khi lên men hở, cơm rượu có mùi thơm nhẹ của rượu, ăn thấy ngọt, có vị hơi cay của rượu thì chuyển sang thùng lên men kín ủ với nước sạch. 5.5. Thông số công nghệ: - Tỉ lệ gạo : nước = 1 : (2÷3). - (lên men ) khoảng 3 – 4 . - : 28 – 30oC. 26 5.6. Thiết bị lên men: - Thùng lên men là những chum vại có nắp đậy kín. 6. CHƯNG C T: 6.1. Mục đích công nghệ: - Khai thác: làm giàu cấu tử ethanol, tách ethanol từ dung dịch dấm chín để thu rượu trắng truyền thống. - . 6.2. Các biến đổi: - . - . - . 6.3. Cách thực hiện: - Quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách đun sôi hỗn hợp lên men, hơi bay lên được dẫn qua ống dẫn và được làm lạnh bằng cách cho ống dẫn đi qua bồn nước để ngưng tụ rượu bên trong lòng ống. Dung dịch rượu thu được trong suốt, có mùi thơm đặc trưng và nồng độ rượu sẽ giảm dần theo thời gian chưng cất. 6.4. Thông số công nghệ: - 55 – 65o . - 35 – 45o . - . 6.5. Thiết bị: - Nồi nấu có ống dẫn hơi 27 V : TIÊU 1. : - . - : 0,789 g/cm3. - : 78,35o = 760mmHg. - : -114,3°C (158,8 K). - . 2. C : - : 1,200 cP ở 20°C. 3. : 4: C theo TCVN-71 Chỉ tiêu chất lượng Cồn loại I Cồn loại II Nồng độ rượu Etylic, %V 96 95 Hàm lượng aldehyt tính theo aldehytaxetic, mg/l 8 20 Hàm lượng este tính theo axetat etyl, mg/l 30 50 Hàm lượng dầu fusel tính theo alcol izoamylic và izobutylic, hỗn hợp 3:1, mg/l 30 60 Hàm lượng alcol metylic, %V 0, 006 0,1 Hàm lượng axit tính theo axit axetic, mg/l 9 18 Hàm lượng furfurol không được có Không được có Thời gian oxy hoá, phút 25 20 28 1. 1.1. : 1.1.1. : - . - : cellulose, hemicellulose, lignin. - ). - . 1.1.2. : - . - Th 180 – 200o – 245o – thủy phân. - : HCl, H2SO4, H3PO4. - : . - : 29 Fungi: Phanerochaete chrysosporium, Polyporus brumalis, Polyporus versicolor,Trametes sp, Poria sp. Bacteria: Nocardia sp, Streptomyces sp, Pseudomonas sp, Flavobacterium sp. 1.1.3. thủy : - thủy phân: 2SO4 . 2SO4 . - thủy phân: thủy . : o – . o – – . o ß – . 1.1.4. : 1.1.4.1. : - = 140 – 180oC. - thủy 3 30 thủy . - 2 . - . Hình 5.1: . 1.1.4.2. thủy phân: - : thân ngô. - Phương p . - . - . 31 - 100o 85% H2SO4 2SO4 thủy 110o . Acid đ . Sau thủy 89%. Hình 5.2: thủy phân - Saccharomyces cerevisiae . - Fusarium oxysporum 2. - . 32 Hình 5.3: 1.1.4.3. : - ... - (70 – 77%): 1.,25 : 50o thủy – thủy thủy thủy . Sau khi thủy 33 . Hình 5.4: thủy 1.1.4.4. thủy phân: - Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện ở Natick Development Center (NDC) và ở Đại học California (Berkeley) để thiết kế và đánh giá 1 34 quy trình thủy phân giấy báo bằng enzyme. Giấy báo được chọn làm cơ chất vì nó chứa lượng cellulose cao, cấu trúc của nó thích hợp và nó luôn có sẵn. - Quy trình được biểu hiện ở hình 5.5. 1 phần quan trọng của toàn bộ chí phí của quy trình là quá phần quan trọng khác của toàn chi phí của quy trình là xử lý trước cơ chất. Máy nghiền bi đã được phát hiện là phương pháp vật lý có ảnh hưởng nhất về việc tạo ra 1 lượng cellulose lớn nhất có sẵn trong cơ chất để cho enzyme thủy phân, những thiết bị này lại rất đắt tiền. Hình 5.5: Quy trình thủy phân giấy báo bằng enzyme của Natick Development Center (NDC) 35 1.2. Waste Sulfite Liquors (WSL): - 90oC. - 300m3 . - . - 15 – Sacchromyces cerevisiae . - : 1. . - . 1.3. Lactoserum (whey): - 200m3 thủy phân lactase. 2. Rất nhiều loài vi khuẩn có khả năng sinh ethanol. Tuy nhiên, đa số tạo thành những sản phẩm phụ ngoài ethanol. Các sản phẩm phụ này bao gồm các loại rượu khác (butanol, isopropylalcol, 2,3-butandiol), các acid hữu cơ (acetic, butyric, formic, 36 lactic), các poliol (arabitol, glicerol, xilitol), các keton (aceton) và các chất khí khác nhau (metan, cacbonic, hydro). Những vi sinh vật có khả năng sản xuất etanol như sản phẩm chính (ít nhất một mol ethanol trên một mol glucose được sử dụng). 5.1 Tên vi khuẩn mmol Ethanol sản xuất được trên mmol Glucose được chuyển hoá Clostridium sporogenes up to 4.15 a) Clostridium indolis (pathogenic) 1.96 a) Clostridium sphenoides 1.8 a) (1.8) b) Clostridium sordelli (pathogenic) 1.7 Zymomonas mobilis(syn. Anaerobica) 1.9 (anaerobe) Zymomonas mobilis (Ssp. Pomaceas) 1.7 Spirochaeta aurantia 1.5 (0.8) Spirochaeta stenostrepta 0.84 (1.46) Spirochaeta litoralis 1.1 (1.4) Erwinia amylovora 1.2 Leuconostoc mesenteroides 1.1 Streptococcus lactis 1.0 Sarcina ventriculi 1.0 37 Một số vi khuẩn ( ví dụ: Enterobacteriaceas, Spirochaeta, Bacteroides ) chuyển hoá glucose theo con đường EMP, trong một thời gian ngắn, nó sử dụng 1 mol glucose sinh ra 2 mol pyruvat sau đó bị mất cacbon thành acetaldehyde và khử thành rượu. Bên cạnh đó, con đường EDP là con đường lên men rượu từ glucose nhờ một số vi khuẩn khác. 2.1. Zymomonas mobilis: Là vi khuẩn thuộc giống Zymomonas nó có khả năng sản xuất ethanol vượt trội hơn cả nấm men về một số mặt. Nó được phân lập lần đầu tiên từ đồ uống có chứa cồn, như rượu cọ (palm wine) của châu Phi hay một loại rượu của Mehico: rượu thùa (pulque), ngoài ra còn từ chất lấy từ rượu táo hay bia của người châu Âu. 2.1.1. Đặc điểm: - Zymomonas là vi khuẩn Gram (-),kỵ khí, hình que. - Dài từ 2 -6 m và rộng từ 1- 1.5 m, xuất hiện từng cái một nhưng hầu hết ở dạng cặp. - Kích thước chiều rộng lớn của Zymomonas được thể hiện rõ qua kính hiển vi, hầu hết những vi khuẩn khác chiều rộng chỉ khoảng 0.5- 0.75 m. - Hầu hết các giống (70%) không di động được, phần ít (30%) di động được với 1-4 tiên mao phân cực.Khả năng di động bị mất ở 1 số giống. - Hình dạng: 45% giống hình hoa thị, 33% dạng chuỗi, và 62% tế bào có những sợi nhỏ, có 1 số giống có chiều dài tới 28 m. - Tế bào không có dạng bào tử, không có màng nhày vỏ bọc bên ngoài, không có lipid nội bào, không có glycogen. - : Topt = 30 – 40 o = 4.0 – 5.0 2.1.2. Quá trình lên men: 2.1.2.1. Con đường lên men: - Zymomonas mobilis chuyển hoá đường thành pyruvat qua con đường ED (Entner-Doudorolff). Pyruvat sau đó lên men tạo ra ethanol và CO2 là sản phẩm duy nhất ( tương tự nấm men ). 38 - Sự Z. mobilis so với S. cerevisiae về mặt sản xuất bioethanol là: Đường hấp thu và sản lượng ethanol là cao hơn. Khí tạo thành ít hơn. Khả năng chịu ethanol cao hơn. Không phụ thuộc vào sự điều chỉnh lượng oxi thêm vào trong suốt quá trình lên men. Tuân theo sự vận động gen. - Mặc dù có những giới hạn khắt khe hơn so với nấm men: nó chỉ sử dụng được loại cơ chất giới hạn glucose, fructose và sucrose ( hiện nay, các nhà khoa học đang tìm cách khắc phục điều này). ). Nhưng áp dụng của kỹ thuật di truyền vào vi khuẩn ảnh hưởng sẽ đến sự lên men đường trong lignocellulose (Ingram, 1993), bằng việc chèn aportable, operon nhân tạo chứa gen của Z. mobilis mang enzyme dehydrogenase and pyruvate decarboxylase có khả năng chuyển hóa các loại đường khác. Những vi khuẩn này có thể phát triển hay lên men các loại đường cellobiose, cellotriose, xylobiose, xylotriose, maltose, maltotriose, và các đường oligo khác. Không yêu cầu quá trình phân giải thành đường đơn trước khi lên men. Hiêu quả có thể đạt hơn 90% so với lý thuyết. Những nhà nghiên cứu tại Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado cho thấy rằng việc sửa đổi di truyền ở Z. mobilis làm cho nó có thể sản xuất ethanol từ đường 5 cacbon như xylose. Mặc dù, sử dụng Z. mobilis sản xuất ethanol có năng suất cao hơn 5%-10% so với nấm men nhưng nó vẫn chưa được áp dụng trong phương diện thương mại (Borman, 1995). Nhưng cái khác của Z. mobilis là chắn chắn chúng có khả năng sử dụng pentose như là nguồn cacbon để phát triển. - Con đường ED: Glucose bị phosphoryl hóa sau đó bị oxy hóa tới 6-P- gluconat. Tại điểm này, sự loại nước xảy ra tạo thành 2-keto-3-deoxy- 6-P-gluconat (KDPG), chất này sau đó bị thuỷ phân nhờ KDPG- 39 aldolase. Từ một mol glucose sẽ tạo thành 2 mol pyruvat và sinh ra một mol ATP. - Các nghiên cứu nuôi chủng Zymomonas mobilis ZM4 trên các môi trường nhân tạo chứa glucose, fructose hoặc saccharose đã cho thấy rằng loài vi khuẩn này không có khả năng chuyển hoá các loại đường này theo bất kì một con đường nào khác ngoài con đường ED. Dẫn liệu động học sinh trưởng của loài vi khuẩn này được trình bày theo bảng sau: Bảng 5.2: Các thông số động học đối với sinh trưởng của chủng Zymomonas mobilis ZM4 trong môi trường nuôi cấy tĩnh với các nguồn carbon khác nhau (nồng độ ban đầu 250g/l-theo N. Kosaric và ctv., 1983) Thông số Cơ chất Glucose Fructose Saccharose Tốc độ sinh trưởng(h-1) 0,18 0,10 0,14 Tốc độ tiêu thụ cơ chất(g/g/h) 11,3 10,4 10,0 Tốc độ tạo thành ethanol(g/g/h) 5,4 5,1 4,6 Sản lượng tế bào(g/g) 0,015 0,009 0,014 Sản lượng ethanol(g/g) 0,48 0,48 0,46 Sản lượng ethanol(% so với lí thuyết) 94,1 94,1 90,2 Nồng độ ethanol cực đại(g/l) 117 119 89 Thời gian có tốc độ cực đại(h) 0 – 19 0 – 28 0 – 15 - Theo bảng này tốc độ hấp thu đường và sự sản sinh ethanol đạt cực đại khi sử dụng môi trường chứa glucose. Sự kim hãm do cơ chất không biểu hiện nghiêm trọng ở loài vi khuẩn này vì sinh trưởng có thể ở nồng độ 40% glucose. 40 - Khi lên men nước mía, chủng Zymomonas mobilis Z7 có khả năng kết thúc sự lên men 100-200g/l saccharose với hiệu quả 59–88% trong vòng 20–29h. Tốc độ sản sinh ethanol dao động từ 2,2–5,3 g/l/h trong các thí nghiệm loại một lít. Các kết quả này phù hợp với động học lên men trên các môi trường bán tổng hợp dưới các điều kiện tương tự. Điều này chỉ ra rằng các cofacto cần thiết, các ion kim loại cũng như các nồng độ C, N, P là đầy đủ cho quá trình lên men ethanol do vi khuẩn này thực hiện. Bảng 5.3: Các thông số động học đối với Z.mobils và Saccharomyces cerevisae trên các môi trường chứa 250g glucose trong điều kiện nuôi cấy tĩnh không thông khí (30oC, pH=5,0 – theo N.Kosaric và ctv_1983) Các thông số động học Z. mobilis S. uvarum Tốc độ sinh trưởng riêng(l/h) 0,13 0,055 Tốc độ hấp thu glucose riêng(g/g/h) 5,5 2,1 Tốc độ tạo thành ethanol riêng(g/g/h) 2,5 0,87 Sản lượng tế bào(g/g) 0,019 0,033 Sản lượng ethanol (g/g) 0,47 0,44 Sản lượng ethanol tương đối(%) 92,5 86 Nồng độ ethanol cực đại(g/l) 102 108 - Bảng trên cho thấy trong điều kiện nuôi tĩnh, Zymomonas mobilis lên men hiệu quả hơn Saccharomyces uvarum. Các thông số động học thể hịên tính ưu thế này là tốc độ simh trưởng (2,4 lần cao hơn nấm men), tốc độ sinh ethanol riêng phần (2,9 lần cao hơn) và tốc độ hấp thu glucose riêng phần (2,6 lần cao hơn). - Trong lên men nấm men, oxy cần thiết để tổng hợp thành tế bào, ổn định các cấu trúc lipid, và duy trì các quá trình trong tế bào nói chung. Tuy nhiên, điều kiện hiếu khí cũng dẫn đến việc giảm thu hoạch cồn và tăng nồng độ sinh khối do hiệu ứng Pasteur. Vì nhiều vi khuẩn là kỵ 41 khí nên có thể đạt được những năng suất cồn cao hơn và sinh khối thấp hơn. Nồng độ tế bào vi khuẩn thấp hơn cũng là một hậu quả của việc năng lượng giành cho sinh trưởng đạt được thấp hơn (1ATP trên 1 glucose tiêu thụ theo con đường ED so với 2ATP theo con đường EM ở nấm men). Hình 5.6: Sơ đồ con đường ED 2.1.2.2. Nguyên liệu và môi trường lên men: - Môi trường glucose: glucose 80 đến 250 g/dm3, phần chiết men 10 g/dm3, KH2PO4 1g/dm 3, (NH4)2SO4 1 g/dm 3, và MgSO4.7H2O 0.5 g/dm3 được sử dụng trong thí nghiệm. - Quá trình lên men được thực hiện trong bình Erlenmeyer chứa 0.2 dm3 môi trường và 0.2g chất để chủng ( 80 g/dm3 môi trường glucose sau 24 giờ lên men ở 300C). 2.2. : 2.2.2. : - Tại nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn chịu nhiệt, hoạt động dị hóa được thúc đẩy dẫn đến thời gian lên men ngắn hơn, năng suất, hiệu quả lên men cao hơn. 42 - Nhiệt độ cao làm giảm sự hòa tan khí oxy và các khí khác trong môi trường lên men, giúp duy trì điều kiện kỵ khí. Khi nhiệt độ tăng lên 66- 69oC, khả năng hòa tan oxy giảm 80% so với ở 30oC - Ở nhiệt độ cao khả năng hòa tan của cơ chất tăng lên. - Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng, nhờ vậy năng lượng cần để duy trì sự ổn định nhiệt cho môi trường giảm xuống. 2.2.3. Thermoanaerobacter ethanolicus: - Thermoanaerobacter ethanolicus (Wiegel and Ljung-dahl, 1981) có ưu điểm so với các vi sinh vật khác: Có khoảng pH tối ưu rất rộng: 5,5 – 8,5; có thể phát triển ở pH = 4,5 – 9,5. Có thể lên men những hydrat cacbon tới một năng suất gần như định lượng. Có khả năng sử dụng nhiều loại cơ chất như tinh bột, cellobiose, lactose, các đường pentose để sản xuất ethanol. 3. MEN Ethanol có thể được sản xuất bằng cách áp dụng chủ yếu bốn loại hình hoạt động trong ngành công nghiệp: tĩnh, liên tục, bổ sung cơ chất và bán liên tục. Sản xuất ethanol bằng cách lên men tĩnh và liên tục được sử dụng rộng rãi hơn. . 3.1. : - Quá trình lên men tĩnh bổ sung cơ chất có thể xem như một sự kết hợp của các đợt hoạt động tĩnh và liên tục, là một loại hình rất phổ biến trong quá trình công nghiệp ethanol. - Trong hoạt động này, nguồn cơ chất, , những khoáng chất và những vitamin được cho vào ở những khoảng cố định trong khi vẫn lưu lại trong thiết bị cho đến cuối quá trình. 43 - Việc bổ sung chất dinh dưỡng có thể thực hiện trong thời gian ngắn hay dài, thời điểm bổ sung cơ chất có thể bắt đầu ngay sau khi cấy giống hoặc tại một thời điểm xác định trong quá trình lên men. Thông thường, chất dinh dưỡng mới được bổ sung vào khi chất dinh dưỡng ban đầu được vi sinh vật sử dụng hết. - Tỉ lệ tiêu thụ cơ chất được tính toán từ các yếu tố đã được đo như tỉ lệ khí CO2 khi nồng độ cơ chất không thể đo chính xác. Quá trình được tiếp tục cho đến khi 1 chất dinh dưỡng nào đó đạt và/hoặc một sự nồng độ kìm hãm của sản phẩm đạt được. 3.2.1. : - Năng suất cao hơn - Kéo dài thời gian lên men - Tiết kiệm lượng giống cấy - Tăng hàm lượng cơ chất bổ sung vào thiết bị lên men nhưng không gây ra hiện tượng ức chế vi sinh vật bởi áp lực thẩm thấu cao - Mức độ linh hoạt cao - Tối ưu hóa của các điều kiện môi trường như sự tăng trưởng, hoặc giai đoạn sản xuất và tuổi thọ của các vi sinh vật trong canh trường. 3.2.2. : - Cần một số thiết bị hỗ trợ cho quá trình châm cơ chất - Mức độ vô trùng kém hơn Mặc dù có những khó khăn, quá trình bổ sung cơ chất thường được thực hiện khi những phương pháp liên tục không thể thực hiện (ví dụ, do sự biến đổi yếu hoặc nhiễm vi sinh vật) và quá trình lên men tĩnh cho kết quả giá trị năng suất thấp. 3.2. : - . 44 - (Sacchromyces cerevesiae). - . . - . - , lên ... 3.3.1. : - . - . - . - . 3.3.2. : - . - . 3.3. : Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và men giống được cho vào thùng đầu (thùng lên men chính) luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1 ml dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. 3.3.2. Ưu điểm: - Dùng một lượng lớn men giống nên lên men xảy ra nhanh. Khác với lên men gián đoạn là lượng giống ban đầu chỉ 12 – 15 triệu tế bào / ml 45 nên lên men xảy ra chậm. Lên men liên tục sẽ kết thúc sau 60 – 62 giờ, còn lên men gián đoạn vẫn phải kéo dài tới 72 giờ và hơn nữa. - Nhiều men giống sẽ áp đảo được tạp khuẩn. - Độ chua của dịch đường cao, pH thấp cũng là một yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn và nấm men hoang dại. - Sau 24 giờ đã có 78 % đường được lên men, trong khi đó ở lên men gián đoạn mới chỉ đạt 42 %. - Thiết bị được sử dụng hiệu quả hơn do giảm thời gian chuẩn bị, vệ sinh, tiệt trùng. - Khả năng cơ giới hóa, tự động hóa cao. - Chất lượng sản phẩm ổn định. 3.3.3. : - Tính ổn định của giống giảm do sử dụng trong thời gian dài. - Yêu cầu tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phù hợp, nếu không sẽ phản tác dụng, dễ nhiễm khuẩn hàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men. 4. S công nghiệp đã thu hút sự truyền thống. hạn tế bào sử dụng vượt so với sử dụng tế bào tự do. 4.1. : - . - . - Năng suất thể tích c - - Sản lượng sản phẩm cao hơn. 46 - . - 4.2. : - . điều khiển nuôi . - có thể phá hỏng khuôn cố định tế bào. 4.3. : Có hai loại phương pháp cố định tế bào chủ yếu là: Sự cố định tế bào chủ động và bị động. 4.3.1. Sự cố định tế bào chủ động: các tế bào bằng vật lý hay hóa học. 4.3.1.1. Cố định tế bào trong cấu trúc gel: - Phương pháp được sử dụng rộng rãi. (thạch aga, anginat, - carrageenan, polyacrylamide, chitosan, gelatin, , polyurethane, silicagel, polystyrene, và cellulose triacetate. mang tế bào phải đủ xốp để vận chuyển cơ chất và sản phẩm có thể được những phương pháp sau đây: Sự đông của những polyme. . Sự đông l . . Sự trùng hợp. 47 4.3.1.2. các viên nhộng: - Tế bào được đặt bên trong thể tích bao của các viên nhộng rỗng. Chất dinh dưỡng và sản phẩm , ra xuyên qua màng . : Nhiều tế bào hơn có thể được trong những bao con nhộng. khác nhau có thể như: nylon, collodion, polystyrene, acrylate, polylysinealginate hydrogel, cellulose-ethyl acetate cellulose, màng polyester. 4.3.1.3. cố định tế bào: - T – . Các tế bào được vỏ. Chất dinh dưỡng được bơm trong ống, khuếch tán xuyên qua màng và được tế bào . Sản phẩm khuyếch tán dòng chảy chất dinh dưỡng bên trong. 4.3.1.4. C tế bào : - . . Tuy nhiên, có thể hạn chế khuyếch tán tại những mật độ tế bào cao. Phương pháp đơn giản, nhưng hạn chế mang. 4.3.2. Cố định thụ động: màng sinh học: sự tăng trưởng nhiều lớp trên ng trơ hay h . Chất dinh dưỡng khuếch vào màng sinh học và các sản phẩm khuếch tán ra môi trường nuôi cấy lỏng. Bề dày của một màng sinh học hưởng đến . Màng sinh thấp do sự tập trung sinh khối thấp, màng sinh học dày . 48 4.4. : các tế bào nấm men trong các hạt gel calcium alginate, , bằng cách sử dụng những hạt oxit nhôm, hoặc trích ly . Kết quả giới hạn vận chuyển khối lượng từ sự cố định tế bào ảnh hưởng rất nhiều đến động học của sự sản xuất . : sự khuyếch tán của cơ chất, ethanol, và CO2 có thể được tăng cường sử dụng những hạt có cấu trúc ổn định, đường kính nhỏ. Những hạt nhỏ giảm diện tích bề mặt giữa pha rắn và pha lỏng, do đó . Sự phá vỡ cấu trúc của các hạt và kết quả của sự mất mát của các tế bào CO2 bên trong huếch tán. Sự phụ thuộc của năng suất ethanol vào tỷ lệ (qs) (qp . Mức pha loãng xấp xỉ 0.8 h -1 tối . Sự lên men vi khuẩn cho năng suất ethanol cao hơn nhiều so với lên men bằng nấm men. Lợi thế có giá trị lớn nhất của cố định tế bào là năng suất cao tại những mức pha loãng vượt hơn tốc độ tăng trưởng cực đại của vi sinh vật. Hình 5.7: b Ca alginate 49 hưởng của nhiệt độ lên tỷ lệ ethanol có sự khác rõ rệt và cố định. Tỷ lệ gia tăng không đổi với Saccharomyces cerevisiae tự do khi nhiệt độ tăng từ 25-42 ° C. Với các tế bào cố định trong natri alginate xảy ra tối đa xảy tại 30°C. Nhiệt độ cố định có sự hạn ethanol . Ở nhiệt độ cao, sản sinh ethanol vượt hơn tỷ lệ sự khuếch tán tích trữ bên trong . † ^ Hình 5.8: nh hưởng của pH trên mức độ lên men . pH tối ưu đặc trưng cho các tế bào tự do . . Sự gradient pH bên trong . năng suất et ố định tế bào hơn phương pháp tế bào tự do. † tự do ^ T Hình 5.9: