Tiến Sĩ Nghiên cứu cố định tế bào và ứng dụng trong lên men etanol từ rỉ đường bằng phương pháp liên tục.

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NĂM 2013

LUẬN VĂN TIẾN SĨ
NĂM 2014

MỤC LỤC
NỘI DUNG Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Một số nét chấm phá về cồn etylic
1.1.1. Định nghĩa
1.1.2.Sơ đồ quy trình sản xuất etylic từ rỉ đường
1.1.3.Yêu cầu chất lượng và các vấn đề về nấm men trong sản xuất cồn etylic
1.1.4. Rỉ đường dùng để sản xuất cồn etylic.
1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn trên thế giới và Việt Nam
1.3. Vấn đề cố định nấm men trên giá thể và các phương pháp cố định
1.3.1. Định nghĩa về cố định tế bào
1.3.2. Các phương pháp cố định tế bào nấm men
1.3.3. Các kỹ thuật cố định tế bào
1.3.4. Chất mang alginate
1.3.5. Một số chất mang khác
1.4. Các phương pháp lên men và một số yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình lên men
1.4.1. Phương pháp lên men gián đoạn
1.4.2. Phương pháp lên men bán liên tục
1.4.3. Phương pháp lên men liên tục
1.5. Tình hình nghiên cứu về công nghệ sản xuất cồn trên thế giới và ở Việt nam
1.5.1.Tình hình nghiên cứu về công nghệ sản xuất cồn trên thế giới
1.5.2. Tình hình nghiên cứu về công nghệ sản xuất cồn ở Việt nam

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Nguyên liệu
2.1.1. Chủng vi sinh vật
2.1.2. Rỉ đường
2.1.3. Hóa chất
2.1.4. Môi trường nuôi cấy
2.2.Thiết bị và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Thiết bị
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.3. Phân tích
2.2.3.1. Quan sát trạng thái nấm men
2.2.3.2. Xác định tế bào nấm men nhờ buồng đếm Thomas
2.2.3.3. Xác định lượng tế bào sống
2.2.3.4. Xác định số lượng tế bào sống, chết
2.2.3.5. Xác định pH
2.2.3.6. Xác định hàm lượng chất khô
2.2.3.7. Xác định nồng độ cồn
2.2.3.8. Xác định mật độ tế bào nấm men bằng máy so màu
2.2.3.9. Xác định lượng vi khuẩn hiếu khí có trong dịch lên men
2.2.3.10. Phân tích đường khử theo phương pháp Graxianop
2.2.3.11. Xác định đường khử theo Nelson-Somogi
2.2.3.12. Phương pháp xác định tổng lượng chất keo trong rỉ đường
2.2.3.13. Phương pháp xác định lực đệm của rỉ đường
2.2.3.14. Phương pháp xử lý rỉ đường
2.2.3.15. Tính hiệu suất lên men
2.2.3.16. Tính tốc độ pha loãng và sản lượng cồn

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tuyển chọn chủng nấm men có khả năng lên men bằng phương pháp cố định tế bào trên môi trường rỉ đường để đạt hiệu suất lên men cao
3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn nguồn nguyên liệu rỉ đường
3.1.2. Nghiên cứu tuyển chọn chủng nấm men có khả năng lên men trên môi trường rỉ đường
3.1.3. Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy tối ưu để thu sinh khối nấm men cho việc cố định tế bào
3. 2. Nghiên cứu quy trình công nghệ cố định tế bào
3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn loại chất mang
3.2.2. Nghiên cứu thông số công nghệ cố định tế bào
3.3. Nghiên cứu công nghệ lên men ethanol nhờ tế bào cố định trên môi trường rỉ đường
3.3.1. Lựa chọn nồng độ cơ chất ban đầu
3.3.2. Lựa chọn tỷ lệ giữa hạt tế bào cố định và cơ chất thích hợp cho quá trình lên men
3.3.3. Xác định các điều kiện lên men nhờ tế bào cố định
3.3.4. Đánh giá hoạt lực lên men của tế bào cố định theo thời gian lên men
3.4. Xây dựng quy trình lên men ethanol từ rỉ đường theo phương pháp lên men liên tục nhờ tế bào cố định
3.4.1. Lựa chọn phương pháp lên men liên tục
3.4.2. Xác định tốc độ pha loãng của quá trình lên men liên tục
3.4.3. Nghiên cứu ổn định các thông số động học của quá quá trình lên men liên tục
3.5. Nghiên cứu xử lý hạt tế bào nấm men để giữ hoạt lực lên men cho quá trình lên men liên tục
3.5 1. Xác định thời điểm cần hoạt hóa
3.5.2. Nghiên cứu dung dịch rửa hạt tế bào nấm men
3.5.3. Nghiên cứu bổ sung một số cơ chất dinh dưỡng vào dịch hoạt hóa nấm men
3.5.4. Nghiên cứu phương pháp hoạt hóa hạt tế bào
3.6. Xây dựng mô hình và sản xuất thử nghiệm cồn etylic ở qui mô pilot
3.6.1. Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống thiết bị lên men liên tục nhờ tế bào cố định thích hợp cho quy mô sản xuất 500lit ethanol/ngày
3.6.2. Xây dựng mô hình và sản xuất thực nghiệm cồn etylic bằng phương pháp lên men liên tục nhờ cố định tế bào trên mô hình thiết bị
3.6.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế
3.6.4. Quy trình công nghệ lên men ethanol từ rỉ đường bằng phương pháp cố định tế bào trong hệ thống lên men liên tục
Kết luận
Danh mục các công trình đã công bố
Tài liệu tham khảo

MỞ ĐẦU
Ethanol (rượu cồn) chiếm một vị trí khá quan trọng trong công nghiệp thực phẩm nói riêng và các ngành kinh tế nói chung. Ngoài công dụng làm đồ uống, ethanol còn được dùng làm nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác như: làm dung môi hữu cơ, nhiên liệu, dùng trong y tế, trong mỹ phẩm pha nước hoa, trong dược phẩm để trích ly các hoạt chất sinh học, sản xuất axit axetic và giấm ăn, sản xuất các loại este có mùi thơm, trong cao su tổng hợp và nhiều hợp chất khác v.v Đặc biệt trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt thì ethanol được coi như nguồn nhiên liệu sinh học thay thế đầy hứa hẹn. Việt Nam nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới, thích hợp cho việc trồng mía tạo thuận lợi cho công nghiệp mía đường phát triển. Cùng với sản phẩm chính là đường kính, hàng năm các
nhà máy đường thải ra khoảng 600.000 - 700.000 tấn rỉ đường [17]. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để cung cấp cho ngành công nghiệp lên men, đặc biệt là công nghiệp sản xuất rượu cồn. Theo báo cáo công tác tháng 9 năm 2013 của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn ngày 04/10/2013 số 3580/BC-BNN-VP thì tổng diện tích cây công nghiệp ngắn ngày tính đến trung tuần tháng 9 đạt 565,5 ngàn ha, bằng 97,3% so với cùng kỳ năm trước và trong đó mía đạt gần 174,3 ngàn ha, tăng 2,8% [1].
Tại Việt Nam việc sản xuất cồn chủ yếu tập trung ở một số nhà máy lớn như Công ty cổ phần cồn rượu Hà Nội, công ty cổ phần rượu Bình Tây, công ty cổ phần rượu Đồng Xuân .mà đi từ nguồn nguyên liệu là tinh bột. Công nghệ áp dụng vẫn chủ yếu là công nghệ lên men gián đoạn hoặc bán liên tục, sản phẩm tạo ra chủ yếu mới chỉ đáp ứng được nhu cầu của thị trường đồ uống. Ngoài ra còn có một số nhà máy sản xuất cồn của các công ty Mía Đường như công ty Mía Đường Lam Sơn . đã tận dụng nguyên liệu mật rỉ để sản xuất cồn. Với công nghệ hiện nay thì năng suất sản xuất cồn vẫn còn hạn chế do vậy sản lượng cồn tạo ra chưa thể đủ cho việc chuyển đổi thành cồn nhiên liệu mà mới chủ yếu được sử dụng cho thị trường đồ uống.
Một trong các chiến lược cải tiến quá trình lên men ethanol là áp dụng kỹ thuật cố định tế bào để thu được quá trình lên men có năng suất và hiệu suất cao. Trong số các chất mang trong kỹ thuật cố định tế bào ứng dụng trong lên men ethanol thì ca-alginate được sử dụng rộng rãi nhất do gel có độ xốp cao cho phép cơ chất và sản phẩm lên men đi vào, đi ra được dễ dàng tạo thuận lợi cho việc trao đổi chất. Sự khuếch tán của glucoza và ethanol vào và ra khỏi mạng lưới gel rất cao khoảng 90% so với trong nước và do tính tương thích sinh học rất tốt cho phép các tế bào sống duy trì hoạt động sống của mình khi cố định trên mạng lưới gel, không độc, không gây ức chế hoạt động sống của tế bào. Theo Nedovic và cộng sự (2005) cho rằng có hơn 80% các nghiên cứu trên thế giới về cố định tế bào đã sử dụng chất mang alginate [97].
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến việc sử dụng các tế bào cố định để lên men sản xuất các loại đồ uống nói chung và rượu cồn nói riêng [9], [10], [21]. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay việc áp dụng công nghệ cố định tế bào mới chủ yếu ở mức độ phòng thí nghiệm mang tính khảo sát ban đầu và thực hiện trên các sản phẩm lên men khác như bia, rượu vang . đặc biệt nó chưa được nghiên cứu trên đối tượng lên men cồn từ rỉ đường. Việc kết hợp giữa cố định tế bào và quá trình lên men liên tục trong sản xuất cồn là hướng đi mới, có nhiều triển vọng và áp dụng vào thực tiễn sản xuất để giúp nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất cồn từ rỉ đường. Với những ý nghĩa đó chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu cố định tế bào và ứng dụng trong lên men etanol từ rỉ đường bằng phương pháp liên tục”.