Luận Văn Thử nghiệm sử dụng enzyme Termamyl® và Saccharomyces cerevisiae trong lên men ethanol từ tinh bột sắ

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thử nghiệm sử dụng enzyme Termamyl® và Saccharomyces cerevisiae trong lên men ethanol từ tinh bột sắn tươi


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC . A
DANH MỤC BẢNG . C
DANH MỤC HÌNH D
MỞ ĐẦU . F
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN. . 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẮN . 1
1.1.1. Giới thiệu về cây sắn 1
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam 3
1.2 TỔNG QUAN VỀ CỒN. 7
1.2.1 Giới thiệu về cồn . 7
1.2.2 Một số loại nguyên liệu có thể dùng để sản xuất cồn ngày nay. . 8
1.2.3 Một số ứng dụng của ethanol trong các lĩnh vực khác nhau . 8
1.2.4 Tình hình sản xuất, tiêu thụ cồn trên thế giới và Việt Nam. . 10
1.3 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN VÀ CHƯNG CẤT CỒN 12
1.3.1 Phân loại quá trình lên men ethanol . 14
1.3.1.1 Phân loại theo tác nhân lên men . 14
1.3.1.2 Phân loại theo kỹ thuật lên men 17
1.3.2 Các phương pháp chưng cất cồn quy mô công nghiệp . 17
1.3.3 Một số quy trình sản xuất ethanol từ sắn hiện nay: 18
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CỒN TỪ SẮN 23
1.4.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất cồn từ sắn trên thế giới . 23
1.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất cồn từ sắn tại Việt Nam 24
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. . 26
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 26
2.1.1 Sắn củ: 26
2.1.2.Nấm men 26
2.1.3  amylase enzyme 26
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 27
2.2.1 Các phương pháp phân tích hóa học . 27
B
2.2.2 Phương pháp định lượng tinh bột bằng ngoại quan và thực nghiệm . 27
2.2.3 Các phương pháp phân tích vi sinh . 27
2.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm . 27
2.2.4.1. Quy trình sản xuất dự kiến 27
2.2.4.2. Bố trí thí nghiệm . 28
2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu. . 38
2.3 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM . 38
2.3.1 Dụng cụ. . 38
2.3.2 Hóa chất 38
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA QUY TRÌNH 39
3.1.1Xác dịnh điều kiện thích hợp cho quá trình đường hóa . 39
3.1.1.1 Xác định cách sử dụng enzyme thích hợp 39
3.1.1.2 Xác định tỷ lệ enzyme sử dụng thích hợp . 40
3.1.1.3 Xác định tỷ lệ nước bổ sung thích hợp 41
3.1.1.4 Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân . 43
3.1.2 Xác định điều kiện lên men 44
3.1.2.1 Xác định tác nhân lên men . 44
3.1.2.2 Xác định lượng nấm men banđầu thích hợp 45
3.1.2.3 Xác định độ đường thích hợp cho quá trình lên men 47
3.1.2.4 Xác định pH thích hợp cho quá trình lên men 49
3.1.2.5 Xác định tỷ lệ sulphate amon bổ sung cho dịch l ên men thích h ợp . 51
3.1.2.6 Xác định tỷ lệ dịch chiết giá bổ sung thích hợp cho dịch lên men 54
3.2 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ SẮN 57
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 59
1. KẾT LUẬN . 59
2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 60
PHỤ LỤC I
PHỤ LỤC A. CÁC BẢNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I
PHỤ LỤC B. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. III
C
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chính của củ sắn tươi . 2
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới 4
Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam 5
Bảng 1.4. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của các vùng sinh thái 5
Bảng 1.5. Các tính chất vật lý quan trọng của ethanol 7
Bảng 1.6. Các loại vi khuẩn có thể lên men ethanol . 15
Bảng 1.7. Các thông số động học với Zymomonas mobilisvà Saccharomyces
uvarumkhi lên men glucose trong môi trường yếm khí ở nồng độ đường
250g/l, 30
0
C, pH = 5 . 16
Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng tỷ lệ nấm men ban đầu: . i
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát kiểm tra ảnh hưởng nồng đường dịch lên men: . i
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH: . i
Bảng 3.4. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng tỷ lệ (NH
4
)
2SO
4
: . i
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dịch chiết giá đỗ: .ii
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme: .ii
D
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hình ảnh về sắn (Manihot esculenta) . 1
Hình 1.2. Con đường đường phân EMP (Embden-Meyerhof Pathway) . 13
Thí nghiệm 1. Xác định cách sử dụng  -amylase enzyme . 28
Thí nghiệm 2. Xác định tỷ lệ enzyme bổ sung thích hợp 29
Thí nghiệm 3. Xác định tỷ lệ nướcbổ sung phù hợp. 30
Thí nghiệm 4. Xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp. 31
Thí nghiệm 5. Khảo sát sử dụng nấm men. 32
Thí nghiệm 6. Xác định lượng nấm men ban đầu tối ưu 33
Thí nghiệm 7. Xác định độ đường thích hợp cho quá trình lên men. . 34
Thí nghiệm 8. Chọn pH thích hợp cho quá trình lên men. 35
Thí nghiệm 9. Khảo sát chọn tỷ lệ (NH
4
)
2SO
4
bổ sung thích hợp. 36
Thí nghiệm 10. Khảo sát chọn tỷ lệ dịch chiết giá đỗ bổ sung thích hợp. . 37
Hình 3.1. Ảnh hưởng của cách thức bổ sung enzyme Termamyl đến độ đường hòa
tan của dịch sau thủy phân 39
Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme sử dụng tới lượng đường tạo thành trong
dung dịch 41
Hình 3.3. Ảnh hưởng tỷ lệ nước/nguyên liệu tới độ đường hòa tan dịch 42
sau thủy phân 42
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ khô hòa tan . 43
của dịch trước lên men 43
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tác nhân lên men tới độ cồn của dịch sau lên men 45
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men ban đầu tới độ cồn của dịch lên men . 46
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men ban đầu tới độ đường hòa tan còn lại trong
dung dịch. . 46
Hình 3.8. Ảnh hưởng của độ đường ban đầu tới độ cồn tạo thành 48
trong dung dịch 48
E
Hình 3.9. Ảnh hưởng của độ đường ban đầu tới lượng đường xót lại trong dịch sau
lên men. 48
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH tới độ cồn tạo thành trong dung dịch 50
Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH tới độ đường hòa tan còn lại trong dung dịch 50
Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ Sulphate amoni tới độ cồn tạ o thành trong dung d ịch . 52
Hình 3.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước chiết giá dỗ tới độ cồn thu được trong dung
dịch. 54
Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chiết giá đỗ tới độ đường hòa tan còn lại trong
dung dịch 55
Hình 3.16. Sơ đồ quy trình lên men ethanol từ sắn . 57
F
MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi việc sử dụng năng lượng hóa thạch và than đá ngày càng bộc lộ
những nhược điểm như gây ô nhiễm môi trường và sản lượng ngày càng cạn kiệt thì
việc nghiên cứu sử dụng năng lượng sinh học càng được các nhà khoa học quan
tâm. Ở Việt Nam, Chính phủ đã xây dựng cả một Chương trình hành động lớn đó là
đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực sản xuất ethanol
nhằm thay thế cho một phần xăng dầu chạy các loại máy nổ, ô tô, xe máy. Trên tinh
thần ấy, Bộ Khoa học Công nghệ cũng đề xuất Chương trình trọng điểm quốc gia
trong đó tập trung vào công nghệ sản xuất ethanol từ sắn.
Từ thực tiễn đó, được sự đồng ý của khoa Chế Biến và Viện Nghiên cứu và
Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, em thực hiện đề tài: “Thử nghiệm sử dụng
enzyme Termamyl® và Saccharomyces cerevisiae trong lên men ethanol từ tinh
bột sắn tươi”
Mục đích của đồ án: thử nghiệm sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl® và
chế phẩm nấm men Thermosacc của hãng Novo trong quy trình sản xuất ethanol từ
tinh bột sắn tươi.
Nội dung của đồ án:
1) Xác định tỷ lệenzyme Termamyl® và nhiệt độ thích hợp cho quá trình
đường hóa tinh bột sắn sống;
2) Xác định một số điều kiện thích hợp cho quá trình sử dụng nấm men
Thermosacc trong quá trình lên men cồn từ hỗn hợp tinh bột đã xử lý Termamyl®.
3) Đề xuất quy trình sản xuất.
Do thời gian nghiên cứu, kinh phí và thiết bị nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu
và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang có hạn nên đồ án này chắc hẳn còn có nhiều
hạn chế. Em rất mong nhận được các ý kiến góp ý để đồ án thêm hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn!
1
CHƯƠNG I.TỔNG QUAN.
1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÂY SẮN
1.1.1 . Giới thiệu về cây sắn
Sắn(Manihot esculenta) còn được gọi là khoai mì, là một loại cây thân gỗ
thuộc họĐại Kích(Euphorbiaceae)xuất xứ từ Nam Mỹ và Tây Phi, thường được
gọi với tên thương mạilà Cassava.
Hình 1.1. Hình ảnh về sắn (Manihot esculenta)
Sắn là cây trồng ngắn ngày ở các quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới, nguồn
cung cấpcarbohydrates chính cho đại bộ phận dân số, đồng thời là cây trồngđứng
thứ 3 trên thế giớivề sản lượng,sau các loại nông sản khác.
Cây sắn có thể phát triển ở vùng đất xấu, trong điều kiện khô hạn và chịuđược
nhiệt độ lạnh đến 17
0
C. Chúng có thể hấp thụbức xạ mặt trời lên tới 300W/m
2
(bằng với ánh sáng mạnh nhất khu vực nhiệt đới).
Củ sắn dài và thon ở 2 đầu, với lớp vỏ đồng nhất mỏng và mềm mại sau khi
bóc. Lớp vỏ dày khoảng 1mm, bềmặt xù xì và có màu nâu. Chạy dọc trục của củ
thường có một xơ gỗ lớn và các xơ nhỏ. Thịt củ thường có màu trắng phấn hoặc hơi
vàng.
Người ta phân loại sắn thành hai nhóm chính là loại đắng và loại ngọt, tùy
thuộc vàohàm lượng chất độc Cyanogenic glucosides có trong sắn.Chất này gồm 2
thành phần là linamarin và lotaustralintồn tại tự nhiên trong củ và lá sắn, có thể giải
2
phóng ra hydrogen cyanide (HCN).Khi được giải phóng thành HCN, liều gây độc
cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg HCN/50 kg thể
trọng.Hàm lượng HCN phụ thuộc vào các yếu tốgiống, vị trí trên củ (vỏ, thịt hay
lõi củ),điềukiện đất đai, chế độ canh tác và thời gian thu hoạchlà chủ yếu. Tuy
nhiên,qua các công đoạn chế biến như: ngâm, luộc, sơ chế khô, ủ chua, sắn sẽ được
loại bỏ phần lớn độc tố HCN.Ngoài ra,linamaseenzyme tồn tại tự nhiên trong sắn
góp phần thủy phân khá nhiều chất độc kể trên.
Sắn là loại củ có hàm lượng protein thấp. Protein củ sắn chứahàm lượng các
acid amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu
huỳnh. Thành phần hóa học chính của củ sắn tươi được thể hiện qua bảng 1.1.
Bảng 1.1.Thành phần hóa học chính của củ sắn tươi [20].


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Lân Dũng (2007), Vi sinh vật học, NXB Giáo Dục, Hà Nội.
2. Phương Duy(2000), “Bài toán sử dụng khoai mì sản xuất nhiên liệu”, Báo
Khoa học phổ thông.
3. Đỗ Huy Định (2005), “Nhiên liệu sinh học-nhiên liệu sạch của tương lai”,
Diễn đàn Sinh học Việt Nam.
4. Đặng Văn Hợp (2006), Phân tích kiểm nghiệm thực phẩm thủy sản, NXB
Nông Nghiệp, Hà Nội.
5. Lê Thanh Mai (2009), Các phương pháp phân tích ngành Công nghệ lên
men, Nxb.Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Lê Ngọc Tú (2002), Hóa sinh Công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
Hà Nội.
7. Phạm Anh Tuấn (2010), “Vai trò của nhiên liệu sinh học đối với phát triển
nông nghiệp và nông thôn”, báo Nhân Dân.
8. P. Fellows, Food Processing Technology, Cambridge, England.
9. K.Sriroth, KU, Thailand.
Các trang web liên quan:
10. http://www.andrew.cmu.edu/user/jitkangl/Fermentation%20of%20Ethanol/
RSCE.pdf
11. www.TTTA. Food market, 2009.
12. http://www.thienlongbentre.com/index.php?option=com_content&task=vie
w&id=80&Itemid=55.
13. http://www.cassavabiz.org/postharvest/ethanol01.htm.
14. http://www.khoahoc.com.vn/doisong/ung-dung/9218_San-xuat-con-tu-cu-khoai-mi.aspx.
15. http://congnghehoahoc.org/forum/archive/index.php?t-1017.html.
61
16. http://www.orientbiofuels.com.vn/index.php?option=com_content&view=
article&id=67%3Atng-quan-v-cay-sn&catid=48%3Atng-quan-v-cay-sn&Itemid=68&lang=vi().
17. http://www.orientbiofuels.com.vn/index.php?option=com_content&view=
article&id=67%3Atng-quan-v-cay-sn&catid=48%3Atng-quan-v-cay-sn&Itemid=68&lang=vi(cục xúc tiến thương mại, tinh hinh sản xuat tieu thu săn).
18. http://www.google.com.vn/imglanding?q=ethanol%20processing&imgurl=
http://www.afdc.energy.gov/afdc/ethanol/images/wet_mill_ethanol_process.gif&im
grefurl=http://www.afdc.energy.gov/afdc/ethanol/production_starch_sugar.html%3
Fprint&usg=__UBiWAyQg1fRN994MVj-ZcbB8wv8=&h=305&w=518&sz=15&hl=vi&um=1&itbs=1&tbnid=fMT9swCgQF
HAhM:&tbnh=77&tbnw=131&prev=/images%3Fq%3Dethanol%2Bprocessing%2
6um%3D1%26hl%3Dvi%26sa%3DX%26tbs%3Disch:1&um=1&sa=X&tbs=isch:1
&start=0#tbnid=sSKi_iR1PiIIiM&start=10.
19. http://www.agbiotech.com.vn/vn/?mnu=preview&key=2060.
20. http://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Atanol. n).
21. http://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BA%AFn(caysan).
22. http://www.agromonitor.vn/Nganhhang/San/San_Detail/tabid/125/ArticleI
d/237/BAO-CAO-NGANH-SAN-VA-TINH-BOT-SAN-QUY-1-2010.aspx.
23. http://en.wikipedia.org/wiki/Cassava.
24. http://en.Wikipedia.org/wiki/ethanol.
25. http://vn.360plus.yahoo.com/phuongkorea06/article?mid=80&fid=-1.
26. http://en.Wikipedia.org/wiki/ethanol_fermentation