Toi Uu Hoa Hieu Suat Len Men

7/21/2019 Toi Uu Hoa Hieu Suat Len Men

http://slidepdf.com/reader/full/toi-uu-hoa-hieu-suat-len-men 1/22

Ngườ i thự c hiện: Nguyễ n M ạnh Tuyên

TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT LÊN MEN 1

CÔNG TY CỔ PHẦN MÍA ĐƯỜNG LAM SƠN NHÀ MÁY CỒN SỐ 2

Bài thu hoạch:

PHÂN TÍCH CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞ NG TỚ I QUÁ TRÌNHLÊN MEN VÀ TỐI ƯU HÓA HIẾU SUẤT LÊN MEN

Ngườ i thực hiện: KS Nguy ễ n M ạnh Tuyên

I. Mở đầu Trong công nghệ sản xuất cồn, phân xưởng lên men đượ c coi là trái tim của nhà

máy. Hiệu suất của quá trình lên men quyết định tr ực tiế p tớ i hiệu quả kinh tế của toànnhà máy. Chình vì thế việc tối ưu hóa hiệu suất lên men có thể nói là vấn đề sống còn

đối vớ i các nhà máy cồn. Ở Việt Nam, nguyên liệu để sản xuất cồn chủ yếu là sắn látvà mật r ỉ. Hình 1 dưới đây là sơ đồ khối cơ bản của công nghệ sản xuất cồn từ hai loạinguyên liệu này

Hiệu suất của quá trình lên men là chỉ tiêu đượ c sử dụng để đánh giá hiệu quả làm việc của các công đoạn thuộc phân xưởng lên men. Đó là toàn bộ lượ ng cồn nhận

đượ c trong sản xuất từ lượ ng nguyên liệu xác định (thöôøng tính theo 100kg ñöôøng

hoaëc tinh boät) chia cho löôïng coàn nhaän ñöôïc theo phöông trình lyù thuyeát vaø bieåu thò

theo %.

Löôïng coàn nhaän ñöôïc theo lyù thuyeát tính theo phöông trình Gaylussac:

C6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2

180,1 92,1 88

Töø phöông trình naøy suy ra, cöù 100 kg ñöôøng ñôn giaûn ( glucose, fructose, …)

khi leân men seõ cho ta 51,14 kg coàn etylic vaø 48,66 kg CO2 . Ñem chia cho khoái

löôïng rieâng cuûa coàn ôû 200C, d = 0,78927, ta coù :

51,14/ 0,78927 = 64,794 l 100%

Neáu tính cho 100kg ñöôøng ñoâi ( maltose, saccharose) thì caàn nhaân vôùi heä soá

1,0526, vôùi tinh boät thì nhaân 1,11104. keát quaû coù theå xem trong baûng sau:





Nguoàn glucid Löôïng coàn thu ñöôïc töø 100kg

Theo lít Theo kg

Tinh boät

Ñöôøng ñoâiÑöôøng ñôn

71,998

68,2064,794

56,818

53,8351,14

Hình 1: S ơ đồ công nghệ sản xuấ t cồn

Nguyên liệu

Gluco

Amilaza

C ồn tinh

luyện

Tinh bột

Xử lý nguyên liệu

Quá trình dịch hóa

Đường hóa

Lên men rượu

Chưng cấ t

Tinh ch ế

Mật rỉ

N ấ m

men

Chu ẩn bị dịch lên men

Lên men rượu

Tinh ch ế

O2

Chưng cấ t





Thöïc teá löôïng coàn thu ñöôïc luoân ít hôn so vôùi lyù thuyeát. Tuøy theo nguyeân

lieäu cuõng nhö sô ñoà coâng ngheä, hieäu suaát thöïc teá coù theå raát khaùc nhau, töø 75- 93%.

Vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc vaø coâng ngheä, hieäu thöïc teá ngaøy caøng tieäm caän vôùi

lyù thuyeát nhöng khoâng bao giôø ñaït tôùi 100%

Ví duï: Sau 1 ca ñöa vaøo saûn xuaát 10 taán nguyeân lieäu coù haøm löôïng tinh boättrung bình 65%. Löôïng giaám thu ñöôïc töông öùng 48 m 3 vôùi noàng ñoä coàn 8,8% V.

Hieäu suaát sau leân men laø :

Sở dĩ hiệu suất thu hồi cồn thực tế luôn không đạt đượ c tớ i hiệu suất thu hồi cồnlý thuyết vì có các tổn thất sau:

1-

Toån thaát do nghieàn, vaän chuyeån noäi boä 0,2 ñeán 0,3%;

2-

Toån thaát do naáu, ñöôøng hoùa vaø leân men 6 ñeán 12% ( tinh boät soùt, ñöôøng soùt,

taïo men)

3-

Toån thaát khoâng xaùc ñònh, ñoå ra ngoaøi, ñoïng laïi ôû thieát bò, ñöôøng oáng vaø bay

theo CO2 töø 1 ñeán 2%

Ta thấy r ằng tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ, do cồn bay theo CO2 và các

tổn thất không xác định là nhỏ và khó tránh khỏi. Tổn thất chủ yếu dẫn tớ i giảm hiệusuất lên men nằm ở quá trình đườ ng hóa và lên men. Trong phạm vi bài viết này chủ yếu đưa ra các biện pháp tối ưu hóa quá trình đườ ng hóa và lên men

II. Tối ưu hóa quá trình lên men

1. T ối ưu hóa quá trình đườ ng hóa

Vớ i nguồn nguyên liệu là mật r ỉ thì công nghệ sản xuất cồn không có quá trìnhđườ ng hóa do thành phần mật r ỉ hầu hết là các đườ ng có thể lên men đượ c. Ta chỉ xéttớ i quá trình đườ ng hóa cho công nghệ sản xuất cồn từ tinh bột. Sản phẩm của quá

trình đường hóa là nguyên đã liệu cho quá trình lên men. Mặt khác quá trình đườ nghóa xảy ra trong một thờ i gian ngắn, tinh bột không hoàn toàn bị thủy phân, mà quátrình thủy phân tinh bột còn tiế p tục cho đến khi k ết thúc quá trình lên men. Chình vìthế mà muốn tối ưu hóa quá trình lên men thì trướ c hết phải tối ưu quá trình đườ nghóa.

a/ T ối ưu hóa ảnh hưở ng của phứ c hệ enzim amilaza

Amilose vaø Amilopectin laø hai thaønh phaàn chính

cuûa nguyeân lieäu tinh boät,

sau khi naáu, chuùng ñöôïc giaûi phoùng ra vaø ôû traïng thaùi hoøa tan. Döôùi taùc duïng cuûaphöùc heä men Amylase, trong nhöõng ñieàu kieän thích hôïp, Amilose vaø Amilopectin bò





phaân caét, taïo thaønh nhöõng saûn phaåm trung gian khaùc nhau (coøn goïi chung laø

Dextrin) vaø caùc saûn phaåm cuoái cuøng laø Maltose vaø Glucose.

Saûn phaåm trung gian vaø cuoái cuøng ñöôïc taïo ra phuï thuoäc vaø caáu truùc cuûa

maïch Amilose vaø Amilopectin vaø vaøo phöùc heä men Amylase söû duïng. Trong công

nghệ sản xuất cồn từ sắn thì cấu trúc mạch Amilose vaø Amilopectin của mỗi loại sắnvà thậm chí là mỗi vùng tr ồng sắn là khác nhau. Phức hệ enzim amilaza tối ưu vì thế

mà không có một định lượ ng cụ thể. Để có được định lượ ng phức hệ enzim amilaza tối

ưu ta phải qua quá trình nghiên cứu và điều chỉnh trong sản xuất thực tiễn. Dưới đây là

các hợ p phần định danh và định lượ ng của một hệ enzim amilaza thông thườ ng cho

nguyên liệu sắn:

o Super star/ Termosacc: 2 ÷ 4 pao/ 1000 galon dịch.

o Lactoside : 1 ÷ 3 ppm.

o Alcoholaza II L400: 0,06% khối lượ ng bột đầu vào

o Thermosaoc

o Rhyzozim: 0,03 ÷ 0,04 % so vớ i khối lượ ng bột đầu vào.

Bốn loại enzim gồm Super star/Termosacc, Alcoholaza II L400, Thermosaoc,

Lactoside, chính là các hợ p phần của enzim Gluco Amilaza. Ta có thể lý giải việc

dùng hệ enzim Gluco Amilaza mà không phải α – Amilaza như sau:

Trong công nghệ sản xuất cồn từ tinh bột, nguyên liệu cho quá trình sản xuất

cồn chính là sản phẩm của quá trình đường hóa. Thông thườ ng hợ p phần chính củachúng là các dạng đườ ng C5, C6, C7. Chúng đượ c phân loại theo bảng dưới đây:

C5 C6 C7C5H10O5 C6H12O7 C7H14O7

Pentoza Hexoza D-SedoD-Lyboza D-Glucoza

D-FructozaD-Galactoza

D-Maltoza

Trong số các dạng đườ ng C5, C6, C7 thì hàm lượ ng C6 là chủ yếu. Và hiệu suấtchuyển hóa đườ ng thành cồn của men đối với đườ ng C6 là lớ n nhất. Đối vớ i loại đườ ngC6 khả năng chuyển hóa thành cồn của các hợ p phần cũng có sự khác biệt rõ r ệt. Dướ iđây là biểu đồ thể hiện khả năng chuyển hóa thành cồn của các hợ p phần đườ ng C6.





Hình 2: Biểu đổ thể hiện khả năng chuyể n hóa thành cồn của các hợ p phần C 6

(1): Maltoza

(2): Glucoza

(3): Matotrioza

(4): Maltotetraroza

(5): Fructoza

(6): Saccaroza

Nhìn vào biểu đồ ta thấy lượng đườ ng sót C6 còn lại chủ yếu là Matotrioza vàMaltotetraroza. Để tối ưu hóa quá trình lên men cần tối ưu hóa quá trình đườ ng hóađối vớ i nguyên liệu tinh bột. Hay nói cách khác phải làm sao để thu được lượng đườ ngC6 lớ n nhất mà trong đó phải hạn chế tối đa các hợ p phần Matotrioza vàMaltotetraroza. Đồng thờ i phải hạn chế các sản phẩm khác C6.

Nếu duy trì đượ c thời gian đườ ng hóa tối ưu thì sản phẩm cuối cùng của nó là

đườ ng Mal vaø Glucose. Khi ta sử dụng hệ enzim α – Amilaza thì sản phẩm cuối cùngcủa quá trình đườ ng hóa chủ yếu là đườ ng Mal. Trái lại khi sử dụng hệ enzim Gluco

Amilaza thì sản phẩm ưu tiên là đườ ng Glucose. Tóm lại dùng hệ emzim GlucoAmilaza ta sẽ thu đượ c tối đa lượng đườ ng có thể lên men đượ c





Rhyzozim là Enzym có tác dụng chuyển xellulose thành đườ ng từ đó cũng làmtăng hàm lượng đườ ng có thể len men đượ c

b/ T ối ưu hóa ảnh hưở ng của nhiệt độ

Ñaëc tröng cuûa phaûn öùng thuûy phaân tinh boät baèng Amylase laø dieãn ra trong

phaïm vi nhieät ñoä töông ñoái heïp, giôùi haïn laø 35 - 63oC ( ñaây laø khoaûng nhieät ñoä toáithích cuûa Enzym Amylase).

Neáu ñöôøng hoùa ôû nhieät ñoä cao thì löôïng Dextrin taïo ra seõ nhieàu trong khi ñoù

Maltose sinh ra ít, hieäu suaát quaù trình thuûy phaân bò giaûm. Taùc duïng cuûa nhieät ñoä leân

caùc Enzym khoâng phaûi töùc thôøi, caùc Enzym giöõ ñöôïc hoaït tính cao trong 1 thôøi gian

ngaén.

Ñoâi khi, trong quaù trình laøm nguoäi töø 105 - 109

o

C xuống nhieät ñoä thaáp hôn(55 - 60oC) ta coù theå theâm vaøo Enzym ñeå tieán haønh phaân caét sô boä, laøm loaõng khoái

naáu, deã ñöa chuùng vaøo maùy laøm nguoâi.

Neáu ñöôøng hoùa ôû nhieät ñoä khoaûng 40 - 50oC thì thöïc ra khoâng coù lôïi vì chuùng

deã nhieãm khuaån maëc duø coù theå taïo ra löôïng ñöôøng khöû lôùn hôn.

Nhìn chung, nhieät ñoä toái öu khoaûng 35 - 62oC.

c/ T ối ưu hóa ảnh hưở ng của pH

Baûn chaát cuûa men gaàn gioáng nhö baûn chaát cuûa Protein, haàu heát Protein laø

nhöõng hôïp chaát löôõng tính. Caùc Enzym cuõng coù baûn chaát laø Protein vôùi caùc trung

taâm hoaït ñoäng.

Ion H+ coù theå taùc duïng vaøo trung taâm hoaït ñoäng vaø caùc nhoùm beân một caùch

tröïc tieáp hay giaùn tieáp (nhoùm beân laø nhoùm amin NH2 hay nhoùm carboxylic COOH).

Qua nghieân cöùu heä Enzym Amylase ta thaáy pH toái thích laø 4 ÷ 5, khi pH = 2

hay pH = 10 thì Enzym bò voâ hoaït.

Aûnh höôûng pH cuûa Enzym phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø caùc yeáu toá khaùc (neáu

nhieät ñoä taêng thì pH taêng höôùng veà phía kieàm)

Ñoä pH khoái naáu phuï thuoäc 2 yeáu toá:

o

Baûn thaân nguyeân lieäu naáu (tinh boät vaø nöôùc)

o

Caùc chaát phuï trôï trong quaù trình naáu (H2SO4, acid lactic…)





Bôûi vì caùc nguyeân lieäu treân coù ñoä acid thöôøng khoaûng töø 0.2 ÷ 0.5o töông

ñöông pH cuûa ngueân lieäu laø 4.9 ÷ 5.6, pH naøy khoâng thích hôïp vì khoâng baèng vôùi

pH toái thích cuûa enzym Amylase vì theá khi naáu nguyeân lieäu ngöôøi ta hay cho theâm

vaøo acid voâ cô (H2SO4 hay HCl) hay acid höõu cô nhö acid Lactic ñöôïc nuoâi caáy

rieâng, hay söû duïng baõ röôïu trong ñeå naáu nguyeân lieäu.Nhieàu nghieân cöùu cuõng cho thaáy roõ raøng raèng khi duøng acid Lactic ñeå ñieàu

chænh pH trong quaù trình naáu vaø ñöôøng hoùa ñaõ naâng cao hieäu suaát toång thu hoài röôïu

2 ÷ 3% so vôùi duøng caùc acid voâ vô nhö HCl hay H 2SO4. Ngoaøi vieäc ñieàu chænh pH

thích hôïp acid Lactic coøn laø nguoàân thöùc aên cho naám men sau naøy.

d/ T ối ưu hóa ảnh hưở ng thời gian đườ ng hóa

Choïn thôøi gian ñöôøng hoùa thích hôïp khoâng nhöõng coù yù nghóa veà maët lyù

thuyeát maø coøn coù yù nghóa lôùn trong saûn xuaát thöïc tieãn. Vieäc löïa choïn thôøi gian

ñöôøng hoùa coøn phuï thuoäc vaøo phöông phaùp laøm nguoäi khoái naáu vaø phöông phaùp

ñöôøng hoùa. Thôøi gian laøm nguoäi vaø ñöôøng hoùa quyeát ñònh naêng suaát thieát bò, chaát

löôïng cuûa dung dòch ñöôøng hoùa vaø hieäu suaát toång thu hoài.

Theo lyù thuyeát, thôøi gian ñöôøng hoùa coù aûnh höôûng ñeán söï hoøa tan tinh boät

khoâng ñöôøng hoùa. Khi ñöôøng hoùa khoái naáu ôû nhieät ñoä 55 - 58oC trong khoaûng thôøi

gian töø 15 ÷ 120 phuùt, haàu nhö ñöôøng leân men trong dòch ñöôøng hoùa khoâng taêng,

nhöng noàng ñoä chaát tan chung cuûa dung dòch laïi taêng một caùch roõ reät. Sau 15 phuùt

ñöôøng hoùa, noàng ñoä chaát tan laø 13.8% vaø sau ñoù 120 phuùt thì noàng ñoä chaát tan laø

14.8%, nhöng ñöôøng leân men khoâng taêng. Nhö vaäy, thôøi gian ñöôøng hoùa naâng cao

haøm löôïng chaát khoâ hoøa tan (chuû yeáu laø ñaïm hoøa tan) vaø naâng cao tính ñeäm cuûa

dung dòch. Song, keùo daøi thôøi gian ñöôøng hoùa ôû nhieät ñoä 55 - 58oC seõ laøm giaûm

hoaït tính cuûa enzym Amylase, khaû naêng nhieãm khuaån taêng leân vaø hieäu suaát toång

thu hoài giaûm. Theo một số nghiên cứu thôøi gian ñöôøng hoùa toát nhaát laø 5 phuùt, cho

hieäu suaát toång thu hoài taêng 37lit coàn/taán tinh boät so vôùi ñöôøng hoùa ôû 60 phuùt.

ÔÛ caùc nhaø maùy saûn xuaát röôïu coù thieát bò laøm nguoäi chaân khoâng ñeàu thöïc

hieän thôøi gian ñöôøng hoùa laø 5 phuùt. Neáu laøm nguoäi baèng phöông phaùp trao ñoåi nhieät

beà maët thoâng thöôøng thôøi gian ñöôøng hoùa laø 15 ÷ 30 phuùt

2. T ối ưu hóa công nghệ lên men

Việc lựa chọn công nghệ sản xuất cồn là yếu tố vĩ mô quyết định tớ i hiệu suấtcủa toàn nhà máy. Trong thực tế hầu hết các phân xưởng chưng cất đều đượ c thiết k ế

không mấy khác biệt. Công nghệ sản xuất cồn đượ c quyết định bở i công nghệ lên men.





Hiện nay có hai công nghệ chính đó là: Lên men liên tục và lên men gián đoạn, ngoàira còn có công nghệ lên men bán liên tục.

2.1 Các công nghệ lên men

Công nghệ lên men gián đoạn

-

Thùng phải đượ c vệ sinh sạch sẽ, các đườ ng ống và van phải đượ c sát trùngthường xuyên. Sau đó toàn bộ đượ c thanh trùng bằng hơi nướ c. Thờ i gian giữ ở 95-

1000C kéo dài 50-60 phút. Thanh trùng xong thùng đượ c làm lạnh đến 300C, tháo hết

nước ngưng rồi đóng van đáy. Men giống và dịch đườ ng ban đầu có thể bơm songsong để nấm men được hòa đều ngay từ đầu. Lượ ng men giống thườ ng chiếm 10% so

vớ i thể tích thùng lên men, nhưng dịch đường không bơm đầy thùng ngay mà thờ i gian

đổ đầy một thùng lên men kéo dài từ 6-8 giờ . Nhờ đó tỉ lệ men giống lúc đầu tăng vàhạn chế đượ c sự phát triển của tạ p khuẩn.

-

Sau khi đổ đầy thùng ta để cho lên men và cứ 8 giờ lấy đường lên men đem lọcđể xác định độ chua. Đồng thờ i theo dõi nhiệt độ và luôn khống chế thấp hơn 330C.

Về cuối nhiệt độ có thể giảm đến 280C.

- Lên men được xem là bình thườ ng nếu sau 50 giờ, độ đườ ng biểu kiến của dịch

lên men đã xuống tớ i 0 (vớ i r ỉ đườ ng sẽ khác), còn độ chua không tăng quá 0,8 gamH2SO4/lít so với độ chua của dịch đường trướ c khi lên men.

- Trường hơp độ chua khi lên men tăng nhanh, độ đườ ng biểu kiến giảm chậm thì

phải nghĩ ngay tớ i nhiễm khuẩn, cần kiểm tra vi sinh vật và xử lí k ị p thờ i.

-

Lên men đượ c xem là k ết thúc nếu sau 8 giờ độ đườ ng biểu kiến không giảmhoặc chỉ giảm 0,1 ÷ 0,2 %.

- Lên men gián đoạn ở các thùng riêng biệt có ưu điểm dễ làm, khi nhiễm dễ xử

lí nhưng năng suất thu đượ c từ 1 m3 thiết bị thấp. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn

đang đượ c áp dụng chủ yếu ở nước ta và cũng cho hiệu suất khá.

Lên men liên tục

- Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đườ ng và men giống đượ c cho vào thùng

đầu (thùng lên men chính) luôn chứa một lượ ng lớ n tế bào trong 1 ml dịch. Khi đầy

thùng đầu thì dịch men sẽ chảy tiế p sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng

chứa giấm chín.

- Ưu điểm nổi bật của sơ đồ lên men liên tục là dùng một lượ ng lớ n men giống

nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế đượ c sự phát triển của tạ p khuẩn. Khác vớ i lên men

gián đoạn là lượ ng giống ban đầu chỉ 12 ÷ 15 triệu tế bào/ml nên lên men xảy ra chậm.

- Nhiều men giống không những áp đảo đượ c tạ p khuẩn mà còn tạo rượ u nhanh,

hạn chế sự phát triển của chúng. Mặt khác do độ chua của dịch đườ ng cao, pH thấ pcũng là một yếu tố không thuận lợ i cho vi khuẩn và nấm men hoang dại. Sau 24 giờ đãcó 78 % đường được lên men, trong khi đó ở lên men gián đoạn mớ i chỉ đạt 42 %.





- Lên men liên tục là phương pháp tiến bộ và cho hiệu quả cao. Tuy nhiên khi áp

dụng cần tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phù hợ p, nếu không sẽ phản tác

dụng, dễ nhiễm khuẩn hàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men.

- Lên men liên tục sẽ k ết thúc sau 60-62 giờ, còn lên men gián đoạn vẫn phải kéo

dài tớ i 72 giờ và hơn nữa.

Lên men cải tiến – lên men bán liên tục- Để tăng cườ ng tỉ lệ lên men giống mà không cần thêm thiết bị gây men, ta thực

hiên dùng ngay lượ ng men ở các thùng đang lên men mạnh ở giai đoạn lên men chính,

bằng cách dùng acid sulfuric đưa pH về 4,0-4,2; k ết hợ p với bơm tuần hoàn và làm

lạnh. Sau 1-2 giờ tan bơm ½ dịch lên men sang thùng khác để làm men giống. Tiếp đótừ từ thêm dịch đườ ng vào cả hai thùng cho tới đầy và để cho lên men tiế p.

2.2 Đánh giá các công nghệ lên men

Công nghệ lên men gián đoạn:- Thông thườ ng thời gian đòi hỏi cho việc sử dụng hoàn toàn cơ chất là từ 36 ÷

48 giờ . Nhiệt độ đượ c giữ ở 20 ÷ 30oC và pH ban đầu được điều chỉnh tớ i 4,5. Tùy

thuộc vào bản chất của nguyên liệu hidrat C, hệ số chuyển hóa nằm vào khỏang 90 ÷

95%. Con số lý thuyết vớ i một nồng độ etanol cuối cùng đạt đượ c là 10-16 % (w/v).

Công nghệ lên men gián đoạn đã đượ c vận hành nhiều trong quá khứ vì có thể vận

hành dễ dàng, đòi hỏi thấ p về khử trùng triệt để, không cần nhân công có tay nghề cao,

không có nguy cơ tổn hại về tài chính và nguyên liệu dễ xử lý. Tuy nhiên những nhượ c

điểm vốn có của hệ thống này như hiệu suất lên men thấ p do thờ i gian quay vòng caovà độ dài của pha lag kéo dài đã dẫn đến yêu cầu phải có những cải tiến.

- Để tăng năng suất lên men song vẫn giữ tính đơn giản của quá trình lên men

gián đoạn, trong nhiều trườ ng hợp người ta đã sử dụng sự quay vòng tế bào. K ỹ thuật

này không làm tăng chỉ số chuyển hóa của đườ ng thành etanol, song thờ i gian yêu cầu

từ lúc bắt đầu lên men đến khi k ết thúc quá trình đã giảm tớ i 60- 70% so vớ i các

phương pháp lên men gián đoạn truyền thống. Theo một số tác giả việc cấy vào dịch

thủy phân bã mía 1 dịch tế bào nấm men đậm đặc (23,6g/l) đã rút ngắn thờ i gian lên

men hoàn toàn 1 dung dịch glucoza có nồng độ ban đầu là 22% xuống còn 6 giờ. Độ sống sót của tế bào trong trườ ng hợp lên men nhanh như vậy bị giảm nhanh vì nồng độ

etanol cực k ỳ cao trong tế bào. Hạ nhiệt độ lên men và tăng nồng độ oxy có thể hạn

chế mức độ kìm hãm song lại hao hụt về năng suất lên men

Công nghệ lên men liên tục

- Lên men liên tục loại bỏ đượ c sự hao tốn thời gian trong lên men tĩnh. Đó làthờ i gian dành cho việc tẩy r ửa và làm sạch thiết bị, tái nạp môi trườ ng, thờ i gian tiêu

tốn cho pha lag. Ngoài ra, vì vi sinh vật luôn đượ c giữ trong pha sinh trưởng lũy thừa

nên năng suất tính theo thờ i gian tổng số yêu cầu sẽ tăng lên. -

Hai nhược điểm chủ yếu trong các hệ thống liên tục là:





o Nhiễm tạp do đột biến xảy ra trong lòng dịch lên men hoặc do cơ thể lạ

xâm nhậ p từ bên ngoài vào.

o Khó khăn trong việc giữ 1 tốc độ lên men cao. Sở dĩ tốc độ lên men trong

các hệ thống này thườ ng thấ p là vì tế bào bị chết nhiều do thiếu oxi. Để

khắc phục ngườ i ta thêm 1 số chất như tween 80, ecgosterol, hay axit

linolenic vào môi trườ ng lên men hoặc cho nấm men hoặc cho nấm mensinh trưở ng trong điều kiện hiếu khí trước khi giai đọan lên men k ỵ khí.

- Hiệu suất etanol trong một nồi lên men liên tục đơn giản thườ ng bị giớ i hạn do

sự kìm hãm bở i etanol và bở i 1 nồng độ tế bào thấ p. Khi nồng độ đườ ng trong dung

dịch nạp tăng, hiệu suất etanol sẽ giảm do hiệu quả kìm hãm bở i sản phẩm. Ở nồng độ

hidrat C thấ p, sự kìm hãm dường như giảm đi song nồng độ sinh khối tế bào cũng

giảm. Do vậy năng suất lên men tối ưu sẽ đạt đượ c ở nồng độ glucoza nạ p khoảng

10%

2.3 Lự a chọn công nghệ lên men t ối ưu

Phải căn cứ vào nguyên liệu đầu vào và chủng lên men phù hợ p vớ i nguyên liệu

đó để có thể lựa chọn đượ c công nghệ lên men tối ưu

Đối vớ i nguyên liệu đầu vào là mật r ỉ ta nên lựa chon công nghệ lên men liên

tục. Do mật r ỉ là nguồn nguyên liệu khá an toàn, có khả năng tránh nhiễm trùng tốt.

Bên cạnh đó chủng men thích hợp để lên men mật r ỉ là chủng men chìm vớ i mật độ

trung bình của tế bào lớ n, khả năng chống chịu môi trườ ng cao, khả năng cạnh tranh

vớ i khuẩn dại tốt. Đồng thờ i ta hoàn toàn có thể thu hồi lại lượ ng men khỏe do dịch

dấm chín sau lên men sạch, men chìm xuống nên dễ dàng tách ra nhờ quá trình ly tâm.

Khi sử dụng công nghệ lên men liên tục vớ i mật r ỉ sẽ cho ta hiệu suất lên men tối ưu.

Mặc dù công nghệ lên men liên tục có r ất nhiều ưu điểm nhưng nó lại không

thích hợp để áp dụng cho nguồn nguyên liệu tinh bột sắn. Tinh bột sắn là nguồn

nguyên liệu r ất dễ bị nhiễm trùng. Nhiễm trùng có thể đượ c gây ra bở i r ất nhiều công

đoạn từ phơi khô, tồn chứa tớ i vận hành thiết bị. Chủng men phù hợp để lên men tinh

bột sắn là chủng men nổi. Mật độ tồn tại của chúng là thấ p, khả năng cạnh tranh vớ icác loại men hoang dại không cao. Mặt khác chúng ta không thể thu hồi lại đượ clượ ng men khỏe sau lên men do dịch men lẫn một lượ ng lớn sơ và men nổi có tỷ tr ọng

gần với nướ c nên không thể tách bằng thiết bị ly tâm. Chính vì thế hầu hết các nhà

máy sản xuất etanol từ tinh bột sắn đều sử dụng công nghệ lên men gián đoạn để đảm

bảo khả năng chống nhiễm khuẩn.

Ta cũng phải chú ý tớ i các chi tiết thiết k ế. Chẳng hạn như kiểu dáng thùng lên

men phải đượ c thiết k ế sao cho dễ xả đáy, xả nhanh, xả kiệt. Vật liệu chế tạo bồn bể

cũng phải đượ c lựa chon sao cho có khả năng chống nhiễm khuẩn tốt nhất. Thôngthườ ng người ta thườ ng sử dụng thép SS304 hoặc thép đen CF,… Hệ thống đườ ng ống





thiết bị phải thiết k ế hạn chế khúc cua, điểm chết để dễ dàng cho công tác vệ sinh. Các

thiết bị làm mát phải được đặc biệt quan tâm để đảm bảo nhiệt độ làm việc tối ưu choquá trình lên men,…

3. T ối ưu hóa quá trình nhân men

Quá trình nhân men giống là quá trình nuôi cấy nấm men giống, trong đó,ngườ i ta tạo ra một môi trườ ng nuôi cấy thích hợ p và cung cấ p các chất dinh dưỡ ngcần thiết cho sự phát triển của nấm men nhằm đảm bảo cung cấ p cho quá trình lên menmột lượ ng tế bào men cần thiết, có khả năng lên men cao và có thể thích nghi vớ i môitrườ ng sản xuất thực tế. Tác động của các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, pH, hàm lượ ngchất khô hòa tan tới quá trình nhân men tương tự vớ i quá trình lên men và sẽ được đề cấ p tớ i ở phần sau. Ta chỉ đưa ra các yếu tố được quan tâm đặc biệt trong quá trìnhnhân men.

Quá trình nhân men các cấp đầu tiên phải đòi hỏi môi trườ ng tiệt trùng cho men phát triển vì lúc đầu men chưa thể thích nghi ngay vớ i môi trườ ng và r ất dễ bị nhiễmkhuẩn. Thông thườ ng ta tiệt trùng môi trườ ng cho men bằng cách nâng nhiệt tớ ikhoảng 1200C trong vòng 30’. Phải tính toán thời gian làm môi trườ ng cho hợ p lý saocho cấp lên men trướ c vừa đạt thì môi trườ ng lên cấ p men sau vừa phải sẵn sàng. Làmnhư vậy để tránh nhiễm trùng môi trường và đảm bảo dinh dưỡng đầy đủ cho men

Đối vớ i nguyên liệu tinh bột sắn ta phải bổ sung hệ enzim tương tự như đối vớ iquá trình đường hóa do quá trình đườ ng hóa tiế p tục xảy ra trong các thùng lên men

o Super star/ Termosacc: 2 ÷ 4 pao/ 1000 galon dịch.o

Lactoside : 1 ÷ 3 ppm.

o Alcoholaza II L400: 0,06% khối lượ ng bột đầu vào

o Thermosaoc

o Rhyzozim: 0,03 ÷ 0,04 % so vớ i khối lượ ng bột đầu vào.

4. T ối ưu hóa các yế u t ố ảnh hưở ng t ớ i quá trình lên men

4.1 Lự a chọn giố ng men

Nấm men là tác nhân tr ực tiế p cho quá trình lên men. Vì vây muốn tối ưu hóaquá trình lên men thì trướ c hết phải tr ọn đượ c chủng nấm men có hoạt lực lên menmạnh, phù hợ p vớ i nguồn nguyên liệu và công nghệ lên men của nhà máy. Nấm mendùng trong sản xuất cồn thườ ng là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng cókhả năng hấ p thụ các chất dinh dưỡ ng như các loại đườ ng hòa tan, các hợ p chất nitơ(các amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng… qua màng tế bào. Chủng nàycó tốc độ phát triển mạnh và hoạt lực lên men cao, lên men đượ c nhiều loại đườ ngkhác nhau và lên men nhanh, có khả năng chịu được độ etanol cao từ 10 12%. Cácchủng nấm men này đượ c chia làm 2 loại: nấm men chìm và nấm men nổi.





Đặc tính hình thái- Nấm men chìm: Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc

cặp đôi. Hình dạnh chủ yếu là hình cầu- Nấm men nổi: Tế bào nấm men mẹ và con sau nảy chồi thườ ng dính lại vớ i

nhau tạo thành chuỗi các tế bào nấm men. Hình dạn chủ yếu là hình cầu hoặc hình

ovan với kích thướ c 7 µ Đặc tính sinh lý: Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng

lên men các loại đườ ng trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzyme cóthể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng đượ c 1/3đườ ng sacaroza. Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấ p, khả năng trao đổichất khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm menchìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trongquá trình hô hấ p

Sự khác nhau về công nghệ lên men: Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìmxuất phát từ quan sát quá trình lên men. Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch, trong vàcuối quá trình lên men chính tạo trên bền mặt một lớ p bọt dày, trong khi đó nầm menchìm lắng xuống đáy thiết bị khi k ết thúc lên men chính và tạo thành lớ p men xít bámchắc ở đáy thùng.

Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: Nấm men chìm cóthể lên men trong khoảng 4 0C, nấm men nổi là 14 0C

Như vậy, đối vớ i mỗi loại nguyên liệu và loại công nghệ đi kèm ta phải chọnmột chủng men phù hợ p riêng. Chủng men này phải có hoạt lực lên men mạnh, ổn

định, chịu đượ c những biến đổi của môi trườ ng lên men. Một chủng tốt ở nơi này chưahẳn đã thích nghi ngay ở một nơi khác. Vì vậy trướ c khi áp dụng cần nghiên cứu kĩđặc tính sinh lí và khả năng sinh sản cũng như sản lượ ng sản phẩn tạo thành. Trongsản xuất có những trườ ng hợ p ngẫu nhiên người ta đượ c chủng tốt hơn bằng cách phânlậ p từ các thùng lên men

4.2 Ảnh hưở ng của nguồn Các bon

Là nguồn vật chất cung cấp C trong quá trình sinh trưở ng của vi sinh vật. Trongtế bào nguồn C tr ải qua một loạt quá trình biến hóa hóa học phức tạ p sẽ biến thành vậtchất của bản thân tế bào và các sản phẩm trao đổi chất. C có thể chiếm đến khoảngmột nửa tr ọng lượ ng khô của tế bào. Đồng thờ i hầu hết các nguồn C trong quá trình

phản ứng sinh hóa còn sinh ra trong tế bào nguồn năng lượ ng cần thiết cho hoạt độngsống của vi sinh vật. Men sử dụng một cách chọn lọc các nguồn C. Đườ ng là nguồn Cvà nguồn năng lượ ng tôt nhất cho men. Nhưng tùy từng loại đườ ng mà vi sinh vật cókhả năng sử dụng khác nhau. Như đã nói ở phần đường hóa, men ưu tiên tiêu thụ đườ ng glucose và kém tiêu thụ đườ ng Mal. Men có khả năng đồng hóa đườ ng Mal r ấtkém. Đườ ng Mal gần như không đượ c hấ p thụ vào tế bào nấm men. Khi hàm lượ ng

đường glucose cao thì lượng dinh dưỡ ng cho nấm men cao và men dễ dàng phát triển. Ngượ c lại hàm lượng đườ ng Mal cao sẽ ức chế quá trình sinh trưở ng và phát triển của





nấm men. Vấn đề tối ưu hóa ảnh hưở ng của nguồn Các bon đã được đề cậ p trong phầntối ưu hóa quá trình đườ ng hóa.

4.3 Bổ sung Nitơ

Nitơ là chất không thể thiếu cho sự sinh tồn và phát triển của tế bào nấm men.

Vì Nitơ tham gia vào tất cả các cấu trúc trong tế bào vi sinh vật, giúp tế bào hoàn thiệnmọi chức năng của hoạt động sống. Tế bào men cần nitơ cho sự tổng hợ p protein vàaxit nucleic. Nguồn Nitơ là nguồn dinh dưỡ ng quan tr ọng không kém nguồn Carbon.

Nếu thiếu Nitơ, nấm men sẽ phát triển chậm, thờ i gian lên men kéo dài và hiệu suất lênmen giảm. Nếu thiếu nitơ thì sức khỏe của tế bào men kém đi, sự phát triển chậm lạivà mật độ tế bào men có thể bị suy giảm. Ở Việt Nam nguyên liệu để sản xuất etanolchủ yếu là sắn và mật r ỉ. Nguyên liệu sắn có chứa ít protid nên lượ ng nitơ không đảm

bảo cho sự phát triển của nấm men. Do đó cần phải thườ ng xuyên bổ sung nitơ vớ i số

lượ ng khoảng 30mg/ml quá trình lên men mới đạt đượ c hiệu quả cao. Dưới đây là bảng số liệu so sánh quá trình lên men có bổ sung nitơ và không bổ sung nitơ

Các chỉ tiêu Mẫu kiểm chứngkhông bổ sungnitơ

Nguồn nitơ từ

(NH4)2SO4 (NH2)2CO

Nồng độ chất khô

dịch đườ ng , %

16,5 16,5 16,5

Đườ ng khử tínhtheo

maltoseg/100ml4,09 4,09 4,09

pH dịch đườ ng hóa

5,26 5,26 5,26 pH giấm chín 4,55 4,00 4,93

Tăng độ chua 0,31 0,42 0,12

Độ khô biểu kiếngiấm chín

-0,35 -0,40 -0,77

Chất khử sót, % 0,43 0,34 0,14





Tinh bột sót, % 0,05 0,046 0,042

Nồng độ rượ utrong giấm chín,%V

9,66 9,78 10,04

Hiệu suất rượ u sovớ i lý thuyết, %

91,21 92,35 94,80

Bổ sung nitơ vớ i số lượ ng 30 mg/100ml sẽ rút ngắn thờ i gian từ 84 giờ xuống60 giờ, đồng thời lên men cũng tốt và đạt hiệu quả cao hơn mẫu đối chứng. Trong thựctế có r ất nhiều nguồn cung cấp nitơ tuy nhiên ngườ i ta hay sử dụng ammoniac, các

muối amoni và tối ưu nhất là sử dụng urê.

4.4 Ảnh hưở ng của nguồn muối vô cơ

Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡ ng không thể thiếu đối vớ i sự sinhtrưở ng của vi sinh vật. Chúng có các chức năng sinh lý chủ yếu là tham gia vào thành

phần của các trung tâm hoạt tính ở các enzim của vi sinh vật, duy trì tính ổn định củak ết cấu đại phân tử và tế bào, điều tiết và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu của tế

bào, khống chế điện thế oxy hóa khử của tế bào và còn có thể là nguồn vật chất sinhnăng lượng đối vớ i một số chủng men.

Phot pho tham gia vào quá trình tổng hợ p các hợ p chất cao năng như ATP vàADP. Ngoài ra nó còn có tác dụng hoạt hóa photphataza trong quá trình lên men, làmnên hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trườ ng. Thiếu phốt pho tế bào men sẽ bị suyyếu, giảm khả năng phát triển. Nếu soi trên kính hiển vi sẽ thấy con men tròn, nhỏ.Photpho thườ ng ở dạng liên k ết hữu cơ, có trong thành phần của photphatit,nucleoproteit và axit nucleic. Trong mỗi loại nguyên liệu hàm lượ ng P là khác nhau.Hàm lượ ng P trong tinh bột sắn là thấ p nên việc thêm một lượ ng phốt pho bổ sung làtất yếu. Định lượ ng P thêm vào tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu. Thực tế ngườ i ta

bổ sung P bằng cách thêm vào một lượ ng diamoniphotphat (DAP), KH2PO4 hayK 2PO4. Còn đối vớ i công nghệ sản xuất rượ u từ mật r ỉ thì việc bổ sung P là không cầnthiết vì lượ ng P có trong mật r ỉ là đủ lớ n.

Mg (MgSO4): có tác dụng kích thích quá trình phân bào. Tế bào nấm men sinhsản bằng cách nảy chồi. Một chồi nhỏ đượ c tạo thành trên bề mặt của tế bào trưở ngthành. Chồi sinh trưởng và được làm đầy các nguyên liệu nhân và tế bào chất từ tế bào

bố mẹ. Khi chồi lớ n bằng bố mẹ, thì bộ máy nhân ở cả hai tế bào được thay đổi và tế bào đượ c phân cắt, nếu tế bào đã quá già hoặc thiếu chất dinh dưỡ ng thì sẽ không phân





cắt được. Khi đó ta cần cung cấ p MgSO4 để kích thích quá trình phân bào, đảm bảo tế bào men phát triển đủ số lượ ng trong quá trình lên men.

Dưới đây là bảng thống kê việc sử dụng một số muối vô cơ khác và vai trò tácdụng của chúng

Nguyên tố Hợp chất sử dụng Chức năng sinh lý S (NH4)2SO4,

MgSO4

Là thành phần của các aminoacid chứa S, một sốvitamin, glutathione có tác dụng điều chỉnh điệnthế oxy hóa khử trong tế bao

Mg MgSO4 Là thành phần trung tâm hoạt tính của enzym phosphoryl hóa hexose dehydrogenase của axitnucleic, thành phần của chlorophyll và bacterio-cholorophyll

Ca CaCl2, Ca(NO3)2 Tạo tính ổn định của một số cofactor, enzym duytrì, cần cho sự xây dựng trạng thái cảm thụ của tế

bào Na Na Cl Thành phần của hệ thống vận chuyển của tế bào,

duy trì áp suất thẩm thấu, duy trì tính ổn định củamột số enzym.

K KH2PO4 Là cofactor của một số enzym, duy trì áp suấtthẩm thấu của tế bào, là nhân tố ổn định củaribosome

Fe FeSO4 Là thành phần của sắc tố vi khuẩn và một sốenzym, cần thiết để tổng hợp chlorophyll và độc

tố vi khuẩn bạch hầu Định lượ ng của các muối này khi cho thêm vào dịch lên men là khác nhau đốivớ i từng loại nguyên liệu. Việc thêm vào cần phải đượ c nghiên cứu, tìm hiểu trong

phòng thí nghiêm và điều chỉnh trong quá trình sản xuất. Thông thường lượ ng thêmvào là không nhiều. Tuy nhiên vai trò của nó là không thể thiếu

4.5 Ảnh hưở ng của pH Nồng độ ion H+ trong có ảnh hưở ng 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 hướ ng của quá trình lên men. Mỗi visinh vật hoạt động tốt ở một pH nhất định.

Trong điều kiện lên men rượ u, pH tối ưu để tạo alcohol ethylic là 4,5 ÷ 5,0. Đốivớ i dịch đườ ng từ nguyên liệu tinh bột thườ ng khống chế ở pH = 4,8 ÷ 5,2; nhằm giữ cho amylase tiế p tục chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường lên men đượ c.

Tăng pH sẽ dễ bị nhiễm khuẩn, glyxerin tạo nhiều hơn và giảm hiệu suất lênmen. Vì vậy, khi gây men giống trong điều kiện sản xuất, người ta điều chỉnh pH tớ i3,8 ÷ 4,0 để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lactic và nấm men hoang dại.





Ở pH 4,2 nấm men tuy phát triển chậm hơn so vớ i pH = 4,5 ÷ 5,0 nhưng tạ pkhuẩn hầu như không phát triển. Tới lúc nào đó nấm men phát triển nhiều và đủ mạnhta tăng pH đến tối ưu cho nấm men phát triển nhanh hơn. Lúc này điều kiện cũng tốtcho các tạ p khuẩn nhưng vì nấm men đã nhiều và đủ mạnh để lấn át nên tạ p khuẩncũng khó gây tác hại cho lên men.

Phương pháp này đượ c áp dụng để gây men trong điều kiện sản xuất và gọi lànuôi cấy nấm men thuần khiết tự nhiên.

Khi cho acid sulfuric vào đườ ng dịch, chúng sẽ không ở dạng tự do mà liên k ếthóa học vớ i các muối và giải phóng acid hữu cơ, phosphoric tự do, chủ yếu ở dạngKH2SO4 và NaH2PO4.

Giữa ion H + và lượng acid có tương quan nhất định đối vớ i mỗi dung dịch nàođó, ví dụ cùng một pH nhưng độ chua của dịch đườ ng hóa từ ngô bao giờ cũng lớ n

hơn từ sắn. Trong thực tế sản xuất không phải cơ sở nào cũng có điều kiện đo pH, màthườ ng chỉ xác định độ chua. Đối vớ i mỗi dung dịch nào đó thì pH có thể xem như gầnổn định còn độ chua lại thay đổi nhiều phụ thuộc vào mức độ nhiễm khuẩn của nguyênliệu và dịch lên men. Khi nhiễm khuẩn sẽ tạo acid hữu cơ có độ phân ly thấ p nên ítlàm thay đổi pH. Vì vậy trong sản xuất rượ u không chỉ xác định pH mà còn xác địnhđộ chua. Độ chua có thể biểu diễn theo độ hay theo gam acid/lít.

Một độ chua đượ c biểu diễn bằng 1ml dung dịch NaOH 2N vừa đủ để trung hòaacid tự do chứa trong 20 ml dịch hoặc biểu diễn độ chua bằng gam H2SO4/lít dịch, 10

chua = 2,45 g /l.

4.6 Ảnh hưở ng của nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu của nấm men saccharomyces là khoảng 28 ÷ 320C. Tuy nhiênnếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấ p thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn. Mặtkhác làm lạnh dịch đườ ng tớ i 20 ÷ 220C sẽ hạn chế sự phát triển của tạ p khuẩn.

Sau 8 ÷ 10 giờ , nhiệt độ lên men sẽ tăng đến 28 ÷ 300C, tiế p đó cần làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giớ i hạn tối ưu.

Ở nhiệt độ cao hoạt tính của nấm men giảm nhanh, chủ yếu là dễ bị nhiễmlactic và nấm men hoang dại. Ở nhiệt độ 300C men hoang dại phát triển nhanh hơnSaccharomyces 2 ÷ 3 lần, còn ở nhiệt độ 35 ÷ 380C chúng phát triển nhanh gấ p 6 ÷ 8lần.

Khi lên men ở 29,50C, tổn thất do tạo men là 7,37 %, ở 17,50C tổn thất do tạomen là 5,32 % và nếu lên men dịch đườ ng ở 100C thì tổn thất do tạo men chỉ chiếm4,42 % lượng đườ ng có trong dung dịch.

Khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều esther, aldehyde và tổn thất rượ u theoCO2 sẽ tăng.





4.7 Ảnh hưở ng của nồng độ lên d ịch men

Nồng độ dịch đườ ng cao làm tăng áp suất, mất cân bằng tr ạng thái sinh lý củanấm men. K ết quả là cồn nhiều sẽ ức chế không những tạ p khuẩn mà cả nấm men, dẫnđến tổn thất hoặc phải kéo dài thờ i gian lên men.

Nồng độ dịch đườ ng thấ p làm giảm năng suất thiết bị lên men, tốn hơi khichưng cất, tăng tổn thất rượu trong bã rượu và nướ c thải.

Bình thường ngườ i ta khống chế nồng độ chất khô của dịch đườ ng từ 16 ÷ 18 %( tùy theo mức độ thuần khiết), tương đương 13 – 15% đường, để sau khi lên men sẽ nhận đượ c nồng độ rượ u trong giấm chín là 8,5 – 9,5 % V.

4.8 Ảnh hưở ng của một số hóa chấ t và chấ t sát trùng

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 tạ pkhuẩn.

Có thể dùng hóa chất khác nhau như clorua vôi, formalin, fluosilicat natri. Tùytheo chất lượ ng của hóa chất mà dùng nhiều hay ít, cốt sao hạn chế đượ c phát triển củatạ p khuẩn nhưng không làm ảnh hưở ng xấu đến hoạt động của nấm men. Khi dùngformalin hay fluosilicat natri, nồng độ không vượ t quá 0,02% so vớ i dịch lên men.

Ảnh hưở ng của một số acid tớ i 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 0,46H2SO4 0,39 0,039 1,30 0,123 2,04H3PO4 0,30 0,031 2,00 0,204 1,28CH3COOH 0,75 0,125 3,00 0,500 1,25Acid lactic 0,90 0,100 3,00 0,333 1,27

Tùy theo tính chất và mức độ phân ly của mỗi acid mà tác hại của chúng lênnấm men sẽ không giống nhau.

Ngoài ra, trong dịch đườ ng lên men luôn chứa một lượ ng furfurol, melanoidin,cũng gây ảnh hưở ng tớ i nấm men.

Furfurol hạn chế khả năng nảy chồi và kích thướ c tế bào, tạo ra các hạt trongkhông bào. Furfurol chứa nhiều trong mật r ỉ có thể làm giảm khả năng tạo rượ u vàtăng các tạ p chất, giảm hoạt độ của maltase và zymase của nấm men.





Khi dịch chứa 4 ÷ 6 triệu tế bào/ml thì 0,002% furfurol sẽ ảnh hưở ng xấu đếnsinh trưở ng và sinh lý của dịch lên men; khi dịch lên men chứa 90 triệu/ml thì 0,006%furfurol mớ i ảnh hưở ng tớ i sinh lý nấm men.

Hàm lượ ng furfurol trong mật r ỉ thườ ng vào khoảng 6 đến 8 g/100 g chất khô.

Nếu mật r ỉ pha loãng tớ i 20 ÷ 22% thì nồng độ sẽ khoảng 1,5 ÷ 2,0 mg/100ml (0,0015÷ 0,002%). Trong điều kiện lên men vớ i tỉ lệ men giống lớm hơn 10%, ảnh hưở ng củafurfurol xem như không đáng kể.

Melanoidin có ảnh hưở ng không tốt tớ i khả năng sinh sản của nấm men

4.9 Ảnh hưở ng của sục khí

Sục khí để hòa tan oxy vào dịch đườ ng, giúp cho nấm men phát triển nhanhhơn. Tuy nhiên, sục khí không cần thiết đối vớ i dịch đườ ng từ nguyên liệu tinh bột.Sục khí sẽ làm tăng lượng đường bay hơi. Mặt khác nếu dư dẫn đến tạo nhiều sinhkhối và aldehyde, do đó làm giảm hiệu suất lên men rượ u.

Thực tế thì không cần sục khí vào dịch đườ ng. Một lượ ng nhỏ oxy sẽ đượ c hòatan trong thờ i gian khuấy và làm lạnh, đủ đảm bảo cho sinh trưở ng phát triển và lênmen. Vớ i tỉ lệ men giống 10%, sau 50 giờ lên men nồng độ biểu kiến của dịch đã giảmtớ i số lượng không đổi vớ i hầu hết thùng lên men. Sau 70 ÷ 72 giờ nồng độ rượ u tronggiấm chín đạt trung bình 9% V, đườ ng sót chỉ vào khoảng 0,3 ÷ 0,5 %.

4.10 Ảnh hưở ng của việc thêm các yế u t ố vi lượ ng

Trong quá trình sinh trưở ng men còn cần tớ i một số nguyên tố vi lượ ng. Chúngcó vai trò quan tr ọng mặc dù chỉ cần vớ i một số lượ ng r ất nhỏ (khoảng 10-8÷10-6 mol/lmôi trườ ng nuôi cấy). Nguyên tố vi lượ ng tham gia vào thành phần enzym và làm hoạthóa ezym.

Bảng dưới đây thể hiện tác dụng sinh lý của các nguyên tố vi lượ ng

Nguyên tố Tác dụng sinh lý Zn Có mặt trong lactodehdrogenase, phosphatase kiềm,

ARNplymerase, ANDpolymeraseMn Có mặt trong peroxyd dismutase, cacrbonxylase ciitric synthetaseSe Có mặt trong reductase nitrate, nitrogenase, dehydrogenase formicCu Có mặt trong cytochrome oxydase Co Có mặt trong mutase glutamic W Có mặt trong dehydrogenase formic Br Có mặt trong urease, cần cho sự sinh trưởng của vi khuẩn hydrogen

Axit Molic Có khả năng kích thích vi sinh vật (men) phát triển rất nhanh





Nếu thiếu nguyên tố vi lượng trong quá trình sinh trưở ng thì hoạt tính sinh lýcủa vi sinh vật bị giảm sút, thậm chí ngừng sinh trưở ng. Do nhu cầu dinh dưỡ ng của visinh vật là không giống nhau cho nên khái niệm về nguyên tố vi lượ ng là chỉ có ýnghĩa tương đối. Vi sinh vật thườ ng tiế p nhận nguyên tố vi lượ ng từ các chất dinhdưỡ ng hữu cơ tự nhiên, các hóa chất vô cơ, nướ c máy hay ngay từ trong các dụng cụ

nuôi cấy bằng thủy tinh. Chỉ trong những trườ ng hợp đặc biệt mớ i cần bổ sung nguyêntố vi lượ ng vào môi trườ ng nuôi cấy và làm việc của nấm men. Mặt khác vì nhiềunguyên tố vi lượ ng là kim loại nặng nên nếu dư thừa sẽ gây hại cho vi sinh vật. Khicần bổ sung thêm nguyên tố vi lượ ng cần lưu ý khống chế chính xác liều lượ ng

4.11 Chố ng nhiễ m t ạ p, nhiễ m khuẩ n cho men

Một số yếu tố gây sốc cho men:

- Axit lactic: Hàm lượ ng axit lactic cao sẽ gây ức chế cho men, nếu > 0,8% w/v

sẽ làm men chết. Axit lactic chủ yếu là do nhiễm khuẩn mà có- Axit axetic: Hàm lượ ng axit axetic cao sẽ gây ức chế cho men, nếu > 0,05%

w/v sẽ làm men chết. Axit axetic chủ yếu là do nhiễm khuẩn mà có- Gốc sunfit gây ức chế cho men, nếu hàm lượ ng cao > 100 mg/l sẽ gây chết cho

men. Thườ ng gặ p nhiều đối vớ i nguyên liệu mật r ỉ do công nghệ tẩy tr ắng mậtđườ ng sử dụng hợ p Na2S2O3

- Ion Na+, K +,.. gây ức chế cho men nếu hàm lượ ng > 500mg/l sẽ gây chết chomen

- Ion Cl-, Br -, CN- cũng gây stress cho men

Trong số các yếu tố trên quan tr ọng và hay gặ p phải trong thực tế nhất là sự stress của men do axit lactic và axit axetic. Mà nguyên nhân của nó là do men bị nhiễm khuẩn. Men bị nhiễm khuẩn sẽ dẫn đến hiệu suất quá trình lên men gián đoạngiảm mạnh và quá trình lên men liên tục giảm liên hoàn. Nhiễm khuẩn có thể do nhiềunguyên nhân như: nguyên liệu đầu vào, tr ục tr ặc về trang thiết bị hay do quá trình vệ sinh kém. Ta đưa ra một số phương pháp để phòng chống nhiếm khuẩn cho men:

Thực hiện đúng, đủ các thao tác và yêu cầu trong quá trình tẩy r ửao

Thờ i gian từ lúc điền đầy tới lúc rút đáy phải vừa đủ lâu để đảm bảo cho côngtác vệ sinh diệt khuẩn và vừa k ịp để chuẩn bị cho chu trình làm việc tiế p theo

o Nhiệt độ tẩy r ửa phải đủ lớn để có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn (thông

thường ngườ i ta duy trì nhiệt độ tẩy r ửa vào khoảng 1350Fo

Phải lựa chọn hiệu quả các loại hóa chất tẩy r ửa. Chẳng hạn dùng một số chấthypoclorit, peoxit của axit acetic, nướ c raven,.. mục đích tạo các ion Cl- hay tạonguyên tử oxy hoạt động để tiêu diệt vi khuẩn tốt hơn. Nồng độ chất tẩy r ửa càng caothì khả năng diệt trùng càng tốt. Sử dụng hóa chất tẩy r ửa vào các mục đích khác nhaucho thích hợ p chẳng hạn như dùng kiềm để tẩy r ửa các tác nhân hữu cơ, dùng axit để tẩy r ửa các tác nhân vô cơ hay dùng nồng độ cao cho các quá trình đòi hỏi tiệt trùng.





o Đảm bảo tốc độ bơm đủ lớn để có thể vệ sinh đượ c tất cả các vị trí trên đườ nống, những khúc cua, những điểm chết. Tốc độ thông thườ ng phải lớ n 1,5 lần tốc độ dòng công nghệ (~1m/s). Phải tiến hành bơm xuôi và bơm ngượ c khi vệ sinh đườ ngống. Đối vớ i các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm hay các đoạn khúc cua, đườ ng ống

phân nhánh nên tiến hành ngâm r ửa khi có thờ i gian (tạm ngừng sản xuất)

Khi tiến hành sửa chữa, tháo lắ p trang thiết bị phải đưa tớ i nhiệt độ diệt trùngđủ cao và duy trì trong thời gian đủ lâu. Đảm bảo bộ lọc khí luôn trong tr ạng thái làmviệc tốt, đạt chỉ tiêu chất lượng. Thườ ng xuyên kiểm tra các thiết bị như máy bơm,máy nén, van, thiết bị trao đổi nhiệt,.. tránh dò dỉ tại bất cứ điểm nào trên toàn hệ thống

Các ion Na+, K +,Cl-, Br - có mặt là do quá trình vệ sinh r ửa lại bằng nước chưatriệt để. Các hóa chất diệt trùng vẫn còn bám trên bề mặt các thiết bị. Để giảm hiệntượ ng này phải lưu ý sử dụng nồng độ và lượ ng chất tẩy r ửa vừa đủ, tiến hành súc r ửa

lại nhiều lần bằng nướ c.

Gốc sunfit có trong mật r ỉ hay gốc CN- có trong nguồn nguyên liệu tinh bột sắnlà điều không thể tránh khỏi. Để đảm bảo men không bị stress ta phải tính toán phaloãng nguyên liệu tới độ Bx phù hợp đảm bảo trong giớ i hạn sinh trưở ng và phát triển

bình thườ ng của nấm men.

4.12 Phá bọt trong thùng lên men

Phản ứng lên men sinh CO2. Lượ ng CO2 này tạo ra một lượ ng bọt khí lớ n trên

bề mặt dịch lên men, trong thùng lên men. Lớ p bọt dày điền đầy một thể tích đáng kể phía trên thùng lên men (phần thể tích chứa CO2 thu hồi). Áp suất CO2 cao hay hàmlượ ng CO2 trong thùng lên men cao gây ức chế phản ứng lên men và làm giảm đáng kể hiệu suất lên men. Bên cạnh đó, nếu bọt dâng quá cao sẽ bị tràn ra khỏi thùng lên mendẫn tớ i hao tổn dịch lên men (làm giảm hiệu suất lên men)

Việc phá bọt trong thùng lên men là hết sức cần thiết để nâng cao hiệu suất lênmen. Thông thường ngườ i ta hay sử dụng các chất có khả năng phá sức căng bề mặttốt, r ẻ tiền và không gây stress cho men. Ngườ i ta có thể sử dụng các chiết suất dầu

thực vật,… Thông thườ ng một lượ ng chất phá sức căng bề mặt sẽ được bơm vào thùnglên men khi chiều cao bọt đạt tớ i một giớ i hạn xác định.

III. Các thông số k ỹ thuật và lưu ý vận hành để thu đượ c hiệu xuất lên men tối ưu

1 Các thông s ố k ỹ thu ật chính

Qua việc phân tích, tìm hiểu tất cả các yếu tố ảnh hưở ng tớ i quá trình lên menta có thể thống kê lại một số thông số k ỹ thuật chính cho quá trình lên men như sau:





Các thông số kỹ thuậttối ưu

Nguyên liệu đầu vào Mật rỉ đường Sắn lát

Lựa chọn công nghệ Liện tục, có hồi lưu men Gián đoạn, không hồi lưu menChủng men Chìm Nổi

Nhiệt độ đường hóa 35 ÷ 620C

pH đường hóa 4 ÷ 5

Hệ enzym dùng trongđường hóa và nhângiống men

Không cần dùng

- Super star/ Termosacc: 2 ÷ 4 pao/ 1000 galon dịch. - Lactoside : 1 ÷ 3 ppm.

- Alcoholaza II L400: 0,06%

khối lượng bột đầu vào

- Thermosaoc

- Rhyzozim: 0,03 ÷ 0,04 % so

với khối lượng bột đầu vào.

Nồng độ đường tronglên men

13 – 15% 1 ÷ 2%

% Rượu trong lên men 7 ÷ 8% 7 ÷ 8% pH trong lên men 4,2 ÷ 4,6 4 ÷ 5 Nhiệt độ lên men 32 ÷ 34 C 28 – 30 CBổ sung N Khoảng 30 mg/100ml Khoảng 30 mg/100mlBổ sung P Không cần Có bổ sung S,Mg,Ni,… Vết Vết

Đối vớ i mỗi loại nguyên liệu, mỗi loại công nghệ, mỗi chủng men đều có sự khác biệt nhất định trong việc tìm ra các thông số làm việc tối ưu. Chính vì thế trongcác trườ ng hợ p cụ thể ta phải xem xét, thí nghiệm để có thể tìm ra các điều kiện tối ưuriêng. Các thông số được nêu ra trên đây chỉ mang tính chất tương đối.

2. Lưu ý vận hành để thu đượ c hi ệu xu ấ t lên men t ối ưu

Đảm bảo thùng chứa, thùng lên men, đườ ng ống, máy bơm, máy nén và các

thiết bị liên quan khác phải được thanh trùng trướ c khi sử dụng. Khi vệ sinh diệt trùng phải tuân thủ đầy đủ, đúng đắn các bướ c tiêu chuẩn đã đề ra.

Đảm bảo môi trườ ng tiệt trùng cho quá trình nhân giống. Thờ i gian chuẩn bị môi trườ ng ở cấ p nhân giống sau đượ c tính toán sao cho khớ p vớ i thời gian đạt chỉ tiêunhân giống ở cấp trướ c

Cố gắng đưa các thông số k ỹ thuật tớ i mức tối ưu sau đó duy trì và ổn định cácthông số đó





Trong khi vận hành dây chuyền công nghệ phải chú ý theo dõi sát sao, tỉ mỉ, ghichép lại các thông số k ỹ thuật của quá trình lên men. Phát hiện k ị p thờ i khi có sự thayđổi bất thườ ng.

Phòng KCS phải lấy mẫu, phân tích mẫu đúng điểm, đúng thời gian quy định.

Phân tích mẫu cẩn thận, chính xác. Cung cấ p k ết quả nhanh chóng cho k ỹ thuật vậnhành.

Khi gặ p sự cố, ngay lậ p tức tiến hành thu thập thông tin, đánh giá xem xétthông tin, phân chia mức độ ưu tiên và xây dựng, vạch ra k ế hoạch hành động. Sau khixử lý sự cố xong phải nhìn nhận lại vấn đề, lậ p báo cáo và rút kinh nghiệm.

Documents

Toi Uu Hoa Hieu Suat Len Men