khảo sát khả năng hấp phụ ion crom (iii) bằng bã thải men bia ứng dụng trong dược phẩm

Mục đích của đề tài - Xử lí bã thải men bia thu được từ nhà máy để tạo chất hấp phụ sinh học.. 1.1.1.2 Loài nắm men được sử dụng chủ yếu Trong công nghệ sản xuất bia để lên men dịch đườ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÂN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHAO SAT KHA NANG HAP PHU

ION CROM (III) BANG BA THAI MEN BIA

ỨNG DỤNG TRONG DƯỢC PHẨM

MSSV: 2072206

Ngành: Công Nghệ Hóa Học - K33

> Cần Thơ, 05/2011 <

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÂN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Cần Thơ, ngày 3 tháng 01 năm 2010

PHIẾU ĐẺ NGHỊ ĐÈ TÀI TÓT NGHIỆP CHO SINH

3 Địa điểm thực hiện

Phòng thí nghiệm Hóa học hữu co — Bộ môn Công nghệ hóa — Khoa Công

nghệ - Trường Đại học Cần Thơ

4 Số lượng sinh viên thực hiện

O1 sinh viên

5 Họ và tên sinh viên

- Họ và tên: Trầm Trung Bích Thảo

- Mã số sinh viên: 2072206

- Ngành học: Công nghệ hóa học

- Khóa học: 33

6 Mục đích của đề tài

- Xử lí bã thải men bia thu được từ nhà máy để tạo chất hấp phụ sinh học

- Khảo sát khả năng hắp phụ ion Cr** bang chat hấp phụ sinh học tạo được từ

ba thai men bia

- Đề xuất hướng sử dụng bã men bia đã hắp phụ ion Cr”

7 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài

7.1 Các nội dung chính

- Giới thiệu.

- Tổng quan

- Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

- Kết quả thực nghiệm và bàn luận

- Kết luận và kiến nghị

7.2 Giới hạn của đề tài

Do có giới hạn về mặt thời gian cũng như phương tiện thực hiện nên để tài chỉ dừng lại ở việc khảo sát khả năng hấp phụ Cr”" của bã thải men bia và điều kiện

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NHAN XET CUA CAN BO PHAN BIEN

kk

Để tôi có thể tích lũy kiến thức qua bốn năm học đại học và hôm nay có dịp thực hiện luận văn tốt nghiệp này là nhờ công ơn của biết bao người thân bên cạnh Trước tiên, con xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ - người đã chịu rất nhiều nỗi vất vả khổ cực để lo lắng cho con trong suốt quãng đường đại học

Xin gởi lời biết ơn chân thành đến thầy Phan Thế Duy - cán bộ hướng dẫn

Cảm ơn thầy đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đề tài, truyền đạt cho

em những kiến thức quý báu cũng như những phương pháp cần thiết để giải quyết một vẫn đề khoa học

Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Việt Bách, cảm ơn thầy đã chia sẽ kinh nghiệm và luôn ủng hộ về mặt tinh thần cho tôi và các bạn Công Nghệ

Hóa K33 trong suốt chặng đường thực hiện đề tài

Cùng tập thê lớp Công nghệ hóa học K33, xin chân thành cảm ơn toàn thể quý

thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Trường Đại học Cần Thơ, cảm ơn quý thầy cô đã nhiệt tình giảng dạy cho chúng em trong bốn năm vừa qua

Cuối cùng xin cảm ơn các bạn trong tập thê lớp Công Nghệ Hóa K33 và các

em Công Nghệ Hóa K34, K35 Cảm ơn tất cả đã luôn quan tâm, động viên tôi trong

thời gian thực hiện đề tài

Xin chan thanh cam on!

Cần Thơ, ngày 15 tháng 4 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Trầm Trung Bích Thảo

LỜI MỞ ĐẦU

Từ thời xa xưa, con người đã biết đến bia — Đó là nước giải khát lên men có

truyền thống lâu đời, có giá trị đinh dưỡng cao, độ cồn thấp, mùi vị thơm ngon và

bố đưỡng Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, dễ

tiêu hóa mà còn giảm được sự mệt mỏi sau một ngày làm việc căng thắng Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển, nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng,

thậm chí trở thành loại nước giải khát không thê thiếu hàng ngày đối với mỗi người

dân phương Tây

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bia và những lợi ích tốt cho sức khỏe con người từ việc sử dụng bia Ngày nay các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu để ứng dụng bia và các sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất bia vào các lĩnh vực khác như mỹ phẩm và được phẩm

Cũng theo xu hướng đó đề tài tiến hành “Khảo sát khả năng hấp phụ ion

Crom (III) bang ba thai men bia dé tng dung trong dược phẩm ” Mục đích của dé tài là tận dụng bã thải men bia để làm chất dẫn đưa ion Crom (HI) vào cơ thể con người với tác dụng chữa bệnh đái thảo đường

Trong đề tài này bã thải men bia sử dụng được lấy từ nhà máy Bia Sài Gòn

Miền Tây — trực thuộc tập đoàn Bia-Rượu-Nước giải khát Sabeco Các nội dung chính đề tài tập trung nghiên cứu gồm:

- Khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho qua trinh hap phu ion Crom (IID)

- Xây dựng phương trình hấp phụ đăng nhiệt Langmuir

- Kháo sát khả năng ảnh hưởng của các nhóm chức có trong thành phần men

tới quá trình hấp phụ

Mặc dù đã rất có gang đề thực hiện đề tài một cách tốt nhất, tuy nhiên do kiến

thức và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế nên đề tài vẫn không thể tránh khỏi những

sai sót Vì thế với vai trò là người thực hiện đề tài tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài có thể mang lại kết quả tốt nhất

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 SaccharornyC€S C€T€V1SIA€ Q0 TT ng Và 2 Hình 1.2 Saccharomyces CarÌSD€TØ€TISIS - - << 1 1 1v kg 2

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ phân đoạn lên men - 2-2 2+2 +xe+x+Ex+rzxe+rvrxsrerrxrre 7

Hình 1.4 Bã thải nắm men bia 5s: 2 t2 St eEErkrttrkrtrkirrtkrrrrrrrierirrrrrkrrred 8

Hình 2.1 Sơ đồ khối mô tả quá trình hấp phụ ion CT”” - - se +xeExetEerkevrxrrxereereee 16

Hình 2.2 Màu của thuốc thử 1,5-diphenylcacbazide trong các dung dịch tương ứng với nồng

độ Cr* khác nhau - - St *+E£Ek#EEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEESETEEEEEEEEEEEEETEETEETEETEEEETkkrrrrkrerrkee 18

Hình 2.3 Sơ đồ các bước khảo sát khả năng ảnh hưởng của nhóm cacboxyl 20

Hình 2.4 Sơ đồ các bước khảo sát khả năng ảnh hưởng của nhóm amin . - 21

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ CrẾ? và độ hấp thụ . - 24

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đôi dung lượng hấp phụ theo thời gian khuấy 27

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự thay đôi dung lượng hấp phụ theo tỉ lệ men 29

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đôi dung lượng hấp phụ theo pH - 31

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự thay đôi dung lượng hấp phụ theo tỉ lệ men và thời gian khuấy ¬ 36

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa 1/q và l/CC - + 2 2s 2 £keEcxecscseei 37 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ ở điều kiện tối ưu so với dung lượng hấp phụ cực đại theo phương trình LanBTmUIT 5-5 - + 3 3+3 3SEESSxsEEeesssteesrssererrseererrseee 38 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ của bã men bình thường so với bã men đã si 1:0 40

DANH MUC BANG

Bảng 1.1 Sự khác biệt giữa nắm men nổi và nắm men chìm . +5 555252552 3 Bang 1.2 Hàm lượng các chất khoáng cần cho nắm men 2 2 2 + ££Ez£x+£+e: 5

Bang 2.1 Các hóa chất chủ yếu sử dụng trong thí nghiệm .- - 55+: 15

Bảng 3.1 Giá trị độ hấp thụ của dãy nồng độ 0, 10, 20, 30, 40, 50ppm 24 Bảng 3.2 Nồng độ ion Cr** còn lại trong nước lọc và nước rửa theo thời gian khuấy 26 Báng 3.3 Kết quá dung lượng hấp phụ theo thời gian -2- 25-5252 cszxzcezrsrszrxee 26 Bảng 3.4 Néng do ion Cr* con lai trong nước lọc và nước rửa theo ti 1é men 28 Bảng 3.5 Kết quả dung lượng hấp phụ theo tỈ lỆ men - - ĂĂSssSSsssseessersesee 28

Bảng 3.6 Nồng độ ion CrỶ” còn lại trong nước lọc và nước rửa theo pH 30

Báng 3.7 Kết quá dung lượng hấp phụ theo pH . 2-52 52s £E£Ez£eErserxrrsrkee 31 Bang 3.8 Nông độ ion Cr”” trong nước lọc và nước rửa ứng với tỉ lệ men là 1% 32

Bảng 3.9 Kết quá dung lượng hấp phụ ứng với tỉ lệ men là 1% . .-5- 25+: 33

Bảng 3.10 Nồng độ ion Cr”” trong nước lọc và nước rửa ứng với tỉ lệ men là 2% 33

Báng 3.11 Kết quả dung lượng hấp phụ ứng với tỉ lệ men là 2 . - 25+: 34

Bảng 3.12 Nong độ ion lô vài trong nước lọc và nước rửa ứng với tỉ lệ men là 3% 34

Bảng 3.13 Kết quả dung lượng hấp phụ ứng với tỉ lệ men là 3% . . 2-5: 35

Bảng 3.14 Nồng độ ion Cr” trong nước lọc và nước rửa ứng với tỉ lệ men là 4% 35

Báng 3.15 Kết quả dung lượng hấp phụ ứng với tỉ lệ men là 4% . - 2: 36

Bảng 3.16 Các thông số cần thiết để xây dựng phương trình Langmuir - 37

Bảng 3.17 Kết quả dung lượng hấp phụ ở điều kiện tối ưu 2 +2 2 szszsse: 38

Bảng 3.18 Nông độ ion Cr”” còn lại sau khi hấp phụ bằng bã thải men đã ester hóa 39 Báng 3.19 Nông độ ion Cr”” còn lại sau khi hấp phụ bằng bã thải men đã etyl hóa 40 Bang 3.20 Dung lượng hấp phụ của bã men bình thường so với bã men đã ester hóa và

ii 5à20: 01 40

CHUONG 1

TONG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về nắm men bỉa

1.1.1 Khái niệm chung và loài nắm men được sứ dụng chủ yếu [2], [12-14] 1.1.1.1 Khai niém chung

Nâm men là loài vi sinh vật đơn bào, có khả năng sông trong môi trường dinh

dưỡng có chứa đường, mitơ, photpho và các chât hữu cơ, vô cơ khác Chúng là các

vi sinh vat dị dưỡng có khả năng sông trong cả điêu kiện hiệu khí và yêm khí

1.1.1.2 Loài nắm men được sử dụng chủ yếu

Trong công nghệ sản xuất bia để lên men dịch đường đã houblon hóa hai loài nắm men được sir dung chi yéu 14 Saccharomyces cerevisiae va Saccharomyces carlsbergensis Hai loai nay phan bé rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở những vùng đất trồng nho và trồng hoa quá Loài thứ nhất là nắm men nồi, còn loài thứ hai là nắm men chìm Tên gọi nắm men chìm hay nam men néi xuất phát từ việc quan sát quá trình lên men Nắm men nổi nỗi lên trên bề mặt đồng thời

dich trong vào cuối quá trình lên men chính, trong khi đó nắm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc quá trình lên men chính

Hinh 1.1 Saccharomyces cerevisiae Hinh 1.2 Saccharomyces carlsbergensis

Khéng chi khdc nhau vé hinh thai bén ngoai trong khi lén men, hai loai nam men nay con khac nhau về đặc tính sinh lý, đặc tính hóa học cũng như nhiệt độ lên men Bảng 1.1 sẽ trình bày rõ hơn về các sự khác biệt trên

Bảng 1.1 Sự khác biệt giữa nầm men nôi và nâm men chìm

Nắm men nỗi Nắm men chìm

- Nổi lên trên bề mặt dịch khi kếtthúc | - Chìm xuống đưới đáy thiết bị khi kết

quá trình lên men chính thúc quá trình lên men chính

- Các tế bào nắm men sau khi nảy chồi | - Các tế bào khi nảy chồi đứng riêng lẻ

thường dính lại với nhau thành từng hoặc cặp đôi

1.1.2 Thành phần hóa học của nắm men [2], [14]

Tế bào nắm men chứa đến 80% nước, nên trong nẫm men bia tỉ lệ giữa trọng lượng ướt và trọng lượng khô là 4:1

Nhóm thành phần chính của chất khô gồm các chất cao phân tử, đó là các protein (8-10%), cacbonhydrat (6-7%), axit nucleic (1,2-1,6%) va lipit (0,8-1%) Ngoài ra trong té bao cla ndm men con chita các thành phần khác như: nhôm, canxi, đồng, crôm, sắt, chì, natri, kali, lưu huỳnh, magle, niken, các vitamin BI, vitamin B2, Vitamin C, tiền sinh tố D và một loạt các chất có khả năng phân giải protein để phục vụ cho lên men, hô hấp, tổng hợp

1.1.3 Hình dạng và kích thước của nắm men [1], [2]

Nắm men có nhiều hình dạng khác nhau: hình cầu, hình trứng hoặc ovan Nếu môi trường nuôi cây nắm men không đủ chất đinh dưỡng đặc biệt là không đủ nitơ

và thông khí quá mạnh thì tế bào nắm men thường bị kéo dài ra

Kích thước của tế bào nắm men cũng rất khác nhau, điều đó phụ thuộc vào các chủng nắm men và điều kiện nuôi cấy, thường là (2,5 - 4,5 um) x (10,5 —

20um), thể tích tế bào chiếm khoảng từ 50 — 500 um” Sự khác nhau về hình dạng

cho phép phân loại nắm men Tỷ lệ giữa bề mặt ngoài và thể tích của nó sẽ ảnh hưởng đến vận tốc khuếch tán các chất đinh dưỡng vào bên trong tế bào và các sản phẩm trao đối Tỉ lệ này càng lớn thì độ hoạt động sống của tế bào càng mạnh

Môi trường sống cũng có ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng và kích thước tế bào Vì vậy, khi xác định giống loài cũng như hình dạng và kích thước nắm men

người ta phải nuôi cấy trong một môi trường ổn định, ở nhiệt độ từ 28-30°C Ngoài

ra kích thước của nẫm men còn phụ thuộc vào độ tuổi hay thời kỳ phát triển của tế bào, càng trẻ tế bào có kích thước càng bé so với các tế bào thế hệ trên Theo

Tomascos, có thê chia nầm men ra 4 thê hệ chính (bà, mẹ, con và cháu), môi thê hệ

có kích thước khác nhau lim

1.1.4 Cau tao té bao nam men [1], [2]

Các tê bào nâm men có câu tạo tương đôi phức tạp, các tê bào nầm men khác nhau thì có cầu tạo khác nhau Tuy nhiên nhìn chung chúng đêu được câu tạo từ các

cơ quan cơ bản sau:

1.1.4.1 Thành tế bào

Thành tế bào bao xung quanh tế bào, có độ bền chắc cao, chiều dày khoảng

150-250nm Trên thành tế bào có những lỗ nhỏ li ti với đường kính khoảng 3,6 nm

để nước, đường và các chất đinh dưỡng cần thiết cho tế bào có thê đi qua được 1.1.4.2 Không gian chu chất

Đây là khoảng không giữa thành tế bào và màng nguyên sinh chất Mặc dù đó

không phải là một cơ quan cụ thể nhưng mọi chất dinh đưỡng đi vào hay các sản phẩm trao đổi chất đi ra khỏi tế bào đều phải đi qua Tại đây có chứa một số enzim như invertaza, photphataza, melibiaza có tác dụng thủy phân các chất dinh đưỡng không đồng hóa được ở bên trong tế bào

1.1.4.3 Màng nguyên sinh chất (màng tế bào chất)

Mang té bao chat cla nam men tương tự như các tế bào nhân chuẩn eukaryotit khác Thành phân chính là các lipit và các protein Nhưng chức năng chính không phải tạo cầu trúc mà có tác dụng điều chỉnh sự thắm qua màng tế bào của các chất đinh đưỡng Màng có tính chất thâm thấu chọn lọc, chỉ cho qua những chất cần thiết

và có lợi cho tế bào như các loại đường đơn giản, nitơ, photpho và các nguyên tô vi lượng khác

1.1.4.4 TẾ bào chất

Tế bào chất được bao quanh bởi màng tế bào, bên trong là một dung dịch

dạng keo có chứa vô số các sản phẩm trao đổi chất Đặc biệt có chứa nhiéu RNA —

là một axit nên pH của tế bào chất khoảng 4-5, các hoạt động trao đổi chất có thê

làm cho môi trường xung quanh có tính axit mạnh hơn hoặc yếu hơn

1.1.4.5 Nhân tế bào

Nhân tế bào có dạng hình cầu hoặc ovan, đường kính 1-2 um và được bao bọc bởi một màng kép, trên bề mặt của màng nhân có một số lỗ Trong nhân có chứa

ADN, ARN, nucleoprotit và các gen do đó nhân đóng vai trò quan trọng trong sinh

sản di truyền cho đời sau

1.1.5 Các chất dinh dưỡng cần cho nắm men [2]

Trong công nghiệp vi sinh, môi trường nuôi cấy tốt nhất là môi trường cho hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất trong thời gian ngắn nhất với giá thành thấp

nhất đối với mỗi chủng vi sinh vật

Nguồn thức ăn chủ yếu cho nẫm men là các chất hữu cơ và các chất vô cơ ở dạng dễ hấp thu Ngoài ra để nẫm men phát triển bình thường cần một lượng nhỏ các yếu tố vi lượng và các chất kích thích Nguồn thức ăn cho nắm men rất đa dạng

do đó cần nghiên cứu riêng từng nguồn

1.1.5.1 Nguồn nước

Nước rât cân thiệt cho hoạt động sông của tê bào nâm men Không có nước không thê có quá trình đông hóa thức ăn và quá trình trao đôi chât bên trong tê bào 1.1.5.2 Nguồn cacbon

Cacbon là nguồn chủ yếu liên quan tới quá trình trao đôi chất và chuyên hóa năng lượng Nắm men có khả năng đồng hóa hoàn toàn đường glucoza, fructoza va mannoza Ngoài ra đối với đường trisaccarit thì tùy thuộc vào từng chủng nắm men

có thể đồng hóa hoàn toàn hoặc một phần nào đó

1.1.5.3 Nguồn nitơ

Ý nghĩa chủ yếu của nguồn nitơ là cung cấp cho tế bào nguyên liệu để hình

thành các nhóm amin (-NH;) và imin (-NH- ) để tổng hợp nên protein và các hợp

chất khác Nắm men đồng hóa được các loại axit amin và các hợp chất chứa nitơ vô

co

1.1.5.4 Các khoáng chất

Trong môi trường dinh dưỡng cần phải có một lượng nhất định các chất

khoáng dé dam bao cho tế bào phát triển và các chất khoáng sau đây cần thiết cho

nam men:

Bảng 1.2 Hàm lượng các chất khoáng cần cho nắm men

Chat khoáng Hàm lượng (g/1)

1.2 Sơ lược về quy trình lên men bia và bã thải men bia

1.2.1 Quy trinh lén men bia [2], [5]

Quy trình lên men bia duge chia ra lam 2 giai doan: lén men chinh va lên men phu

hưởng rất lớn đến quá trình lên men va hau hết các nhà máy bia hiện nay đều sử

dụng cách nuôi cây nắm men thuần khiết được nhân lên từ một lượng nhỏ tế bào Người ta có thể tạo được chủng nam men thuần khiết trực tiếp tại các nhà máy sản xuất bia hay trong phòng thí nghiệm Tuy nhiên để nhân giống thì cần phải có thiết

bị nuôi cấy nắm men kín và tiệt trùng theo các mô hình khác nhau Các thiết bị này

rất phức tạp, chỉ những người có chuyên môn mới sử dụng được, nếu không nắm

men sẽ bị nhiễm khuẩn trong quá trình nuôi cấy

Dịch nha đã houblon hóa: dịch nha có chứa các chất như đường, đạm, muối khoáng và các chất kích thích sinh trưởng nên đây sẽ là môi trường lí tưởng giúp cho nắm men phát triển tốt nhất Ngoài ra tinh chất hoa houblon sẽ cung cấp thêm

chất đăng (lupulin), chất chát (tanin) và tinh dầu của hoa, các thành phần này giúp

tạo thêm vị đăng và mùi thơm đặc trưng của bia

Lên men chính: thường xảy ra ở nhiệt độ 6 - 8°C trong khoảng 7 — 12 ngày Ở

quá trình này nắm men sẽ hấp phụ đường, dextrin và chuyển hóa thành rượu etylic,

khí cacbonic và các sản phẩm phụ Sản phẩm của giai đoạn lên men chính này được gọi là bia non

Lên men phụ: Bia non thu được sau quá trình lên men chính sẽ được chuyển vào các thùng lên men kín ở nhiệt độ thấp 0-1°C trong khoảng 2 — 7 ngày để thực hiện giai đoạn lên men phụ Ở giai đoạn này bia sẽ được làm chín, lắng trong đồng

thời bão hòa CO¿.

1.2.2 Ba thai nim men bia [8], [10], [15], [16]

Bã thải nắm men bia thu được ở cả 2 giai đoạn lên men chính và lên men phụ Tuy nhiên bã thải ở giai đoạn lên men chính thường được thu hồi để tái sử dụng lại Còn tại quá trình lên men phụ thì lượng tế bào nắm men còn sống sót ít, đồng thời mật độ đậm đặc thấp hơn 50% nên sẽ được xả bỏ

Hình 1.4 Bã thải ndm men bia

Trong bã thải nắm men chủ yếu chứa các hợp chất như: protein, acid amin, các chất khoáng và một số vitamin Đây là các hợp chất tốt và cần thiết cho cơ thể con người nên hiện nay xu hướng chung là tìm hiểu những ứng dụng của bã thải này trong lĩnh vực dược phẩm nhằm đem lại lợi nhuận cao nhất có thẻ

s* Một sô ứng dụng của bã thải men bia

- Diệt ruồi hại hoa quả bằng chế phẩm từ bã thải men bia: Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế Australia (ACIAR) vừa chuyển giao cho Việt Nam công nghệ phòng trừ ruồi hại hoa quá mới - chế phẩm protein từ phế thải men bia, tiêu

diệt hiệu quả ruồi hại quả ở giai đoạn trưởng thành Cũng trong chương trình hợp

tác này, phía Australia giúp Việt Nam xây dựng hai xưởng sản xuất bã protein, một xưởng tại nhà máy bia Foster (Tiền Giang) để cung ứng cho thị trường miền nam và một xưởng tại Nhà máy bia An Thịnh (Đình Bảng, Từ Sơn, Bắc Ninh), nhằm cung cấp bả protein cho các tỉnh phía Bắc và miền Trung

- Kết quá từ trung tâm nghiên cứu môi trường thuộc trường đại học Anna - An

Độ cho thấy bã thải men bia có thể được sử dụng để xử lý nước thải phát sinh từ

ngành công nghiệp sản xuất pin

- Khoa kỹ thuật và khoa học môi trường thuộc trường đại học Nông nghiệp và

kỹ thuật Trung Quốc đã đưa ra kết quả nghiên cứu cho thấy bã thái men bia có khả nang hap phụ màu xanh 49 trong nước thải của ngành công nghiệp nhuộm vải

- Các nhà khoa học thuộc Đại học Haifa (Israel) đã phát hiện ra một chất chiết xuất từ bã men bia, có tên khoa học là Glucose Tolerance Factor (GTF), có thê điều

chế thành thuốc chữa bệnh tiểu đường và các biến chứng của căn bệnh này Báo chí

ở Mỹ ngày 24/12/2007 cho biết, bước đầu thử nghiệm GTE có thê làm giám lượng

đường và mỡ trong máu ở chuột Ở giai đoạn tiếp theo các nhà khoa học sẽ đánh giá

hiệu quả của GTF đối với cơ thể con người

1.3 Một số yêu cầu về chất lượng men tai nha may bia Sai Gon miền tây

1.3.1 Yêu cầu chất lượng của nắm men trước khi đưa vào lên men

- Nắm men phái thuần chủng

- Tỉ lệ men chết đưới 2%, tỉ lệ nây chỗi lớn hơn 10%

- Có khả năng sống sót cao đáp ứng được mục đích sử dụng

- Phải tạo được hương vị đặc trưng cho bia

Trên đây là tất cả các yêu cầu về chất lượng của nẫm men trước khi đưa vào

lên men, tuy nhiên khó có chủng nắm men nào có thể đáp ứng hết các yếu tố trên

Vì vậy khi chọn chủng nim men dé lên men bia cần chú ý cân nhắc để đạt được sự tối ưu hóa giữa các yếu tố nhằm tạo ra loại bia chất lượng tốt đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng

1.3.2 Yêu cầu đối với nắm men khi xả bỏ

Thông thường khi tiễn hành lên men bia các nhà máy bia thường tái sử dụng

nắm men qua nhiều đời cho đến khi chất lượng nắm men không còn đủ khả năng

đáp ứng yêu cầu của sản phẩm thì mới xả bỏ Sau đây là một số yêu cầu đối với nắm men xả bỏ:

- Đời men phải lớn hơn 8

- Tỉ lệ men chết phải lớn hơn 10%

1.3.3 Lượng nắm men xả bỏ

- Hằng ngày xả bỏ 200-250 kg nắm men

- Ngoài ra mỗi tháng xả bỏ men đáy từ 10-20 lô, mỗi lô khoảng 1000 kg

Vậy bình quân mỗi ngày xả bỏ khoảng 500-900 kg nắm men sau khi lên men bia

1.4 Giới thiệu về hấp phụ và hấp phụ sinh học

1.4.1 Khai niém hap phụ và hấp phụ sinh học [3], [8]

1.4.1.2 Khái niệm hấp phụ sinh học

Hiện tượng hap phụ sinh học được định nghĩa là một quá trình thụ động trao đối chất có nghĩa là nó không yêu cầu năng lượng, chỉ sử dụng sinh khối vi sinh vật

để cô lập các kim loại nặng Vi khuẩn, nắm men và tảo được sử dụng như một chất hấp phụ sinh học để hấp phụ các ion kim loại nặng

Cần chú ý chất hấp phụ sinh học là chất có nguồn gốc sinh học, có khả năng

phân hủy sinh học tốt và thân thiện với môi trường

1.4.2 Phân loại hấp phụ [3]

1.4.2.1 Hấp phụ trao đổi ion

Là hấp phụ có cực có kèm theo sự trao đổi ion giữa chất hấp phụ và dung

dịch Quá trình này chỉ xảy ra khi chất hấp phụ tan trong dung dịch và đường kính

mao quản của chất hắp phụ nhỏ hơn 5.10 um

1.4.2.2 Hap phụ hóa học

Là hấp phụ có kèm theo phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và chất hấp

phụ Quá trình này xảy ra cả trong môi trường khí và môi trường lỏng, khi đường

kính mao quản của chất hấp phụ lớn hơn 2.10 um và thường xảy ra ở nhiệt độ cao (t>200 °C)

1.4.2.3 Hap phụ không kèm theo phản ứng hóa học

Gồm hai loại là hấp phụ vật ly và hấp phụ kích động

* Hấp phụ vật lý

- Lực hấp phụ là lực Vandecvan, tức là lực hút tương hỗ giữa các phân tử

- Quá trình hấp phụ là thuận nghịch hoàn toàn

- Nhiệt tỏa ra không đáng kẻ

- Có thể hấp phụ một lớp hay hấp phụ nhiều lớp.

s* Hấp phụ kích động

- Tạo thành một lớp đặc biệt trên bề mặt chất hấp phụ gợi là lớp đơn phân tử hay là lớp bề mặt, có khi lớp đơn phân tử này không phủ kín bề mặt chất hấp phụ Rất khó nhả chất bị hắp phụ ra khỏi chất hấp phụ

- Quá trình hấp phụ xảy ra chậm, cần phải kích thích để tăng tốc độ (ví dụ dùng ánh sáng hay tăng nhiệt độ)

- Nhiệt tỏa ra khá lớn

Chú ý: trong điều kiện thực tế, các loại hắp phụ có thể xảy ra đồng thời và tùy

theo điều kiện thực hiện quá trình mà hấp phụ loại này có thể chiếm ưu thế hơn hấp

thường là xử lý một thể tích dung dịch với một khối lượng chất hấp phụ (lít dung

dịch/gam chất hấp phụ) Do hấp phụ chọn lựa dung chất nên nồng độ ban đầu C, của dung chất sẽ giảm đến nông độ cân bằng cuối cùng C; (gam dung chất/ lít dung

dịch) Lượng biểu kiến dung chất bị hấp phụ được xác định, khi bỏ qua sự biến đổi thể tích của dung dịch là:

_— V(C,—C,)

+

Trong đó: q: lượng ion Crˆ” bị hấp thụ (mg/g chất hấp phụ khô)

V: thể tích của dung dịch chứa ion Crˆ” (lít)

Cọ: nồng độ ban đầu của ion Cr” trong dung dich (mg/l)

Cr nồng độ cuối của ion Cr”† trong dung dich (mg/l) S: trọng lượng của chất hap phu khé (g)

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ion Cr** bằng bã thải

- Thời gian hấp phụ

- Loại dung môi

- Nồng độ của dung chất

- Nồng độ chất hấp phụ

1.4.5 Các phương trình đẳng nhiệt hap phu [3], [4], [8]

1.4.5.1 Phuong trinh Freundlich

Trên một khoảng có nồng độ nhỏ và đặc biệt với dung dịch loãng đường đẳng nhiệt cho quá trình hấp phụ có thể được mô tả theo biểu thức thực nghiệm

Freundich

q =kC, (1)

Trong do: k, n: là các hăng sô

C¿: nồng độ dung chất bị giữ lại trong chất hấp phụ sau khi hấp phụ (mg/lít)

q: Lượng dung chất bị hấp phụ trên mỗi đơn vị khối lượng

chất hấp phụ (mg/g chất hấp phụ khô)

Phương trình (1) được tuyến tính như sau:

Log q= log k + (1/n) log C, Các hằng số k, n tìm được bằng cách vẽ đồ thị biéu diễn sự phụ thuộc giữa log

q va log C,

1.4.5.2 Phuong trinh Langmuir

Phuong trinh Langmuir cé dién 14 phuong trình phổ biến nhất và đơn giản nhất mô tả mối quan hệ giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ trong quá trình hap

Trong do: q: lượng dung chất bi hấp phụ trên mỗi đơn vị khối lượng

chat hap phu (mg/g chat hap phu khô)

Q„›ax : lượng dung chất tối đa có thể bị hấp phụ trên một đơn vị

khối lượng chất hấp phụ (mg/g chất hấp phụ khô)

C¿ : nồng độ dung chất bị giữ lại trong chất hấp phụ sau khi

hấp phụ (mg/lít)

b : hằng số cân bằng hấp phụ

Phương trình (2) được tuyến tính như sau:

en} lesle)

Các hằng số Q„„„ và b được xác định bằng cách vẽ đồ thị biểu diễn mối

quan hệ giữa 1/q va 1/C,

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ

THỰC NGHIỆM

2.1 Thiết bị và hóa chất thực hiện

2.1.1 Thiết bị

May đo UV — Visible spectrophotometer (Cary 50)

Máy khuấy tir Schott

Chronium nitrate Trung Quốc

1,5-diphenylcacbarzide Trung Quốc

Acetone Trung Quốc

Hydrogen peroxide Trung Quốc

Sodium hydroxide Trung Quốc

Sulfuric acid Trung Quốc

Ethanol Việt Nam

Bã thải men bia từ nhà máy mang về được bảo quản ở nhiệt độ 7-10 °C

2.3 Địa điểm và thời gian thực hiện

Địa điểm: Phòng thí nghiệm hóa học hữu cơ - Bộ môn Công Nghệ Hóa - Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ

Thời gian thực hiện: 03/01/2011 đến hết ngày 17/04/2011

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Qua trinh hap thu ion Cr** [8]

Trong thực tế khi tiễn hành thí nghiệm rất khó xác định nồng độ ion Cr”” bằng

phương pháp quang phố UV-Vis vì ion Cr”” có độ hắp thụ không ổn định và thường xảy ra hiện tượng nhiễu phổ nên cần phải chuyển ion Cr”” về dạng ion Cr””.

2.4.2.1 Oxi hóa chuyển ion Crˆ" vé ion Cr**

lon Cr” được oxi hóa chuyển về ion Cr”” dựa trên sự chênh lệch giữa thế khử

chuan Cr°/Cr** (E° = 1,35) va thé oxi hóa chuẩn H;Oz/H;O (E° = 1,776) Quá trình

này sử dụng dung dịch H;O; 50% và dung dịch NaOH 4M

Phương trình phản ứng oxi hóa khử xảy ra như sau:

Cr” + HạO © HCrO¿ + 7H + 3e

HO; + 2H” + 2e < 2H;O

2Cr** + 3H,O, < 2HCrO, + 8H* + 4H,O

AE? = E° (H;Oz/H;O) — E(Cr“/Cr°*) = 1,776 — 1,35 = 0,426 (> 0,2)

=> Do độ chênh lệnh điện thế giữa thế oxi hóa va thé khử khá lớn nên sử dụng H;O;

trong môi trường bazơ có khả năng oxi hóa hoàn toàn Cr”” thành Cr””

2.4.2.2 Xây dựng đường chuẩn

Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ hap thu va nồng độ ion Cr°* cũng được xây dựng một cách gián tiếp bằng cách oxi hóa dung dich Cr** thành

Cr,

Các bước xây dựng đường chuẩn:

- Pha 100ml dung dịch Cr” nồng độ 100ppm, tiếp tục oxi hóa 100ml Cr”” đã

pha bằng 20ml dung dịch H;O; và sử dụng dung dịch NaOH 4M để đưa pH của

dung dịch về khoảng 9 - 10 Lúc này dung dịch Cr”” từ màu xanh đen sẽ chuyển sang mau vang - mau cua ion HCrO, Sau do tién hanh dun dung dịch này ở nhiệt

độ khoảng 70 - 80°C để H;O; còn dư trong dung dich sé bi phân hủy hết, đồng thời khi đun phải kết hợp với khuấy để oxi sinh ra từ phản ứng phân hủy H;O; bay lên

dé dang

- Dung dich Cr** chuyén thanh Cr™ trén sé duoc str dung 1am dung dịch gốc

để xây dựng đường chuẩn Dùng pipet hút vào một dãy các bình định mức 25ml những thể tích dung dịch gốc CrẾ" để tạo thành các nồng độ từ 0, 10, 20, 30, 40 và 50ppm Thêm vào mỗi bình định mức 2ml thuốc thử 1,5-diphenylcacbazide để tạo nên màu cam đỏ của phức crom-1,5-diphenylcacbazon Lắc đều mỗi bình định mức

và để yên 10 phút sau đó đo độ hấp thụ của phức này ở bước sóng 540 nm

- Vẽ đường chuẩn nồng độ Cr”' dựa vào độ hấp thụ, điểm đường chuẩn cắt trụ

tung là độ hấp thụ của mẫu trắng.

Chú ý khi tiến hành các thí nghiệm chọn điều kiện tối ưu cho các yếu tố ảnh

hưởng đến quá trình hấp phụ đều sử dụng dung dịch Cr”” nồng độ 1000ppm

Cách pha dung dịch Cr”” nồng độ 1000ppm: cân chính xác 4,577g Cr(NO¿)a hòa tan vào 100ml nước được dung dịch có nồng độ là 10000ppm, sau đó dùng

pipet hút 10ml dung dịch trên cho vào bình định mức rồi định mức lên đến 100ml

được dung dịch Cr”” nông độ 1000ppm

Cách chuẩn bị mẫu hấp phụ: cân chính xác một khối lượng men cần khảo sát

cho vào cốc 250ml, sau đó cho 100ml dung dịch Cr”” vừa pha vào rồi tiến hành

khuấy ở 200 vòng/phút

* Xác định nồng độ chất hấp phụ tôi ưu

Tiến hành có định các yếu tố khác và thay đôi hàm lượng men Thực hiện các

thí nghiệm hấp phụ ở các tỉ lệ men khác nhau là 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% (phần

trăm tỉ lệ men khảo sát là phần trăm khối lượng trên 100ml thể tích dung dịch đem

hấp phụ)

s* Xác định thời gian hấp phụ tối ưu

Tiến hành cố định các yếu tố khác và thay đổi thời gian hấp phụ Thực hiện các thí nghiệm hấp phụ ở các khoảng thời gian là 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 gid

* Xác định pH hấp phụ tối ưu

Tiến hành cố định các yếu tố khác và thay đổi pH của dung dịch hấp phụ

Thực hiện các thí nghiệm hấp phụ ở các giá trị pH bằng 1, 2, 3, 4, 5, 6 Việc điều

chỉnh để đạt các giá trị pH theo yêu cầu được thực hiện bằng dung dich axit H,SO, 4M va dung dich NaOH 2M

Từ việc thực hiện các thí nghiệm trên sẽ tìm được điêu kiện tôi ưu mà tại đó nồng độ ion Cr”” bị hấp phụ trong men là cao nhất

2.4.3.2 Khảo sát xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Phương trình hấp phụ đắng nhiệt Langmuir được xây dựng dựa trên các điểm

mà tại đó cân bằng hấp phụ xảy ra tương ứng với các giá trị của nông độ chất hấp phụ thay đổi

Vì vậy để xây dựng được phương trình Langmuir phải tiến hành các thí

nghiệm khảo sát ứng với các nông độ chất hấp phụ thay đổi từ 1%, 2%, 3%, 4%

Với mỗi giá trị của nồng độ chất hấp phụ cần khảo sát theo thời gian hấp phụ từ 1

giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ để tìm vị trí cân bằng hấp phụ xảy ra

2.4.3.3 Khảo sát khả năng ảnh hưởng của các nhóm chức có trong tế bào men tới quá trình hấp phụ

Theo một số tài liệu tham khảo trong bã thải nắm men bia có chứa các nhóm chức như: cacboxyl, amin, photphat, sulfhydryl các nhóm này ít nhiều đều có ảnh

hưởng tới quá trình hấp phụ Nhưng đo thời gian có hạn nên đề tài chỉ khảo sát kha

năng ảnh hưởng của nhóm cacboxyl và nhóm amin tới quá trình hấp phụ

Ảnh hưởng của nhóm cacboxyl (-COOH)

Cách tiến hành thí nghiệm:

Bã men đã ester hóa

hydroxit cho phù hợp với lượng men đó

Bã thải men sau khi ester hóa được tiến hành thí nghiệm cho hấp phụ ở điều kiện tối ưu (thí nghiệm này được lập lại 3 lần):

- Thời gian khuấy: 3 giờ

- Tỉ lệ men: 3%

- pH của dung dịch khuấy: 4

¢* Ảnh hưởng của nhóm cacboxyl (-NH;)

Cách tiến hành thí nghiệm: