Luận văn Lên men Ethanol bằng phương pháp chu kỳ sử dụng nấm men cố định

Nhiều nghiên cứu của các tác giả cho thấy rằng nấm men cố định có tốc độ sử dụng glucose, tốc độ sinh tổng hợp Ethanol và glycerol cao hơn nhiều so với nấm men tự do mặc dù diện tích bề

MỤC LỤC



Trang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……… 1

LỜI MỞ ĐẦU……… 3

1 TỔNG QUÁT: ……… 4

1.1 Ethanol:……….4

1.2 Phương pháp lên men chu kỳ:……… 4

1.3 Nấm men cố định……… 5

1.3.1 Sơ lược về kỹ thuật cố định tế bào:……….5

1.3.2 Một số tính chất của nấm men cố định:……… 5

1.3.3 Nấm men dùng trong lên men ethanol theo phương pháp chu kỳ bằng nấm men cố định: ………6

1.4 Chất mang cố định sử dụng trong sản xuất ethanol: ………6

2 QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL:……….7

3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETANOL THEO PHƯƠNG PHÁP CHU KỲ SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ ĐỊNH:.9 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: ……… 9

3.1.1 Đường: ……….9

3.1.2 Ảnh hưởng của khoáng chất: ……… 15

3.1.4 Ảnh hưởng của vitamin: ……… 17

3.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ:………20

3.2.2 Ảnh hưởng của pH:………24

3.3 Các yếu tố khác……….26

3.3.1 Hàm lượng ethanol:……….26

3.3.2 Ảnh hưởng của chất mang:………27

3.3.3 Ảnh hưởng của sục khí:………31

3.3.4 Vấn đề tái sử dụng nấm men cố định: ………33

4 SO SÁNH HIỆU SUẤT LÊN MEN CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH VÀ NẤM MEN TỰ DO……….34

KẾT LUẬN……….38

TÀI LIỆU THAM KHẢO………39

DANH MỤC HÌNH………41

DANH MỤC BẢNG………44

sử dụng nấm men cố định, đặt biệt về các yếu tố ảnh hưởng và từ đó rút ra kết luận chung nhất cho phương pháp này.

1 TỔNG QUÁT:

1.1 Ethanol:

Ethanol được gọi là rượu etylic, rượu nguyên chất, rượu ngũ cốc, hay rượu uống, là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy Nó được biết đến nhiều nhất là loại đồ uống có cồn, ngoài ra còn được dùng làm dung môi, nhiên liệu từ cồn Theo cách dùng thông thường nó được gọi là rượu uống, hay rượu mạnh

Ethanol là một rượu mạch thẳng, công thức phân tử: C2H5OH

Lên men Ethanol còn được gọi là quá trình lên men rượu, là một quá trình sinh học trong đó các loại đường như glucose, fructose, và sucrose,… được chuyển đổi thành năng lượng cho tế bào và do đó sản sinh ra ethanol, khí CO2, cũng như các sản phẩm trao đổi chất khác

1.2 Phương pháp lên men chu kỳ:

Hình 1 Mô hình lên men chu kỳ sử dụng nấm men cố định

Lên men chu kỳ hay còn gọi là lên men gián đoạn (lên men theo mẻ) trong đó: men giống và dịch đường ban đầu có thể bơm song song để nấm men được đảo

lên men, nhưng dịch đường không bơm đầy thùng lên men ngay mà thời gian đổ đầy một thùng lên men kéo dài từ 6- 8h Nhờ đó tỷ lệ men giống lúc đầu tăng và hạn chế được phát triển của tạp khuẩn.

1.3 Nấm men cố định.

1.3.1 Sơ lược về kỹ thuật cố định tế bào:

Kỹ thuật cố định tế bào được định nghĩa là: “Kỹ thuật bao bọc hoặc định vị các tế bào còn nguyên vẹn lên một “vùng không gian nhất định” nhằm bảo vệ các hoạt tính xúc tác mong muốn”

Cố định thường là sự bắt chước các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên do các

tế bào có thể phát triển trên bề mặt hoặc bên trong các cấu trúc của nguyên liệu có trong tự nhiên

1.3.2 Một số tính chất của nấm men cố định:

 Sự thay đổi về sinh trưởng, hình thái tế bào:

Như chúng ta đã biết, quá trình sinh trưởng của vi sinh vật nói chung và nấm men nói riêng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường quanh nó Khi cố định tế bào, do sự tương tác giữa tế bào – chất mang và giữa các tế bào bới nhau mà khả năng sinh trưởng và hình thái của tế bào cũng có một vài biến đổi

Theo một số tác giả khả năng sinh trưởng của nấm men cố định kém hơn

so với nấm men tự do

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy rằng nấm men cố định luôn sinh trưởng đạt đến một số lượng tế bào không đổi và giữ nguyên như vậy cho đến khi kết thúc quá trình lên men

Bên cạnh đó Melzoch và cộng sự ( năm 1994), cũng thấy rằng 80% tế bào cố định trong gel alginate đều duy trì hoạt tính trao đổi chất và khả năng phát triển khi

nuôi cấy trong thời gian dài Saccharomyces cerevisiae cố định trong gel alginate

có thể duy trì khả năng sử dụng đường của chúng ở mức độ tương đối cao và ổn định, chỉ giảm khoảng 20% sau 1122 giờ nuôi cấy, [1]

Hình thái của nấm men cố định cũng thay đổi nhiều so với nấm men tự do

 Sự thay đổi về hoạt động trao đổi chất của tế bào:

Nhiều nghiên cứu của các tác giả cho thấy rằng nấm men cố định có tốc

độ sử dụng glucose, tốc độ sinh tổng hợp Ethanol và glycerol cao hơn nhiều so với nấm men tự do mặc dù diện tích bề mặt tế bào của nấm men cố định dùng để vận chuyển chất dinh dưỡng nhỏ hơn so với của nấm men tự do

Kết quả nghiên cứu của thầy Lê Văn Việt Mẫn và cô Bùi Thanh Huyền( 2008), về quá trình lên men cồn sử dụng nấm men cố định trên canxi alginate cho thấy nấm men cố định có tốc độ sử dụng đường cũng như tốc độ sinh tổng hợp Ethanol cao hơn hẳn nấm men tự do,[2]

 Những thay đổi về khả năng chống lại các yếu tố bất lợi của môi trường:Lượng cơ chất càng cao hoặc lượng sản phẩm càng cao thì càng ức chế hoạt động sống của tế bào nấm men Tuy nhiên, so với nấm men tự do thì nấm men

cố định khả năng chịu sự ức chế cơ chất và sản phẩm cao hơn

bằng nấm men cố định:

Thường sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae cho phương pháp lên

men này

 Yêu cầu về dinh dưỡng của nấm men Saccharomyces cerevisie:

Tất cả các chủng của S cerevisiae có thể phát triển trên glucose, maltose

và trehalose, không phát triển trên lactose và cellobiose Tuy nhiên sự sinh trưởng trên các loại đường khác nhau thì khác nhau

Khả năng sử dụng các loại đường khác nhau của nấm men có thể khác nhau phụ thuộc vào môi trường hiếu khí hoặc kỵ khí Một vài chủng không thể phát triển kỵ khí trong môi trường sucrose và trehalose

Tất cả các chủng có thể sử dụng ammoniac và urê là nguồn nitơ duy nhất, nhưng không thể dùng nitrat, vì chúng thiếu khả năng phân giải nitrat thành các ion amoni Chúng có thể sử dụng hầu hết các amino axit, peptit ngắn mạch, và đạm

cơ bản như nguồn nitơ Một số chủng S cerevisiae không có enzyme protease vì

vậy không thể chuyển hóa được protein ngoại bào

Nấm men cũng cần photpho, được dùng như là một ion dihydrogen

hữu cơ như amino axit methionine và cysteine Một số kim loại, như magiê, sắt, canxi và kẽm, cũng cần thiết cho sự tăng trưởng tốt của nấm men.

1.4 Chất mang cố định sử dụng trong sản xuất ethanol:

Kỹ thuật cố định nấm men trong sản xuất rượu đã được nghiên cứu rộng rãi, tuy nhiên việc ứng dụng kỹ thuật này trong công nghiệp vẫn còn hạn chế Mục đích của việc sử dụng nấm men cố định là để cải thiện năng suất sinh Ethanol cũng như chất lượng sản phẩm Để có thể ứng dụng thành công trong công nghiệp, chất mang được sử dụng để cố định phải đạt được độ an toàn thực phẩm, có nhiều trong

tự nhiên, giá thành thấp và không làm ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của rượu

Các chất mang thường được sử dụng gồm [3,4]:

− Chất mang hữu cơ: Alinate, PVA (polyvinil Alcohol) κ-carrageenan, Aga, DCM DCM (Delignified Cellulosic Material), …

− Chất mang thực phẩm: miếng lê, miếng mộc qua, miếng táo, nho khô,

vỏ nho,…

− Chất mang vô cơ: γ-alumina, Hydromica, Kissir,

− Chất mang dạng màng: màng membrane, màng vi lọc sinh học (biocapsule)

 Cơ chế sinh học của lên men rượu:

Lên men rượu gồm các quá trình sinh hóa và sinh học rất phức tạp, xảy ra dưới tác dụng của nhiều enzyme Đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua

bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vào bên trong Ở đó các enzyme sẽ xúc tác các phản ứng khác nhau để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí carbonic Hai chất này sau khi sinh ra sẽ qua màng tế bào chất vào môi trường lên men Rượu do rất linh động nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí carbonic hòa tan kém

Hình 2 Con đường tổng hợp Ethanol

 Phương trình tổng quát của lên men rượu:

Trong quá trình lên men rượu, mỗi phân tử gam glucose sẽ giải phóng ra khoảng 50kcal Năng lượng này sẽ được nấm men sử dụng khoảng 20kcal Số còn lại sẽ thải ra canh trường do đó làm tăng nhiệt độ dịch lên men

Trong quá trình lên men, ngoài sản phẩm chính là rượu và CO2, còn tạo ra nhiều chất khác Bằng phân tích sắc ký người ta phát hiện trên 50 chất khác nhau, nhưng có thể xếp thành 4 nhóm chính: acid, este, aldehyl, và rượu bậc cao hay rượu

có số carbon lớn hơn hai

THEO PHƯƠNG PHÁP CHU KỲ SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ ĐỊNH:

3.1 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất:

31.1 Đường:

Đường là nguồn nguyên liệu chính mà nấm men sẽ sử dụng để chuyển hóa thành cồn Tuy nhiên nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men Kết quả là rượu nhiều sẽ

ức chế không những các tạp khuẩn mà còn cả nấm men Mặc khác đường nhiều sẽ dẫn đến tổn thất hoặc phải kéo dài thời gian lên men Ngược lại nếu nồng độ dịch

2CO2 + 2CH3CH2OH

C6H12O6 zymase

đường thấp sẽ không kinh tế làm giảm năng suất thiết bị lên men Mặc khác sẽ tốn hơi khi chưng cất và tổn thất rượu trong bã rượu và nước thải

Hình 3 Tốc

độ sử dụng đường trong canh trường nấm men

Saccharomyces cerevisiae cố định trong gel alginate

Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự (2008), [2] Từ Hình 3.2 cho ta thấy:

Chu kỳ II, kéo dài hơn chu kỳ I I vì sự gia tăng nồng độ đường ban đầu làm cho thời gian lên men bị kéo dài Ngoài ra khi nồng độ đường ban đầu tăng cao, tốc

độ sử dụng đường cũng giảm Tuy nhiên, sự thay đổi trong canh trường dùng nấm men cố định là không nhiều như canh trường dùng nấm men tự do

So sánh giữa nấm men cố định và nấm men tự do; nấm men cố định, thời gian lên men luôn kéo dài hơn, nhưng nồng độ đường sót thấp hơn, nồng độ cồn từ 8.4-11.7%, cao gấp đôi trường hợp dùng nấm men tự do Lý do có thể nấm men cố định đã được bảo vệ, không bị ảnh hưởng bởi các thay đổi bất lợi như pH, tích lũy cồn, các yếu tố này đều làm giảm hoạt động trao đổi chất của nấm men

Một khảo sát khác của Irfana Ikram và cộng sự (2009), [5], khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đường ban đầu tới quá trình lên men Kết quả như sau:

Hình 4 Ảnh hưởng của nồng độ đường đến quá trình lên men Ethanol bằng

nấm men S cerevisia GC-IIB31 tự do và cố định , nhiệt độ 30 độ C, pH 4.5

Nồng độ đường dao động trong khoảng 12- 21% và thực hiên lên men từ 24- 120h.

Ta thấy rằng ở nồng độ đường 12%, nấm men tự do đạt hiệu suất sinh Ethanol 2,34%, tiêu thụ 8,08% đường Tuy nhiên đối với nấm men cố định thì đạt hiệu suất sinh Ethanol là 4,13% và tiêu thụ 11,04% đường

Hiệu suất tối đa thu nhận được khi nồng độ đường là 15% ở trong cả 2 trường hợp sử dụng nấm men tự do hay cố định Nấm men tự do cho 6,49% etanol, tiêu thụ hết 14,92% đường trong khi đó đối với nấm men cố định thì tạo ra 5,85% Ethanol và tiêu thụ hết 14.9% đường

Ở hai nồng độ 18% và 21% còn lại thì hiệu suất thu nhận Ethanol giảm xuống rất thấp Khi nồng độ đường lên cao, làm cho độ nhớt tăng cao, làm giảm quá trình trao đổi chất, giảm hiệu suất tổng hợp ethanol

Kết quả nghiên cứu của Irfana Ikram [5] cho thấy nồng độ đường cho hiệu suất sinh Ethanol cực đại chỉ đạt 15%, thấp hơn so kết quả thu được của thầy Lê Văn Việt Mẫn Có thể sự sai lệch này là do kỹ thuật thực hiện khác nhau như mật

độ nấm men, tạp nhiễm, v, v …

Nồng độ đường cũng có ảnh hưởng quyết định tới quá trình lên mên và ảnh hưởng tới tốc độ tạo thành sản phẩm và năng suất cuối cùng khi được bổ sung vào trong thời kỳ sinh trưởng phát triển của nấm men Nồng độ đường ban đầu nó ảnh hưởng tới lượng Ethanol thành phẩm Theo hình trên ta thấy sản phẩm Ethanol tối

đa thu nhận được ở môi trường có chứa 15% đường ở trong cả 2 trường hợp lên

men sử dụng nấm men S cerevisiae cố định hay tự do Khi nồng độ đường tiếp tục

tăng dẫn đến làm giảm lượng Ethanol là do hàm lượng đường tăng dẫn đến làm tăng độ nhớt môi trường dẫn đến việc làm giảm quá trình trao đổi chất do đó mà làm giảm hiệu suất tạo thành ethanol

Maziar Safaei Asli ( 2009), cũng nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đường vào

quá trình sản xuất Ethanol theo chu kỳ, sử dụng chủng nấm men Saccharomyces

Cerevesiae SC1, kết quả thể hiện trên hình 5 và 6, [6],

Hình 5 Ảnh hưởng của nồng độ đường đầu vào quá trình sản xuất ethanol.

Hình 6 Ảnh hưởng của nồng độ đường ban đầu vào quá trình chuyển hóa

Từ hình 5 và 6 cho ta thấy nồng độ đường ban đầu ảnh hưởng tới nồng độ Ethanol và quá trình chuyển hóa đường trong suốt quá trình lên men Căn cứ theo kết quả, nồng độ Ethanol tăng khi tăng nồng độ cơ chất nhưng có sự biến đổi rộng trong khoảng thời gian diễn ra lên men Những nồng độ Ethanol tối đa là 23, 46.1

và 95.1 g/l thu nhận được ở 48, 72 và 120h với các dung dịch đường tương ứng là

Cũng theo kết quả của nghiên cứu này sản lượng Ethanol tối đa và tối thiểu thu nhận được ở dung dịch đường ban đầu là 100 và 250 g/l

Bảng 1 Ảnh hưởng của nồng đồ đường ban đầu tới hiệu suất Ethanol

Nồng độ đường ban đầu( g/L ) Hiệu suất lên men

Hình 7 Ảnh hưởng của nồng độ đường tới hiệu suất tổng hợp Ethanol

Tốc độ sinh trưởng và lượng sinh khối đạt cực đại khi dùng nấm men cố định sẽ cao hơn khi dùng nấm men tự do Vì khi lên men với nồng độ cơ chất cao, dùng nấm men cố định, trên bề mặt chất mang sẽ xuất hiện một gradient nồng độ,

và giúp cho nấm men làm quen dần với môi trường

3.1.2 Ảnh hưởng của khoáng chất:

Khoáng chất đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt động của tế bào men, đặc biệt là phospho Phospho thường ở dạng liên kết hữu cơ và có trong thành phần của photphatit, nucleoproteit cũng như axit nucleic Phospho, Magie và lưu huỳnh có tác dụng làm hoạt hóa photphataza trong quá trình lên men Lưu huỳnh và sắt đều tham gia phản ứng oxy hóa khử, ngoài ra sắt cùng với các chất vô cơ khác như Zn, Mn, Cu, Mg đều là những chất không thể thiếu đối với nhiều enzym oxy hóa) oxydaza, katalaza peroxydaza) Canxi còn giúp và loại bỏ các chất độc thải ra khi lên men, đồng thời giúp cho tổng hợp protit, làm tăng quá trình oxy hóa và có tác dụng tạo thành một số vitamin

Bảng 2 Ảnh hưởng của các chất khoáng bổ sung vào môi trường trong

quá trình lên men Ethanol bởi nấm men cố định S.cerevisiae trong gel alginate

Khoáng chất Nồng độ Etanol , % khối lượng

20h 48hMẫu đối chứng, không bổ

107CFU/ml, [8]

Từ kết quả của bảng 2 cho ta thấy tầm quan trọng của việc bổ sung thêm

khoáng chất trong môi trường lên men đối với chủng nấm men S cerevisiae Nhìn

chung, việc bổ sung các khoáng chất( Cu, Ca, Mg và Zn) đều làm tăng nồng độ Ethanol, cải thiện quá trình tiêu thụ đường và làm tăng mật độ chất nền alginate hơn so với trường hợp lên men với nấm men cố định mà không có bổ sung thêm khoáng

Hình 8 Hiệu quả của quá trình lên men từ lõi ngô thủy phẩn bởi nấm men

cố định S.cerevisiae với việc bổ sung các loại khoáng chất khác nhau Mẫu được

phân tích sau 48h lên men Điều kiện lên men giống bảng 2

Như chúng ta đã biết thì các muối khoáng tham gia vào quá trình trao đổi chất của nấm men như là chất hoạt hóa của các enzym, hoặc nó là một phần của enzym, là một phần của trung tâm hoạt động enzym Từ hình 8 cho ta thấy việc bổ sung khoáng chất đều làm tăng hiệu quả của quá trình lên men (trừ trường hợp bổ sung CuCl2 (2 mg/L), và hiệu quả quá trình lên men đạt giá trị tối đa ở trường hợp

bổ sung hỗn hợp MgSO4 (2g/L) và ZnSO4 (0.3 g/L) Cũng theo nghiên cứu này thì ion Magie đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc giảm thiểu những ảnh hưởng

có hại của đặc tính độc của Ethanol và sốc nhiệt vào chủng S cerevisiae Cả stress

nhiệt và Ethanol có thể gây ra rối loạn trong nội cân bằng ion trong tế bào, dẫn đến làm giảm các hoạt động trao đổi chất và cuối cùng là tế bào chết Tuy nhiên, ion magie làm giảm proton, và đặc biệt là tính thấm aninon của màng tế bào bằng tương tác qua lại với màng phospholipit, kết quả làm ổn định màng Như vậy, rõ ràng là

việc bổ sung thêm magie đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình lên men có nồng độ cơ chất và sản phẩm cao Tương tự như vậy, việc bổ sung thêm Zn cũng rất quan trọng trong quá trình trao đổi chất của nấm men, đặc biệt trong quá trình lên men với các cơ chất thiếu Zn.

Các ion Cu cũng làm tăng sản lượng Ethanol và sự sinh sản của nấm men với nồng độ 1 mg/L Hơn nữa, với tăng thêm nồng độ của ion Cu (2 và 3 mg/L), các tác động có lợi về sự ổn định cơ học của các hạt alginate- cố định đã được quan sát Mặc khác, nồng độ của các ion Cu cao sẽ gây độc đối với nấm men, do đó mà làm giảm hiệu quả quá trình lên Mặc dù vậy, việc bổ sung ion Cu rất cần thiết trong các quá trình đường hóa và lên men của quá trình lên men từ tinh bột thủy phân, khi đó Cu có thể hoạt hóa các enzym tham gia quá trình thủy phân tinh bột, ví

dụ như enzym α-amylase, làm cho hiệu quả quá trình đường hóa và lên men tăng lên rõ rệt Bên cạnh các ion Cu, các ion Ca và Mg cũng đóng vai trò như những chất hoạt hóa enzym α-amylase và do đó cũng làm tăng hiệu quả của quá trình đường hóa và lên men từ cơ chất là tinh bột

3.1.4 Ảnh hưởng của vitamin:

Để đảm bảo cho sự sống, nấm men cần các vitamin B1 có trong thành phần của coenzym cacboxylaza B2 có ở dạng este phosphoric, axit nicotin có trong coenzymaza… Biotin và axit paraaminobenzoic là những chất kích thích cho sinh trưởng của nấm men

Bảng 3 Ảnh hưởng việc bổ sung vitamin trong môi trường lên men

Ethanol từ dịch lõi ngô thủy phân bởi nấm men S cerevisiae cố định trong alginate

Vitamin Nồng độ Etanol( % khối lượng)

Hình 9 Hiệu suất của quá trình lên men của dịch lõi bắp thủy phân được lên

men bởi nấm men cố định S cerevisiae có bổ sung vitamin

Từ kết quả trên cho ta thấy hiệu quả quá trình lên men đạt cao nhất là 82,08% khi bổ sung Ca- pantothenate( 1g/L), khi bổ sung Ca- pantothenate vào thì hiệu quả quá trình lên men tăng gần 8% ( từ 76,79 lên 82,08%) Ảnh hưởng của Ca- pantothenate mạnh hơn nhiều so với ảnh hưởng của hỗn hợp vitamin B (thiamin, pyridoxine và biotin), hỗn hợp vitamin này chỉ làm tăng khoảng 2% so với mẫu đối chứng (từ 76.79% lên 78.7%) Ca-pantothenate, hỗn hợp vitamin và Inositol đều làm tăng khả năng chịu đựng của nấm men đối với cồn, từ đó nó kích thích sự tổng hợp các chất béo vì vậy sẽ làm giảm sự rò rỉ của màng tế bào của nấm men

Bổ sung khoáng và Vitamin

Dựa trên những kết quả đã thu được, tiếp tục lên men bổ sung đồng thời vitamin và khoáng chất như sau: MgSO4 (2g/L), ZnSO4 (0.3g/L), CuCl2 (1mg/L), Ca-pantothenate (1g/L) và Inositol (1g/L) Dựng đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của

bổ sung vitamin và khoáng chất tới sản phẩm Ethanol và việc tiêu thu đường như sau:

Hình 10 Động lực học của quá trình sản xuất Ethanol và tiêu thụ dường

glucose trong quá trình lên men dịch lõi ngô thủy phân bởi nấm men cố định

S.cerevisiae (mẫu không và có bổ sung vitamin và khoáng chất)

Hình 11 Số lượng tế bào thu nhận được trong quá trình lên men

Bảng 4 Ảnh hưởng của việc bổ sung vitamin và khoáng chất vào môi trường

trong quá trình lên men Ethanol

(ethanol)( %)

Sản lượng

lý thuyết( %)

Yp/s(g ethanol/

g tinh bột)

P(g/L.h)

chất bổ sung còn làm tăng Yp/s từ 0.43 lên 0.52 g ethanol/g tinh bột và hiệu suất quá trình lên men cũng tăng từ 1.67 lên 2.01 g/L.h

3.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ:

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Mỗi vi sinh vật đều có nhiệt độ tối ưu cho phát triển của chúng Đối với nấm men Saccharomyces, nhiệt độ tối ưu nằm trong giới hạn 28÷ 32oC Tuy nhiên, nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn Mặt khác, nếu có điều kiện làm lạnh dịch đường tới 20÷ 22oC sẽ hạn chế được phát triển của tạp khuẩn Sau 8 đến 10h nhiệt độ lên men sẽ tăng đến 28÷ 30oC, tiếp đó cần làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giới hạn tối ưu Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men sẽ giảm nhanh nhưng chủ yếu là dễ bị nhiễm lactic và nấm men hoang dại Ở nhiệt độ 30oC, men hoang dại phát triển nhanh hơn Saccharomyces 2 đến 3

lần, còn ở nhiệt độ 35÷ 38oC chúng phát triển nhanh gấp 6 đến 8 lần Mặt khác, khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều este aldehyt và tổn thất rượu theo CO2 sẽ tăng

Kết quả nghiên cứu của Irfana Ikram cho thấy:

Nhiệt độ khảo sát dao động trong khoảng 25- 40 độ C và thực hiên lên men

từ 24- 120h

Trong khoảng nhiệt độ khảo sát như trên: nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 5,38 %, suất tiêu thụ đường cực đại 14,62%; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 4,18 %, suất tiêu thụ đường cực đại 11,71 % Hiệu suất sinh

Ethanol cực tại khi nhiệt độ bằng 30 độ C cho cả nấm men tự do và nấm men cố định Ở 30 độ C, nấm men nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 6,42 %, suất tiêu thụ đường cực đại 14,79 %; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 5,83 %,

suất tiêu thụ đường cực đại 17,02 %

Hình 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men Ethanol bằng nấm

men S cerevisia GC-IIB31 tự do và cố định , nồng độ đường ban đầu 15% , pH 4.5,

Dưới đây là kết quả khảo sát khác của K Pramanik, biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ tới nồng độ Ethanol tạo thành và sự chuyển hóa của đường.

Hình 13 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới nồng độ Ethanol