Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp thụ

Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp thụ

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU (size 15)

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (size 13)

NGUYỄN VĂN Y (size 13)

TÊN ĐỀ TÀI (size 16 hay 18 tùy theo số chữ trên đề tài) in hoa và đậm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (size 13) Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HOC (size 13)

Người hướng dẫn

GS TS NGUYỄN VĂN X (in đậm, size 13)

TS LÊ THỊ Y (in đậm, size 13)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Người hướng dẫn

Th.S DIỆP KHANH

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

-o0o -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trịnh Đình Minh

Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 11 - 1990

Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học

MSSV: 0852010100

Nơi sinh: Thanh Hóa

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều

bằng phương pháp chưng cất và hấp phụ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Đưa ra được quy trình sản xuất cồn tuyệt đối từ dịch ép trái điều

 Tổng hợp được vật liệu zeolite 3A

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 20 – 2 - 2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25 – 6 – 2012

V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Diệp Khanh

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Bà Rịa – Vũng Tàu, Ngày 31 tháng 7 năm 2012

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Th.S Vũ Thị Hồng Phượng PGS.TS Nguyễn Văn Thông

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàui

Xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Ban giám hiệu trường Đại học

Bà Rịa – Vũng Tàu, quý Thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm, đặc biệt là thầy Diệp Khanh đã giành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành bài báo cáo này Nhân đây, tôi cũng muốn cảm ơn đến những người bạn của tôi đã luôn ở bên động viên, khích lệ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài này

Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thiện báo cáo bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

TRỊNH ĐÌNH MINH

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

LỜI MỞ ĐẦU

Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, trong vài thập kỷ qua, nhiều quốc gia đã tập trung nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, tiến tới xây dựng một ngành nhiên liệu sạch tại quốc gia mình Các dạng nhiên liệu sạch như thủy năng, năng lượng nguyên tử, đặc biệt là các dạng năng lượng tái tạo được như năng lượng mặt trời, năng lượng gió và NLSH đang được đầu tư phát triển trên khắp thế giới [13]

Trước nhu cầu về nhiên liệu rất lớn cũng như trước tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay, Chính phủ Việt Nam đã xác định NLSH là ngành công nghiệp mũi nhọn cần được ưu tiên đầu tư và phát triển để giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 của

Bộ Công thương đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tháng 11-2007

Việt Nam là một nước có nền kinh tế nông nghiệp tương đối phát triển với thế mạnh là ngành trồng trọt, đặc biệt là ngành điều với sản lượng điều xuất khẩu đứng đầu trên thế giới và những năm gần đây kim ngạch xuất khẩu điều tăng liên tục [11] Bên cạnh đó, ngành trồng trọt rau củ quả cũng phát triển rất mạnh nên đây là một lợi thế rất lớn để phát triển NLSH

Với một diện tích trồng điều rộng lớn trải dài từ Đông nam bộ đến Tây nguyên

và duyên hải miền trung, nước ta đang có một tiềm năng lớn về nguyên liệu để sản xuất etanol từ thịt trái điều Trước đây, thịt trái điều sau khi thu hoạch lấy hạt thì chỉ một phần nhỏ được sử dụng để làm thức ăn cho gia súc, còn phần lớn bị bỏ đi như là một phế phẩm trong nông nghiệp, nên không mang lại hiệu quả kinh tế cao và rất lãng phí [16] Trong khi đó, nếu dùng thịt quả điều để sản xuất cồn (ethanol) tuyệt đối làm phụ gia pha xăng sẽ tận dụng được nguồn nguyên liệu này, giúp tiết kiệm cho ngân sách quốc gia hàng nghìn tỷ đồng từ việc nhập khẩu xăng dầu, làm giảm thâm hụt thương mại ( phần lớn lượng xăng dầu của nước ta đang phải nhập khẩu, mà nguyên liệu dầu thô lại ít ỏi )

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàuiii

Hàn Quốc, Brazil và thậm chí Thái Lan, Trung Quốc, Philippin đã sản xuất được Ethanol để pha trộn với xăng [15] Ở Việt Nam , việc sản xuất ethanol từ thịt trái điều

để làm phụ gia pha vào xăng mới chỉ dừng lại ở khuôn khổ phòng thí nghiệm, một số

ít ở quy mô nhỏ lẻ và chưa được ứng dụng rộng rãi

Do đó, đề tài: “Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn tuyệt đối từ dịch

ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp phụ” có khả năng ứng dụng rộng

rãi trên quy mô công nghiệp, sản xuất phụ gia pha xăng mang lại hiệu quả kinh tế cao Trong đồ án này, rây phân tử zeolit 3A được tổng hợp từ nguồn hóa chất Việt Nam để làm chất hấp phụ Các yếu tố về loại men, lượng men bổ sung và nhiệt độ hấp phụ để sản xuất cồn nhiên liệu từ dịch điều đã được nghiên cứu và thảo luận

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Lời mở đầu ii

Danh mục các hình vii

Danh mục các bảng ix

Danh mục các sơ đồ x

Các chữ viết tắt xi

Chương 1: Tổng quan tài liệu 1

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu sản xuất 1

1.1.1 Nguồn gốc và tình hình phát triển của ngành điều Việt Nam 1

1.1.2 Yêu cầu về sinh thái của cây điều 2

1.1.3 Các thành phần của trái điều 3

1.1.4 Tanin trong trái điều 5

1.1.5 Các nghiên cứu về tận dụng trái điều 6

1.2 Tổng quan về cồn 8

1.2.1 Một số chế phẩm từ cồn 10

1.2.2 Sản xuất cồn 10

1.2.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn 12

1.3 Tổng quan về nấm men Saccharomyces cerevisiae 16

1.3.1 Hình dạng, cấu tạo và sinh sản 16

1.3.2 Các giai đoạn sản xuất Saccharomyces cerevisiae thương phẩm 18

1.3.3 Lên men rượu từ nấm men 19

1.4 Công nghệ làm khan cồn 21

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàuv

1.4.2 Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc 24

1.4.3 Phương pháp sử dụng màng pervaporation 25

1.5 Sơ lược về vật liệu zeolite 27

1.5.1 Giới thiệu về zeolite 27

1.5.2 Phân loại zeolite 27

1.5.3 Sự hình thành cấu trúc zeolite 28

1.5.4 Tính chất chọn lọn hình dạng của zeolite 30

1.5.5 Phương pháp tổng hợp zeolite A 33

1.6 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài 35

Chương 2: Thực nghiệm 37

2.1 Vật liệu nghiên cứu 37

2.2 Thiết bị và dụng cụ 37

2.3 Phương pháp nghiên cứu 37

2.4 Phương pháp tiến hành 39

2.4.1 Thí nghiệm 1: Tổng hợp zeolit 3A 39

2.4.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của hai loại men: men rượu và men ép tới quá trình lên men 42

2.4.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của các tỉ lệ men đến sự lên men 43

2.4.4 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình làm khan cồn bằng zeolit 3A ở pha lỏng 44

Chương 3: Kết quả và bàn luận 46

3.1 Kết quả tổng hợp zeolite 3A 46

3.2 Kết quả khảo sát khả năng lên men của hai loại men 47

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ men đến khả năng lên men 50

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

zeolite ở pha lỏng 52

Chương 4: Kết luận và đề nghị 54

4.1 Kết luận 54

4.2 Đề nghị 54

Tài liệu tham khảo 55

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàuvii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hoa và trái điều 1

Hình 1.2: Hình dạng và cấu tạo trái điều .3

Hình 1.3: Một số sản phẩm từ nước điều 7

Hình 1.4: Hình dạng và cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae 16

Hình 1.5: Sự sinh sản vô tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae 17

Hình 1.6: Cơ chế sinh sản hữu tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae 18

Hình 1.7: Sơ đồ sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp trích ly ở Brazil 22

Hình 1.8: Thiết bị chưng cất phân tử 23

Hình 1.9: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị loại màng pervaporation 25

Hình 1.10: Cấu trúc cơ bản của zeolite 28

Hình 1.11: Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) trong cấu trúc của zeolite 29

Hình 1.12: Sơ đồ minh họa quá trình hình thành Zeolite 29

Hình 1.13: Sự chọn hình dạng chất tham gia phản ứng 30

Hình 1.14: Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng 30

Hình 1.15: Sự chọn lọc sản phẩm theo trạng thái tạo thành của hợp chất trung gian 31

Hình 2.1: Mô hình thí nghiệm trao đổi cation giữa zeolite 4A với KCl 40

Hình 2.2: Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể 41

Hình 2.3: Mô hình thí nghiệm chưng cất thu hồi cồn từ dịch điều lên men 43

Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm làm khan cồn 45

Hình 3.1: Phổ XRD của zeolit 3A 46

Hình 3.2: Zeolit 3A dạng cầu 47

Hình 3.3: Biến thiên độ Brix khi sử dụng hai loại men 48

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Hình 3.5: Biến thiên độ Brix của 3 mẫu ở các tỉ lệ men khác nhau 50

Hình 3.6: Lượng cồn 400 thu được của 3 mẫu 52

Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng làm khan cồn 52

Hình 3.8: Nồng độ cồn sản phẩm sau các lần hấp phụ 53

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàuix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học có trong 100g quả điều tươi 4

Bảng 1.2: Đặc trưng hóa lý của dịch trái điều 5

Bảng 1.3: Yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của cồn thực phẩm 9

Bảng 1.4: Phân loại cồn theo TCVN 1052 – 71 9

Bảng 1.5: So sánh ưu – nhược điểm của các phương pháp làm khan cồn 26

Bảng 2.1: Bố trí thí nghiệm 2 42

Bảng 2.2: Bố trí thí nghiệm 3 43

Bảng 3.1: Kết quả biến thiên độ Brix ở hai loại men 47

Bảng 3.2: Thể tích và hiệu suất thu hồi cồn của 2 loại men sau chưng cất lần 1 49

Bảng 3.3: Biến thiên độ Brix ở các tỉ lệ men 50

Bảng 3.4: Lượng cồn thu được sau chưng cất lần 1 và lần 2 của 3 mẫu 51

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1: Quy trình sản xuất cồn 11

Sơ đồ 1.2: Quy trình tổng hợp zeolit A từ Kaolin 33

Sơ đồ 1.3: Quy trình tổng hợp zeolit 3A từ nguồn hóa chất cơ bản 34

Sơ đồ 1.4: Quy trình đề nghị lên men rượu vang điều 35

Sơ đồ 1.5: Quy trình đề nghị sản xuất cồn thô từ trái điều giả 36

Sơ đồ 2.1: Sơ đồ thực hiện đề tài 38

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàuxi

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NLSH : Năng lượng sinh học

NST : Nhiễm sắc thể

PVN : Tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam

SBU : Secondary Building Unit

TCVN – 71 : Tiêu chuẩn Việt Nam – 71

VINACAS : Hiệp hội điều Việt Nam

XRD : X-ray Diffraction (phương pháp nhiễu xạ tia X)

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu sản xuất

1.1.1 Nguồn gốc và tình hình phát triển của ngành điều Việt Nam [16]

Cây điều có tên khoa học Anacardium occidentale L Một số vùng nước ta còn gọi là cây đào lộn hột Tên tiếng Anh thường gọi là “Cashew”

Hình 1.1: Hoa và trái điều

Cây điều được du nhập vào nước ta từ thế kỷ thứ XVIII, ban đầu được trồng phân tán trong các vườn hộ gia đình và đồn điền Sau năm 1975 cây điều được chọn là cây trồng phủ xanh đất trống đồi trọc kết hợp lấy hạt, trái Từ năm 1980 trở đi, cây điều được quan tâm mở rộng diện tích trồng theo hướng thu hoạch hạt phục vụ cho chế

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

biến xuất khẩu Năm 1988 ngành chế biến xuất khẩu nhân điều được hình thành; diện tích cây điều lúc đó vào khoảng 35.000 ha trồng từ hạt, trong đó non nửa diện tích đã cho thu hoạch Năm 1999 diện tích cây điều cả nước đã tăng lên 240.000 ha, sản lượng hạt thô 70.000 tấn; cả nước có 60 cơ sở chế biến hạt điều, kim ngạch xuất khẩu đạt 110 triệu đô la Mỹ (USD)

Trong 32 nước trồng điều trên thế giới, Việt Nam là một trong 3 nước có diện tích và sản lượng điều cao nhất Hiện nay, Việt Nam có khoảng 450.000 ha điều được trồng tập trung nhiều nhất chủ yếu ở các tỉnh Đông Nam bộ như: Bình Phước, Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai và vùng Tây Nguyên

Mặc dù trong giai đoạn nền kinh tế thế giới phục hồi chậm sau khủng hoảng tài chính nhưng tốc độ tăng kim ngạch xuất khẩu nhân điều năm 2010 của Việt Nam ước đạt trên 1 tỷ USD, cao nhất từ trước tới nay Với kết quả ấn tượng này, trong 4 năm liên tục (2006-2010) Việt Nam đã trở thành nước có số lượng và kim ngạch xuất khẩu nhân điều số 1 thế giới và giữ vững vị trí nước chế biến đứng thứ 2 thế giới sau Ấn Độ

và đứng thứ 3 thế giới về năng suất và sản lượng sau Ấn Độ và Bờ Biển Ngà

Ngành điều Việt Nam đặt mục tiêu, năm 2011 diện tích trồng điều cả nước sẽ đạt

450 nghìn ha với sản lượng thu hoạch 500 nghìn tấn, chế biến xuất khẩu khoảng 200 nghìn tấn điều nhân, thu về khoảng 1,5 tỷ USD, tăng khoảng 32% về giá trị so với năm

2010

Để duy trì tốc độ sản xuất và xuất khẩu, vừa qua, Hiệp hội điều Việt Nam (Vinacas) đã trình lên Bộ NN&PTNT quy hoạch chi tiết ngành điều Trong bản quy hoạch này, Vinacas đề nghị xây dựng vùng chuyên canh điều rộng 200.000ha tại tỉnh Bình Phước, nơi được mệnh danh là thủ phủ của loại cây này

Theo Chủ tịch VINACAS, mục tiêu đề ra của ngành điều đến năm 2020 là giữ diện tích trồng điều từ 315.000 – 350.000 ha Trong đó, tập trung vùng Đông Nam bộ 180.000 – 200.000 ha, Tây Nguyên 90.000 – 100.000 ha và Duyên Hải Nam Trung bộ 25.000 – 30.000 ha; sản lượng điều thô cho chế biến 350.000 – 400.000 tấn; kim ngạch xuất khẩu đạt 1,5 tỷ USD vào năm 2020

1.1.2 Yêu cầu về sinh thái của cây điều [14]

Về sinh thái, cây điều phát triển tốt ở những điều kiện:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

cao 380C, không có sương giá

- Mưa, ẩm: lượng mưa 800 – 1.600 mm/ năm, độ ẩm không khí tương đối 65 –

85 %; có hai mùa mưa và khô rõ rệt kéo dài 5 – 6 tháng

- Gió: ở những vùng ít bị ảnh hưởng của gió bão và lốc xoáy, tốc độ gió từ 2 – 25

km/ giờ

- Đất: cây điều có thể mọc được trên nhiều loại đất, nhưng phát triển tốt trên các

loại đất cát, cát pha, thịt nhẹ, đất tơi xốp có tầng đất dầy trên 1m, tầng nước ngầm sâu

từ 1,5 m đến trên 5 m; đất phải thoát nước; độ pH từ 5 – 7,3; độ cao so với mặt nước biển dưới 700 m

1.1.3 Các thành phần của trái điều [16]

Hình 1.2: Hình dạng và cấu tạo trái điều

Hạt điều (trái thực của cây điều) là phần có giá trị kinh tế cao nhất Nhân điều (hạt điều bóc vỏ) chiếm 25 – 30% trọng lượng hạt, trong đó bột đường (22 – 33 %), chất béo (44 – 49% ), đạm (15 – 28% ) Ngoài ra còn có sinh tố B1, sinh tố E và nhiều chất khoáng rất cần cho cơ thể con người Do vậy nhân điều là thực phẩm bổ dưỡng cao cấp, được người tiêu dùng ở nhiều nước trên thế giới ưa chuộng

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Vỏ hạt điều chứa 18 – 23% dầu vỏ điều, là nguyên liệu để chế ra các loại sản phẩm như: sơn phủ kim loại, sơn cách điện, sơn mỹ nghệ, bột ma sát, thuốc bảo quản

gỗ v.v… Hiện nay, dầu vỏ điều cũng là một mặt hàng xuất khẩu

Trái điều (trái giả của cây điều) cho dịch ép trong đó chứa đường, nhiều chất khoáng, sinh tố (C, B1, B2, PP), có thể chế ra nước uống, sirô cô đặc, rượu điều, mứt, rau xanh; bã trái làm thức ăn cho gia súc, phân bón v.v…

Bảng 1.1: Thành phần hóa học có trong 100g quả điều tươi [17]

Thành phần Hàm lượng Nước 84,4 – 88,7 g Protein 0,101 – 0,162 g Chất béo 0,05 – 0,50 g Carbohydrate 9,08 – 9,75 g Chất xơ 0,4 – 1,0 g Khoáng 0,19 – 0,34 g Canxi 0,9 – 5,4 g Photpho 6,1 – 21,4 mg Sắt 0,19 – 0,71 mg Carotene 0,03 – 0,742 mg Thiamine 0,023 – 0,03 mg Riboflavin 0,13 – 0,4 mg Niacin 0,13 – 0,539 mg Acid Ascorbic 146,6 – 372,0 mg Tanin 0,42 – 0,48 g

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Bảng 1.2: Đặc trưng hóa lý của dịch trái điều [8]

1.1.4 Tanin trong trái điều [8]

Hàm lượng tanin trong dịch trái điều khá cao gây nên vị chát, khé cổ khi uống do

đó ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến và tận dụng dịch quả điều Cho đến nay cũng chưa có tài liệu nào nói đầy đủ về các thành phần của tanin trong trái điều Tuy nhiên

do bản chất là tanin thực vật nên tanin trong quả điều cũng có những tích chất sau:

- Trọng lượng phân tử của tanin biến thiên từ 500 đến 3000 Ở thể rắn tanin kết tinh vô định hình và có vị chát đắng ở mức độ khác nhau Trong y học tanin của một

số loại cây được dùng làm thuốc, trong công nghiệp tanin được dùng làm thuộc da

- Nói chung các loại tanin đều tan trong nước trừ tanin (kết hợp ) và hòa tan được trong một số dung môi hữu cơ như: rượu, ete, aceton, atylacetac Phần lớn tanin không tan trong dầu hỏa và cloroform

Một số tính chất hóa học:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Khi tác dụng với dung dịch Kali Bicromat hoặc acid cromic tạo thành kết tủa màu xanh nhạt

- Tanin tác dụng với vanilin tạo thành phức vannilin-tanin có màu nâu đỏ trong môi trường acid

- Tác dụng với dung dịch amonferixianua, alcaloit sẽ tạo thành phức tương ứng với kết tủa Tính chất này có ý nghĩa quan trọng là dùng chúng để kết tủa protein trong công nghiệp thuộc da, khử độc khi bị nhiễm độc alcoloit và khi cần có thể tủa để loại

bỏ tanin ra khỏi dung dịch

- Tanin có khử mạnh trong không khí nó dễ dàng bị oxy hóa nhất là trong môi trường kiềm chúng bị oxy hóa rất mạnh Sản phẩm tự oxy hóa của tanin có màu nâu đỏ sau đó chuyển sang màu xám đen hoặc nâu thẩm

- Tanin bị oxy-hóa sâu sắc và triệt để khi tác dụng với KMnO4 trong môi trường aicd hoặc với dung dịch iod trong môi trường kiềm Người ta lợi dụng tính chất này

để định lượng tanin có trong nguyên liệu thực vật

- Ngoài những tính chất trên tanin còn có thể tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ

và hữu cơ khác Đặc biệt là dưới tác dụng của enzim oxy - hóa khử tương ứng Tanin thực vật dễ dàng bị oxy - hóa và ngưng tụ thành những sản phẩm có màu hoặc không màu ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc và chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm thực phẩm được chế biến từ nguyên liệu thực vật

1.1.5 Các nghiên cứu về tận dụng trái điều

Trên thế giới

Từ lâu nhiều quốc gia trên thế giới đã sử dụng nguồn phụ phẩm này như một loại thực phẩm Ở châu Phi, Ấn Độ, Mô-dăm-bích và Brazil người ta sử dụng nước trái điều như một loại nước giải khát và sản xuất sirô, kẹo từ trái điều

Các sản phẩm từ trái điều như:

Cashola: nước giải khát có gas được sản xuất từ dịch ép trái điều đã được xử lý tới nồng độ 290Bx và độ axit 0,4 % rồi pha loãng với 3 thể tích nước [Anon,1970]

Cajuada: một loại đồ uống phổ biến ở miền nam Brazil, trong thành phần chỉ có dịch ép trái điều pha với nước hoặc kết hợp với sữa [Johnson,1977]

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Cajuina: đồ uống không cồn chế biến từ dịch ép trái điều lọc trong và thanh trùng Caju aperativo: đồ uống được sản xuất từ dịch trái điều pha trộn với rượu mía

Satyavithi và các cộng sự, năm 1963 đã nghiên cứu đưa ra quy trình sản xuất

giấm trái điều

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

điều thủ công cho nông dân xã Cát Hanh, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định và xã Tân Lập, huyện Đồng Phú, tỉnh Bình Phước

Công nghệ sản xuất cồn khô từ phế phẩm của trái điều do Th.S Nguyễn Minh Hiền, giảng viên Bộ môn Vi sinh, khoa Công nghệ Thực phẩm, Đại học Nông Lâm TP.HCM nghiên cứu và đã chuyển giao công nghệ cho nông dân huyện Tân Phú, tỉnh Đồng Nai

Tiến sĩ Nguyễn Xích Liên (trường Đại học Bách khoa Tp.HCM), Tiến sĩ Nguyễn Thanh Bình (trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM) và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu loại bỏ vị chát trong dịch ép trái điều, khắc phục tính dễ thoái hóa của dịch quả, đồng thời phát triển một số loại sản phẩm và đánh giá về mặt kinh tế - xã hội Các kết quả nghiên cứu đã được sản xuất thử nghiệm tại nhà máy của công ty DONA Food nhưng sản lượng chưa nhiều Đánh giá tác động về mặt môi trường của quá trình chế biến thịt quả điều, TS Trần Ưng Long, Viện bảo vệ môi trường và Kỹ thuật nhiệt đới, cho rằng quá trình này không tác động nhiều đến môi trường vì chỉ đòi hỏi một số kỹ thuật đơn giản và ít hóa chất trong quá trình sản xuất

Tiến sĩ Nguyễn Nghị, Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam, cũng đã có đề tài nghiên cứu sấy khô phần thịt của trái điều sau khi được ép để làm thức ăn gia súc

Một số triển khai kết quả nghiên cứu công nghệ đồ uống của Viện Lâm Nghiệp

Hà Nội đã được thực hiện ở huyện Củ Chi (Tp Hồ Chí Minh), huyện Thuận An (Bình Dương), huyện Cần Ngang (Trà Vinh) Tuy vậy, quy mô triển khai chế biến này không vượt quá 100 tấn nguyên liệu / năm Các nghiên cứu chưa được ứng dụng rộng rãi vì thu hoạch điều có tính mùa vụ, khối lượng trái rất lớn và điều dễ bị hư hỏng do chứa hàm lượng nước nhiều, hàm lượng đường tương đối cao, có lớp vỏ mỏng và thường bị coi là phế phẩm trong nông nghiệp

1.2 Tổng quan về cồn [5]

Cồn hay rượu etylic có công thức hóa học là C2H5OH, là chất lỏng không mùi, vị cay, nhẹ hơn nước, sôi ở nhiệt độ 78,380C, hóa rắn ở - 114,150C, tan vô hạn trong nước, cồn có thể hòa tan trong nước ở bất kì tỉ lệ nào Cồn tinh chất và cồn 95 % là các dung môi tốt, chỉ ít phổ biến hơn so với nước và được sử dụng trong sản xuất nước hoa, sơn, cồn thuốc… Các tỉ lệ khác của ethanol với nước hay các dung môi khác cũng có thể được sử dụng như dung môi Cồn được sử dụng phổ biến dùng để điều chế một số

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

hợp chất hữu cơ như axit axetic, dietyl ete, etyl axetat, dùng để pha vecni, dược phẩm, dùng để sát trùng, pha chế các loại rượu và dùng để pha với xăng Cồn gồm có cồn thực phẩm và cồn công nghiệp

Cồn thực phẩm: trong cồn còn một số tạp chất không có lợi cho sức khỏe như: aldehyt axetic, este etylaxetat, metanol, izo- butanol và một số kim loại nặng là đồng,

chì, kẽm…Cồn thực phẩm cần phải loại trừ các độc tố trên đến giới hạn cho phép

Bảng 1.3: Yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của cồn thực phẩm

tính

Mức chất lượng

1 Hàm lượng ethanol ở 200C theo thể tích % tt 96,1

2 Hàm lượng este quy ra etyl acetat,

3 Hàm lượng aldehyd theo acetaldehyd,

Cồn công nghiệp: không cần loại trừ các độc tố trên

Ngoài ra, cồn còn có thể được phân loại theo nồng độ ethanol chứa trong sản

phẩm theo TCVN 1052 – 71

Bảng 1.4: Phân loại cồn theo TCVN 1052 – 71

Chỉ tiêu chất lượng Cồn loại I Cồn loại II

Nồng độ rượu etylic, % v/v  96 95

Hàm lượng aldehyde tính theo aldehyde

Hàm lượng este tính theo ethyl acetate, mg/l  30 50

Hàm lượng dầu fusel tính theo alcol isoamylic

và isobutylic với hỗn hợp 3:1, mg/l 30 60

Hàm lượng methanol, % v/v 0,006 0,1

Hàm lượng acid tính theo acetic acid, mg/l 9 18

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

1.2.1 Một số chế phẩm từ cồn

Xăng pha cồn

Nhu cầu về xăng ngày càng lớn nhưng trữ lượng dầu mỏ ngày càng hạn chế cộng với những bất ổn tại những nước cung cấp nguồn dầu mỏ lớn đang là những tác nhân đẩy giá xăng dầu lên cao Trước tình hình đó các quốc gia trên thế giới đã và đang nghiên cứu nhằm tìm ra những nguồn nhiên liệu thay thế nhằm đối phó với tình tình trên Trong lúc chưa có loại nhiên liệu nào có thể thay thế được xăng dầu mang tính thương mại thì các nước đã sử dụng nhiều biện pháp khác nhau như sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học thay thế một phần cho xăng dầu trong giao thông vận tải

Tùy vào mỗi quốc gia mà cồn được pha vào xăng với những tỉ lệ khác nhau như:

ở Brazil cồn được pha vào xăng với tỉ lệ 20 %, ở Mỹ là 10 % và ở châu Âu tỉ lệ này là

Sản phẩm của quá trình đốt cháy cồn khô không ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của người sử dụng Khi cháy, loại nhiên liệu này không sinh ra khói, không gây nổ, không làm cay mắt Đặc biệt chúng dễ bảo quản và vận chuyển nên rất thích hợp cho việc mang đi du lịch, cắm trại, nấu nướng ngoài trời …

1.2.2 Sản xuất cồn [2]

1.2.2.1 Quy trình sản xuất cồn

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Sơ đồ 1.1: Quy trình sản xuất cồn 1.2.2.2 Thuyết minh quy trình

Nguyên liệu sản xuất cồn

Trong sản xuất cồn hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới chủ yếu sử dụng các nguồn nguyên liệu như: mật rỉ đường, nguyên liệu có chứa đường và ngũ cốc, nguyên liệu có chứa tinh bột Một số nghiên cứu gần đây còn sử dụng các nguồn nguyên liệu

có chứa cellulose như: rơm, gỗ vụn, mạt cưa … để sản xuất cồn

Trong phạm vi nghiên cứu của chúng tôi chỉ đề cập đến việc sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa đường Nguyên liệu chứa đường không cần qua giai đoạn đường hóa Đối với nguyên liệu có hàm lượng nước cao thì tiến hành chiết ép để thu lấy dịch, điều chỉnh dịch rồi bổ sung nấm men cho quá trình lên men Nấm men chuyển hóa đường thành cồn trong điều kiện lên men kị khí

Tinh chế cồn Chưng cất

Cồn sản phẩm

Nguyên liệu

chứa đường

Nguyên liệu chứa tinh bột

Nguyên liệu chứa cellulose, hemicellulose

Xử lý – nấu chín

Đường hóa

Lên men

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Quá trình lên men

Lên men rượu là quá trình phân hủy đường thành rượu và khí cacbonic dưới tác dụng của nấm men

Lên men rượu được tóm tắt theo phương trình sau:

C6H12O6 nấm men 2C2H5OH + 2CO2Phương trình tổng quát trên chỉ cho thấy nguyên liệu đầu vào và sản phẩm chính, còn thực ra quá trình lên men rất phức tạp qua nhiều giai đoạn và tạo thành nhiều sản phẩm phụ như glycerin, andehyde acetic, các axit acetic, lactic, các este và rượu bậc cao …

1.2.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn

Trên thế giới [15]

Hiện trên thế giới có khoảng gần 700 nhà máy lọc hóa dầu, riêng Mỹ có 149 nhà máy, châu Âu có 135 nhà máy Mỗi năm, cả thế giới sử dụng khoảng 6 triệu tấn (ước khoảng 6,5 tỉ USD) phụ gia ethanol để pha chế vào xăng

Đối với các hỗn hợp sinh học ethanol và xăng được quy định bằng cách sử dụng các chữ số: E5, E10, E85 E là từ ethanol trong tiếng Anh và con số là tỉ lệ phần trăm ethanol trong nhiên liệu Các hỗn hợp phổ biến nhất hiện nay đang được sử dụng là E5, E10 và E85 Tại thời điểm này có khoảng 40 quốc gia sử dụng các loại xăng sinh học E làm nhiên liệu cho động cơ Từ năm 2007, xăng E85 đã được chính thức sử dụng tại Áo, Pháp và Đức từ năm 2008 Mỹ có khoảng 250 triệu phương tiện sử dụng xăng và trong số chừng 170 ngàn trạm bán xăng thì có hơn 2.000 trạm bán xăng E85

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Mỹ cũng là nước tiêu thụ ethanol lớn nhất với khoảng 60% tổng sản lượng của thế giới

Theo WorldBioPlants.com, hiện trên thế giới có 575 nhà máy ethanol với tổng công suất 80,631 triệu tấn Các nguyên liệu chính để sản xuất ethanol là từ đường mía, ngô, củ cải đường, lúa mì…

Vấn đề nhiên liệu sinh học nói chung và đặc biệt là sản xuất ethanol phù hợp với các chiến lược chính của các nước phát triển nhằm bảo tồn sinh thái trong cuộc chiến chống lại sự nóng lên của trái đất Hầu hết các nước này đều đã hoàn tất lộ trình và chính sách khuyến khích đầu tư sản xuất và sử dụng xăng pha ethanol hoặc các phụ gia sinh học

Theo các chuyên gia, với việc bổ sung và thay thế xăng bằng ethanol, mỗi năm thế giới giảm được lượng tiêu thụ dầu thô khoảng 50 triệu tấn, tương đương với mức tiêu thụ của Hà Lan và Ba Lan cộng lại Liên minh châu Âu có một kế hoạch được gọi là “20-20-20″ với yêu cầu các nước thành viên thực hiện lộ trình sử dụng năng lượng tái tạo đến năm 2020 lên 20%

Chính phủ Mỹ cũng có chương trình hỗ trợ sản xuất ethanol cho các nhà máy chế biến với những chính sách ưu đãi đặc biệt bao gồm các khoản tín dụng thuế cho doanh nghiệp, hỗ trợ nhà nước cho nghiên cứu và phát triển… Bên cạnh đó là việc giảm thuế nhập khẩu ethanol, đề ra những nguyên tắc sử dụng pha chế ethanol với xăng và những đạo luật về việc chế tạo động cơ, ôtô có khả năng sử dụng hỗn hợp E15 và E85 Không có sự hỗ trợ của chính phủ, ngành công nghiệp ethanol của Mỹ sẽ không tồn tại

Ethanol nhiên liệu được sản xuất tại 34 quốc gia trên 5 châu lục Sản xuất chính được tập trung ở Mỹ (54%) và Brazil (34%) Mỹ sản xuất chủ yếu là từ ngô, Brazil sản xuất ethanol từ mía đường Phần còn lại được sản xuất tại các nước châu Âu, Australia, New Zealand và Đông Nam Á, đặc biệt là Trung Quốc, Thái Lan và Ấn Độ

Hầu hết các quốc gia thực hiện chương trình nhiên liệu sinh học đều nhằm mục đích bảo đảm an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, đồng thời cũng là sự ảnh hưởng và phụ thuộc các lợi ích kinh tế, ngay cả khi chương trình

vô hình trung tạo ra sự xung đột nội tại với việc sử dụng đất và các chính sách lương

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

thực, thực phẩm khác Ví dụ, tổng diện tích canh tác các loại cây trồng nhiên liệu sinh học ở EU khoảng 9 triệu ha, Mỹ là gần 8triệu ha và 6,4 triệu ha ở Mỹ Latinh

OPEC từng cảnh báo, sự phụ thuộc của Mỹ vào OPEC đã đưa an ninh của Mỹ vào chỗ nguy cơ Câu trả lời này là ethanol Mỹ muốn có được sự độc lập về năng lượng, ngành công nghiệp ethanol chính là chìa khóa giải bài toán này

Tại Nam Mỹ, 4 quốc gia sản xuất ethanol nhiên liệu là Brazil, Colombia, Paraguay và Argentina.trong đó chỉ có Brazil là xuất khẩu, 3 nước còn lại đều chỉ sản xuất để tiêu thụ trong nước Peru tương đối có tiềm năng về vùng nguyên liệu nhưng vẫn chưa có kế hoạch rõ ràng Không một quốc gia nào trên thế giới lại dựa vào ethanol triệt để như Brazil Nước này có diện tích đất canh tác trồng mía cho sản xuất ethanol lên đến gần 8 triệu ha 450 nhà máy đường ở Brazil hầu hết đều sản xuất ethanol Ngành công nghiệp ethanol ở Brazil nhận được nguồn lực tài chính khổng lồ

và những chính sách công phù hợp, ưu đãi khiến cho sản phẩm xăng sinh học ở đây có sức cạnh tranh lớn nhất thế giới

EU xếp vị trí thứ 3 về sản lượng ethanol nhiên liệu sau Hoa Kỳ và Brazil Mặc dù ngành công nghiệp ethanol trong những năm gần đây tăng trưởng nhanh, song thị trường ethanol châu Âu hiện đang gặp phải một số vấn đề, trong đó có sự thiếu hụt nguyên liệu và việc tăng giá các loại ngũ cốc Trong khi chưa có được những chính sách phù hợp thì việc một số công ty ồ ạt mua đất đai quy hoạch vùng nhiên liệu đã tạo nên làn sóng phản đối của nông dân và gây ra những vụ bê bối quốc tế

Ethanol sinh học châu Âu có vai trò ngày càng quan trọng trong việc giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và an ninh năng lượng của châu Âu Những nước có sản lượng ethanol lớn nhất là Pháp, Đức và Tây Ban Nha Tổng mức tiêu thụ nhiên liệu ethanol trong EU ước đạt 3.500 ngàn tấn và nhịp độ tăng trưởng hàng năm là 23% Ngoài số tự sản xuất được, nguồn nhập khẩu chính ethanol châu Âu là từ Brazil

Với vai trò quan trọng trong sự cân bằng nhiên liệu của thế giới, lợi ích kinh tế lớn và tác động tích cực đối với môi trường, trong tương lai gần, triển vọng thị trường xăng sinh học ethanol được khẳng định là sẽ gia tăng mạnh mẽ và là xu thế tất yếu của thời đại khi nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn dần và trái đất của chúng ta đang bị

đe dọa vì ô nhiễm

Ở Việt Nam [15]

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Việt Nam có nhiều tiềm năng về năng lượng sinh học (NLSH) có thể làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ Nhiều loại cây như sắn, ngô, mía,

có thể sản xuất cồn sinh học mà ở Việt Nam lại có nhiều vùng đất rất thích hợp với các loại cây trồng này Sản lượng sắn cả nước năm 2007 là hơn 7 triệu tấn, mía đường hơn

14 triệu tấn và ngô gần 4 triệu tấn Với sản lượng này có thể đáp ứng được cho nhu cầu sản xuất cồn sinh học ở quy mô vừa và nhỏ Ước tính Việt Nam có thể sản xuất 5 triệu lít cồn sinh học mỗi năm nếu như có sự điều chỉnh về sản lượng và diện tích cây trồng

Nhận thấy được tiềm năng của thị trường Việt Nam về NLSH, các cơ quan, tổ chức của nhà nước cũng như các công ty tư nhân đã có các hoạt động nghiên cứu, thử nghiệm và tiến hành đầu tư xây dựng các nhà máy sản xuất NLSH Các công ty nước ngoài cũng đẩy mạnh hoạt động tìm kiếm các đối tác đầu tư trong nước

Tập đoàn Dầu khí quốc gia (PetroVietnam) đã đưa ra "Kế hoạch và Chương trình triển khai các dự án NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" tháng 2 - 2009 với nội dung tổng quát gồm phát triển sản xuất, chế biến, kinh doanh và phân phối các loại NLSH Thực hiện Kế hoạch này, trong thời gian qua, PetroVietnam đã phối hợp với các bộ ban ngành và các địa phương triển khai tốt công tác đầu tư xây dựng 3 nhà máy sản xuất cồn sinh học đặt tại 3 miền Bắc, Trung, Nam với công suất mỗi nhà máy là 100.000 m³ cồn/năm Trong đó, tập đoàn giao Tổng Công ty Dầu Việt Nam (PV Oil) trực tiếp làm chủ đầu tư 2 nhà máy ở tỉnh Phú Thọ và Bình Phước, còn tập đoàn trực tiếp làm chủ đầu tư Nhà máy Dung Quất ở Quảng Ngãi Dự án đầu tư xây dựng Nhà máy Sản xuất cồn nhiên liệu (Ethanol) tại Phú Thọ có số vốn 80 triệu USD, được xây dựng trên địa bàn huyện Tam Nông với diện tích hơn 50 ha, đã đi vào hoạt động đầu năm 2011 Vùng nguyên liệu trồng sắn và mía có diện tích 35.000ha đuợc đặt ngay tại Phú Thọ đủ để đảm bảo cho nhà máy hoạt động ổn định Nhà máy Sản xuất Ethanol tại Bình Phước đã được xây dựng tại xã Minh Hưng, huyện Bù Đăng do Công ty TNHH Nhiên liệu Sinh học Phương Đông (OBF) - thành viên PVOil - làm chủ đầu tư với tổng mức đầu tư trên 80 triệu USD, tiêu thụ khoảng 240.000 tấn sắn lát khô một năm Sản phẩm của Nhà máy là ethanol biến tính sẽ được pha trộn với xăng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất để phân phối trên thị trường cả nước Nhà máy đã được vận hành thử nghiệm tháng 12/2011 Tháng 2/2012, Nhà máy sản xuất Ethanol Dung Quất đã cho ra

mẻ sản phẩm đầu tiên Dự án có tổng mức đầu tư khoảng 80 triệu USD, trên diện tích

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

24,62 ha, do Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí miền Trung (PCB) làm chủ đầu tư Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học có quy mô đầu tư lớn nhất miền Trung hiện nay, sử dụng công nghệ tiên tiến Nhà máy sử dụng nguyên liệu sắn lát để sản xuất ethanol Vùng nguyên liệu chủ yếu của nhà máy tại tỉnh Quảng Ngãi và các tỉnh miền Trung-Tây Nguyên

Bên cạnh các nhà máy sản xuất Ethanol của Petro Vietnam, còn có nhiều các dự

án sản xuất NLSH của các công ty khác đã được triển khai thực hiện Điển hình là nhà máy sản xuất cồn sinh học - Nhà máy ethanol Đại Tân, đã được khánh thành và chính thức cung cấp xăng cho thị trường tháng 8/2010 Nhà máy có tổng vốn đầu tư khoảng

900 tỉ đồng đặt tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam do Công ty Cổ phần Đồng Xanh đầu tư Với công suất của nhà máy là 100.000 tấn ethanol/năm

1.3 Tổng quan về nấm men Saccharomyces cerevisiae [1]

Tên khoa học: Saccharomyces cerevisiae

Tên thông thường: men rượu, men bánh mì

Phương pháp phân loại: Saccharomyces cerevisiae thuộc loài nấm vì chúng có

vách tế bào bằng chitin, không có peptidoglycan trong vách tế bào, lipid là những liên kết ester Chúng sử dụng DNA làm khuôn tổng hợp protein và chúng có các ribosome lớn

Dinh dưỡng: Saccharomyces cerevisiae lấy năng lượng từ glucose

1.3.1 Hình dạng, cấu tạo và sinh sản

1.3.1.1 Hình dạng, cấu tạo

Hình 1.4: Hình dạng và cấu tạo

của nấm men Saccharomyces

cerevisiae

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Nấm men có hình bầu dục, gần tròn, kích thước khoảng 6 – 8 m x 5 – 6 m Tế bào nấm men gồm có vỏ, màng, tế bào chất, nhân, một hoặc hai không bào và những giọt mỡ, hạt glycogen và volutin Trong tế bào chất chứa ribosome – nơi tổng hợp

protein và ti thể - nơi xảy ra quá trình oxy hóa – khử

1.3.1.2 Sinh sản

Saccharomyces cerevisiae có hai hình thức sinh sản đó là sinh sản vô tính và sinh

sản hữu tính

Sinh sản vô tính

Sinh sản vô tính ở Saccharomyces cerevisiae là nảy chồi, từ tế bào mẹ lưỡng bội

sẽ nảy chồi và sinh ra các tế bào lưỡng bội mới

Hình 1.5: Sự sinh sản vô tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae

Sinh sản hữu tính

Nấm men không sinh ra các cơ quan sinh dục mà chúng sinh ra hai tế bào dinh dưỡng làm nhiệm vụ giống như các giao tử, quá trình hợp tế bào chất (plasmogamy)

và hợp nhân (karyogamy) xảy ra và thành lập tế bào nhị bội, nang và cuối cùng là bào

tử nang thành lập trong nang Saccharomyces cerevisiae có bốn bào tử nang, hai bào

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

tử nang mang gen và hai bào tử nang mang gen a, hai loại gen phát triển độc lập Khi

tiến hành tiến hợp, mỗi loại genvà a sẽ tiến hợp thành tiếp hợp bào tử Sau đó tế bào tiếp hợp nảy chồi cho ra một tế bào giống hệt như tế bào tiếp hợp nhưng mang 2n NST,

tế bào tiếp hợp phát triển thành nang (tế bào tiếp hợp to hơn tế bào dinh dưỡng và có hình bầu dục) và trong điều kiện môi trong bất lợi, tế bào tiếp hợp giảm phân để hình thành 4 tế bào đơn bội gồm 2 tế bào đơn bội mang gen a và 2 tế bào đơn bội mang gen

1 Nảy chồi 2 Tiếp hợp 3 Hình thành bào tử

Hình 1.6: Cơ chế sinh sản hữu tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae

1.3.2 Các giai đoạn sản xuất Saccharomyces cerevisiae thương phẩm

Giai đoạn 1: Nuôi cấy thuần chủng

Men nuôi cấy thuần chủng được phát triển trong môi trường dinh dưỡng và được bảo quản lạnh

Giai đoạn 2: Men giống

Men nuôi cấy thuần chủng được cho vào thùng lên men giống có chứa hèm đã tiệt trùng và các chất dinh dưỡng khác Sau khi men phát triển đạt đến số lượng tế bào men mong muốn thì được đưa vào thùng lên men chính

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Giai đoạn 3: Nhân giống

Trong thùng lên men chính, men giống được cung cấp hèm, mật rỉ đường và các chất dinh dưỡng đều đặn để đảm bảo men phát triển đạt yêu cầu Đồng thời thùng lên men cũng được bơm một thể tích không khí để tiệt trùng, cung cấp oxy cần thiết để men phát triển nhanh chóng số lượng tế bào Mật rỉ đường được tiệt trùng bằng hơi nước trước khi đưa qua thiết bị lắng để loại bỏ bùn, sau đó được chứa trong các thùng hèm đã tiệt trùng

Giai đoạn 4: Ly tâm

Cuối quá trình lên men, nấm men được ly tâm và rửa nước vài lần để tẩy các phế phẩm Lúc này men có màu kem nhạt được gọi là men kem

Giai đoạn 5: Tồn trữ và đóng gói

Men kem được chứa trong thùng đông lạnh để đảm bảo hoạt tính cao Men được tiêu chuẩn hóa trước khi đưa tới các cơ sở sản xuất thêm nữa như sản xuất men ép hay men khô Men được vận chuyển trong các xe bồn bảo ôn bằng thép không gỉ

Có 3 loại men thương phẩm chính trên thị trường:

Men kem (Cream Yeast): Thích hợp cho công nghệ tự động làm bánh mì quy

mô lớn

Men ép (Compressed Yeast): Hoạt tính men ổn định, bảo quản lạnh, giá thành

thấp Men kem được đưa qua trống lọc chân không kiểu quay liên tục, tại đây men được khử nước và được lấy ra khỏi trống lọc bằng một lưỡi dao Sau đó, men vun được chuyển qua khâu đóng gói, trong khâu này men được đưa vào máy ấn đẩy và ép thành khối Men được gói bằng giấy sáp và tồn trữ ở phòng mát do vậy men có hoạt tính cao

Men khô hoạt tính (Instant Dry Yeast): Men được khử nước đi qua trống lọc

chân không rồi sấy Sản phẩm không cần bảo quản lạnh, phải pha với nước trước khi

sử dụng, men có tuổi thọ lâu dài, dễ vận chuyển

1.3.3 Lên men rượu từ nấm men [8]

1.3.3.1 Bản chất của quá trình lên men

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Lên men rượu là quá trình phân hủy đường thành rượu và khí cacbonic dưới tác dụng của nấm men

Lên men rượu được tóm tắt theo phương trình sau:

C6H12O6 nấm men 2C2H5OH + 2CO2Phương trình tổng quát trên chỉ cho thấy nguyên liệu đầu vào và sản phẩm chính, còn thực ra quá trình lên men rất phức tạp qua nhiều giai đoạn và tạo thành nhiều sản phẩm phụ như glycerin, andehyde acetic, các axit acetic, lactic, các este và rượu bậc cao …

1.3.3.2 Cơ sở sinh hóa của quá trình

Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, trải qua hàng loạt các phản ứng cùng với sự tham gia của các enzyme xúc tác khác nhau Tùy vào điều kiện lên men,

pH của môi trường … quá trình lên men sẽ tạo các sản phẩm chính phụ khác nhau Ở

pH = 4 – 5, điều kiện lên men yếm khí thì quá trình lên men rượu sẽ tạo sản phẩm chính là rượu, sản phẩm phụ là glycerin Nếu môi trường lên men có pH kiềm hoặc thêm vào Na2S2O5, NaHCO3, NaHPO4 thì sẽ tạo sản phẩm chính là glycerin, sản phẩm phụ là ethanol và axit acetic

1.3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nấm men trong quá trình lên men

- Nồng độ đường của dịch lên men: nồng độ đường thích hợp cho quá trình lên men rượu là 10 – 20 %, khi nâng cao nồng độ này tới 30 – 35 % thì quá trình lên men hầu như bị ngừng lại

- Nhiệt độ môi trường lên men: nhiệt độ thích hợp cho lên men rượu là 15 – 250C, nhiệt độ tối thiểu là 4 – 50C và tối đa là 35 – 400C, khi nhiệt độ đến 500C thì sẽ ức chế quá trình lên men

- pH của dịch lên men: pH thích hợp cho quá trình lên men là 3,5 – 4,5 Để đạt được pH này có thể dùng các axit hoặc cho lên men lactic sơ bộ bằng vi khuẩn lactic

- Nồng độ O2: nấm men là loại hô hấp hiếu khí tùy ý Ở giai đoạn đầu lên men cần phải thông không khí vào môi trường để kích thích nấm men sinh trưởng, tăng sinh khối, ở giai đoạn lên men chính cần tạo điều kiện yếm khí để quá trình lên men tạo thành rượu

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Nồng độ rượu tạo thành: rượu tạo thành có ảnh hưởng đến nấm men trong quá trình lên men Đa số nấm men lên men đến nồng độ rượu khoảng 12 – 14 %, nồng độ cao hơn sẽ ức chế sự phát triển của nấm men, kìm hãm quá trình lên men

1.4 Công nghệ làm khan cồn [5]

Để thu được sản phẩm là cồn có nồng độ cao trên thế giới hiện nay đã sử dụng nhiều phương pháp tách nước từ cồn công nghiệp, cụ thể có các phương pháp điển hình như sau:

- Phương pháp chưng cất: chưng cất trích ly và chưng cất phân tử

- Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc zeolite

- Phương pháp thẩm thấu qua màng pervaporation

Ngoài các phương pháp chính kể trên còn có một số phương pháp như: dùng chất hút ẩm, các phương pháp kết hợp giữa các phương pháp trên

1.4.1 Phương pháp chưng cất

1.4.1.1 Phương pháp chưng cất trích ly

Phương pháp chưng cất trích ly được dùng để tách các hỗn hợp có nhiệt độ sôi gần nhau hay các dung dịch đẳng phí mà chưng cất cấu tử không tách chủng ra được Nguyên tắc của quá trình chưng cất trích ly là sử dụng cấu tử lôi cuốn, làm tăng độ bay hơi tương đối của một phân tử trong hỗn hợp, nhờ đó phá điểm đẳng phí Do hỗn hợp cồn – nước có nhiệt độ sôi gần nhau tạo thành dung dịch đẳng phí ở 78,380C, áp suất 1,013 bar nên không thể dùng phương pháp chưng luyện thông thường để tách các phân tử ra ở dạng nguyên chất Như vậy để làm khan cồn bằng phương pháp chưng cất trích ly, ta phải thêm vào cấu tử phá điểm đẳng phí và lôi cuốn như: benzene, heptane hay cyclohexane