Phân loại sữa và các sản phẩm từ sữa theo biểu thuế và danh mục hàng sữa - Hướng dẫn phân tích phân loại mặt hàng sữa

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN -----------˜&™----------- Giáo viên hướng dẫn (ký tên) MỤC LỤC ˜&™ LỜI MỞ ĐẦU ˜&™ Như chúng ta đã biết, Ethanol đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, như: tổng hợp chất hữu cơ; dược phẩm; nhiên liệu sinh học; đặc biệt là lĩnh vực sản xuất thực phẩm. Trong sản xuất thực phẩm, Ethanol dùng làm nguyên liệu sản xuất đồ uống có cồn, dùng làm dung môi, chất diệt khuẩn, . . . nhìn chung Ethanol được biết đến nhiều nhất như là một loại đồ uống. Lên men Ethanol là một quy trình sản xuất đã có lịch sử lâu đời, và phổ biến trên khắp thế giới. Có nhiều phương pháp lên men Ethanol và sử dụng nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Ứng với mỗi phương pháp, mỗi loại nấm men cho một hiệu suất và giá trị cảm quan khác nhau. Để có được sản phẩm Ethanol tốt nhất, về mặt kinh tế, cảm quan, … trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về dòng sản phẩm này. Bài báo cáo của nhóm chúng em sẽ tìm hiều về lên men Ethanol theo phương pháp chu kỳ, 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. TỔNG QUÁT: 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. 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 đều ngay từ đầu. Lượng men giống thường chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng 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. 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. 1.3.3. Nấm men dùng trong lên men Ethanol theo phương pháp chu kỳ 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 phosphate, lưu huỳnh, có thể chuyển hóa như một ion sunfate, hoặc lượng sulfur 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. 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) k-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: g-alumina, Hydromica, Kissir,... Chất mang dạng màng: màng membrane, màng vi lọc sinh học (biocapsule) QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL: 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: 2CO2 + 2CH3CH2OH C6H12O6 zymase 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. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL 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 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 Cycle I: Cycle II: ● Nấm men tự do: ▲, ở 300C, pH = 4.5 và nồng độ đường ban đầu là 140g/l (a); 170g/l (b) và 220 g/l Ảnh hưởng của nồng độ đường đối với hoạt động trao đổi chất của nấm men được đánh giá qua tốc độ sử dụng đường (hình 3), trích kết quả nghiên cứu của thầy 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 đường. 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 50, 100 và 250 g/l. Như ta đã thấy, với nồng độ đường thấp, sản phẩm Ethanol được tạo ra trong giai đoạn phát triển tăng trưởng của nấm men chỉ trong một thời gian ngắn và do đó cần ít thời gian lên men. Trong bài nghiên cứu của Pramanik (2003) cho thấy khi nồng độ Ethanol đạt đến khoảng 95g/l thì nó trở thành chất ức chế, nhưng trong bài nghiên cứu này không cho thấy hiện tượng trên [7]. 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 50 0.446 100 0.461 150 0.453 200 0.442 250 0.416 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 48h Mẫu đối chứng, không bổ sung khoáng chất 4.48±0.09 8.01±0.16 CuCl2( 1mg/L) 4.67±0.09 8.32±0.15 CuCl2( 2mg/L) 4.3±0.1 7.58±0.15 CuCl2( 3mg/L) 4.12±0.11 7.26±0.16 CaCl2( 40mg/L) 4.73±0.12 8.36±0.15 CaCl2( 80 mg/L) 4.68±0.11 8.25±0.18 MgSO4(2g/l)+ ZnSO4(0.3g/L) 4.79±0.1 8.41±0.17 Điều kiện lên men: pH= 5, nhiệt độ 30oC, tốc độ khuấy trộn 100 rpm, nồng độ đường ban đầu là 150 g/l, mật độ tế bào nấm men ban đầu khoảng 2.5* 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) 20h 48h Mẫu đối chứng không bổ sung vitamin 4.48±0.09 8.01±0.16 Inositol (1g/l) 4.7±0.1 8.46±0.16 Thiamine (5mg/L)+ Pyridoxine (5mg/L)+ Biotin (10µg/L) 4.61±0.12 8.25±0.15 Ca-pantothenate( 1g/L) 4.81±0.11 8.56±0.18 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 Lên men W (ethanol) ( %) Sản lượng lý thuyết ( %) Yp/s (g ethanol/ g tinh bột) P (g/L.h) Nấm men cố định không bổ sung vitamin và khoáng chất 8.01±0.16 76.79±1.54 0.43±0.009 1.67±0.03 Nấm men cố định có bổ sung MgSO4 (2g/L)+ ZnSO4 (0.3g/L)+ CuCl2 (1mg/L)+ Ca- pantothenate (1g/L)+ Inositol (1g/L) 9.67±0.17 92.35±1.62 0.52±0.009 2.01±0.04 Từ kết quả thu được cho ta thấy việc lựa chọn bổ sung hỗn hợp vitamin và khoáng chất , nồng độ cồn đạt được là 9,67%, hiệu suất sinh cồn lý thuyết là 92,35%. Hiệu quả quá trình lên men tăng khoảng 20% (từ 76,69 lên 92,35%). Các 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 Hình 14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển hóa của đường Bảng 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ vào Hiệu suất sinh Etanol Nhiệt độ (oC) Hiệu suất sinh Ethanol 28 0.405 30 0.451 32 0.461 34 0.446 36 0.41 38 0.434 40 0.421 Thông thường, tốc độ lên men tăng khi ta tăng nhiệt độ tới nhiệt độ tối ưu khoảng 30 đến 40oC. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu và khoảng nhiệt độ cho sự phát triển, sinh trưởng và lên men đều phụ thuộc mạnh vào chủng nấm men. Từ kết quả thu nhận ở trên ta thấy tốc độ tạo thành sản phẩm đạt giá trị tối đa ở khoảng nhiệt độ cao 35, 36 và 38oC, nhưng sản lượng cồn đạt tối đa ở 32oC. Tốc độ chuyển hóa đường giảm nhanh khi ta tăng nhiệt độ và sau đó việc tiêu thụ cơ chất cũng trở lên tương đối chậm. % chuyển hóa đường được tìm thấy là 100%, 97% và 87.3% ở 30oC, 35oC và 38oC. Nhiệt độ cao có thể làm mất hoạt tính của enzim. Từ kết quả thu nhận được cho ta thấy, ở nhiệt độ 30oC là nhiệt độ tối ưu cho việc thu nhận Ethanol cũng như tốc độ quá trình lên men. 3.2.2. Ảnh hưởng của pH: Nồng độ ion H+ trong canh trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men. Chúng có khả năng làm thay đổi điện tích các chất của vỏ tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men. Mỗi vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong trạng thái ion nhất định- trạng thái này lại phụ thuộc vào pH của canh trường. Sazajsani và cộng sự (1996) đã khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae cố định trong hạt cellulose trong quá trình sản xuất cồn. Kết quả cho thấy khả năng lên men của tế bào nấm men cố định không phụ thuộc vào pH khi pH nằm trong khoảng 3,1 và 6,25. Trong khi đó, như đã biết, khả năng lên men của nấm men tự do phụ thuộc vào pH, và giá trị pH tối thích khoảng 4. Kết quả này tương tự như khi cố định nấm men trong gel calcium alginate (hình 2.15) (William và Munnecke, 1981; Buzias và công sự, 1989) và trong mạng prepolymer hòa tan (Jirku, 1998. Đó là do chất mang và cố định đã bảo vệ tế bào khỏi những thay đổi của hàm lượng ion H+ trong môi trường [9], [10], [11], [12]. Hinh 15: Ảnh hưởng của pH đến tốc độ lên men của nấm men cố định (l) và nấm men tự do (o). Tốc độ lên men tương đối được tính bằng phần trăm so với tốc độ lên men cực đại Buzisas và cộng sự (1989) cũng nhận thấy rằng khả năng sống sót của nấm men hầu như không phụ thuộc vào pH, trong đó khả năng sống sót của nấm men tự do bị ảnh hưởng rất lớn bởi pH, [11]. Hình 16: Ảnh hưởng của pH đến khả năng sống sót của nấm men cố định (l)và nấm men tự do (´). Hình 17: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng cồn tạo thành trong suốt quá trình lên men £¢, pH 2,80; ¯¿ pH 3,0; ™˜ pH 3,25; rp pH 3,50; sq pH 3,70. Các ký hiệu rỗng và đặc lần lượt ứng với nấm men cố định và nấm men tự do. Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo alcol etylic là 4.5÷ 5.0. Đối với dịch đường từ nguyên liệu tinh bột thường khống chế ở pH= 4.8÷5.2, nhằm kết hợp giữ cho amylaza tiếp tục chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường lên men được. Nếu tăng pH thì dễ bị nhiễm khuẩn, glyxerin sẽ tạo nhiều hơn và do đó làm giảm hiệu suất lên men. Chính vì vậy khi gây men giống trong điều kiện sản xuất, người ta điều chỉnh pH tới 3.8÷4.0 để hạn chế phát triển của vi khuẩn lactic và nấm men hoang dại. Hình 18. Ảnh hưởng của pH đến lượng cồn sinh ra theo thời gian lên men Hình 19. Ảnh hưởng của pH tới sự chuyển hóa của đường theo thời gian lên men. Từ kết quả thu được cho ta thấy: Với tất cả các giá trị pH thì lượng cồn sinh ra tăng lên một cách đều đằn cùng với thời gian . Nồng độ cồn tối đa đạt được là ở pH= 4.5, còn giá trị nhỏ nhất là ở 3.5. Ở pH= 3.5, là giá trị pH quá thấp làm cho nấm men không hoạt động được. Khi pH tăng lên cao pH= 5 - 5.5 thì dễ bị nhiễm vi sinh vật tạp, tạo điều kiện nấm men dại hoạt động, đồng thời sinh ra các sản phẩm không mong muốn như glycerin, hay các axit hữu cơ….Theo đó, pH tối ưu cho quá trình lên men rượu là 4.25 3.3. Các yếu tố khác. 3.3.1. Hàm lượng ethanol: Ethanol là sản phẩm chính. Tuy nhiên Ethanol cũng là chất độc đối với tế bào nấm men. Ethanol ức chế sự sinh trưởng của nấm men theo cơ chế không cạnh tranh. Ethanol chủ yếu tác động lên màng tế bào chất và một số màng nội bào khác. Ethanol xâm nhập vào vùng kỵ nước, tác động đến thành phần photpholipit của màng tế bào, làm thay đổi chiều dài và mức độ không no của các axit béo. Kết quả là cấu trúc và tính thấm của màng tế bào thay đổi, do đó ảnh hưởng đến khả năng sống sót và phát triển năng lực lên men của nấm men. Ở hàm lượng thấp ảnh hưởng của Ethanol đến tế bào nấm men là không đáng kế. Bên cạnh những yếu tố bất lợi , nồng độ ethnol cao cũng ảnh hưởng có lợi đến tính chất ethanol. Theo nghiên cứu của Magrus tất cả các loài coliform đều bị tiêu diệt ở hàm lượng cồn 11-12%, ngay cả với Euterobacter agglomerans, loài vi khuẩn thường gặp trong lên men bia. 3.3.2. Ảnh hưởng của chất mang: Hình 20. Ảnh chụp từ kính hiển vi của nấm men cố định. (A). Cố định tế bào nấm men trong PVA( đường kính 3,5 mm và chiều dày là 0,3 mm). (B). Cố định tế bào nấm men trong alginate,[13] Hình 21 . Nồng độ Ethanol và mật độ tế bào trong suốt quá trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác nhau của S. cerevisiae var ellipsoideus trong alginate. Điều kiện lên men: pH = 5.0; 30oC, 100rpm; nồng độ đường ban đầu là 176 g/l. Hình 22. Nồng độ Ethanol và mật độ tế bào trong suốt quá trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác nhau của S. cerevisiae var ellipsoideus trong PVA. Điều kiện lên men: pH = 5.0; 30oC, 100rpm; nồng độ đường ban đầu là 176 g/l. Bảng 6. Nồng độ sản phẩm trong dịch canh trường sau các chu kỳ lên men liên tiếp với nấm men cố định trong alginate và PVA của S. cerevisiae var elipsoideus Từ kết quả trên cho thấy, nồng độ Ethanol tối đa đạt được là 10.05%(w/w) trong quá quá trình lên men bột bắp thủy phân băng 5%(v/v) nồng độ chất mang của nấm men cố định trong Ca- alginate. Chất mang PVA có các đặc tính cơ lý và khả năng chịu đựng tốt hơn; tuy nhiên nồng độ cồn sản phẩm lại thấp . Một nghiên cứu khác của Mai Ngoc Dung, Dong Thi Thanh Thu [14] Hình 23. Ảnh hưởng của nồng độ alginate tới hiệu suất lên men ethanol. Bảng 7. Số liệu Quan hệ giữa nồng độ alginate và hiệu suất cố định Nồng độ alginate , % 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Khối lượng sinh khối (g) 1 1 1 1 1 Khối lượng sinh khối cố định (g) 0.9905 0.9920 0.9943 0.996 0.9970 Hiệu suất cố định 99.05 99.20 99.43 99.65 99.70 Khối lượng tổng của chất mang (g) 35.3291 37.07 38.526 40.5325 41.8729 Lên men mật rỉ: pH 4, nồng độ đường 12%, nhiệt độ 30 C, thời gian lên men 72 giờ, số lượng tế bào trong môi trường 56x108 tế bào. Trong một khoảng nồng độ, nồng độ Alginate tăng thì hiệu suất lên men tăng, tuy nhiên khi nồng độ tăng cao hơn nồng độ tối ưu thì hiệu suất giảm xuống. Nồng độ alginate là 1.5%, hiệu suất là thấp nhất, do gel alginate có cấu trúc mềm , bị phân giải trong quá trình lên men, tế bào bị giải phóng ra khỏi chất mang Nồng độ alginate là 2%, 2,5%, 3,0% thì hiệu suất tương đương nhau và cao nhất . Nồng độ alginate bằng 3.5, hiệu suất lên men thấp hơn so với trường hợp algiante có nồng độ 2%, 2.5%, 3%, nhưng cao hơn so với trường hợp nồng độ 1.5%. Khi nồng độ cao, chất mang sẽ cứng, cản trở sự khuếch tán của các chất . 3.3.3. Ảnh hưởng của Oxy: Sục khí để hòa tan oxy vào dịch đường sẽ giúp cho nấm men phát triển nhanh hơn. Tuy nhiên, theo một số nhà nghiên cứu, sục khí không cần thiết đối với dịch đường từ nguyên liệu tinh bột. Sục khí sẽ làm tăng lượng rượu bay hơi. Mặc khác, nếu dư sẽ dẫn đến tạo nhiều sinh khối và aldehyt, do đó làm giảm hiệu suất lên men rượu. Một khảo sát khác của Irfana Ikram về ảnh hưởng của Oxy đối với lên men Ethanol, xem Hình 24. Ảnh hưởng của thể tích canh trường lên quá trình lên men ethanol, nồng độ đường ban đầu 15% , nhiệt độ 30 độ C, pH 4,5. Thể tích canh trường 200, 250, 300, 350 ml, thể tích bình lên men 500 ml, Thời gian lên men từ 24- 120h. Khi thể tích canh trường là 200 ml: nấm men tự do đạt hiệu suất sinh 4,29%, hiệu suất sử dụng đường 12,9%; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh 2,24%, hiệu suất sử dụng đường 13,01%. Hiệu suất sinh Ethanol cực đại khi thể tích canh trường là 300 ml cho cả nấm men tự do và nấm men cố định. Thể tích canh trường 200 ml, nấm men nấm men tự do đạt hiệu suất sinh ethnol 6,95 %, suất tiêu thụ đường cực đại 13,99 %; nấm men cố định đạt hiệu suất sinh ethnol 6,22 %, suất tiêu thụ đường cực đại 14,49 %. Đối với thể tích 250 ml và 350 ml, hiệu suất sinh Ethanol cũng thấp hơn. Trường hợp thể tích 300 ml đã sinh ra Ethanol cực đại có thể là do lượng oxy có sẵn trong không gian trống là thấp và gây ít ảnh hưởng đến lên men, theo Irfana Ikram [5] Hình 24. Ảnh hưởng của thể tích môi trường lên men tới hiệu suất lên men ethanol. Điều kiện lên men: nhiệt độ 30oC, pH= 4.5, nồng độ đường ban đầu 15%, nấm menn Saccharomyces cerevisiae GC- II B31 3.3.4. Vấn đề tái sử dụng nấm men cố định: Irfana Ikram [5] khảo sát tốc độ sử dụng đường khi tái sử dụng nấm men cố định là 6 lần. Hình 25. Khả năng sử dụng đường khi tái sử dụng nấm men cố định Khảo sát tốc độ sinh EtOH khi tái sử dụng nấm men cố định là 6 lần. Hình 26. Quan hệ Sản lượng Ethanol tạo thành với việc tái sử dụng lại nấm men cố định, ở lượng đường 15%, nhiệt độ 300C,pH = 4,5. Thời gian khảo sát 24-144 giờ, 24 giờ lấy mẫu 1 lần. Số liệu ghi nhận tốc độ sử dụng đường và hiệu suất sinh EtOH Trong chu kỳ đầu tiên : Hiệu suất thu được 5.38%, tiêu thụ đường 11.95% Trong chu kỳ thứ 2 và 3: Hiệu suất thu lên đến cực đại 7.56% Chu kỳ thứ 4 : tiêu thụ đường 14.89%, hiệu suất lên men cao hơn dùng nấm men tự do 1.14 lần. Hai mẻ cuối: tiêu thụ đường và hiệu suất giảm nhanh . Lý do có thể độ bền của chất mang chỉ đáp ứng được yêu cầu trong 4 mẻ đầu, đến hai mẻ cuối, chất mang bị đứt mạch, tế bào bị rửa trôi. SO SÁNH HIỆU SUẤT LÊN MEN CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH VÀ NẤM MEN TỰ DO: Hoạt động trao đổi chất của nấm men cố định nuôi cấy trong canh trường có nồng độ khác nhau. Hoạt động trao đổi chất của nấm men được đánh giá bằng: Tốc độ sử dụng cơ chất. Nồng độ Ethanol sinh ra Nghiên cứu thầy Lê Văn Việt Mẫn cho thấy : Hình 27. Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trong quá trình lên men ở 300C, pH = 4.5 và nồng độ đường ban đầu là 140g/l (a); 170g/l (b) và 220 g/l; sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate Nấm men tự do: Tổng số tế bào ▲ ; Số tế bào chết- Cycle I: Tổng số tế bào- ; Số tế bào chết - Cycle II: Tổng số tế bào- ● ; Số tế bào chết - ○ Tốc độ tăng trưởng của nấm men trong chu kỳ II, thấp hơn trong chu kỳ I vì: Lý do thứ 1 là cuối chu kỳ I, nồng độ cồn cao, pH thấp, vì vậy trong chu kỳ II, vi sinh vật cần nhiều thời gian để thích nghi với canh trường và tiếp tục phát triển Lý do thứ 2 là cấu trúc chất mang trở nên xốp vì sự tăng trưởng của nấm men và khí CO2 sinh ra trong quá trình lên men, nên nấm men có điều kiện thuận lợi để tiếp xúc với áp lực thẩm thấu cao Tuy nhiên tốc độ sinh trưởng của nấm men và lượng sinh khối cực đại do nấm men cố định tạo ra sẽ cao hơn nấm men tự do. Có thể khi lên men có nồng độ đường cao, dùng nấm men cố định, sẽ xuất hiện một gradient nồng độ quanh chất mang, giúp cho tế bào nấm men thích nghi dần với áp lực thẩm thấu . Có thể thấy rõ hiệu quả vượt trội của nấm men cố định so với nấm men tự do qua bảng Bảng 1. Đặc tính của lên men Ethanol bằng nấm men cố định ở những nồng độ đường 140, 170 và 220 g/L Bảng 8. Đặc tính của lên men Ethanol bằng nấm men cố định ở những nồng độ đường 140, 170 và 220 g/L Đặc tính Tốc độ sử dụng đường(g/l.h) Nồng độ Etanol (%v/v) Nồng độ đường ban đầu(g/L) 140 170 220 140 170 220 Nấm men cố định- chu kỳ I 1.93 1.83 1.90 8.4 10.4 11.7 Nấm men cố định- Chu kỳ II 2.04 1.19 1.09 8.6 10.4 10.4 Nấm men tự do 1.43 0.72 0.98 4.7 4.7 5.6 Nghiên cứu của Ljiljana Mojović và cộng sự ( 2009),[15] cũng cho kết quả tương tự , xin xem hình 28. Hình 28 : Tiến trình tiêu thụ đường và sản sinh Ethanol từ bắp thủy phân bằng nấm men S.cereviae var ellipsoider cố định trên gel canxi alginate. Đường liền nét : nồng độ cồn; đường đứt : nồng độ đường Như đã trình bày ở trên, thì nấm men cố định có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với nấm men tự do: Tăng tốc độ sử dụng cơ chất, rút ngắn thời gian lên men. Ổn định hoạt tính của nấm men. Các chất mang cố định có tác dụng như là một tác nhân bảo vệ tế bào chống lại những ảnh hưởng bất lợi của pH, nhiệt độ, dung môi và ngay cả các kim loại nặng. Dễ dàng tách nấm men ra khỏi sản phẩm sau quá trình lên men, có thể tái sử dụng nấm men nhiều lần. Lên men nồng độ cao do đó làm giảm chi phí về thiết bị và năng lượng, nhân công, hóa chất, . . . KẾT LUẬN Từ các kết quả trên nhận thấy so với nấm men tự do, nấm men cố định có thời gian lên men kéo dài hơn, nhưng nồng độ cơ chất còn sót thấp hơn nhiều, nồng độ cồn có thể đạt 8.4-11.7%v/v cao gấp đôi trường hợp dùng nấm men tự do. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lên men Ethanol bằng phương pháp chu kỳ sử dụng nấm men cố định, từ những kết quả trên ta nhận thấy: Lên men bằng nấm men cố định giúp thực hiện được lên men nồng độ cao do đó làm giảm chi phí về thiết bị và năng lượng, nhân công, hóa chất, . . Nồng độ có thể đạt đường 22 % và hiệu suất tạo Ethanol cao nhất. 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 Bổ sung vitamin kết hợp với bổ sung khoáng chất cho hàm lượng Ethanol cao hơn, và tốc độ sử dụng đường thấp hơn. Tốc độ lên men tăng khi ta tăng nhiệt độ tới nhiệt độ tối ưu khoảng 30 đến 40oC. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu và khoảng nhiệt độ cho sự phát triển, sinh trưởng và lên men đều phụ thuộc mạnh vào chủng nấm men. Ở nhiệt độ 30oC là nhiệt độ tối ưu cho việc thu nhận Ethanol cũng như tốc độ quá trình lên men. pH tối ưu cho quá trình lên men rượu là 4.25. Hàm lượng Ethanol quá cũng ảnh hưởng đến quá trình lên men, hàm lượng cao sẽ ảnh hưởng đến khả năng sống sót và phát triển của nấm men. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Karel Melzoch, Mojmír Rychtera and Věra Hábová, Effect of immobilization upon the properties and behaviour of Saccharomyces cerevisiae cells, Journal of Biotechnology, Volume 32, Issue 1, 15 January 1994, Pages 59-65 [2]. Lê Văn Việt Mẫn, Bùi Thanh Huyền, Alcohol fermentation with defferent initial glucose concentration using immobilized yeast in calcium alginate gel, Tạp chí phát triển KH& CN, tập 11, số 12- 2008 [3]. Vesna M. Vucurovic, Radojka N. Razmovski and Stevan D. Popov, Ethanol production using Saccharomyces cerevisiae cells immobilised on corn stem ground tissue, No 116, 315-322, 2009 [4]. Ruzica Jovanovic- Malinovska, Maja Cvetkovska, Slobodanka Kuzmanova, ChristoTsvetanov and Eleonora Winkelhausen, Immobilization of Saccharomyces cerevisiae in novel hydrogels based on hybrid networks of poly (ethylene oxide), alginate and chitosan for Ethanol production, Macedonian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, Vol. 29, No.2, pp. 169- 179, 2010 [5]. Irfana Ikram, Kanwal Manzoor, Sikander Ali and Ikram- Ul-HAQ; Enhanced Production Of Ethanol From Free And Immobilized Saccharomyces Cerevisiae Under Stationary Culture, Pak. J. Bot., 41(2): 821-833, 2009. [6]. Maziar Safaei Asli, A study on some efficient parameters in batch fermentation of Ethanol using Saccharomyces cerevesiae SC1, fermented siahe sardasht pomace, 2009 [7]. K. Pramanik, Parametric stydies on Batch Alcohol fermentation using Saccharomyces yeast, Toddy, 2003 [8]. Svetlana Nikolic, Ljiljana Mojovic, Dusanka Pejin, Marica Rakin And Vesna Vucurovic; Improvement of Ethanol fermentation of corn semolina hydeolyzates with immobilized yeast by medium supplementation, Food Technol Biotechnol 47 (1) 83-89, 2009 [9]. Szajaùni, B., Buzaù, J., Dallmann, K., Gimesi, I., Krisch, J. and Toth, M.. Continuous production of ethanol using yeast cells immobilized in preformed cellulose beads, Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol.46, 1996, 122-125 [10]. Williams, D. and Munnecke, D. M.. The Production of Ethanol by Immobilized Yeast Cell, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 23, 1981, 1813-1825. [11]. Jirku, V.. A novel entrapping matrix for yeast-catalyzed ethanol fermentation, Process Biochemistry, Vol.34, 1999, 193–196 [12]. Buzas, Zs., Dallmann, K. and Szajani, B.. Influence of pH on the Growth and Ethanol Production of Free and Immobilized Saccharomyces cerevisiae Cells, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 34, 1989, 882-884 [13]. Marica Rakin*, Ljiljana Mojovic, Svetlana Nikolic1 Maja Vukasinovic và Viktor Nedovic, Bioethanol production by immobilized Sacharomyces cerevisiae var. ellipsoideus cells, 2008 [14]. Mai Ngoc Dung, Dong Thi Thanh Thu- University Of Natural Science , VNU – HCM; Use of immobilized yeast cell in alcohol fermentation from molasses, Sience & Technology Development, Vol 12, No 09-2008 [15]. Ljiljana Mojović*, Marica Rakin, Maja Vukašinović, Svetlana Nikolić, Jelena Pejin and Dušanka Pejin, Production of BioEthanol by Simultaneous Saccharification and, Fermentation of Corn Meal by Immobilized Yeast , Chemical Engineering Transactions Volume 21, 2010 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Mô hình lên men chu kỳ sử dụng nấm men cố định……………………….4 Hình 2. Con đường tổng hợp Ethanol …………………………………………..…8 Hình 3. Tốc độ sử dụng đường trong canh trường nấm men Saccharomyces cerevisiae cố định trong gel alginate …………………………………………..….10 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………….11 Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ đường đầu vào quá trình sản xuất ethanol……..13 Hình 6. Ảnh hưởng của nồng độ đường ban đầu vào quá trình chuyển hóa đường........................................................................................................................13 Hình 7. Ảnh hưởng của nồng độ đường tới hiệu suất tổng hợp Ethanol …………14 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…………….............16 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 …………………………...18 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)……………………………....19 Hình 11. Số lượng tế bào thu nhận được trong quá trình lên men………………...19 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…….22 Hình 13. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới nồng độ Ethanol …………………………..22 Hình 14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển hóa của đường………………...23 Hinh 15: Ảnh hưởng của pH đến tốc độ lên men của nấm men cố định (l) và nấm men tự do (o)……………………………………………………………………….24 Hình 16: Ảnh hưởng của pH đến khả năng sống sót của nấm men cố định (l)và nấm men tự do (´)…………………………………………………………………25 Hình 17: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng cồn tạo thành trong suốt quá trình lên men £¢, pH 2,80; ¯¿ pH 3,0; ™˜ pH 3,25; rp pH 3,50; sq pH 3,70. Các ký hiệu rỗng và đặc lần lượt ứng với nấm men cố định và nấm men tự do………..25 Hình 18. Ảnh hưởng của pH đến lượng cồn sinh ra theo thời gian lên men……....26 Hình 19. Ảnh hưởng của pH tới sự chuyển hóa của đường theo thời gian lên men………………………………………………………………………………....26 Hình 20. Ảnh chụp từ kính hiển vi của nấm men cố định. (A). Cố định tế bào nấm men trong PVA( đường kính 3,5 mm và chiều dày là 0,3 mm). (B). Cố định tế bào nấm men trong alginate…………………………………………………………….27 Hình 21 . Nồng độ Ethanol và mật độ tế bào trong suốt quá trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác nhau của S. cerevisiae var ellipsoideus trong alginate. Điều kiện lên men: pH = 5.0; 30oC, 100rpm; nồng độ đường ban đầu là 176 g/l……………………………………………………………………………...28 Hình 22. Nồng độ Ethanol và mật độ tế bào trong suốt quá trình lên men bột bắp thủy phân với nồng độ chất mang khác nhau của S. cerevisiae var ellipsoideus trong PVA. Điều kiện lên men: pH = 5.0; 30oC, 100rpm; nồng độ đường ban đầu là 176 g/l………………………………………………………………………………..…29 Hình 23. Ảnh hưởng của nồng độ alginate tới hiệu suất lên men ethanol………30 Hình 24. Ảnh hưởng của thể tích môi trường lên men tới hiệu suất lên men ethanol. Điều kiện lên men: nhiệt độ 30oC, pH= 4.5, nồng độ đường ban đầu 15%, nấm menn Saccharomyces cerevisiae GC- II B31………………………………...33 Hình 25. Khả năng sử dụng đường khi tái sử dụng nấm men cố định …………..33 Hình 26. Quan hệ Sản lượng Ethanol tạo thành với việc tái sử dụng lại nấm men cố định, ở lượng đường 15%, nhiệt độ 300C,pH = 4,5……………………………….34 Hình 27. Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trong quá trình lên men ở 300C, pH = 4.5 và nồng độ đường ban đầu là 140g/l (a); 170g/l (b) và 220 g/l; sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate………………………………35 Hình 28 : Tiến trình tiêu thụ đường và sản sinh Ethanol từ bắp thủy phân bằng nấm men S.cereviae var ellipsoider cố định trên gel canxi alginate. Đường liền nét : nồng độ cồn; đường đứt : nồng độ đường …………………………………….37 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Ảnh hưởng của nồng đồ đường ban đầu tới hiệu suất Ethanol……14 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…………..15 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 …….....17 Bảng 4. Ảnh hưởng của việc bổ sung vitamin và khoáng chất vào môi trường trong quá trình lên men Ethanol …………………………………………………………19 Bảng 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ vào Hiệu suất sinh Etanol………………………23 Bảng 6. Nồng độ sản phẩm trong dịch canh trường sau các chu kỳ lên men liên tiếp với nấm men cố định trong alginate và PVA của S. cerevisiae var elipsoideus…..30 Bảng 7. Số liệu Quan hệ giữa nồng độ alginate và hiệu suất cố định …………….31 Bảng 8. Đặc tính của lên men Ethanol bằng nấm men cố định ở những nồng độ đường 140, 170 và 220 g/L………………………………………………………...36