Thử nghiệm sử dụng enzyme termamyl® và saccharomyces cerevisiae trong lên men ethanol từ tinh bột sắn tươi

A
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC A
DANH MỤC BẢNG C
DANH MỤC HÌNH D
MỞ ĐẦU F
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN. 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẮN 1
1.1.1. Giới thiệu về cây sắn 1
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam 3
1.2 TỔNG QUAN VỀ CỒN 7
1.2.1 Giới thiệu về cồn 7
1.2.2 Một số loại nguyên liệu có thể dùng để sản xuất cồn ngày nay 8
1.2.3 Một số ứng dụng của ethanol trong các lĩnh vực khác nhau 8
1.2.4 Tình hình sản xuất, tiêu thụ cồn trên thế giới và Việt Nam 10
1.3 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN VÀ CHƯNG CẤT CỒN 12
1.3.1 Phân loại quá trình lên men ethanol 14
1.3.1.1 Phân loại theo tác nhân lên men 14
1.3.1.2 Phân loại theo kỹ thuật lên men 17
1.3.2 Các phương pháp chưng cất cồn quy mô công nghiệp 17
1.3.3 Một số quy trình sản xuất ethanol từ sắn hiện nay: 18
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CỒN TỪ SẮN 23
1.4.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất cồn từ sắn trên thế giới 23
1.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất cồn từ sắn tại Việt Nam 24
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 26
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 26
2.1.1 Sắn củ: 26
2.1.2.Nấm men 26
2.1.3


amylase enzyme 26
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.2.1 Các phương pháp phân tích hóa học 27
B
2.2.2 Phương pháp định lượng tinh bột bằng ngoại quan và thực nghiệm 27
2.2.3 Các phương pháp phân tích vi sinh 27
2.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 27
2.2.4.1. Quy trình sản xuất dự kiến 27
2.2.4.2. Bố trí thí nghiệm 28
2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 38
2.3 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM 38
2.3.1 Dụng cụ. 38
2.3.2 Hóa chất 38
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA QUY TRÌNH 39
3.1.1Xác dịnh điều kiện thích hợp cho quá trình đường hóa 39
3.1.1.1 Xác định cách sử dụng enzyme thích hợp 39
3.1.1.2 Xác định tỷ lệ enzyme sử dụng thích hợp 40
3.1.1.3 Xác định tỷ lệ nước bổ sung thích hợp 41
3.1.1.4 Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân 43
3.1.2 Xác định điều kiện lên men 44
3.1.2.1 Xác định tác nhân lên men 44
3.1.2.2 Xác định lượng nấm men ban đầu thích hợp 45
3.1.2.3 Xác định độ đường thích hợp cho quá trình lên men 47
3.1.2.4 Xác định pH thích hợp cho quá trình lên men 49
3.1.2.5 Xác định tỷ lệ sulphate amon bổ sung cho dịch lên men thích hợp 51
3.1.2.6 Xác định tỷ lệ dịch chiết giá bổ sung thích hợp cho dịch lên men 54
3.2 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ SẮN 57
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 59
1. KẾT LUẬN 59

2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
PHỤ LỤC I
PHỤ LỤC A. CÁC BẢNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I
PHỤ LỤC B. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. III
C
DANH MỤC BẢNG

Trang
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chính của củ sắn tươi 2
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới 4
Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam 5
Bảng 1.4. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của các vùng sinh thái 5
Bảng 1.5. Các tính chất vật lý quan trọng của ethanol 7
Bảng 1.6. Các loại vi khuẩn có thể lên men ethanol 15
Bảng 1.7. Các thông số động học với Zymomonas mobilis và Saccharomyces
uvarum khi lên men glucose trong môi trường yếm khí ở nồng độ đường
250g/l, 30
0
C, pH = 5 16
Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng tỷ lệ nấm men ban đầu: i
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát kiểm tra ảnh hưởng nồng đường dịch lên men: i
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH: i
Bảng 3.4. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng tỷ lệ (NH
4
)
2
SO
4
: i

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dịch chiết giá đỗ: ii
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme: ii


D
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hình ảnh về sắn (Manihot esculenta) 1
Hình 1.2. Con đường đường phân EMP (Embden- Meyerhof Pathway) 13
Thí nghiệm 1. Xác định cách sử dụng

- amylase enzyme 28
Thí nghiệm 2. Xác định tỷ lệ enzyme bổ sung thích hợp 29
Thí nghiệm 3. Xác định tỷ lệ nướcbổ sung phù hợp 30
Thí nghiệm 4. Xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 31
Thí nghiệm 5. Khảo sát sử dụng nấm men. 32
Thí nghiệm 6. Xác định lượng nấm men ban đầu tối ưu 33
Thí nghiệm 7. Xác định độ đường thích hợp cho quá trình lên men 34
Thí nghiệm 8. Chọn pH thích hợp cho quá trình lên men 35
Thí nghiệm 9. Khảo sát chọn tỷ lệ (NH
4
)
2
SO
4
bổ sung thích hợp 36
Thí nghiệm 10. Khảo sát chọn tỷ lệ dịch chiết giá đỗ bổ sung thích hợp. 37
Hình 3.1. Ảnh hưởng của cách thức bổ sung enzyme Termamyl đến độ đường hòa
tan của dịch sau thủy phân 39
Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme sử dụng tới lượng đường tạo thành trong

dung dịch 41
Hình 3.3. Ảnh hưởng tỷ lệ nước/nguyên liệu tới độ đường hòa tan dịch 42
sau thủy phân 42
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ khô hòa tan 43
của dịch trước lên men 43
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tác nhân lên men tới độ cồn của dịch sau lên men 45
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men ban đầu tới độ cồn của dịch lên men 46
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men ban đầu tới độ đường hòa tan còn lại trong
dung dịch. 46
Hình 3.8. Ảnh hưởng của độ đường ban đầu tới độ cồn tạo thành 48
trong dung dịch 48
E
Hình 3.9. Ảnh hưởng của độ đường ban đầu tới lượng đường xót lại trong dịch sau
lên men. 48
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH tới độ cồn tạo thành trong dung dịch 50
Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH tới độ đường hòa tan còn lại trong dung dịch 50
Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ Sulphate amoni tới độ cồn tạo thành trong dung dịch 52
Hình 3.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước chiết giá dỗ tới độ cồn thu được trong dung
dịch 54
Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chiết giá đỗ tới độ đường hòa tan còn lại trong
dung dịch 55
Hình 3.16. Sơ đồ quy trình lên men ethanol từ sắn 57
F
MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi việc sử dụng năng lượng hóa thạch và than đá ngày càng bộc lộ
những nhược điểm như gây ô nhiễm môi trường và sản lượng ngày càng cạn kiệt thì
việc nghiên cứu sử dụng năng lượng sinh học càng được các nhà khoa học quan
tâm. Ở Việt Nam, Chính phủ đã xây dựng cả một Chương trình hành động lớn đó là
đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực sản xuất ethanol
nhằm thay thế cho một phần xăng dầu chạy các loại máy nổ, ô tô, xe máy. Trên tinh

thần ấy, Bộ Khoa học Công nghệ cũng đề xuất Chương trình trọng điểm quốc gia
trong đó tập trung vào công nghệ sản xuất ethanol từ sắn.
Từ thực tiễn đó, được sự đồng ý của khoa Chế Biến và Viện Nghiên cứu và
Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, em thực hiện đề tài: “Thử nghiệm sử dụng
enzyme Termamyl® và Saccharomyces cerevisiae trong lên men ethanol từ tinh
bột sắn tươi”
Mục đích của đồ án: thử nghiệm sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl® và
chế phẩm nấm men Thermosacc của hãng Novo trong quy trình sản xuất ethanol từ
tinh bột sắn tươi.
Nội dung của đồ án:
1) Xác định tỷ lệ enzyme Termamyl® và nhiệt độ thích hợp cho quá trình
đường hóa tinh bột sắn sống;
2) Xác định một số điều kiện thích hợp cho quá trình sử dụng nấm men
Thermosacc trong quá trình lên men cồn từ hỗn hợp tinh bột đã xử lý Termamyl®.
3) Đề xuất quy trình sản xuất.
Do thời gian nghiên cứu, kinh phí và thiết bị nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu
và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang có hạn nên đồ án này chắc hẳn còn có nhiều
hạn chế. Em rất mong nhận được các ý kiến góp ý để đồ án thêm hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn!
1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN.
1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÂY SẮN
1.1.1 . Giới thiệu về cây sắn
Sắn (Manihot esculenta) còn được gọi là khoai mì, là một loại cây thân gỗ
thuộc họ Đại Kích (Euphorbiaceae) xuất xứ từ Nam Mỹ và Tây Phi, thường được
gọi với tên thương mại là Cassava.

Hình 1.1. Hình ảnh về sắn (Manihot esculenta)
Sắn là cây trồng ngắn ngày ở các quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới, nguồn
cung cấp carbohydrates chính cho đại bộ phận dân số, đồng thời là cây trồng đứng

thứ 3 trên thế giới về sản lượng, sau các loại nông sản khác.
Cây sắn có thể phát triển ở vùng đất xấu, trong điều kiện khô hạn và chịu được
nhiệt độ lạnh đến 17
0
C. Chúng có thể hấp thụ bức xạ mặt trời lên tới 300W/m
2

(bằng với ánh sáng mạnh nhất khu vực nhiệt đới).
Củ sắn dài và thon ở 2 đầu, với lớp vỏ đồng nhất mỏng và mềm mại sau khi
bóc. Lớp vỏ dày khoảng 1mm, bề mặt xù xì và có màu nâu. Chạy dọc trục của củ
thường có một xơ gỗ lớn và các xơ nhỏ. Thịt củ thường có màu trắng phấn hoặc hơi
vàng.
Người ta phân loại sắn thành hai nhóm chính là loại đắng và loại ngọt, tùy
thuộc vào hàm lượng chất độc Cyanogenic glucosides có trong sắn. Chất này gồm 2
thành phần là linamarin và lotaustralin tồn tại tự nhiên trong củ và lá sắn, có thể giải
2
phóng ra hydrogen cyanide (HCN). Khi được giải phóng thành HCN, liều gây độc
cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg HCN/50 kg thể
trọng. Hàm lượng HCN phụ thuộc vào các yếu tố giống, vị trí trên củ (vỏ, thịt hay
lõi củ), điều kiện đất đai, chế độ canh tác và thời gian thu hoạch là chủ yếu. Tuy
nhiên, qua các công đoạn chế biến như: ngâm, luộc, sơ chế khô, ủ chua, sắn sẽ được
loại bỏ phần lớn độc tố HCN. Ngoài ra, linamase enzyme tồn tại tự nhiên trong sắn
góp phần thủy phân khá nhiều chất độc kể trên.
Sắn là loại củ có hàm lượng protein thấp. Protein củ sắn chứa hàm lượng các
acid amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu
huỳnh. Thành phần hóa học chính của củ sắn tươi được thể hiện qua bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chính của củ sắn tươi [20].
Thành phần Hàm lượng (g) chứa trong
100g nguyên liệu
Chất khô 38-40

Tinh bột 16-32
Protein tổng số 0,8-2,5
Lipid 0,2-0,3
Chất xơ 1,1-1,7
Chất tro 0,6-0,9
Canxi 18,8-22,5 mg
Phospho 22,5-25,4 mg
Vitamin B
1
0,02 mg
Vitamin B
2
0,02 mg
Vitamin PP 0,5 mg
Cyanogenic glycosides (mg HCN)

- 200-300 (sắn ngọt).
- 600-1.500 (sắn đắng).
3
1.1.2 . Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam
* Trên thế giới
Sắn (Manihot esculenta Crantz) hiện được trồng trên 100 nước có khí hậu
nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc ba châu lục: châu Á, châu Phi và châu Mỹ Latinh.
Theo Tổ chức nông lương thế giới (FAO), sắn là cây lương thực quan trọng ở các
nước đang phát triển chỉ sau lúa gạo, ngô và lúa mì. Tinh bột sắn là một thành phần
quan trọng trong chế độ ăn của hơn một tỷ người trên thế giới [10], đồng thời là
hàng hóa xuất khẩu có giá trị để chế biến bột ngọt, bánh kẹo, mì ăn liền, ván ép, bao
bì, màng phủ sinh học và phụ gia dược phẩm. Ngoài ra, sắn cũng là thức ăn cho gia
súc quan trọng tại nhiều nước trên thế giới [16].
Năm 2002, thế giới sản xuất được khoảng 184 triệu tấn sắn. Châu Phi là nơi

cung cấp khoảng 91,1 triệu tấn sắn hàng năm, trong đó, Nigieria là nước trồng và
sản xuất sắn lớn nhất thế giới với sản lượng hàng năm đạt 38 triệu tấn hàng hóa
được chế biến. Sắn cũng là thực phẩm chính ở hầu hết các quốc gia châu Phi, chẳng
hạn ở Ghana, sắn và khoai tây mỡ chiếm khoảng 46% GDP(Gross Domestic
Product) của ngành nông nghiệp, cung cấp năng lượng cho khẩu phần ăn hàng ngày
của khoảng 30% dân số Ghana và gần như mọi gia đình nông dân tại đây. Sau châu
Phi là châu Á với sản lượng sắn 51,5 triệu tấn và Mỹ Latinh cùng Caribe là 33,2
triệu tấn/năm. Theo FAO, Thái Lan là nước xuất khẩu sắn khô nhiều nhất, chiếm
77% tổng lượng sắn thế giới năm 2005 và trên 85% năm 2008. Thị trường xuất
khẩu chính của Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng châu
Âu với tỷ trọng xuất khẩu 40% là bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên.
Nước xuất khẩu sắn lớn thứ 2, sau Thái Lan là Việt Nam với sản lượng chiếm
13,6%, sau đó là Indonexia chiếm 5,8% tổng lượng sắn thế giới. Tại các khu vực
cân nhiệt đới phía Nam Trung Quốc, sắn là loại nông sản đứng thứ 5 về sản lượng
sau gạo, khoai tây, mía và lúa mạch. Trung Quốc là nước tiêu thụ sắn với số lượng
lớn, là thị trường xuất khẩu chủ yếu của Việt Nam và Thái Lan. Ngoài nhập khẩu,
Trung Quốc còn trồng trọt và tiêu thụ sắn chủ yếu ở các tỉnh lẻ như Quảng Tây với
lượng chiếm 60% tổng lượng tiêu thụ trong năm của Trung Quốc [21]. Xét tổng thể,
4
diện tích, năng suất và sản lượng sắn có xu hướng tăng từ năm 1995 đến nay
(Bảng1.2). Sang năm 2009, sản lượng sắn tăng 3,7 % so với năm 2008 [20].
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới
từ năm 1995 – 2008 [15]
Năm Diện tích
(triệu ha)
Năng suất
(tấn/ha)
Sản lượng
(triệu tấn)
1995 16,43 9,84 161,79

1996 16,25 9,75 158,51
1997 16,05 10,06 161,60
1998 16,56 9,90 164,10
1999 16,56 10,31 170,92
2000 16,86 10,70 177,89
2001 17,17 10,73 184,36
2002 17,31 10,61 183,82
2003 17,59 10,79 189,99
2004 18,51 10,94 202,64
2005 18,69 10,87 203,34
2006 20,50 10,90 224,00
2007 18,39 12,16 223,75
2008 21,94 12,87 238,45
* Tại Việt Nam:
Ở Việt Nam, cây sắn đã được chuyển đổi vai trò từ cây lương thực thành cây
công nghiệp với tốc độ tăng nhanh chóng về năng suất và sản lượng trong thập kỷ
đầu của thế kỷ XXI. Hiện nay, cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ
nông dân nghèo do đặc tính dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợp với sinh thái
và kinh tế nông hộ (Hoàng Kim và Phạm Văn Biên, 1997). Trong những năm gần
đây, năng lực sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam có nhiều tiến bộ đáng kể. Điều
này thể hiện qua sự gia tăng về diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua
các năm và phân theo các vùng sinh thái, (bảng 1.3 và bảng 1.4) [16].
5
Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam
giai đoạn 1995-2008
Năm Diện tích
(nghìn ha)
Năng suất
(tấn/ha)
Sản lượng

(triệu tấn)
1995 164,30 9,84 1,62
1996 275,60 7,50 2,06
1997 254,40 9,45 2,40
1998 235,50 7,55 1,77
1999 226,80 7,96 1,80
2000 234,90 8,66 2,03
2001 250,00 8,30 2,07
2002 329,90 12,6 4,15
2003 371,70 14,06 5,23
2004 370.00 14,49 5,36
2005 425,50 15,78 6,72
2006 474,80 16,25 7,77
2007 496,80 16,07 7,98
2008 557,40 16,85 9,30
Bảng 1.4. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của các vùng sinh thái
Việt Nam năm 2008
TT Vùng sinh thái
Diện
tích
(1000
ha)
Năng
suất
(tấn/ha)
Sản
lượng
(1000
tấn)
1 Đồng bằng sông Hồng 7,90 12,92 102,10

2 Trung du và miền núi phía Bắc 110,00 12,07 1.328,00
3 Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung 168,80 16,64 2.808,30
4 Tây Nguyên 150,10 15,70 2.356,10
5 Đông Nam Bộ 113,50 23,74 2.694,50
6 Đồng bằng sông Cửu Long 7,40 14,43 106,80
Cả nước 557,40 16,87 9.395,80

Diện tích trồng sắn nước của ta tập trung chủ yếu ở vùng Bắc Trung Bộ và
Duyên hải miền Trung ( với 16.880.000 ha). Vùng sản xuất sắn lớn thứ hai của cả
nước, tập trung chủ yếu ở bốn tỉnh: Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Đăk Nông. Năm
6
2008, diện tích đất trồng sắn của Tây Nguyên đạt 150.100 ha, nhưng năng suất bình
quân chỉ đạt 15,7 tấn/ha. Tổng sản lượng sắn vùng này đạt 2,53 triệu tấn, thấp hơn
rất nhiều so với năng suất và sản lượng sắn của vùng Đông Nam Bộ (23,74 tấn/ha
và 2,69 triệu tấn) [16].
Có nhiều nhà máy chế biến sắn đã và đang được xây dựng ở Việt Nam. Trên
phạm vi cả nước, có khoảng 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mô công
nghiệp với tổng công suất mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột sắn, tiêu thụ gần 2,5
triệu tấn củ sắn tươi, bằng 30% sản lượng cả nước. Năng lực các nhà máy ngày
càng tăng và tăng gấp đôi về số lượng, gấp 3 về công suất so với 5 năm trước đây
[16].
Năm 2009, sắn là một trong ít mặt hàng có kim nghạch xuất khẩu tăng mạnh.
Theo số liệu thống kê sơ bộ của Trung tâm thông tin công nghiệp và thương mại
(Bộ Công Thương), trong 7 tháng đầu năm, cả nước đã xuất khẩu được 2,66 triệu
tấn sắn và tinh bột sắn, đạt kim ngạch 406 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng và
tăng 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ 2008 [7].
Về thị trường xuất khẩu, Trung quốc vẫn là thị trường xuất khẩu chính mặt
hàng sắn của Việt Nam, chiếm hơn 90% kim nghạch. Tiếp theo là Hàn Quốc chiếm
5,5%, Đài Loan chiếm 2% [16].
Sản lượng sắn của cả nước năm 2009 đạt khoảng 8,6 triệu tấn, với tỷ trọng sắn

xuất khẩu đạt khoảng 48,6%, dùng làm thức ăn gia súc 22,4%, chế biến thủ công
16,8%, chỉ có 12,2% dùng nguyên liệu tươi. Khối lượng sắn xuất khẩu của Việt
Nam năm nay vào khoảng 4 triệu tấn. Muốn có thị trường xuất khẩu bền vững, Việt
Nam cần đẩy mạnh kim ngạch xuất khẩu bằng cách tiếp tục tìm kiếm thêm những
thị trường mới ngoài thị trường Trung Quốc nhằm hạn chế sự phụ thuộc quá nhiều
vào thị trường Trung Quốc, tránh tình trạng ép giá. Có nhiều thị trường tiềm năng
mà Việt Nam chưa khai thác hết là Châu Âu, Mỹ. Ngoài ra, các doanh nghiệp Việt
Nam cần gia tăng công nghệ chế biến với sản phẩm xuất khẩu thay vì xuất khẩu sản
phẩm thô (sắn lát và sắn củ) như hiện nay [17].
7
1.2 TỔNG QUAN VỀ CỒN.
1.2.1 Giới thiệu về cồn.
Ethanol ( hay ethyl alcolhol), CH
3
CH
2
OH, là hợp chất hữu cơ có nhánh chứa
oxy và hydro tạo nên các tính chất như: một dung môi, chất tẩy trùng, thức uống,
chất chống đông, dầu sinh học và chất gây tê. Đặc biệt do tính linh động của nhánh
hydroxyl mà ethanol có vai trò như một chất đệm cho nhiều chất khác.
Ở điều kiện thường, ethanol là một chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, sạch, không
màu, có mùi dễ chịu, đặc trưng khi được pha với nước theo tỷ lệ nhất định, hợp lý.
Tính chất lý hóa của ethanol phụ thuộc vào nhóm hydroxyl. Nhóm này tạo nên tính
phân cực cho các phân tử và làm gia tăng liên kết hydro trong nội phân tử. Ở trạng
thái lỏng, các liên kết hydro được tạo thành bởi lực hấp dẫn của các nhóm OH
-
của
phân tử này với nhóm OH
-
của phân tử khác. Khi trong thành phần ethanol còn

chứa một tỷ lệ nước nhất định thì các liên kết hydro còn xuất hiện giữa các phân tử
ethanol và nước, ngoài liên kết giữa chúng với nhau. Điều này tạo nên tính tan vô
hạn của ethanol trong nước.
Do đặc tính của nhóm hydroxyl, ethanol có những tính chất hóa học như là
phản ứng tách nước, tự tách nước, oxi hóa và ester hóa. Trong phân tử ethanol, liên
kết hydro trong nhóm hydroxyl có thể bị thay thế khi tiếp xúc với các kim loại hoạt
động như là: Natri, Canxi, Kali…và tạo nên liên kết ethoxide (ethylate) giữa kim
loại đó với nguyên tử hydro [10].
Bảng 1.5. Các tính chất vật lý quan trọng của ethanol [10].
Các tính chất Giá trị đạt được
 Nhiệt độ sôi ở điều kiện thường (
0
C).
 Nhiệt quá nhiệt (
0
C)
 Mật độ, d
4
20
, (g/ml)
 Nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình oxi hóa chậm (J/g).
 Tính cháy giới hạn trong không khí:
 Giới hạn dưới (vol %)
 Giới hạn trên (vol%)
78,32
243,10
0,79
29676,69

4,30

19,00

8
1.2.2 Một số loại nguyên liệu có thể dùng để sản xuất cồn ngày nay.
Ethanol thường được sản xuất bằng phương pháp lên men là chủ yếu và phổ
biến. Theo kinh nghiệm của người sản xuất, sử dụng các loại nông sản có hàm
lượng đường cao để lên men rượu cho hiệu quả tốt nhất. Có 3 dạng nông sản phổ
biến và tiện lợi được sử dụng để lên men cồn là đường, tinh bột và cellulose. Đường
(từ cây mía, củ cải đường, rỉ đường, trái cây) có thể chuyển hóa trực tiếp thành
ethanol. Với tinh bột (từ các loại hạt, khoai tây, sắn) thì phải được thủy phân bằng
enzyme của malt hoặc nấm mốc thành đường trước khi đi lên men cồn. Tương tự,
với cellulose (từ gỗ, phế phẩm nông sản, bã sulfite từ quá trình sản xuất giấy…)
cũng phải được thủy phân thành đường như trên. Ngày nay, người ta thường sử
dụng acid vô cơ để thủy phân cellulose. Tất cả các bước xử lý nguyên liệu phải thu
được đường đơn giản mà enzyme từ nấm men có thể chuyển hóa được và tạo ra
ethanol [10].
Một số nguyên liệu khác như: củ cải đường, ngô, hạt kê, bèo tây… cũng là
những nguyên liệu tiềm năng, đã và đang được nghiên cứu để sản xuất ethanol hiệu
quả cho nhu cầu ngày càng tăng trong tương lai [26].
1.2.3 Một số ứng dụng của ethanol trong các lĩnh vực khác nhau [25].
Ngoài khả năng được sử dụng như nhiên liệu sinh học (trộn lẫn với xăng theo
tỷ lệ hợp lý) và trong hàng loạt các quy trình công nghiệp khác, ethanol còn được sử
dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì chất này giúp làm giảm đáng kể nhiệt
kết tinh nước trong thực phẩm.
Ở nồng độ trên 95%, ethanol là dung môi tốt, được sử dụng nhiều trong các
loại nước hoa, sơn và cồn thuốc. Trong các loại đồ uống chứa cồn, hương vị đặc
trưng của chúng được tạo nên nhờ thành phần ethanol và các cấu tử hương hòa tan
trong cồn tạo nên.
Trong y tế và công nghiệp thực phẩm, dung dịch chứa 70% ethanol được dùng
như chất tẩy uế trực tiếp hoặc với các gel vệ sinh, kháng khuẩn phổ biến nhất ở

nồng độ khoảng 62%. Ethanol có khả năng khử trùng tốt nhất ở nồng độ dung dịch
khoảng 70%, nồng độ cao hơn hay thấp hơn đều cho hiệu quả kém hơn.
9
 Sản xuất ethylester
Ethanol được ứng dụng trong sản xuất ethylester theo phương trình sau:
CH
3
CH
2
OH+ RCOOH RCOOCH
2
CH
3
+H
2
O.
Hai ethyl ester được sản xuất nhiều nhất là ethyl acrylat (từ ethanol và acrylic
acid) và ethyl acetate (từ ethanol và acetic acid). Ethyl acrylat là một đơn phân tử
được sử dụng trong sản xuất polymer acrylate, có công dụng làm chất kết dính hay
các vật liệu che phủ. Ethyl acetate là dung môi phổ biến sử dụng trong sơn, các vật
liệu che phủ và trong công nghiệp dược phẩm. Các ethyl ester khác cũng được sử
dụng trong công nghiệp nhưng với sản lượng ít hơn như là các chất tạo mùi hoa quả
nhân tạo.
 Dấm
Dấm là dung dịch loãng của acetic acid được sản xuất bằng phương pháp lên
men dung dịch ethanol bằng vi khuẩn Acetobacter. Mặc dù theo truyền thống,
người ta điều chế dấm từ các đồ uống chứa cồn như rượu vang, rượu táo và bia,
nhưng dấm cũng có thể được điều chế từ các dung dịch ethanlol công nghiệp. Dấm
được điều chế từ ethanol chưng cất được gọi là “dấm chưng cất” và nó được sử
dụng phổ biến trong ngâm dấm thực phẩm hay làm gia vị.

 Các ứng dụng khác
 Khử lưu huỳnh của than đá (coal desulfurization):
 Nhựa có thể tiêu hủy được bằng vi khuẩn (biodegradable plastic).
 Nguồn cấp cho gia súc: trong chăn nuôi bò lấy thịt, tăng độ dai của thịt.
 Dầu đốt cho động cơ diesel.
Ethanol là nguồn nguyên liệu hóa học đa dụng, và trong thời gian qua đã được
sử dụng với phạm vi thương mại để tổng hợp hàng loạt các mặt hàng hóa chất với
sản lượng khác nhau. Hiện nay, nó đã được thay thế trong nhiều ứng dụng bằng các
nguyên liệu hóa dầu giá rẻ hơn. Tuy nhiên, trên thị trường của các quốc gia có nền
nông nghiệp phát triển nhưng các cơ sở hạ tầng của công nghiệp hóa dầu còn chưa
phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ và Brazil thì ethanol có thể được sử dụng để sản
xuất các hóa chất mà được các nước Phương Tây phát triển sản xuất chủ yếu từ dầu
mỏ, bao gồm ethylen và butadien.
H
2
SO
4
10
1.2.4 Tình hình sản xuất, tiêu thụ cồn trên thế giới và Việt Nam.
 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn trên thế giới.
Brazil, Mỹ, EU và các quốc gia nhiệt đới đang phát triển là những nơi sản xuất
cồn chủ yếu cho toàn thế giới. Khu vực EU sản xuất ethanol từ các mỏ khoáng dầu
là chính, còn Hoa Kỳ sản xuất dầu sinh học chủ yếu từ nguồn cơ bản là tinh bột
ngô. Ở Brazil, đa số ethanol lại được sản xuất từ đường mía. Với các quốc gia nhiệt
đới đang phát triển thì chưa sản xuất ethanol với quy mô lớn được do điều kiện kỹ
thuật còn nhiều hạn chế.
Xét về sản lượng, năm 2005, Brazil là nước sản xuất cồn lớn nhất thế giới, với
sản lượng ethanol đạt 16,2 tỷ lít và tới nay đã có 500 nhà máy sản xuất cồn. Nhưng
do nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu gia tăng đột biến ở khu vực EU, Mỹ nói riêng và toàn
thế giới nói chung thì chỉ Brazil không thể đáp ứng đủ. Vì vậy để tránh ảnh hưởng

của giá dầu tăng cao đột biến, EU đang hy vọng liên kết với các quốc gia nhiệt đới,
nơi trồng nhiều sắn như Thái Lan, Nigieria, Ghana, Brazil với mong muốn thúc
đẩy sản lượng ethanol phục vụ cho nhu cầu năng lượng của khu vực năm 2012.
Trước tình hình nhu cầu năng lượng thế giới tăng cao, Mỹ cũng đang muốn phấn
đấu thành quốc gia sản xuất cồn lớn trên thế giới, nhưng không xuất siêu [26].
Phát triển sản phẩm ethanol sinh học ngày nay là khả thi và hiệu quả kinh tế
khi mà giá dầu thô trên thị trường thế giới hiện nay là trên 120 USD/thùng. Năm
2003, toàn thế giới đã sản xuất trên 38,5 triệu m
3
ethanol (châu Mỹ khoảng 70%,
châu Á 17%, châu Âu 10%), trong đó 70% được dùng làm nhiên liệu ở trên 43 quốc
gia. Năm 2008, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 66 tỷ lít ethanol. Dự báo đến năm
2012 (thời hạn kết thúc Nghị định thư Kyoto), sản lượng ethanol thế giới sẽ tăng lên
79,3 triệu m
3
[3], trong đó Mỹ sẽ góp vào đó khoảng 28 tỷ lít ethanol và diesel sinh
học [17].
Với các lợi ích chính mà nhiên liệu sinh học (NLSH) mang lại như [3]:
 Giảm thiểu khí nhà kính.
 Giảm nhập khẩu nhiên liệu, tận dụng nguyên liệu thực vật tại chỗ.
 Công nghệ sản xuất không phức tạp.
 Tạo việc làm và tăng thu nhập cho người lao động.
 Tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp
11
 So với các nhiên liệu cùng loại khác, NLSH sử dụng thuận tiện hơn do
không cần thay đổi động cơ và cơ sở hạ tầng hiện có.
 Giá thành cạnh tranh được với xăng dầu.
Thì việc sử dụng nhiên liệu sinh học là xu thế tất yếu trên thế giới, nhất là đối
với các nước nông nghiệp và phải nhập nhiên liệu.
 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn tại Việt Nam

Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ lâu đời, nhưng chưa có tài liệu nào
cho biết thời điểm khởi đầu. Còn sản xuất cồn rượu theo công nghiệp ở nước ta
được bắt đầu từ năm 1989, do người Pháp thiết kế và xây dựng.
Cho đến nay, hầu hết các nhà máy đường trong nước đều có phân xưởng sản
xuất ethanol và CO
2
từ rỉ đường. Do diện tích vùng trồng mía, các cây lương thực
và cây lấy dầu khá lớn nên vấn đề về nguyên liệu sản xuất cồn không phải là một
khó khăn với đất nước ta. Vấn đề cần được nghiên cứu ở đây là làm sao nâng cao
độ tinh khiết của thành phẩm đến mức cao nhất, đặc biệt cho nhu cầu làm nhiên liệu
sinh học [15].
Trong thời gian qua, có nhiều công trình nghiên cứu tập trung xoay quanh vấn
đề nâng cao chất lượng sản phẩm cồn và hiệu suất sản xuất cồn tại Việt Nam. Cụ
thể như, năm 2007, nhóm nghiên cứu của PGS Trần Khắc Chương, ĐH Bách Khoa
TP Hồ Chí Minh đã công bố nghiên cứu thành công quy trình công nghệ có thể điều
chế ra loại hóa chất (BK-X1 là hợp chất từ cao lanh Lâm Đồng) phục vụ điều chế
điều chế xăng sinh học ở điều kiện trong nước. Hiện tại, nhóm nghiên cứu này đã
hoàn chỉnh công nghệ và thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm sản xuất cồn tuyệt
đối đạt công suất khoảng 100kg/ngày và sử dụng loại hóa chất do chính nhóm chế
tạo. Ông Chương cho biết, một khi đã giải quyết được vấn đề sản xuất cồn tinh
khiết bằng công nghệ trong nước với quy mô công nghiệp thì việc điều chế ra xăng
sinh học là việc nằm trong tầm tay của giới khoa học.
Cùng thời gian đó, ông Nguyễn Ngọc Diệp, trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng,
chủ nhiệm đề tài nghiên cứu nhiên liệu thay thế cho rằng, về lâu dài, Nhà Nước cần
có chiến lược nghiên cứu ứng dụng năng lượng sinh học đầu tư cho các công trình
nghiên cứu khoa học cấp Nhà Nước để sản xuất đại trà ethanol sinh học giá thành
12
rẻ, cùng với nghiên cứu ứng dụng ethanol làm nhiên liệu cho ô tô, mô tô và lò đốt
công nghiệp [19].
Trước thực trạng Việt Nam đang phụ thuộc chủ yếu vào nguồn xăng dầu nhập

khẩu như hiện nay, việc nghiên cứu và sản xuất ethanol là một việc rất đáng lưu
tâm. Trong vòng 15 năm tới, Việt Nam sẽ phải nhập lượng lớn năng lượng, dự báo
tỷ lệ nhập khẩu khoảng 11-20% vào năm 2020, tăng lên 50-58% vào năm 2050-
chưa kể năng lượng hạt nhân [3].
Việc nghiên cứu, sản xuất ethanol cho nhu cầu năng lượng có ý nghĩa rất lớn
trong việc đảm bảo an ninh năng lượng cho quốc gia, đồng thời góp phần đáng kể
vào công cuộc bảo vệ môi trường của toàn thế giới trước nguy cơ nóng lên toàn cầu.
Năm 2007, Chính phủ đã phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm
2015, tầm nhìn 2050” nhằm tạo ra dạng năng lượng tái tạo được thay cho nhiên liệu
hóa thạch, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường, phấn đấu
đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật của Việt Nam đạt 250 nghìn tấn
(pha được 5 triệu tấn E5 và B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu cả nước và đến năm
2050 sẽ đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng 5% nhu cầu xăng dầu [2].
Tại Việt Nam hiện nay, cồn được sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu rỉ đường
mía, mỗi năm công suất sản xuất cồn trên cả nước đạt 25 triệu lít 1 năm tập trung ở
3 nhà máy lớn, có công suất từ 15.000- 30.000 lít/ ngày là Nhà máy đường Hiệp
Hòa, Lam Sơn và nhà máy bia rượu Bình Tây cùng hàng trăm cơ sở sản xuất có quy
mô nhỏ với công suất khoảng 3.000- 5.000 lít mỗi ngày [14]. Tuy nhiên, qua khảo
sát cho thấy, hiện các cơ sở sản xuất cồn đang gặp nhiều khó khăn. Do nguồn
nguyên liệu quá đắt và công nghệ lạc hậu dẫn đến tốn nhiều chi phí sản xuất nên sản
phẩm không có sức cạnh tranh cao.
1.3 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN VÀ CHƯNG CẤT CỒN
Lên men ethanol, còn gọi là lên men cồn, là quá trình chuyển hóa sinh học các
loại đường như: glucose, fructose và sucrose để cung cấp năng lượng tế bào trong điều
kiện kỵ khí và quá trình này tạo ra ethanol và CO
2
là dạng sản phẩm trung gian của
quá trình trao đổi chất của nấm men. Cơ chế của quá trình lên men rất phức tạp, bao
gồm một chuỗi nhiều phản ứng. Đường Glucose, fructose tham gia vào quá trình
đường phân EMP (Embden- Meyerhof Pathway ) để tạo thành pyruvate [6], [1].

13

Hình 1.2. Con đường đường phân EMP (Embden- Meyerhof Pathway)
H
2
O
P
i
Phosphoglyceromutase
Phosphoglycerate kinase
P
i
Aldolase

Triosephosphate isomerase
Enolase

Pyruvate kinase

NAD

+

NADH
+
+H
+

Glycerol-3-
phosphate
dehydrogenase
Fructose-1,6-bisphosphatase
H
2
O
P
i
Dihydroxyacetone phosphate
Glycerol-3-phosphate
Glucose
Glucose-6- phosphate
Fructose-1,6-bisphosphate
Glycerate 3 phosphate
Glycerate 2 phosphate
Phosphoenolpyruvate
Pyruvate
ATP
ADP
ATP

ADP

H
exokinase

Fructose-6-phosphate
Glyceraldehyd
-
3-phosphate
dehydrogenase
Glyceraldehyd-3-phosphate
Glycerate 1,3 bisphosphate
P
i
NADH
+
+
H
+

NAD
+

ATP

ADP

ATP

ADP

H
2
O

Glycerol
Phosphoglucose isomerase
Phosphofructose
kinase
Glucose-6-phosphatase
14
Ở nấm men Saccharomyces cerevisiae, trong điều kiện yếm khí thì pyruvic
acid sẽ chuyển hóa thành ethanol theo phản ứng sau:


CH
3
-C-COOH CH
3
-CHO
-CO
2
Acetaldehyd


Pyruvate

CH
3
-CHO CH
3

-CH
2
-OH
Ethanol

NADH
+
+H
+
NAD
+

Lên men là một trong những kỹ thuật có từ rất lâu đời trong lĩnh vực công
nghệ thực phẩm và là quá trình được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của ngành thực
phẩm như sản xuất rượu, bia, nước giải khát có cồn hay trong sản xuất ethanol công
nghiệp. Tùy vào tác nhân lên men, kỹ thuật sử dụng mà người ta có thể chia quá
trình lên men thành các loại khác nhau:
1.3.1 Phân loại quá trình lên men ethanol
1.3.1.1 Phân loại theo tác nhân lên men
 Lên men ethanol sử dụng vi khuẩn
Nhược điểm của quá trình lên men sử dụng vi khuẩn là quá trình lên men
thường tạo ra nhiều sản phẩm phụ như: các loại alcolhol (butanol, isopropy
alcolhol, 2,3-butandiol), các loại acid hữu cơ (acetic acid, formic acid, lactic acid),
các loại polyol (arabitol, glycerol và xylitol) và các loại khí (CH
4
, CO
2
, H
2
).

Các loại vi khuẩn có thể lên men ethanol được trình bày trong bảng 1.6:



Pyruvatedecarboxylase

O
Alcohol dehydrogenase
15
Bảng 1.6. Các loại vi khuẩn có thể lên men ethanol [10]
Các chủng vi khuẩn Hàm lượng ethanol
(mmol/mmol glucose)
 Clostridium sporogenes
 Clostridium indolis (pathogenic: gây bệnh)
 Clostridium sphenoides
 Clostridium sordelli (pathogenic)
 Zymomonas mobilis ( kỵ khí)
 Zymomonas mobilis
 Spirochaeta aurantia
 Spirochaeta stenostrepta
 Spirochaeta litoralis
 Erwinia amylovora
 Leuconostoc mensenteroides
 Steptococus latic
 Sarcina ventriculi (như Zymosarica)
Lên đến 4,15 (a)
1,96 (a)
1,8 (a); 1,8 (b).
1,7.
1,9.

1,7.
1,5 (0,8).
0,84 (1,46).
1,1 (1,4).
1,2.
1,1.
1,0.
1,0.
(a) thu được khi số lượng nấm men còn nhiều.
(b) thu được khi tế bào đã ngừng hoạt động.
Có nhiều loại vi khuẩn (VD: Enterobacteria, Spirochaeta, Bacteroides vv )
trao đổi chất bằng con đường EMP. Bên cạnh đó, nhiều loại vi khuẩn khác sử dụng
con đường EDP (Enter- Doudrosoff pathway) là con đường chuyển hóa glucose
chính.
 Lên men ethanol dùng nấm men
Nấm men được sử dụng trong lên men nhiều loại đồ uống từ rất lâu đời. Cho
đến nay, nghành công nghiệp lên men vẫn sử dụng nấm men là chủ yếu. Các chủng
nấm men đầu tiên được sử dụng trong lên men ethanol công nghiệp bao gồm
Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Schirosacharomyces pombe và
Kluyueromyces. Các loại nấm men lên men đường glucose theo con đường EMP,
tạo ra ethanol với hiệu suất khá cao khoảng 90-95%, ổn định về chất lượng.
Nấm men có khả năng thích nghi cao trong môi trường cồn. Ở nồng độ
ethanol 1- 2%(w/v) chỉ làm chậm dần tốc độ phát triển của nấm men; đến nồng độ
10% (w/v), tốc độ phát triển của nấm men gần như ngừng hẳn.
16
 Lên men ethanol kết hợp cả nấm men và vi khuẩn
Theo ghi nhận của P.Gunasekaran (1999), nấm men Saccharomyces cerevisiae
và vi khuẩn Zymomonas mobilis được sử dụng phổ biến trong sản xuất các sản
phẩm cồn công nghiệp với hiệu quả tốt nhất.
Khi dùng Z.mobilis thuận tiện hơn S.cerevisiae theo khía cạnh khả năng tạo ra

nhiều cồn và khả năng chịu cồn cao hơn. Nhưng Z. mobilis cũng có những điểm bất
cập là:
i. Không thể chuyển hóa hỗn hợp mạch dài của carbohydrate như cellulose,
hemicellulose và tinh bột thành ethanol.
ii. Sản phẩm cuối thường lẫn nhiều sorbitol, acetoin, glycerol và acetic acid.
Vì vậy, cần sử dụng kết hợp 2 loại vi sinh vật trên để sản xuất ethanol sẽ hiệu
quả hơn là dùng từng loại đơn lẻ.
Bảng 1.7. Các thông số động học với Zymomonas mobilis và Saccharomyces
uvarum khi lên men glucose trong môi trường yếm khí ở nồng độ đường
250g/l, 30
0
C, pH = 5 [10]
Các thông số Z.mobilis S.uvarum
 Tốc độ sinh trưởng riêng, (µ/h).
 Tốc độ hấp thu đường riêng, q
s
(g/g/hr).
 Tốc độ khuếch tán ethanol, q
p
(g/g/hr).
 Sinh khối tạo thành, Y (g/g).
 Sản lượng ethanol, Y (g/g).
 Sản lượng ethanol theo lý thuyết (%).
 Nồng độ ethanol cực đại (g/l).
0,130
5,500
2,500
0,019
0,470
92,5%

102
0.055 (a)
2,100 (b)
0,870 (c)
0,033
0,440
86%
108
(a) Phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa lượng đường trước và sau lên men.
(b) 1 mol glucose phân hủy thành 2 mol ethanol, tính theo năng suất lý thuyết.
(c) Thông số tính toán cho quá trình lên men từ 16-22 giờ khi tác nhân lên
men được phát triển hoàn chỉnh trong môi trường có oxy.
17
1.3.1.2 Phân loại theo kỹ thuật lên men [8].
 Lên men gián đoạn (lên men tĩnh)
Quá trình lên men được thực hiện trong các tank chứa có thể tích được thiết kế
sẵn tùy theo năng suất của từng quy trình công nghệ. Dịch lên men, nấm men cùng
các hóa chất hỗ trợ sẽ được đưa vào tank để thực hiện lên men ethanol theo thể tích
nhất định là hệ số đổ đầy. Cấu tạo tank chứa được thiết kế đặc biệt, đảm bảo kín khí
và vệ sinh, chủ động điều chỉnh được nhiệt độ theo yêu cầu từng sản phẩm, thải
được CO
2
, đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm sau lên men.
 Lên men liên tục
Thường được thực hiện trong công nghệ lên men bằng tế bào cố định. Trong
đó, dịch lên men được nạp vào và sản phẩm đi ra liên tục từ tank lên men. Các tế
bào nấm men sẽ được cố định trong tank lên men trong mạng lưới đặc biệt được
làm bằng vật liệu màng cellulose hoặc gel alginat natri…công nghệ này đang được
nghiên cứu và chưa được ứng dụng nhiều trong thực tiễn do còn nhiều hạn chế
trong quá trình tối ưu hóa mạng lưới cố định tế bào và lựa chọn, thiết kế thiết bị phù

hợp, nhiễm tạp do đột biến xảy ra trong lòng dịch lên men hoặc do tác nhân lạ bên
ngoài xâm nhập vào…
Nói chung, sự phân loại các phương pháp lên men chỉ mang tính chất tương
đối, vì tương lai, việc sử dụng kết hợp các phương pháp với nhau để đạt hiệu quả
cao trong sản xuất sẽ được nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn.
1.3.2 Các phương pháp chưng cất cồn quy mô công nghiệp [15]
Chưng cất là phương pháp phổ biến được áp dụng trong sản xuất cồn. Có rất
nhiều phương pháp chưng cất nói chung như: phương pháp chưng cất đơn giản,
chưng có hồi lưu, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng luyện, chưng cất chân
không thăng hoa…
Trong sản xuất cồn cao độ quy mô công nghiệp, phương pháp chưng luyện
đang được sử dụng phổ biến và hiệu quả. Đây là phương pháp sản phẩm được
18
chưng nhiều lần trong 1 nhóm thiết bị để tăng độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng.
Trong phương pháp chưng luyện, người ta lại phân ra 2 phương pháp:
 Chưng luyện bán liên tục: là phương pháp kết hợp chưng gián đoạn và
tinh chế cồn liên tục trong tháp chưng cất. Có 2 thùng chứa dịch chưng cất hoạt
động song song, so le nhau và một tháp tinh chế cồn để đảm bảo lượng cồn thô đi
vào tháp ổn định. Cồn được hồi lưu lại tháp cho tới khi đạt độ tinh khiết theo yêu
cầu.
 Chưng luyện liên tục: 1 dòng, sử dụng 2 tháp chưng cất. Cồn đi trong 2
tháp và đạt được độ tinh khiết yêu cầu.
Chất lượng cồn thu được tùy theo chiều cao tháp,cách vận hành và công nghệ
chưng cất. Về nguyên tắc là sản phẩm cồn phải đạt tiêu chuẩn TCVN-71.
Ngoài ra, các phương pháp đã và đang được nghiên cứu để nâng cao nồng độ
cồn hơn đó là sử dụng màng lọc (màng này có thể là màng sinh học hay
polymer…), phương pháp dung các chất hút ẩm (vôi sống, kali phosphate, kali
clorua, đồng sulphate, canxi clorua…), phương pháp hấp phụ trên rây phân tử Để
xác định độ cồn ở mức gần tuyệt đối này có thể sử dụng phương pháp : sắc ký, phù
kế xung…

1.3.3 Một số quy trình sản xuất ethanol từ sắn hiện nay:
19

* Quy trình sản xuất ethanol từ tinh bột ngũ cốc[9]:




















Sắn, ngô, khoai lang
Xử lý sơ bộ
Dịch hóa +

- amylase
(100

0
C, 10h)
Đường hóa + glucose amylase
(60
0
C,15-24h)
Đường
Lên men
(30
0
C, 36-48h)

Chưng cất
Ethanol