Enzyme là chất xúc tác sinh học

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
KẾT LUẬN 34 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1
KẾT LUẬN 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1
LỜI CÁM ƠN
“Học đi đôi với hành” là một chân lý không bao giờ thay đổi. Hiểu được vấn đề đó nên
trong quá trình học tập suốt 4 năm, em đã cố gắng tiếp thu kiến thức từ Thầy Cô và trong quá
trình làm đề tài tốt nghiệp này em đã có cơ hội kiểm chứng và hoàn thiện kiến thức cho mình.
Để hoàn thành tốt chuyên đề tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ phía ban
giám hiệu nhà trường, đặc biết là cán bộ giảng viên khoa MT và CNSH . Vì thế, em xin chân
thành cám ơn:
- Cán bộ giảng viên khoa MT và CNSH đã tạo điều kiện giúp đở và chỉ dạy trong quá
trình học tập tại trường
- Đặc biệt là sự nhiệt tình chỉ dẫn và giúp đỡ của Thầy Huỳnh Văn Thành là người trực
tiếp hướng dẫn giúp em hoàn thành tốt chuyên đề tốt nghiệp nay.
- Cám ơn Ba Mẹ là người luôn sát cánh và ủng hộ con.
- Cám ơn sự hợp tác của bạn đồng hành, là người cùng hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện chuyên đề khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận
được sự đóng góp chân thành của Thầy Cô
Em xin chân thành cảm ơn!
2
Lời mở đầu:
Enzyme là chất xúc tác sinh học được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đờisống, đặc biệt
trong công nghiệp thực phẩm nó đóng một vai trò quan trọng trong quy trình chế biến. Một số
quy trình nếu thiếu enzyme thì không thể tiếp tục được.Ở Việt Nam, công nghệ enzyme
chưa phát triển. các nghiên cứu có đề cập đến hầu hết các loại enzyme của động vật, thực vật
và VSV, nhưng chưa có enzyme nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Nước ta vẫn
3

hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn enzyme từ nước ngoài, các loại enzyme đang sử dụng nhiều
trong nước làcác enzyme của hãng NOVO Đan Mạch. Vì vậy, việc hiểu biết, nghiên cứu, phát
triển sản xuất enzyme trong nước là việc rất cần thiết và là 1 ngành công nghiệp đầy tiềm
năng.
cellulase là 1 trong những enzyme được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như công nghệ
sản xuất cồn, hiện nay nó được sản xuất chủ yếu từ vi sinh vật do có nhiều ưu điểm: tốc độ
sinh sản của VSV rất mạnh, enzyme thu nhận từ VSV có hoạt tính rất cao.
Phần 1: TỔNG QUAN
4
1.1 Enzyme Cellulase
Enzyme Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thuỷ phân cellulose thông qua việc
thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside tạo ra sản phẩm glucose cung cấp cho công nghiệp lên men.
Nguồn thu enzyme cellulase lớn nhất hiện nay là vi sinh vật.
Cellulase là enzyme đa cấu tử gồm: endo-β-1,4-glucanase, exoglucanase, và β-
glucosidase, hai enzyme chính của phức hệ này là enzyme Cl và enzyme Cx hoạt động phối
hợp để thủy phân cellulose thành glucose.
Dạng 1: Endo-β-1,4-glucanase được gọi là endoglucanase hoặc 1,4-β-D-glucan-4-
glucanohydrolase hay CMCase (EC 3.2.1.4). Endo-β-1,4-glucanase thuộc vào dạng 1 của
phức hệ cellulase.
Dạng 2: là exoglucanase, gồm 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase (giống như
cello dextrinase) (EC 3.2.1.74) và 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase
cellobiohydrolase) (EC 3.2.1.91).
Dạng 3: là β-glucosidase hoặc β - glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21). Enzyme Cx
có hai loại: exo β–1,4–glucanase và endo β–1,4–glucanase. Enzyme Cl có khả năng phân giải
(thủy phân) sợi cellulose tự nhiên, có tính đặc hiệu không rõ ràng do đó cũng chưa xác định
được tên hệ thống của nó. Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose
tạo ra các loại oligosaccharide có chiều dài khác nhau. Exoglucanase thủy phân các liên kết ở
đầu khử và đầu không khử của chuỗi cellulose để giải phóng ra glucose (glucanohydrolase)
hoặc cellobiose
(cellobiohydrolase).

1.2 Giới thiệu cơ chất
Enzyme cellulase có khả năng sử dụng nhiều loại cơ chất. Người ta phân ra làm 2 loại
chủ yếu sau:
• Cơ chất tự nhiên: Gồm các nguồn phụ phẩm của các ngành nông nghiệp như bã
mía, bã cà phê, rơm rạ, sợi bông, cọng khoai mì, dây đậu sau thu hoạch…Chẳng hạn như
cellulose là homopolymer mạch thẳng, được cấu tạo khoảng vài ngàn gốc glucose nối với
5
nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside. Cellulose có cấu tạo sợi, cấu trúc không đồng nhất gồm
vùng kết tinh và vùng vô định hình. Khoảng 40 sợi liên kết lại với nhau tạo thành liên kết
microfibrin. Nhiều sợi microfibrin tập hợp lại thành sợi macrofibrin có đường kính mặt cắt
khoảng 0,5nm.
 Cơ chất nhân tạo: gồm các cơ chất dùng để phân tích hoạt tính enzyme cellulase như
CMC (carboxulmethyl cellulose), HEC (hydroxyethyl cellulose… CMC
(Carboxymethylcellulose) là một dẫn xuất của cellulose. Cấu trúc của CMC dựa trên liên kết
β-(1 4)-D-glucopyranose, có thành phần tương tự nhưng chỉ có liên kết của phần vô định và
ngắn hơn so với cellulose.
1.3 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase
• Endocellulase: xúc tác quá trình cắt liên kết α-1,4- glucoside trong cellulose, lignin và
α -Dglucan một cách ngẫu nhiên. Sản phẩm của qúa trình phân giải là các cellulose phân tử
nhỏ, cellobiose và glucose.
• Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose tạo
thành các cellobiose (disaccharide) và một số cellotetrose.
• Cellobiase: tham gia phân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thành glucose.
6
Hình 1: Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase
1.4 Cồn sinh học
1.4.1 Tình hình ethanol nhiên liệu thế giới
Gasohol còn gọi là xăng sinh học được chế tạo từ hỗn hợp ethanol khan 99,5% pha xăng
tỷ lệ 5, 10, 20 hoặc 40% ethanol khan, với hỗn hợp ethanol trong gasohol khoảng 10-20% thì
không cần cải tạo động cơ.

Brazil đã thành công trong việc sản xuất bioethanol theo quy mô công nghiệp từ những
năm 1970 khi nước này phụ thuộc nặng nề vào dầu nhập khẩu. Ngày nay, toàn bộ xe hơi ở
Brazil sử dụng xăng có pha ít nhất 25% ethanol, và 60% số xe có khả năng “linh động về
nhiên liệu” (có thể sử dụng 100% ethanol làm nhiên liệu).
Brazil sản xuất bioethanol hầu như chỉ từ cây mía. Trong mô hình này, mỗi tấn mía cho
năng suất 72 lít ethanol. Loại ethanol này có thể được tinh lọc thêm để pha vào xăng, hoặc
dùng làm ethanol nhiên liệu tinh.
Nước Mỹ đang bám theo Brazil và đầu tư mạnh vào sản xuất nhiên liệu sinh học.
7
Hiện tại Mỹ đang sử dụng toàn bộ xăng có pha 10% ethanol, với những cải tiến nhằm tăng tỉ
số này. Đa phần mọi phương tiện bán ở Mỹ đều phải có động cơ linh hoạt về nhiên liệu. Liên
minh Châu Âu cũng đã tiến đến việc khuyến khích năng lượng tái sinh cho tương lai với
những đạo luật về điều khoản sử dụng phương tiện giao thông tối thiểu cho các nước thành
viên.
Trong tương lai, Colombia bắt buộc những thành phố có dân số trên 500.000 dân
phải bán xăng có pha 10% ethanol. Ở Venezuela, công ty dầu quốc gia đang hỗ trợ dự án xây
dựng 15 nhà máy chế cồn từ mía trong 5 năm tới khi chính phủ sắp ban hành đạo luật bắt buộc
sử dụng xăng E10 (pha 10% ethanol). Chính phủ Canada nhắm đến việc 45% xăng trong cả
nước có pha 10% ethanol vào năm 2010. Ở Đông Nam Á, Thái Lan đã ban hành luật cho việc
sử dụng xăng pha 10% ethanol bắt đầu từ 2007. Ở Ấn Độ, một chương trình bioethanol đã kêu
gọi người dân sử dụng xăng E5 trên cả nước, tiến tới việc sử dụng xăng E10 và E20.
1.4.2 Tình hình ethanol nhiên liệu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất ethanol đã được hình thành từ rất lâu. Phần đông
ethanol sản xuất từ rỉ đường mía, dùng làm ethanol cho thực phẩm và công nghiệp. Tổng cộng
năng suất là 25 triệu Lit/năm, trong đó có 3 nhà máy sản xuất 15000 – 30000 Lit/ngày là nhà
máy đường Lam Sơn, nhà máy đường Hiệp Hoà và nhà máy rượu Bình Tây và hàng trăm cơ
sở sản xuất 3000 – 5000 Lit/ngày.
Cho đến thời điểm này, ethanol nhiên liệu vẫn chưa được tiêu thụ trên thị trường.
Tuy nhiên, có rất nhiều nghiên cứu được thực hiện trong lĩnh vực này. Điển hình là sự
hợp tác giữa Công ty rượu Bình Tây, Saigon Petro và Công ty Nguyễn Chí từ năm 2005. Các

doanh nghiệp này đã triễn khai 5 đề tài: gasohol từ cồn công nghiệp (cồn 96%), gasohol từ cồn
khan (cồn 99,5%), đầu tư nhà máy sản xuất gasohol, đầu tư nhà máy sản xuất cồn công
nghiệp, đầu tư nhà máy sản xuất cồn khan. Tất cả nhằm mục đích đưa xăng sinh học với tỉ lệ
10-12% vào thị trường năng lượng.
1.4.3 Triển vọng ethanol tương lai
Cần có những nghiên cứu để tăng hiệu quả của bioethanol cũng như của quá trình
8
chuyển hóa biomass thành nhiên liệu bền vững để thay thế xăng dầu. Điều này có liên
quan đến việc giảm chi phí chuyển hóa, tăng năng suất và tăng sự đa dạng của các nguồn
nguyên liệu có thể sử dụng. Hướng đi cho những nghiên cứu để phát triển và cải tiến
bioethanol là tìm những phương pháp chuyển hóa hemicellulose thành đường để lên men. Một
khía cạnh rất thú vị, và cũng được nghiên cứu trong đề tài này, là quá trình đường hóa và lên
men đồng thời (SSF). Những phương pháp hiện nay có thể đạt được hiệu suất 50 – 72%
ethanol cho mỗi gam glucose, giới hạn bởi khả năng chịu ảnh hưởng của nấm men đối với
ethanol. Điều này dẫn đến hướng khả thi nghiên cứu những chủng nấm men có khả năng chịu
ức chế tốt hơn. Ở khía cạnh này, công nghệ sinh học và vi sinh sẽ đóng vai trò rất quan trọng
trong công nghệ gene, không chỉ ở việc phát triển nấm men, mà còn ở việc phát triển những
giống vi sinh vật khác có khả năng chuyển hóa cellulose và lignin tạo thành đường và lên men
ethanol.
9
Phần 2: NGUYÊN LIỆU VÀ VẬT LIỆU TRONG SẢN XUẤT CỒN
2.1 Nguyên liệu
2.1.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn
Nguyên liệu đường – mật rỉ
Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường chiếm từ 3- 5% so với
lượng đường mía đưa vào sản xuất. Tỷ lệ này phụ thuộc vào chất lượng mía và công nghệ sản
xuất. Từ một tấn mật rỉ chúng ta có thể thu được: 300 lít cồn 100
0
, 50
kg nấm men bánh mì, 160 kg CO2 lỏng, 14 kg glyxerin, 14.2 kg mì chính và một số sản phẩm

khác. Trong số các chất khô thì đường chiếm tới 60%, gồm 30 - 40% là saccaroza và 20 - 25%
là đường khử. Số chất khô còn lại gọi chung là chất phi đường và gồm 30 - 32% là hợp chất
hữu cơ và 8- 10% là chất vô cơ. Thành phần mật của mật rỉ phụ thuộc vào giống mía đất trồng
trọt và điều kiện canh tác cũng như công nghệ sản xuất đường .Bình thường lượng chất khô
trong mật rỉ chiếm 80÷85%, nước chiếm 15÷20%.Trong số các chất khô thì đường chiếm tới
60% , gồm 35÷40% là saccaroza và 20÷25% là đường khử. Số chất khô còn lại gọi chung là
chất phi đường và gồm 30÷32% là hợp chất hữu cơ và 8÷10% là chất vô cơ. Hợp chất hữu cơ
gồm các chất chứa nitơ,cacbon, oxy và hydro, chất hữu cơkhông chứa nitơ gồm có: pectin,
chất nhầy furfurol và oxymetyl furol , axit v.v…
Ngoài ra còn chứa các chất khử nhưng không lên men được như caramen, chất màu
v.v…Hợp chất hữu cơ chứa nitơ phần lớn là dạng amin như glutamic, lơxin, alanin v.v…
Lượng nitơ trong rỉ đường mía chỉ khoảng 0,5÷1%, ít hơn so với rỉ trong củ cải(1,2÷2,2). Do
chứa ít nitơ nên khi lên men rỉ đường chúng ta phải bổ xung lượng nitơ từ ure hoặc amoni
sunfat. Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu nước ta thường dùng là sắn, sau đó là ngô
và một phần gạo hoặc tấm. Thành phần của củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh
bột 20 - 34%, protein 0.8 -1.2%, chất béo 0.3 – 0.4%, xenluloza 1 – 3.1%, chất tro 0.54%,
polyphenol 0.1 – 0.3% và nước 60 – 74.2%.
10
Mật rỉ dùng để sản xuất luôn chứa một lượng vi sinh vật. Trong đó nguy hiểm nhất là vi
khuẩn lactic và axetic. Mức độ nhiễm khuẩn được xác định bằng sự tăng độ chua khi để mật rỉ
“tự lên men” . Mức tăng độ chua cho phép khoảng 0.2 đến 0.3
0
C.
2.1.2 Nguyên liệu chứa tinh bột
Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu nước ta thường dùng là sắn, sau đó là ngô và một
phần gạo hoặc tấm. Thành phần của củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn : tinh bột 20 -
34%, protein 0.8 -1.2%, chất béo 0.3 – 0.4%, xenluloza 1 – 3.1%, chất tro 0.54%, polyphenol
0.1 – 0.3% và nước 60 – 74.2%. Ngoài các chất kể trên trong sắn còn chứa mổt lượng vitamin
và độc tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B, trong đó B1 và B2 mỗi loại chiếm 0.03 mg% còn
B6 0.06 mg%. Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấy trong sản

xuất rượu. Độc tố trong sắn có tên là phazeolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và Lotaustralin.
Hàm lượng chung của phazeolunatin chỉ vào khoảng 0.001 – 0.04 mg% và chức nhiều trong
sắn đắng, tập trung chủ yếu ở vỏ cùi. Bình thường phazeonatin không độc nhưng khi bị thủy
phân thì các glucozit này sẽ giải phóng HCN. Hàm lượng HCN trong củ sắn tươi nhỏ hơn 50
mg/kg chưa gây độc hại cho người, từ 50 đến 100 người sẽ bị ngộ độc và HCN lớn hơn 100
mg/kg người ăn sẽ bị tử vong (tùy ăn nhiều ít). Để tránh bị ngộ độc sắn trước khi luộc cần
ngâm và bóc bỏ vỏ cùi. Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit
gây độc kể trên. Trong sản xuất rượu, khi nấu lâu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với
hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa, các muối xyanat khi chưng cất không
bay hơi nên bị loại cùng bã rượu.Linamarin – 10H17O6N có phân tử lượng m = 247.2 kết
tinh trong etyl axetat, nhiệt độ nóng chảy 143 – 144
0
C. Lotaustralin – C11H19O6N có phân tử
lượng M = 261.2 nóng chảy ở 123.5 – 124.5
0
C. Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn
lát khô hoặc sắn dui.
Ngoài sắn khô chúng ta còn dùng gạo tấm và ngô để sản xuất ra cồn có chất lượng cảm quan
cao, dùng pha chế các loại rượu cao cấp và xuất khẩu.
2.2 Vi sinh vật trong sản xuất cồn
2.2.1 Nấm mốc:
11
Nấm mốc rất phổ biến trong thiên nhiên, chủ yếu là trong đất và cỏ cây. Có nhiều giống và
loài nấm mốc khác nhau nhưng phần lớn đều có cấu tạo sợi và mang đính bào tử. Khác với
nấm men và vi khuẩn, nấm mốc thuộc vi sinh vật đa bào. Cơ thể nấm được gọi là mixen, gồm
nhiều sợi đang chéo nhau tựa rễ cây, nhờ đó nấm hút được chất dinh dưỡng từ canh trường. Từ
những sợi nấm sẽ mọc ra các bào tử và trở thành cơ quan sinh sản sau này. Phương pháp sinh
trưởng rất khác nhau đối với các giống, loài. Bào tử của loài Asppergillus khi gặp điều kiện
thuận lợi sẽ phát triển tạo nhiều sợi và phân nhánh đan chéo nhau thành mixen. Từ đây mọc
lên những sợi hình kim mang trên đầu những bào tử. Trong sản xuất chế phẩm amylaza dùng

cho sản xuất rượu, người ta dùng nhiều nhất là Asppergillus, sau đó là Mucor. Asppergillus và
Mucor thuộc vi sinh vật háo khí, chúng phát triển chủ yếu trên bề mặt của mơi trường rắn hoặc
lỏng nhưng cũng có thể tạo thành mixen trong canh trường lỏng có sục khí. Một số chủng
Mucor trong môi trường lỏng sẽ phân ly thành những tế bào riêng rẽ giống như nấm men. Vì
thế còn gọi là nấm men Mucor. Nấm men mucor có khả năng lên men rượu. Các điều kiện cần
và đủ để sản xuất chế phẩm amylase có hoạt lực cao:
a. Chủng giống vi sinh vật:
Đây là điều kiện hàng đầu. Muốn nhận chế phẩm amylase có hoạt lực cao, trước hết phải
tuyển chọn, nghiên cứu xem chủng giống nào có khả năng tích tụ nhiều amylase.
b. Môi trường dinh dưỡng:
Khi nuôi cấy vi sinh vật ta có thể sử dụng môi trường dinh dưỡng. Chất dinh dưỡng bao gồm
glucid, protid, chất khoáng, các nguyên tố vi lượng, vitamin v.v…trong sản xuất chế phẩm
amylase theo phương pháp nuôi cấy bề mặt trên canh trường rắn người ta hay dùng nhất là
cám lúa mì. Đây là môi trường tự nhiên tốt nhất để sinh tổng hợp nhiều enzym. Điều kiện tối
ưu khi nuôi cấy là: nhiệt độ 32
0
C, độ ẩm 57% và nuôi trong 42 giờ. Ngoài tinh bột môi trường
cần chứa maltoza và dextrin. Ngoài gluxit để tổng hợp enzym, vi sinh vật đều cần đến chất
chứa nitơ. Nguồn nitơ có thể có sẵn trong cám, bột ngô, khi cần thiết có thể bổ sung thêm từ
khô lạc khô đậu tương hoặc từ các muối amoni hoặc ure. Nhiều nguồn đạm hữu cơ cũng có tác
dụng tốt đến sinh trưởng của nấm mốc nhưng về phương diện tích tụ enzyme.
c. Điều kiện nuôi cấy :
_ Nhiệt độ:
12
Nấm men và nấm mốc có nhiệt độ tối ưu cho phát triển là 28 – 30
0
C, vi khuẩn 34 – 38
0
C. Biết
rằng trong quá trình sinh trưởng và phát triển, nấm mốc sử dụng khoảng 25 - 30% chất khô

của canh trường và thải ra một lượng nhiệt khá lớn. Trung bình từ 1 kg chất khô được đồng
hoá sẽ thải ra khoảng 85 kcal, ở thời cao điểm nhiệt thải ra đạt tới 335 - 377 kcal/kg.giờ. Do
đó cần có trang bị phù hợp để duy trì và ổn định nhiệt độ canh trường. Nếu nuôi cấy trong môi
trường lỏng thì cần làm lạnh kết hợp với sục khí.
_ Độ ẩm canh trường:
Ở các nhà máy rượu nước ta thường vào khoảng 50%, có nơi còn thấp hơn. Độ ẩm canh
trường thấp thì hạn chế được phát triển của tạp khuẩn, nhưng nấm mốc phát triển chậm ảnh
hưởng tới tích tụ enzyme, do đó cần thực hiện tốt công tác vệ sinh. Ở ta thường thanh trùng ở
áp suất thường trong 3.5- 4 giờ; sau đó môi trường được vò tơi và trải trên sàn gạch chỉ mới
quét và rửa sạch - đây là một trong những nguyên nhân gây nhiễm tạp khuẩn dẫn đến làm
giảm hoạt độ của chế phẩm thu.
_ PH môi trường:
Khi nuôi cấy theo phương pháp bề mặt trên canh trường rắn, pH ít ảnh hưởng tới sinh trưởng
và phát triển của nấm mốc thường áp dụng pH tự nhiên của môi trường vào khoảng 5.5 - 6.
Thực tế pH có ảnh hưởng nhiều đến tích tụ enzyme nên trong sản xuất người ta sử dụng axit
hoặc amoniac để giữ cho pH luôn trong giới hạn tối ưu.
_ Cung cấp oxi:
Trong quá trình phát triển và tích tụ enzym nấm mốc rất cần oxy. Để sinh trưởng và phát triển
nấm mốc cần đến năng lượng, nguồn năng lượng này được cung cấp từ các quá trình oxy hoá
gluxit hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Đây cũng là những biến đổi chủ yếu khi nuôi cấy nấm
mốc để thu nhân enzyme. Khi nuôi cấy theo phương pháp bề mặt, nấm mốc dễ dàng tiếp xúc
với oxy không khí qua sợi nấm và mixen. Vì thế canh trường phải xốp, giúp cho nấm mốc tạo
nhiều sợi và tích tụ enzyme.
d. Ảnh hưởng của các yếu tố tới thuỷ phân tinh bột :
_ Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Tốc độ phản ứng enzyme cũng như các phản ứng hoá học khác đều tăng giảm theo nhiệt độ.
Nhưng với phản ứng enzyme, sự gia tăng nhiệt độ chỉ trong giới hạn nhất định, thường trong
13
khoảng 55-60
0

C. Nhiệt độ mà ở đó tốc độ phản ứng đạt cao nhất được gọi là nhiệt độ tối ưu
hay tối thích. Nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào:
- Phụ thuộc vào nồng độ cơ chất trong dung dịch.
Hoạt độ enzyme sẽ được bảo vệ khi tăng nồng độ cơ chất trong dung dịch nhưng chỉ trong giới
hạn nhiệt độ xác định đối với mỗi loại enzyme.
- Phụ thuộc vào thời gian tác dụng.
Thời gian tác dụng lâu sẽ làm giảm khả năng chịu nhiệt của enzyme.
- Phụ thuộc vào pH của môi trường phản ứng và tăng cùng với pH trong giời hạn nhất định.
_ Ảnh hưởng của pH và độ chua:
Nếu tăng hay giảm pH sẽ làm giảm tác dụng thuỷ phân tinh bột của amylase. Trong đó sự
giảm sẽ ảnh hưởng nhiều hơn so với tăng pH. Ở pH = 2.3 và 9.7, amylase bị ngưng hoạt động
hoàn toàn. Khi tăng nhiệt độ phản ứng thì PH tối ưu sẽ chuyển dịch về phía pH l_n hơn.
2.3 Giống nấm men
Nấm men dùng trong sản xuất cồn phải có khả năng lên men các đường nhanh và càng
triệt để càng tốt, đồng thời tạo ít các sản phẩm trung gian. Nấm men dùng trong sản xuất cồn
phải lắng tốt và giúp cho dịch lên men nhanh chóng.
- Yêu cầu chung của nấm men dùng trong sản xuất là phải có năng lực lên men mạnh, biến
đường thành rượu nhanh và hoàn toàn. Đồng thời phải ổn định và chịu được những biến đổi
của canh trường.
14
Phần 3: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME CELLULASE TRONG SẢN XUẤT NHIÊN
LIỆU SINH HỌC ETHANOL
3.1 Quy trình sản xuất
Hình : Sơ đồ quỳ trình sản xuất cồn
15
3.2 Thuyết mình quy trình:
3.2.1 Nghiền nguyên liệu
Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào, tạo điều kiện giải phóng các
hạt tinh bột khỏi các mô.
3.2.2 Nấu nguyên liệu

Sau khi nghiền thì chỉ một phần các màng bị phá vỡ phần lớn màng tế bào còn lại sẽ ngăn cản
sự tiếp xúc của enzyme với tinh bột. Ở trạng thái không hoà tan enzyme tiếp xúc lên tinh bột
rất chậm và kém hiệu quả.
Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo một trong ba phương pháp sau: gián đoạn, bán liên tục,
liên tục. Ở nước ta hầu hết sử dụng phương pháp gián đoạn.
a. Phương pháp nấu gián đoạn
Đặc điểm: tồn bộ quá trình nấu đều được thực hiện trong cùng một nồi.
Ưu điểm:
Ít tốn vật liệu để chế tạo thiết bị.
Thao tác đơn giản
Nhược điểm:
Tốn năng lượng
Tổn thất đường
Cho nước vào thiết bị, tỷ lệ 3,5 - 4 lít/kg nguyên liệu
Bật cánh khuấy, cho nguyên liệu vào
Mở van xả, đun 45 - 60`. Không khí và khí không ngưng tụ sẽ theo van xả thốt ra
ngoài, cho tới khi chỉ còn hơi nước bão hoà.
Đóng van xả. Đợi đến khi áp suất đạt 3-3,5 kg/cm2 (tương ứng 135–140
0
C), trong 70 phút.
Kiểm tra cháo chín, mở van từ từ và chuyển sang thùng đường hoá.
16
Tồn bộ quá trình nấu diễn ra khoảng 2,5 - 3 giờ.
b. Phương pháp nấu bán liên tục
Đặc điểm: Nấu trong 3 nồi thành 3 giai đoạn:
+ Nấu sơ bộ
+ Nấu chín
+ Nấu chín thêm
Ưu điểm
Giảm thời gian nấu ở áp suất và nhiệt độ cao

Giảm tổn thất, tăng hiệu suất
Tiết kiệm 15 - 30% lượng hơi
Nhược điểm:
Tốn thiết bị
Thiết bị nấu bán liên tục
Cho lượng nước ở 40 - 500C vo nồi nấu sơ bộ theo tỷ lệ 3,5 - 4,0 lít/kg bột. (Nồi nấu
sơ bộ có dung tích tương đương nồi nấu chín)
Cho cánh khuấy làm việc rồi đổ bột vào.
Nấu chín ở 70 – 85
0
C, duy trì trong 50 - 60 phút.
Xả cho vo nồi nấu chín. Tiến hành giống như nấu gián đoạn, với áp suất nấu 2,8 - 3,2 kg/cm2,
nhiệt độ 130 – 135
0
C trong 60 phút. Sau đó chuyển sang nồi nấu chín
Thêm. Tại nồi nấu chín thêm (có dung tích gấp 3 lần nồi nấu chín), áp suất được duy trì ở 0,5 -
0,7 at, nhiệt độ 105 – 106
0
C, trong thời gian 50 - 60 phút. Nấu sơ bộ v nấu chín là gián đoạn.
c. Phương pháp nấu liên tục
Tận dụng được nhiều hơi
Cho php nấu ở t0 thấp hoặc thời gian ngắn lm giảm tổn thất đường nn hiệu suất
tăng.
Dễ cơ khí hĩa v tự động hĩa
Tốn ít thiết bị, diện tích nh xưởng
Nhược điểm:
Nguyn liệu phải nghiền thật nhỏ
Điện, hơi, nước phải ổn định.
17
Tại thng nấu nguyn liệu:

Nguyn liệu được nghiền mịn tới kích thước l 1mm, hịa với nước ở 30 - 400C theo
tỷ lệ nước : bột l 4 : 1.
18
3.2.3 đường hoá dịch cháo
Nấu xong, tinh bột đã chuyển sang trạng thái hoà tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp
được mà phải trải qua quá trình thuỷ phân để biến thành đường. Đây là quá trình quan trọng
trong công nghệ sản xuất cồn, quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi do bớt hoặc gia tăng
đường và tinh bột sau khi lên men.
Năm 1810, Gaylusaac nghiên cứu và thấy rằng cứ 45 phần khối lượng đường glucose khi lên
men tạo ra 23 phần alcol etylic và 22 phần khí cacbonic. Trên cơ sở đó ông đưa ra phương
trình :
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ Q
Năm 1857 Louis Pasteur tiếp tục nghiên cứu và đưa ra nhận xét: sự lên men chỉ x_y khi có
mặt vi sinh vật. Nếu ngăn ngừa không cho vi sinh vật tiếp xúc với dịch đường thì hiện tượng
lên men không xãy ra.
Cơ chế lên men xãy ra như sau:
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 tác động qua nhiều giai đoạn trung gian để cuối cùng tạo ra sản

phẩm chính là rượu và khí cacbonic. Hai chất này đều khuếch tán vào môi trường xung quanh.
Rượu do linh động nên hoà tan nhanh trong dịch lên men, còn khí cacbonic hoà tan và
khuyếch tán chậm. Lúc đầu hoà tan hàon toàn nhưng sau tạo các bọ khí bám quanh tế bào nấm
men và lớn dần tới mức lực đẩy Archimede lớn hơn lơn khối lượng tế bào nấm men cộng với
bọt khí, lúc đó tế bào cùng bọt khí nỗi dần lên, khi tới bề mặt các bọt khí sẽ tan vỡ làm tế bào
nấm men lại chìm xuống, tiếp xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại sản xuất ra
rượu và khí cacbonic. Như vậy tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không chuyển động đã
biến thành tế bào luôn chuyển động trong quá trình lên men. Nhờ đó mà tăng nhanh tốc độ hấp
thụ và chuyển hoá đường thành rượu. Nồng độ thích hợp cho đa số nấm men dùng trong sản
xuất rượu là 15 đến 18%, nếu nồng độ cao thì áp suất thẩm thấu lớn, do đó ảnh hưởng xấu đến
hiệu quả lên men ,lên men sẽ kéo dài. Nếu lên men ở nồng độ đường thấp cũng không có lợi
do tổn thất do tạo men tăng. Khi lên men có khoảng 95% đường biến thành rượu và CO2, còn
19
5% thì tạo các sản phẩm khác và đường sót lại. Đường hoá dịch cháo nấu có thể tiến hành theo
phương pháp gián đoạn hoặc liên tục trên các sơ đồ thiết bị khác nhau. Nhưng dù theo phương
pháp và sơ đồ nào thì quá trình đường hoá cũng bao gồm:
- Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hoá.
- Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong thời gian xác định để
amylase chuyển hoá tinh bột thành đường.
- Làm lạnh dịch đường hoá tới nhiệt độ lên men.
a. Đường hoá liên tục
Đường hoá liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch amylase
liên tục đi vào hệ thống , dịch đuờng liên tục đi sang bộ phận lên men. Phương pháp này có ưu
điểm so với đường hoá gián đoạn là dịch cháo ít bị lão hoá khi làm lạnh tới nhiệt độ đường
hoá .thời gian đường hoá ngắn ,tăng được công suất thiết bị và do đó tiết kiệm được diện tích
nhà xưởng .Hoạt tính amylase ít bị vô hoạt hoá do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút
ngắn.
Cháo nấu được chứa ở nồi nấu chín thêm liên tục vào thùng đường hoá lần một; dịch amylase
từ thùng chứa qua bộ phận phân phối ,sau đó khoảng 30% đi vào thùng đường hoá lần một
phối hợp với dịch cháo có nhiệt độ 60oC. Thời gian đường hoá ở thùng đường hoá lần một

kéo dài 15 đến 20 phút. Ra khỏi thùng đường hoá lần một, dịch đường được bổ sung 70% chế
phẩm amylase còn lại từ thùng chứa dịch amylase, sau đó qua bơm đi vào thiết bị đường hoá
lần hai. Tổng cộng thời gian đường hoá ở cả hai thiết bị không quá 30 phút. Đường hoá xong
một phần dịch đường đưa vào phân xưởng gây men, 90% còn lại qua thiết bị làm lạnh kiểu
“ống lồng ống” tới nhiệt độ 28- 30
0
C, rồi cho vào thùng lên men. Đường hoá liên tục theo
phương pháp làm lạnh bằng chân không: Dịch cháo nấu từ thùng qua van điều chỉnh và ống
dẫn cháo vào thiết bị bốc hơi. Ở đây dịch cháo chịu áp suất chân không 0.2 kg/cm2 nên sôi và
làm bay hơi nước, do bay hơi thu nhiệt nên nhiệt độ dịch cháo giảm từ 103 -105
0
C xuống còn
58 – 59
0
C. Ở nhiệt độ 58 – 59
0
C dịch cháo liên tục đi qua vào thùng đường hoá để hoà với
dung dịch amylase. Thời gian dịch đường lưu lại ở kéo dài khoảng 10-15 phút, sau đó được
làm
lạnh đến nhiệt độ lên men.
20
* Ưu điểm :
- Dịch cháo được dịch hoá và làm nguội nhanh nên hạn chế được lão hoá tinh bột .
- Do bay hơi ở áp suất chân không nên hơi nước sẽ kéo theo các chất như alcol metylic,
furfurol và tạo các mùi lạ do nguyên liệu đưa vào, nhờ đó nâng cao được chất lượng chất
lượng sản phẩm.
- Do thời gian đường hoá ngắn, 10-15 phút nên giảm được kích thước thiết bị, diện tích nhà
xưởng, đồng thời hạn chế được mất hoạt tính của cellulase.
- Dễ cơ khí hoá và tự động hoá sản xuất, cho phép tăng năng suất lao động.
- Áp dụng đường hoá bằng làm lạnh chân không còn cho phép tăng hiệu suất rượu từ 0.6-1%,

tiết kiệm điện từ 20-30% so với các sơ đồ đường hoá khác.
* Nhược điểm :
Thiết bị bốc hơi và ngưng tụ phải ở độ cao 11-12 m. Ngoài ra đòi hỏi phải có đội ngũ công
nhân kỹ thuật lành nghề về lĩnh vực cơ khí và tự động hoá.
b. Đường hoá gián đoạn:
được thực hiện trong một thiết bị gọi là thùng đường hoá. Thùng đường hoá gián đoạn có cấu
tạo tương tự thùng đường hoá liên tục lần một. Dung tích thùng được tính dựa vào thể tích của
mẻ nấu và theo tỷ lệ 1,3 m3 thùng /1 m3 cháo. Chiều cao của thùng vào khoảng 0.5 - 0.6 so
với đường kính. Bên trong có cánh khuấy với tốc độ 50-60 vòng/phút nhằm giúp cho quá trình
làm lạnh.
21
3.2.4 Lên men dịch đường
Đường hoá xong dịch đường được làm lạnh tới nhiệt độ lên men và bơm vào thùng cùng với
10% men giống ở đây nấm men sẽ phát triển chuyển hoá đường thành rượu và CO2 đồng thời
dưới tác dụng của cellulase, dextrin tiếp tục biến thành đường, lên men được glucoza và
mantoza.
Phần 4: KẾT LUẬN
22