Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến động học quá trình lên men rượu vang nho, sử dụng nấm men cố định

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
ThS. TÔN NỮ MINH NGUYỆT

NỘI
DUNG
NGHIÊN
CỨU

Hàm lượng
đường ban
đầu

1

Sinh trưởng
của
nấm
men
Sử dụng cơ
chất

Hàm lượng
tannin ban
đầu

Tạo thành
sản phẩm

Mật độ tế bào trong hạt
Mật độ tế bào ngoài hạt
Hàm lượng đường khử
Hàm lượng nitơ
Hàm lượng ethanol
Hàm lượng acid hữu cơ

2


Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

3

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA NẤM MEN
300
CD200g/L
TD200g/L
CD240g/L

250

TD240g/L

Mật độ tế bào (triệu tế bào/mL)

CD280g/L
TD280g/L
CD320g/L

200

TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

150

100

50

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)

4


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA NẤM MEN
0,8

Tốc độ sinh trưởng riêng của nấm men (1/h)

CD200g/L
TD200g/L

0,7

CD240g/L
TD240g/L
CD280g/L

0,6

TD280g/L
CD320g/L
TD320g/L

0,5

CD360g/L
TD360g/L

0,4

0,3

0,2

0,1

0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36 5

Thời gian (h)

AÛnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men

§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

6


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường
350
CD200g/L
TD200g/L
CD240g/L

300

TD240g/L

Hàm lượng đường (g/L)

CD280g/L
TD280g/L

250

CD320g/L

TD320g/L
CD360g/L

200

TD360g/L

150

100

50

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

7

Thời gian (h)

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường
60

Tơc độ sử dụng đường riêng (g/h/10 12 tế bào)

CD200g/L
TD200g/L

50

CD240g/L
TD240g/L
CD280g/L

40

TD280g/L
CD320g/L
TD320g/L

30

CD360g/L

TD360g/L

20

10

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)

8

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường
Hàm lượng đường ban
đầu
(g/L)

Thời gian lên men (h)
Nấm men cố định

Nấm men tự do

200

79,2 ± 2,5a

108,0 ± 2,0d

240

86,4 ± 1,5b

132,0 ± 2,5e

280

100,8 ± 2,6c

146,4 ± 3,0f

320

79,2 ± 2,5a

180,0 ± 4,6g

360

84,0 ± 2,5b

196,8 ± 7,5h

9

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG nitơ
180
CD200g/L

160

TD200g/L

Hàm lượng nitơ amin tự do (mg/L)

CD240g/L
TD240g/L

140

CD280g/L
TD280g/L
CD320g/L

120

TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

100
80
60
40
20
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)

10


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG nitơ
200

Hàm lượng nitơ ammonium (mg/L)

180
160
140
120

CD200g/L
TD200g/L

100

CD240g/L

TD240g/L
CD280g/L

80

TD280g/L
CD320g/L

60

TD320g/L
CD360g/L

40

TD360g/L
20
0
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

11

Thời gian (h)

Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

12


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HP CỒN
16

14

Hàm lượng cồn (%v/v)

12

10
CD200g/L

8

TD200g/L
CD240g/L

6

TD240g/L
CD280g/L
TD280g/L

4

CD320g/L
TD320g/L
2

CD360g/L
TD360g/L

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

13

Thời gian (h)

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM

Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình (g/L/h)

QUÁ
TRÌNH SINH TỔNG HP CỒN
1.2

Cố định
Tự do

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0
200

240

280

320

Hàm lượng đường (g glucose/L)

360

14


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM

QUÁ TRÌNH chuyển hóa của các acid hữu cơ
4,1

4

3,9

pH

3,8
CD200g/L
TD200g/L
CD240g/L
TD240g/L
CD280g/L
TD280g/L
CD320g/L
TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

3,7

3,6

3,5

3,4

3,3

0

12

24

36

48

60

72

84

15

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA CÁC ACID HỮU CƠ
Hàm lượng acid tổng (g acid tartaric/100 mL)

0,80

0,75

0,70

0,65
CD200g/L
TD200g/L
CD240g/L
TD240g/L
CD280g/L
TD280g/L
CD320g/L
TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

0,60

0,55
0,50

0,45
0,40
0

12

24

36

48

60

72

84

96

16
108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
Hàm lượng acid dễ bay hơi (g acid acetic/100mL)

QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA CÁC ACID HỮU CƠ
0,06

0,05

0,04
CD200g/L
TD200g/L
CD240g/L

0,03

TD240g/L
CD280g/L

0,02

TD280g/L
CD320g/L
TD320g/L
CD360g/L

0,01

TD360g/L
0
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228
17

Thời gian (h)

KẾT LUẬN
Mật độ tế bào cực đại - tốc độ sinh trưởng riêng
cực đại
Tốc độ sử dụng đường - tốc độ sinh tổng hợp cồn.
Khả năng sử dụng nitơ ammonium - nitơ hữu cơ.
pH – hàm lượng acid tổng.
Hàm lượng acid dễ bay hơi.
18


Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

19

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA NẤM MEN

250

Mật độ tế bào (triệu tế bào/mL)

200

150

CD 1,8g/L

100

TD 1,8g/L
CD 2,8g/L
TD 2,8g/L
CD 3,8g/L
TD 3,8g/L

50

CD 9,8g/L
TD 9,8g/L
CD 17,8g/L
TD 17,8g/L

0
0

12

24

36 48

60

72

84

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

20

Thời gian (h)


Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

21

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT

QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường
250
CD1,8g/L
TD1,8g/L
CD2,8g/L
TD2,8g/L

200

Hàm lượng đường (g/L)

CD3,8g/L
TD3,8g/L
CD9,8g/L
TD9,8g/L

150

CD17,8g/L
TD17,8g/L

100

50

0
0

12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

Thời gian (h)

22


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường
Tốc độ sử dụng đường trung bình (g/L/h)

3.5
Cố định
Tự do

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0
1.8

2.8

3.8

9.8

17.8

23

Hàm lượng tannin (g/L)

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG nitơ
180

CD 1,8g/L
TD 1,8g/L

160

CD 2,8g/L
TD 2,8g/L

Hàm lượng nitơ amin (mg/L)

140

CD 3,8g/L
TD 3,8g/L

120

CD 9,8g/L
TD 9,8g/L
CD 17,8g/L

100

TD 17,8g/L

80
60
40
20
0
0

12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

Thời gian (h)

24


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT
QUÁ
TRÌNH SỬ DỤNG nitô
200
Hàm lượng nitơ ammonium (mg/L)

180

160
140

CD1,8g/L
TD1,8g/L

120

CD2,8g/L
TD2,8g/L

100

CD3,8g/L
TD3,8g/L

80

CD9,8g/L
TD9,8g/L
CD17,8g/L

60

TD17,8g/L
40
20
0
0

12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

25

Thời gian (h)

Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu
§ Động học quá trình sinh trưởng của nấm men
§ Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ
§ Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

26


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HP CỒN
14

Hàm lượng cồn (%v/v)

12

10

8

CD1,8g/L
TD1,8g/L
6

CD2,8g/L
TD2,8g/L
CD3,8g/L

4

TD3,8g/L
CD9,8g/L
TD9,8g/L

2

CD17,8g/L
TD17,8g/L

0
0

12

24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

27

Thời gian (h)

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HP CỒN
Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình (g/L/h)

1.4

1.2
Cố định
Tự do

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0
1.8

2.8

3.8

9.8

Hàm lượng tannin (g acid tannic/L)

17.8

28


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA CÁC ACID HỮU CƠ
Hàm lượng acid tổng (g acid tartaric/100mL)

1,00

0,90

0,80

CD1,8g/L

0,70

TD1,8g/L
CD2,8g/L
TD2,8g/L

0,60

CD3,8g/L
TD3,8g/L
CD9,8g/L

0,50

TD9,8g/L
CD17,8g/L
TD17,8g/L

0,40
0

12

24 36

48 60 72

84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

29

Thời gian (h)

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA CÁC ACID HỮU CƠ
Hàm lượng acid dễ bay hơi (g acid acetic/100mL)

0,03

0,025

0,02

CD1,8g/L
0,015

TD1,8g/L
CD2,8g/L
TD2,8g/L

0,01

CD3,8g/L
TD3,8g/L
CD9,8g/L
TD9,8g/L

0,005

CD17,8g/L
TD17,8g/L
0
0

12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

Thời gian (h)

30


ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM

QUÁ TRÌNH chuyển hóa của các acid hữu cơ
4,03

3,93

3,83

pH

CD 1,8g/L
TD 1,8g/L

3,73

CD 2,8g/L
TD 2,8g/L
CD 3,8g/L

3,63

TD 3,8g/L
CD 9,8g/L
TD 9,8g/L

3,53

CD 17,8g/L
TD 17,8g/L
3,43
0

12

24

36

48

60

72

84

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276

31

Thời gian (h)

KẾT LUẬN
Mật độ tế bào cực đại - tốc độ sinh trưởng riêng
cực đại
Tốc độ sử dụng đường - tốc độ sinh tổng hợp cồn.
Khả năng sử dụng nitơ ammonium - nitơ hữu cơ.
pH – hàm lượng acid tổng.
Hàm lượng acid dễ bay hơi.
32

Sử dụng nấm men cố định trong sản xuất rượu vang có
nhiều ưu điểm:
Thời gian lên men.
Tốc độ sử dụng đường - tốc độ sinh tổng hợp cồn.
pH - hàm lượng acid tổng.
Hàm lượng acid dễ bay hơi.

33

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
ThS. TÔN NỮ MINH NGUYỆT

34


-1
Hàm lượng đường ban đầu Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại µmax (h )
(g/L)
Nấm men cố định
Nấm men tự do

200

0,248 ± 0,016a

0,458 ± 0,022d

240

0,344 ± 0,018c

0,764 ± 0,018g

280

0,320 ± 0,023bc

0,671 ± 0,020f

320

0,310 ± 0,011b

0,520 ± 0,016e

360

0,308 ± 0,013b

0,240 ± 0,016a

35

35
CD200g/L
TD200g/L

CD240g/L

30

TD240g/L

Hàm lượng chất khô (oBx)

CD280g/L
TD280g/L

25

CD320g/L
TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

20

15

10

5

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 22836

Thời gian (h)


Hàm lượng đường sót (g/L)
Hàm lượng đường ban đầu
(g/L)
Nấm men cố định Nấm men tự do
200

2,01 ± 0,43a

2,40 ± 0,44a

240

3,10 ± 0,26a

7,80 ± 0,72b

280

10,00 ± 1,00b

15,32 ± 0,14c

320

22,73 ± 1,55d

85,80 ± 2,55f

360

76,95 ± 1,92e

124,98 ± 3,58g

37

4,5
CD200g/L

4

TD200g/L

CD240g/L
TD240g/L

Tốc độ sử dụng đường (g/L/h)

3,5

CD280g/L
TD280g/L
CD320g/L

3

TD320g/L
CD360g/L

2,5

TD360g/L

2

1,5

1

0,5

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)

38


Hàm lượng đường ban đầu Tốc độ sử dụng đường cực đại gSmax (g/L/h)
(g/L)
Nấm men cố định
Nấm men tự do
200

3,32 ± 0,07c

3,72 ± 0,07e

240

3,91 ± 0,07f

3,49 ± 0,05d

280

3,89 ± 0,07f

3,36 ± 0,08c

320

3,85 ± 0,04f

2,68 ± 0,08b

360

3,59 ± 0,08d

2,33 ± 0,07a

39

Haøm lượng đường ban đầu
(g/L)

Tốc độ sử dụng đường riêng cực đại γSmax
(g/h/1012 tế bào)
Nấm men cố định

Nấm men tự do

200

56,0 ± 0,9f

26,0 ± 1,8c

240

50,9 ± 2,0e

17,9 ± 1,7b

280

54,0 ± 1,3f

17,6 ± 1,5b

320

58,9 ± 1,4g

14,1 ± 1,7a

360

59,0 ± 1,7g

38,0 ± 0,9d

40


Hàm lượng đường ban đầu (g/L) Độ lên men (%)
200

98,7

240

97,5

280

94,3

320

74

360

65,1

41

Tốc độ sử dụng đường trung bình (g/L/h)

3.5
Cố định
Tự do

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0
200

240

280

320

Hàm lượng đường (g glucose/L)

360
42


Hàm lượng đường ban đầu Tốc độ sử dụng đường trung bình K S (g/L/h)
(g/L)
Nấm men cố định
Nấm men tự do
200

2,49 ± 0,08d

1,83 ± 0,07c

240

2,71 ± 0,09ef

1,77 ± 0,08c

280

2,62 ± 0,08de

1,80 ± 0,06c

320

2,99 ± 0,07g

1,32 ± 0,08b

360

2,77 ± 0,09f

1,18 ± 0,08a

43

Hàm lượng cồn đạt được (%v/v)
Hàm lượng đường ban đầu
(g/L)
Nấm men cố định
Nấm men tự do
200

10,54 ± 0,13a

10,61 ± 0,09a

240

12,57 ± 0,15b

12,56 ± 0,22b

280

13,91 ± 0,11de

14,01 ± 0,10e

320

14,55 ± 0,06f

13,73 ± 0,08d

360

14,00 ± 0,09e

13,25 ± 0,08c

44


2

Tốc độ sinh tổng hợp cồn (g/L/h)

1,8
1,6
1,4
1,2

CD200g/L

1

TD200g/L
CD240g/L

0,8

TD240g/L
CD280g/L

0,6

TD280g/L
CD320g/L

0,4

TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

0,2
0
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

45

Thời gian (h)

Hàm lượng đường
ban đầu
(g/L)

Tốc độ sinh tổng hợp cồn cực đại g Pmax (g/L/h)
Nấm men cố định

Nấm men tự do

200

1,46 ± 0,03d

1,60 ± 0,04e

240

1,76 ± 0,06f

1,74 ± 0,06f

280

1,64 ± 0,04e

1,48 ± 0,05d

320

1,36 ± 0,05c

1,24 ± 0,04b

360

1,18 ± 0,05b

1,02 ± 0,04a

46

Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng (g/h/10 12 tế bào)

25

20

15

CD200g/L
TD200g/L
CD240g/L
TD240g/L
CD280g/L

10

TD280g/L
CD320g/L
TD320g/L
CD360g/L
TD360g/L

5

0
0

12

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228

Thời gian (h)

Hàm lượng đường ban đầu
(g/L)

47

Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng
cực đại γPmax (g/h/1012 tế bào)
Nấm men cố định Nấm men tự do

200

23,0 ± 0,4g

11,0 ± 0,3d

240

13,2 ± 0,6f

8,8 ± 0,5bc

280

12,4 ± 0,5e

8,0 ± 0,4b

320

13,4 ± 0,3ef

7,0 ± 0,2a

360

11,2 ± 0,3d

8,7 ± 0,5c

48


Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình
KP (g/L/h)
Nấm men cố định

Nấm men tự do

200

1,005 ± 0,038e

0,770 ± 0,026c

240

1,125 ± 0,026g

0,746 ± 0,023c

280

1,050 ± 0,022f

0,750 ± 0,010c

320

1,099 ± 0,017fg

0,598 ± 0,019b

360

0,933 ± 0,014d

0,526 ± 0,035a

49

2
Cố định
Tự do

Hiệu suất sinh tổng hợp cồn
(mol ethanol/ mol glucose)

1.6

1.2

0.8

0.4

0
200

240

280

320

Hàm lượng đường (g glucose/L)

360

50