Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột 07

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu hệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn từ, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thị Mai Hiên
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Thanh Huyền
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu enzyme thủy phân tinh bột sản xuất cồn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỒN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 1.2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT CỒN
• 1.2.1. Nguyên liệu chứa đường
• 1.2.2. Nguyên liệu xenluloza
• 1.2.3. Nguyên liệu giàu tinh bột
• 1.3. SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT
• 1.3.1. Sản xuất cồn theo công nghệ truyền thống
• 1.3.1.1. Quá trình nghiền nguyên liệu
• 1.3.1.2. Quá trình nấu nguyên liệu
• 1.3.1.3. Quá trình thuỷ phân nguyên liệu
• 1.3.1.4. Quá trình lên men
• 1.3.1.5. Quá trình chưng cất và tinh chế
• 1.3.2. Một số tiến bộ trong sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột
• 1.4. CÁC ENZIM THỦY PHÂN TINH BỘT Ở NHIỆT ĐỘ KHÔNG CAO
• 1.4.1. Hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (Stargen 001)
• 1.4.2. Enzim thuỷ phân tinh bột ở nhiệt độ thấp
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.2.1. Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng phương pháp sấy
• 2.2.2. Xác định hàm lượng chất khô
• 2.2.3. Xác định hàm lượng đường khử theo phương pháp Graxianop
• 2.2.4. Xác định thành phần dịch đường
• 2.2.5. Xác định hàm lượng tinh bột theo phương pháp thủy phân bằng HCl
• 2.2.6. Xác định độ rượu trong giấm chín
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT LÊN MEN
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU
• 3.2. ỨNG DỤNG HỆ ENZIM THỦY PHÂN TINH BỘT SỐNG Ở NHIỆT ĐỘ THƯỜNG (Stargen 001) TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ GẠO
• 3.2.1. Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Hà Nội
• 3.2.2. Động học quá trình thuỷ phân tinh bột gạo bởi enzim Stargen 001
• 3.2.3. Ứng dụng enzim Stargen 001 trong quá trình đường hoá và lên men đồng thời
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ enzim Stargen 001 đến quá trình đường hoá và lên men đồng thời
• 3.2.5. Ứng dụng hệ enzim thuỷ phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (Stargen 001) trong quá trình sản xuất cồn từ sắn lát
• 3.2.6. Lợi ích của việc sử dụng hệ enzim thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường
• 3.3. ỨNG DỤNG ENZIM DỊCH HÓA Ở NHIỆT ĐỘ KHÔNG CAO TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN TỪ SẮN LÁT
• 3.3.1. Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất cồn của nhà máy Rượu Đồng Xuân
• 3.3.2. Khảo sát quy trình sản xuất cồn từ sắn có sử dụng enzim dịch hóa ở nhiệt độ không cao Spezyme Extra
• 3.3.2.1. Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Dextrozyme GA
• 3.3.2.2. Sản xuất cồn từ sắn lát sử dụng enzim dịch hoá Spezyme Extra và enzim đường hoá Distillase L-400
• 3.3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình thuỷ phân tinh bột của Spezyme Extra
• 3.3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ enzim Spezyme Extra đến quá trình dịch hóa
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu enzyme thủy phân tinh bột sản xuất cồn

Nghiên cứu enzyme thủy phân tinh bột là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn. Enzyme thủy phân giúp chuyển hóa tinh bột thành đường, từ đó tạo ra cồn thông qua quá trình lên men. Việc sử dụng enzyme trong sản xuất cồn không chỉ tăng hiệu suất mà còn giảm tiêu tốn năng lượng. Các enzyme như Stargen 001 và Spezyme Extra đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu giàu tinh bột như gạo và sắn.

1.1. Tầm quan trọng của enzyme thủy phân trong sản xuất cồn

Enzyme thủy phân tinh bột đóng vai trò then chốt trong việc chuyển hóa tinh bột thành đường có khả năng lên men. Quá trình này không chỉ giúp tăng hiệu suất sản xuất cồn mà còn giảm thiểu chi phí năng lượng. Theo nghiên cứu, việc áp dụng enzyme có thể tăng năng suất cồn lên đến 20% so với phương pháp truyền thống.

1.2. Các loại enzyme thủy phân tinh bột phổ biến

Trong sản xuất cồn, các loại enzyme như amylase, glucoamylase và pullulanase thường được sử dụng. Mỗi loại enzyme có chức năng riêng, giúp tối ưu hóa quá trình thủy phân tinh bột. Enzyme Stargen 001, ví dụ, hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp, giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu enzyme thủy phân

Mặc dù enzyme thủy phân mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc ứng dụng chúng trong sản xuất cồn. Các vấn đề như chi phí enzyme, điều kiện hoạt động và hiệu suất thủy phân cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.1. Chi phí và hiệu quả kinh tế của enzyme

Chi phí sản xuất enzyme có thể cao, ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, nếu tính toán đúng mức độ tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất, việc đầu tư vào enzyme có thể mang lại lợi ích kinh tế lâu dài.

2.2. Điều kiện hoạt động của enzyme trong sản xuất cồn

Mỗi loại enzyme có điều kiện hoạt động tối ưu riêng, như pH và nhiệt độ. Việc điều chỉnh các yếu tố này trong quy trình sản xuất là rất quan trọng để đảm bảo enzyme hoạt động hiệu quả nhất.

III. Phương pháp nghiên cứu enzyme thủy phân tinh bột

Nghiên cứu enzyme thủy phân tinh bột thường bao gồm các bước như khảo sát nguyên liệu, xác định điều kiện tối ưu cho enzyme và đánh giá hiệu suất sản xuất cồn. Các phương pháp phân tích hiện đại như sắc ký và phân tích hóa học được sử dụng để theo dõi quá trình thủy phân.

3.1. Khảo sát nguyên liệu và enzyme

Việc lựa chọn nguyên liệu giàu tinh bột như gạo và sắn là rất quan trọng. Các enzyme như Stargen 001 và Spezyme Extra được khảo sát để xác định hiệu suất thủy phân trong các điều kiện khác nhau.

3.2. Đánh giá hiệu suất sản xuất cồn

Hiệu suất sản xuất cồn được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như nồng độ cồn, thời gian lên men và lượng đường thu được. Các phương pháp phân tích hóa học giúp xác định chính xác các chỉ tiêu này.

IV. Ứng dụng thực tiễn của enzyme thủy phân trong sản xuất cồn

Enzyme thủy phân tinh bột đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cồn từ nhiều nguyên liệu khác nhau. Các nhà máy sản xuất cồn hiện đại đang dần chuyển sang sử dụng enzyme để tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất.

4.1. Ứng dụng enzyme trong sản xuất cồn từ gạo

Sản xuất cồn từ gạo sử dụng enzyme Stargen 001 đã cho thấy hiệu quả cao trong việc chuyển hóa tinh bột thành đường. Nghiên cứu cho thấy quy trình này có thể giảm thời gian và năng lượng tiêu tốn.

4.2. Ứng dụng enzyme trong sản xuất cồn từ sắn

Enzyme Spezyme Extra được sử dụng trong sản xuất cồn từ sắn, giúp tăng hiệu suất thu hồi cồn. Việc áp dụng enzyme này đã giúp các nhà máy cải thiện đáng kể quy trình sản xuất.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu enzyme thủy phân

Nghiên cứu enzyme thủy phân tinh bột trong sản xuất cồn đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp. Với sự phát triển của công nghệ enzyme, tương lai của sản xuất cồn sẽ ngày càng bền vững và hiệu quả hơn.

5.1. Tương lai của enzyme trong sản xuất cồn

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ enzyme, việc ứng dụng enzyme thủy phân trong sản xuất cồn sẽ ngày càng phổ biến. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các loại enzyme mới có khả năng hoạt động hiệu quả hơn ở nhiệt độ thấp, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất cồn và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất cồn etylic (C2H5OH) đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp hóa chất, thực phẩm, y tế và năng lượng. Trên thế giới, sản lượng cồn đã tăng mạnh từ khoảng 41 tỷ lít năm 2004 lên gần 89 tỷ lít năm 2013, trong đó Brazil và Mỹ chiếm tới 70% sản lượng toàn cầu. Ở Việt Nam, sản xuất cồn công nghiệp bắt đầu từ năm 1898 và hiện nay đã đạt khoảng 60 triệu lít năm 2012, với các nhà máy lớn như Rượu Hà Nội và Đồng Xuân. Việt Nam có tiềm năng lớn về nguyên liệu giàu tinh bột như gạo và sắn, trong đó sắn được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất cồn nhiên liệu do năng suất cao, giá thành thấp và khả năng bảo quản tốt.

Quá trình sản xuất cồn truyền thống từ tinh bột gồm các bước nghiền, nấu, thủy phân tinh bột thành đường, lên men và chưng cất. Tuy nhiên, phương pháp nấu ở nhiệt độ cao tiêu tốn nhiều năng lượng và gây tổn thất đường. Do đó, nghiên cứu ứng dụng hệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp nhằm giảm tiêu hao năng lượng, rút ngắn thời gian sản xuất và nâng cao hiệu suất lên men là rất cần thiết. Mục tiêu của luận văn là khảo sát hoạt động của các enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp (Stargen 001, Spezyme Extra, Distillase) trong sản xuất cồn từ gạo và sắn lát tại Việt Nam, góp phần phát triển công nghệ sản xuất cồn sinh học hiệu quả, thân thiện môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cơ chế thủy phân tinh bột: Tinh bột gồm amiloza và amilopectin, được thủy phân thành đường khử (glucoza, maltoza) nhờ enzyme α-amylaza và glucoamylaza. Enzyme Stargen 001 là hỗn hợp α-amylaza và glucoamylaza có khả năng thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường (30°C), tạo ra glucoza và maltoza trực tiếp.

• Quá trình lên men sinh học: Đường khử được nấm men Saccharomyces cerevisiae chuyển hóa thành cồn etylic và CO2 theo phương trình lên men. Hiệu suất lên men phụ thuộc vào nồng độ đường, nhiệt độ, pH và hoạt động enzyme.

• Công nghệ sản xuất cồn sinh học: Quy trình truyền thống gồm nghiền, nấu, thủy phân, lên men và chưng cất. Công nghệ mới ứng dụng enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp giúp giảm tiêu hao năng lượng, rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả.

Các khái niệm chính bao gồm: enzyme thủy phân tinh bột, đường hóa lên men đồng thời (SSF), hiệu suất lên men, nhiệt độ thủy phân enzyme, và nguyên liệu giàu tinh bột.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu gạo và sắn lát được lấy từ thị trường Việt Nam với hàm lượng tinh bột lần lượt là 71,5% ± 2,7 và 67% ± 3,5, độ ẩm dưới 14%. Enzyme sử dụng gồm Stargen 001 (Genencor, Mỹ), Spezyme Extra, Distillase, Termamyl SC, Dextrzyme GA. Nấm men Saccharomyces cerevisiae chủng Mauri – La Ngà.

• Phương pháp phân tích: Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy; hàm lượng tinh bột bằng thủy phân HCl và đo đường khử theo phương pháp Graxianop; thành phần dịch đường phân tích bằng sắc ký lỏng cao áp (HPLC); nồng độ cồn đo bằng máy đo cồn cầm tay; hiệu suất lên men tính theo công thức dựa trên lượng cồn thu được so với lượng tinh bột ban đầu.

• Thiết kế thí nghiệm: Khảo sát động học thủy phân tinh bột gạo và sắn bằng enzyme Stargen 001 ở 30°C; nghiên cứu quá trình đường hóa và lên men đồng thời (SSF) với các nồng độ enzyme khác nhau và thời điểm bổ sung nấm men khác nhau; so sánh hiệu quả với quy trình truyền thống nấu đường hóa ở nhiệt độ cao.

• Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm thủy phân và lên men kéo dài từ 2 đến 5 ngày cho mỗi mẫu, phân tích dữ liệu và so sánh hiệu quả trong vòng 6 tháng nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần nguyên liệu: Gạo có hàm lượng tinh bột 71,5% ± 2,7, độ ẩm 10,9% ± 1; sắn lát có hàm lượng tinh bột 67% ± 3,5, độ ẩm 14,1% ± 0,5, phù hợp tiêu chuẩn nguyên liệu sản xuất cồn.

2. Hoạt động enzyme Stargen 001 trên tinh bột gạo sống: Ở 30°C, enzyme thủy phân tinh bột sống tạo ra lượng đường khử tương đương với lượng chất hòa tan, chủ yếu là glucoza và maltoza. Đường khử đạt khoảng 75 g/l sau 24 giờ, chứng tỏ enzyme hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp.

3. Ứng dụng đường hóa lên men đồng thời (SSF): Khi bổ sung nấm men sau 24 giờ thủy phân enzyme, nồng độ cồn đạt 11,64%V, hiệu suất lên men 90%, cao hơn so với bổ sung nấm men sớm hơn (60% hiệu suất khi bổ sung sau 10 giờ). Thời gian lên men rút ngắn còn 72 giờ so với 96-120 giờ quy trình truyền thống.

4. Ảnh hưởng nồng độ enzyme Stargen 001: Giảm lượng enzyme từ 2,5 kg/tấn xuống mức thấp hơn làm giảm tốc độ tạo đường khử, nhưng vẫn đạt hiệu suất lên men trên 85% nếu kéo dài thời gian thủy phân trước khi bổ sung nấm men.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy enzyme Stargen 001 có khả năng thủy phân tinh bột sống ở nhiệt độ thường, tạo ra đường khử có thể lên men ngay mà không cần bước nấu đường hóa truyền thống. Điều này giúp loại bỏ giai đoạn nấu ở nhiệt độ cao (90-95°C), giảm tiêu hao năng lượng khoảng 10-15% tổng năng lượng sản xuất cồn. Hiệu suất lên men đạt 90% tương đương hoặc cao hơn quy trình truyền thống, đồng thời rút ngắn thời gian lên men từ 96-120 giờ xuống còn 72 giờ.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng enzyme nấu đường hóa ở nhiệt độ thấp (Spezyme Extra, Distillase), việc sử dụng enzyme thủy phân tinh bột sống (Stargen 001) cho phép đơn giản hóa quy trình, giảm thiết bị và chi phí vận hành. Kết quả sắc ký lỏng cao áp cho thấy thành phần đường chủ yếu là glucoza và maltoza, phù hợp với cơ chế enzyme phối hợp α-amylaza và glucoamylaza.

Việc lựa chọn thời điểm bổ sung nấm men sau 24 giờ thủy phân enzyme là tối ưu, giúp nấm men phát triển tốt, tránh ức chế do nồng độ đường quá cao hoặc quá thấp. Hình ảnh kính hiển vi cho thấy nấm men phát triển mạnh mẽ trong giai đoạn lên men, phù hợp với động học sinh CO2 và nồng độ cồn đo được.

Các kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ động học thủy phân tinh bột, sắc ký lỏng phân tích thành phần đường, và đồ thị nồng độ cồn theo thời gian lên men, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của enzyme và quá trình lên men.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng enzyme thủy phân tinh bột sống Stargen 001 trong sản xuất cồn từ gạo và sắn: Giảm giai đoạn nấu đường hóa, tiết kiệm năng lượng 10-15%, rút ngắn thời gian sản xuất 20-30%, nâng cao hiệu suất lên men lên đến 90%. Thời gian thực hiện: 1-2 năm để chuyển đổi công nghệ tại các nhà máy.

2. Tối ưu hóa liều lượng enzyme và thời điểm bổ sung nấm men: Khuyến nghị bổ sung nấm men sau 24 giờ thủy phân enzyme để đạt hiệu quả cao nhất, đồng thời điều chỉnh lượng enzyme phù hợp để cân bằng chi phí và hiệu suất. Chủ thể thực hiện: bộ phận công nghệ nhà máy, thời gian 6-12 tháng.

3. Đào tạo nhân viên vận hành và kỹ thuật viên về công nghệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp: Đảm bảo vận hành đúng quy trình, kiểm soát chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất. Thời gian đào tạo: 3-6 tháng.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng enzyme trên các nguyên liệu tinh bột khác như ngô, khoai tây: Tăng tính đa dạng nguyên liệu, giảm áp lực lên nguồn gạo, nâng cao tính bền vững ngành sản xuất cồn sinh học. Thời gian nghiên cứu: 1-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà máy sản xuất cồn và ethanol sinh học: Áp dụng công nghệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp để nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí năng lượng và thời gian.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vi sinh vật học, công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu enzyme, kỹ thuật phân tích và ứng dụng trong công nghiệp.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng sinh học: Đánh giá tiềm năng công nghệ mới trong phát triển nhiên liệu sinh học, góp phần bảo vệ môi trường và an ninh năng lượng quốc gia.

4. Doanh nghiệp sản xuất enzyme và thiết bị công nghiệp: Phát triển sản phẩm enzyme phù hợp với điều kiện nguyên liệu và khí hậu Việt Nam, mở rộng thị trường ứng dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Enzyme Stargen 001 có thể thay thế hoàn toàn giai đoạn nấu đường hóa truyền thống không?
   Có thể. Enzyme này thủy phân tinh bột sống ở 30°C hiệu quả, loại bỏ bước nấu ở nhiệt độ cao, giúp tiết kiệm năng lượng và rút ngắn thời gian sản xuất.

2. Hiệu suất lên men khi sử dụng enzyme thủy phân tinh bột sống đạt bao nhiêu?
   Hiệu suất lên men đạt khoảng 90%, tương đương hoặc cao hơn so với quy trình truyền thống sử dụng enzyme nấu đường hóa.

3. Nguyên liệu sắn có phù hợp để sản xuất cồn bằng công nghệ enzyme này không?
   Rất phù hợp. Sắn có hàm lượng tinh bột 67% ± 3,5, enzyme thủy phân tinh bột sống hoạt động hiệu quả trên sắn, giúp tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ, năng suất cao.

4. Thời điểm bổ sung nấm men ảnh hưởng thế nào đến quá trình lên men?
   Bổ sung nấm men sau 24 giờ thủy phân enzyme là tối ưu, giúp nấm men phát triển tốt, tránh ức chế do nồng độ đường quá cao hoặc thấp, nâng cao hiệu suất lên men.

5. Công nghệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp có thể áp dụng cho các nhà máy hiện có không?
   Có thể áp dụng với điều chỉnh quy trình và đào tạo nhân viên. Công nghệ giúp giảm thiết bị nấu, tiết kiệm năng lượng, phù hợp với các nhà máy sản xuất cồn quy mô vừa và lớn.

Kết luận

• Enzyme thủy phân tinh bột sống Stargen 001 có khả năng thủy phân hiệu quả tinh bột gạo và sắn ở nhiệt độ thấp (30°C), tạo ra đường khử có thể lên men ngay.
• Ứng dụng enzyme này trong quá trình đường hóa lên men đồng thời giúp rút ngắn thời gian sản xuất cồn từ 96-120 giờ xuống còn 72 giờ, đồng thời nâng cao hiệu suất lên men lên đến 90%.
• Công nghệ mới giúp loại bỏ giai đoạn nấu đường hóa truyền thống, tiết kiệm 10-15% năng lượng tiêu thụ, giảm chi phí thiết bị và vận hành.
• Việc lựa chọn thời điểm bổ sung nấm men sau 24 giờ thủy phân enzyme là tối ưu để đạt hiệu quả cao nhất.
• Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ enzyme thủy phân tinh bột ở nhiệt độ thấp tại các nhà máy sản xuất cồn ở Việt Nam trong vòng 1-2 năm tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng trên các nguyên liệu tinh bột khác.

Hãy liên hệ với các chuyên gia công nghệ sinh học và nhà cung cấp enzyme để được tư vấn chi tiết và hỗ trợ chuyển giao công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất cồn sinh học tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỒN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tình hình sản xuất cồn trên thế giới Cồn etylic có vai trò quan trọng trong nhiều ngành, là nguyên liệu để sản xuất hơn 150 loại sản phẩm khác nhau. Có thể tóm tắt vị trí của cồn etylic trong các ngành công nghiệp như sau [6]:  Quốc phòng: thuốc súng không khói và nhiên liệu hoả tiễn bom bay.  Y tế: sát trùng và pha chế thuốc.

 Thực phẩm: rượu mùi, giấm.  Nông nghiệp: thuốc trừ sâu.  Dệt: thuốc nhuộm, tơ nhân tạo.  Chế biến gỗ: sơn, vecni.

 Giao thông vận tải: làm nhiên liệu.  Công nghiệp nặng: công nghiệp cao su tổng hợp.  Công nghiệp hoá chất: dung môi hữu cơ.  Công nghiệp khác: đồ nhựa, keo dán, hương liệu… Khi cuộc khủng hoảng năng lượng diễn ra gay gắt vào những năm của thập niên 70 (thế kỷ 20), người ta nghĩ ngay đến một nguồn cung cấp năng lượng khác để thay thế dầu mỏ.

Nguồn đầu tiên người ta nghĩ đến là cồn etylic. Cồn kỹ thuật là nhiên liệu cho ô tô và các động cơ rất ưu việt. Đặc biệt trong những năm đầu thế kỷ 21, khi giá dầu thô ngày càng tăng cao thì cồn và nhiên liệu sinh học đã trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu trong những định hướng chiến lược nghiên cứu về năng lượng của nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Braxin đã sử dụng cồn để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20% dùng trong giao thông vận tải.

Tại Mỹ, luật pháp 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] của nhiều bang bắt buộc phải sử dụng cồn nhiên liệu pha vào xăng với tỷ lệ là 10%…[22]. Vì vậy mà sản lượng cồn trên thế giới không ngừng tăng trong những năm đầu thế kỷ 21. Sản lượng cồn trên thế giới năm 2004 đạt gần 41 tỷ lít, năm 2005 đạt 45,7 tỷ lít, đến năm 2006 thì sản lượng cồn thế giới đã đạt tới con số 51 tỷ lít và đến năm 2013, theo thống kê con số này đã xấp xỉ 89 tỷ lít[32]. Việc sản xuất cồn chủ yếu từ hai nước lớn là Braxin và Mỹ (chiếm 70% sản lượng cồn thế giới).

Braxin luôn đứng đầu sản lượng cồn trên thế giới nhưng đến năm 2007, Mỹ đã vượt lên đứng đầu với sản lượng cồn đạt khoảng 246000 lít, Braxin đã tụt xuống vị trí thứ hai với sản lượng xấp xỉ 190000 lít. Sản lượng cồn của một số nước trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.1: Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới[31] Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới (Million Gallons) Nước 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 USA 6521.00 Phần còn lại của 315.00 thế giới Thế giới 13123.00 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Sản lượng cồn của một số nước/vùng trên thế giới qua các năm[31] Ở Châu Á ba nước sản xuất cồn lớn nhất là Trung Quốc, Ấn Độ và Thái Lan. Sản lượng cồn của ba quốc gia trên tăng nhanh qua từng năm bởi chính phủ mỗi nước đều có những kế hoạch xây dựng và phát triển thêm nhiều nhà máy sản xuất cồn với năng suất cao. Thái Lan và Indonesia là hai nước trong khu vực có sự phát triển ổn định về công nghiệp sản xuất cồn trong những năm vừa qua.

Cả hai nước này đều xuất khẩu cồn tới Nhật Bản. Thái Lan là nhà xuất khẩu cồn lớn nhất trong khu vực với những trung tâm sản xuất cồn mới có tầm cỡ đang được xây dựng ở Thái Lan.2 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam Sản xuất cồn quy mô công nghiệp ở Việt Nam được bắt đầu từ năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng. Trước năm 1945 ở nước ta có các nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng. Tất cả các nhà máy đều sản xuất theo phương pháp amilo.

Sau ngày hoà bình lập lại (1955), các nhà máy không còn thiết bị nguyên vẹn nên chính phủ tập trung cải tạo, sửa chữa 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] thành nhà máy rượu Hà Nội với năng suất 6 triệu lít/năm, nhằm cung cấp chủ yếu cho nhu cầu uống cho nhân dân và một phần dành cho xuất khẩu sang các nước Đông Âu. Kể từ đó đến nay, các công đoạn trong công nghiệp sản xuất cồn liên tục được đổi mới và hiện đại hoá nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, ở Việt Nam rượu etylic sản xuất hầu như chỉ phục vụ cho ngành công nghiệp thực phẩm, các ngành khác còn hạn chế. Trong khoảng thời gian những năm cuối thế kỷ 20, sau khi các nước Đông Âu tan rã, công nghiệp sản xuất rượu cồn ở Việt Nam gặp không ít khó khăn do thị trường tiêu thụ bị thu hẹp.

Tuy nhiên đến những năm đầu thế kỷ 21, ngành công nghiệp sản xuất cồn lại được chính phủ chú trọng đầu tư cả về mặt vốn đầu tư và thiết bị, công nghệ tiên tiến hiện đại [3]. Chính vì thế mà sản lượng cồn của các nhà máy sẽ ngày càng tăng cao. Sản lượng cồn của một số nhà máy có công suất lớn ở Việt Nam hiện nay được thể hiện ở bảng 1.2: Sản lượng cồn của một số nhà máy sản xuất cồn có sản lượng lớn [22] Công suất Nguyên liệu STT Đơn vị sản xuất (triệu lít/năm) sử dụng 1 Nhà máy rượu Hà Nội 12,00 Ngũ cốc 2 Nhà máy rượu Đồng Xuân 2,5 Ngũ cốc 3 Nhà máy cồn Quảng Ngãi 4,0 Mật rỉ 6 Công ty đường Hiệp Hòa 3,0 Mật rỉ 7 Công ty đường Bình Hòa 3,0 Mật rỉ 8 Công ty rượu Bình Tây 6,0 Mật rỉ và Ngũ cốc 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Khi nhà máy cồn số 2 của Công ty cổ phần đường mía Lam Sơn (Thanh Hóa) đi vào hoạt động đã bổ sung công suất khoảng 25 triệu lít/ năm. Như vậy tính đến năm 2005 sản lượng cồn của Việt Nam đạt khoảng 50 triệu lít và cn số này đến năm 2012 đã vào khoảng 60 triệu lít.

Sản lượng cồn của Việt Nam trong những năm tới cũng sẽ không ngừng tăng. Do hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu sản xuất cồn sinh học đã được đề cập và triển khai. Ngày 20/11/2007, thay mặt thay mặt Thủ tướng Chính phủ, Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải đã ra Quyết định số 177/2007/QĐ-TTG phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025". Mục tiêu chủ yếu của Đề án là phát triển nhiên liệu sinh học góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

Theo mục tiêu này đến giai đoạn 2011- 2015, nước ta làm chủ và sản xuất các vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học; ứng dụng thành công công nghệ lên men hiện đại để đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu sinh học. Đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Và tầm nhìn đến năm 2025, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới. Sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.

Thêm vào đó, công ty cổ phần Dịch vụ du lịch Dầu khí (Petrosetco) đã ký với tập đoàn Itochu Nhật Bản nhằm tiến tới liên doanh đầu tư nhà máy sản xuất ethanol từ sắn công suất 100 triệu lít/năm tại khu công nghiệp Hiệp Phước, thành phố Hồ Chí Minh. Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học ở quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam. Đến khi đi vào hoạt động thương mại nhà máy sẽ cung cấp một lượng lớn nhiên liệu sinh học cho các tỉnh thành của đất nước ta[23]. 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT CỒN Nguyên liệu sản xuất cồn theo phương pháp lên men có thể chia ra thành ba dạng chính như sau [15]:  Nguyên liệu chứa đường  Nguyên liệu giàu tinh bột  Nguyên liệu xenluloza 1.1 Nguyên liệu chứa đường Các nguyên liệu chứa đường ở dạng đơn giản và có khả năng lên men trực tiếp (glucoza, fructoza, maltoza) như đường mía, củ cải đường, đường hoa quả, rỉ đường…Rỉ đường, thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất cồn ở một số nước có ngành công nghiệp mía đường phát triển như Braxin, Cuba, Ấn Độ…Còn đối với nước ta, hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng mật rỉ lớn 360.

Tuy nhiên lượng mật rỉ này không chỉ cung cấp cho các nhà máy sản xuất cồn mà còn là nguồn nguyên liệu chính cho các nhà máy sản xuất axít glutamic, sinh khối nấm men. Ngoài ra, giá thành sản xuất cồn tại các nhà máy sản xuất từ rỉ đường cũng thường xuyên biến động. Nhìn chung giá bình quân của cồn sản xuất từ mật rỉ là khá cao. Vả lại giá cồn còn phụ thuộc vào giá mật rỉ và chi phí nhiên vật liệu.

Do vậy với mục tiêu trong giai đoạn tới là sản xuất cồn với giá thành rẻ để pha vào xăng nhằm hạ giá thành cho nhu cầu năng lượng của người dân thì rỉ đường chưa thực sự là nguồn nguyên liệu tối ưu cho quá trình sản xuất.2 Nguyên liệu xenluloza Xenluloza là một nguồn nguyên liệu dồi dào và có tiềm năng lớn cho ngành sản xuất cồn. Nguyên liệu xenluloza có khả năng tái tạo nhanh, giá rẻ và có thể tận dụng được nguồn phế thải của ngành nông nghiệp hay ngành chế biến nông sản thực phẩm. Tuy nhiên nguyên liệu xenluloza được cấu trúc bởi các lớp xenluloza, hemixenluloza và lignin rất bền. Vì vậy quá trình biến đổi xenluloza thành đường 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] có khả năng lên men là rất hạn chế, năng suất cồn vẫn còn thấp [17, 20].

Do đó để xenluloza trở thành nguồn nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn thì cần có nhiều nghiên cứu kỹ lưỡng hơn.3 Nguyên liệu giàu tinh bột Có rất nhiều nguyên liệu có hàm lượng tinh bột khá cao được ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn như ngô, gạo, lúa mỳ, đại mạch, khoai tây, khoai lang.Mỗi vùng mỗi quốc gia lại sử dụng loại nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất cồn như: khoai tây là một trong những nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất cồn ở các nước châu Âu; hay ngô lại là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp cồn của Mỹ, sắn là nguyên liệu chính cho ngành sản xuất cồn của Thái Lan.Còn đối với Việt Nam nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn là sắn, gạo, một phần ngô và khoai.