Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu quy trình sản xuất ethanol từ gạo với nồng độ chất khô cao

• Tác giả: Tiền Tiến Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Chu Kỳ Sơn
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Ethanol Từ Gạo Với Nồng Độ Chất Khô Cao
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tình hình sản xuất cồn trên thế giới và Việt Nam
• 1.1.1. Tình hình sản xuất cồn trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam
• 1.2. Một số công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột hiện nay
• 1.2.1. Công nghệ sản xuất cồn không gia nhiệt
• 1.3. Nguyên liệu sản xuất cồn
• 1.3.1. Nguồn cơ chất trong sản xuất cồn
• 1.3.2. Nguyên liệu gạo trong sản xuất cồn
• 1.4. Enzym trong sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột
• 1.5. Nấm men dùng trong công nghệ sản xuất cồn
• 1.6. Các yếu tố công nghệ và cơ chế thủy phân nguyên liệu trong quy trình sản xuất cồn không gia nhiệt nồng độ chất khô cao
• 1.6.1. Ảnh hưởng của chế độ nghiền và kích thước nguyên liệu
• 1.6.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzym thủy phân nguyên liệu sống
• 1.6.3. Cơ chế thủy phân của enzym trên nguyên liệu trong quy trình SLSF-VHG
• 1.6.4. Động học trong quy trình sản xuất cồn không gia nhiệt
• 1.6.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô
• 1.6.6. Ảnh hưởng của mật độ nấm men
• 1.6.7. Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ khác
• 1.7. Tình hình ứng dụng quy trình sản xuất cồn không gia nhiệt
• 1.7.1. Ứng dụng chân không tách cồn đồng thời trong quá trình lên men
• 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên vật liệu
• 2.2. Chế phẩm enzym
• 2.3. Chế phẩm nấm men
• 2.4. Chất bổ sung
• 2.5. Hóa chất, thiết bị, địa điểm nghiên cứu
• 2.6. Nội dung nghiên cứu
• 2.6.1. Nội dung 1: Lựa chọn loại gạo, enzym, nấm men cho quy trình sản xuất cồn không gia nhiệt ở nồng độ chất khô cao
• 2.6.2. Nội dung 2: Nghiên cứu điều kiện công nghệ, động học và cơ chế biến đổi thành phần dịch lên men trong quy trình SLSF-VHG
• 2.6.3. Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng quy trình SLSF-VHG để sản xuất cồn ở quy mô 100 L dịch lên men
• 2.6.4. Nội dung 4: Nghiên cứu lên men và chưng cất chân không tách cồn đồng thời trong quy trình SLSF-VHG
• 2.7. Phương pháp nghiên cứu
• 2.8. Bố trí thí nghiệm
• 2.9. Phương pháp phân tích
• 2.10. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu thực nghiệm
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Lựa chọn loại gạo, enzym, nấm men cho quy trình SLSF-VHG
• 3.1.1. Lựa chọn gạo cho quy trình SLSF-VHG
• 3.1.2. Lựa chọn enzym đường hóa phụ trợ cho quy trình SLSF-VHG
• 3.1.3. Lựa chọn chế phẩm nấm men
• 3.2. Nghiên cứu điều kiện công nghệ, động học và cơ chế biến đổi thành phần dịch lên men trong quy trình SLSF-VHG
• 3.2.1. Lựa chọn kích thước lưới nghiền bột gạo
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzym đường hóa chính (Stargen 002)
• 3.2.3. Ảnh hưởng nguồn nitơ
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô
• 3.2.5. Ảnh hưởng của mật độ nấm men
• 3.3. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất cồn SLSF-VHG ở quy mô phòng thí nghiệm (1 L dịch lên men)
• 3.4. Động học của quá trình sản xuất cồn không gia nhiệt ở nồng độ chất khô cao
• 3.5. Hình thái, cấu trúc bột gạo trong quy trình SLSF-VHG
• 3.6. Nghiên cứu ứng dụng quy trình SLSF-VHG để sản xuất cồn ở quy mô 100 L dịch lên men
• 3.6.1. Nghiên cứu quy trình SLSF-VHG quy mô 100 L dịch lên men
• 3.6.2. Thống kê điện, nước và chi phí sản xuất cồn ở quy mô 100 L
• 3.7. Nghiên cứu lên men và chưng cất chân không tách cồn đồng thời trong quy trình SLSF-VHG
• 3.7.1. Ảnh hưởng của thời gian chưng cất chân không đến hiệu suất và thời gian lên men
• 3.7.2. Nghiên cứu nâng cao nồng độ chất khô trong quy trình SLSF-VHG bằng chưng cất chân không
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về quy trình sản xuất ethanol từ gạo

Quy trình sản xuất ethanol từ gạo với nồng độ chất khô cao đã trở thành một trong những phương pháp quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và năng lượng. Sản xuất ethanol từ gạo không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí nguyên liệu thực phẩm mà còn tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam. Quy trình này bao gồm các bước chính như dịch hóa, đường hóa và lên men đồng thời. Việc áp dụng công nghệ hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu suất sản xuất. Theo nghiên cứu, việc sử dụng enzym thế hệ mới trong quy trình này đã chứng minh được khả năng cải thiện hiệu suất lên men, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của quy trình sản xuất ethanol từ gạo, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng.

II. Nguyên liệu và công nghệ sản xuất ethanol

Nguyên liệu chính để sản xuất ethanol trong nghiên cứu này là gạo, một nguồn nguyên liệu phong phú và dễ dàng tiếp cận tại Việt Nam. Gạo chứa nhiều tinh bột, là thành phần chính trong quá trình dịch hóa và đường hóa. Công nghệ sản xuất ethanol không gia nhiệt (SLSF-VHG) đã được áp dụng để nâng cao hiệu suất sản xuất. Quy trình này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu lượng nước sử dụng và chất thải ra môi trường. Việc lựa chọn loại gạo có hàm lượng amylose thấp giúp tối ưu hóa quá trình lên men và đạt được nồng độ ethanol cao. Các enzym như glucoamylase và amylase cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng thủy phân tinh bột thành đường, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất ethanol.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng quy trình sản xuất

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quy trình sản xuất ethanol từ gạo với nồng độ chất khô cao mang lại nhiều lợi ích thực tiễn. Hiệu suất lên men đạt 89,07%, với nồng độ ethanol trong dịch lên men đạt 17,73%. Việc ứng dụng công nghệ chưng cất chân không tách cồn đồng thời đã nâng cao nồng độ chất khô lên 500 g/L mà vẫn đảm bảo hiệu suất và thời gian lên men tương đương với quy trình tối ưu. Kết quả này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm. Điều này cho thấy quy trình sản xuất ethanol từ gạo có khả năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và năng lượng tại Việt Nam.

IV. Kết luận và triển vọng nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu về quy trình sản xuất ethanol từ gạo với nồng độ chất khô cao đã mở ra nhiều triển vọng cho ngành công nghiệp thực phẩm và năng lượng. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới nhằm cải thiện hơn nữa quy trình sản xuất ethanol từ gạo, đồng thời mở rộng ứng dụng cho các loại nguyên liệu khác. Điều này sẽ góp phần vào việc phát triển bền vững và bảo vệ môi trường trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol.