Trường Tôn Đức Thắng sản xuất acid axetic
1
PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG:
Acid axetic là tên gọi hoá học của dấm .đã được sản xuất từ rất lâu đời và có ý
nghóa quan trọng trong sản xuất công nghiệp, sản xuất thực phẩm hay y học ..vv.
Công thức hóa học của acid axetic là : CH
3
COOH
Khối lượng phân tử : 60,05
Acid xetic hoàn toàn tan trong nước , cồn, eter, bengen, axeton và trong
cloroform. Chúng hoàn toàn không tan trong CS
2
Acid axetic rất bền với các chất oxy hóa như : acid chromic, permanganate. Chúng
có khả năng hòa tan cellulose, các hợp chất tương tự cellulose. Chúng có khả năng
phân hủy da, gây bỏng da, ăn mòn nhiều kim loại.
Từ thời thượng cổ người ta đã biết tạo giấm và chỉ khoảng 2 thế kỉ gần dây
người ta mới biết sản xuất ra acid acetic ở dạng đậm đặc.
Thực chất của quá trình lên men tạo acid acetic (hoặc giấm) là quá trình oxi hoá
được thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn gọi là vi khuẩn acetic( thuộc chi
acetobacter).
Hàng năm thế giới tiêu thụ một lượng giấm tương đương với 160.000 tấn acid
acetic tinh khiết (hay 3.2 tỉ lít giấm chứa 5% acid acetic).
Giấm được ứng dụng nhiều trong thực phẩm, công nghiệp y học … ở một số nước nhu
cầu sử dụng giấm rất lớn như: Trung Quốc, Pháp ,Đức ..
Ngoài ra còn có một khối lượng acid acetic đậm đặc được sản xuất ở qui mô
công nghiệp ( sản xuất các loại este, các loại acetyl, acetaldehyt, acetal xenlulozo,
tổng hợp indigo, tổng hợp chất diệt cỏ, tổng hợp aspirin và nhiều dược phẩm khác,
chế biến mủ cao su thành cao su bán thành phẩm).
vi khuẩn axetic. Nhưng sử dụng các nguồn này phải cẩn thận, vì dùng với hàm
lượng cao sẽ làm cho vi khuẩn phát triển mạnh, kém khả năng lên men hoặc tạo
điều kiện cho các vi sinh vật khác phát triển
Trong sản xuất người ta dùng môi trường có thành phần như sau : cứ 100 lít cồn
tuyệt đối thêm 25 gam supephotpat, 25 gam amon sulfat, 0,9 gam kali cacbonat, 500
gam glucza hoặc dòch đường thủy phân từ tinh bột tính tương đương với lượng
glucoza. Có thể dùng sacroza thay glucoza. Nước pha thành 800 – 1000 lít môi
trường.
Vi khuẩn axetic thường tiêu hóa rất ít các chất dinh dưỡng. Để có được dấm có chất
lượng cao và tránh hiên tượng nhạt ở phôi bào cần phải bổ sung các chất dinh dưỡng
làm nhiều lần, nhưng mỗi lần với lượng thấp. Nếu trường hợp lên men bò yếu, thì có
thể bổ sung vào môi trường dòcg malt hoặc bia.
1). Sản xuất giấm theo con đường sản xuất rượu etylic:
Ta biết rằng khi sản xuất rượu , ta chọn nguồn nguyên liệu chứa đường lên men
được ,hay nguyên liệu gluxit có thể chuyển hoá thành đường để sản xuất.
Đối với nước ta , gạo là cây lương thực chính, vì vậy không chủ trương dùng nguồn
nguyên liệu này để nấu rượu, mà khuyến khích dùng các loại ngũ cốc thay thế như
ngô, khoai , sắn…. Loại nguyên liệu này gọi là nguồn nguyên liệu từ tinh bột và
cellulose.
Tinh bột được sử dụng dưới dạng hạt hoặc bột của khoai ,sắn, lúa, đại mạch …
Dạng nguyên liệu này trước khi sử dụng làm môi trường cần phải qua khâu sử lý và
đường hóa. Đối với các chủng vi sinh vật có hệ enzym amylase phát triển người ta
có thể sử dụng trực tiếp các tinh bột (tinh bột sống không qua khâu đường hóa) để
nuôi cấy vi sinh vật. Những chủng vi sinh vật này hiện nay được các nhà nghiên cứu
tìm kiếm, phân lập vì nó giúp nhà sản xuất tiết kiệm phí tổn và năng lượng cho khâu
khử trùng và đường hóa.
Cellulose được sử dụng dưới dạnh rơm, rạ, giấy ,mạt cưa, phôi bào …Các loaiï
nguyên liệu này, tuỳ theo từng đối tượng vi sinh vật sẽ có cách sử lý thích hợp khác
nhau. Hiện nay hướng sử dụng trực tiếp cellulose cò rất hạn chế.
Thành phần một số loại ngũ cốc:
4.6
1.9
2.1
1.7
67.9
63.8
66.4
68.2
2.2
10.4
4.5
2.0
1.2
5.2
2.5
1.6
b).Sắn (khoai mì)
thành phần hoá học của sắn tươi và khô như sau:(theo %trọng lượng)
Thành phần
Loại
Nước protit Chất béo Gluxit xenlulo
Tro
Sắn tươi
Sắn khô
70.25
13.12
1.120
20.8
27.9
76.7
0.98
0.90
1.40
1.09
1.00
2.40
Khoai lang tươi rất kho bảo quản, thường ta phải xắt lát phơi khô hoạc sấy.trung
bình cứ 3kg khoai tươi ta thu đươc 1kg khoai khô.
d). các loại ngũ cốc khác:
Thành phần hoá học trung bình theo % trọng lượng của một số hạt ngũ cốc như sau:
Trường Tôn Đức Thắng sản xuất acid axetic
4
Thành
phần
Loại hạt
Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo
Tro
Gạo giã
Gạo xay
Tấm
Cám
Mì đen
Kiều mạch
Kê
0.60
14.05
1.90
10.00
8.10
0.50
1.41
0.70
11.44
1.80
3.00
3.80
e). Rỉ đường:
Rỉ đường có hai loại là rỉ đường mía và rỉ đường củ cải.
Rỉ đường mía : Rỉ đường mía là phụ phẩm thu được của công nghiệp ép mía thành
đường sau khi đã thu saccharose.
• Thu nhận đường mía trong quá trình sản xuất đường saccharose.
Đường mía thô gồm hai hợp phần
: các tinh thể đường saccharose và mật bao bọc
phía ngoài có chứa đường. Các chất phi đường và chất màu.
Theo quy trình sản xuất đường tinh của trung tâm nghiên cứu đường (Liên Xô cũ)
thì đường thô được tinh luyện, ly tâm, lắng trong.làm sạch bằng phương pháp
cacbonat (lắng trong bằng vôi) cho bão hòa CO2, sau đó được đem lọc và sulfite
hóa. Tiếp theo dòch mã đã được làm sạch được cô trong thiết bò chân không, ta thu
được dòch đường non I. Dòch này sẽ đem ly tâm cho ra đường trắng. Còn cặn có màu
được sử lý ba lần để thu đường loại II, III và IV. Phần cuối cùng còn lại là rỉ đường.
Có thể nói rỉ đường là một hỗn hợp phức tạp. Bên cạnh hàm lượng đường được lên
men khá cao, trong rỉ đường còn chứa một lượng đáng kể các hợp chất chứa
nitrogen, các vitamin và các hợp chất vô cơ. Ngoài ra trong rỉ đường còn chứa một
số chất keo và vi sinh vật tạp nhiễm làm bất lợi cho quá trình lên men sau này. Vì
Dòch kiềm sulfite: Là loại phế phẩm của công nghiệp sản xuất cellulose.
Khi sản xuất 100 tấn cellulose gỗ dẻ sẽ thải ra ngoài 1000m
3
dòch kiềm sulfite. Dòch
kiềm sulfite có thành phần : 80% chất khô là đường hexose (glucose, mannose,
galactose), phần còn lại là đường pentose (cylose, arabinose). Ngoài ra trong dòch
kiềm sulfite có chứa axit lignínulfiric. Axit này chưa được vi sinh vật sử dụng, hiện
nay đang có hướng nghiên cứu để vi sinh vật có thể sử dụng được axit này trong
công nghệ lên men. Một điểm đáng lưu ý của dòch kiềm sulfute là có đặc tính hấp
phụ nhiều oxi. Cho nên khi nuôi cấy các vi khuẩn hiếu khí có thể giảm sự cung cấp
oxi tới 60% so với mức bình thường.
g.) Dầu thực vật : (dầu đậu nành, dầu dừa, dầu lạc, dầu hướng dương …)
Các loại dầu nói trên được dùng cho vào môi trường nuôi cấy vi sinh vật với
tư cách là nguồn cacbon. Vừa là chất phá bọt. Cũng cần lưu ý thêm rằng, các loại
dầu có trong môi trường chỉ có vai trò là nguồn cacbon khi sinh vật được nuôi cấy
sinh enzym lipase. Lúc đó chất béo được enzym này phân hủy thành glycerin và các
axit béo .vi sinh vật có thể sử dụng được như là nguồn thức ăn cacbon.
Các loại dầu thực vật này là các trigliceride, trong đó chủ yếu là các axit béo chưa
bão hòa (axit oleic, axit linolic …).
Lượng chất béo bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh vật phải phù hợp với mức
độ tạo bọt của môi trường. Nếu ta bổ sung quá sẽ làm chậm quá trình đồng hóa
nguồn cacbohudrat của vi sinh vật. Cụ thể là làm tăng độ nhớt của môi trường. Tạo
các hạt nhũ tương của các loại xà bông, đặc biệt là khi môi trường có CaCO
3
sẽ dẫn
đến hiện tượng giảm lượng oxy hòa tan, vi sinh vật sẽ phát triển kém. nh hưởng
đến hiệu suất lên men
-Thành phần quan trọng phải kể đến là cồn etanol – là một trong những
thành phần quan trọng nhất của rượu vang. Cồn etanol có do lên men tự nhiên từ
dòch trái cây, do đó nó là thứ cồn tinh khiết, không lẫn aldehyd, ester. Độ cồn của
rượu vang từ 10
0
– 12
0
; nếu dưới 10
0
rượu sẽ hơi lạt, cao hơn 12
0
là hơi cao. Nói
chung rượu vang chứa một lượng cồn trung bình . đây cũng là nồng độ thích hợp để
vi khuẩn axetic phát triển.
Trong quá trình này giấm được tạo thành từ một dung dich rượu vang để tónh, trong
đó rượu sẽ được vi sinh vật oxi hoá thành acid acetic.
Nguồn nguyên liệu là các loại trái cây như: nho, xoài ,sơri…. Được ép thành dòch
lỏng.
TÓM LẠI
: các nguyên liệu phải qua các bước sau
Nếu nguyên liệu là etanol thì quá trinh lên men axetic chi có một bước là
chuyển trực tiếp cồn thành axit axetic.
Còn với các nguyên liệu khác thì phải qua các bước sau :
1.) Nguyên liệu có tinh bột đường hóa đường rượu hóa rượu
vk/oxyhóa a. axetic
2.) Nguyên liệu có đường rượu hóa rượu VK/oxyhóa a.axetic
3.) Nguyên liệu có rượu etanol VK/oxyhóa a.axetic
cao.
Đường chứa trong ng/liệu chủ yếu là saccarosse, glucose, fructose và ít
maltose tạo ra trong thời gian nấu; mức đđộ tạo đđường còn phụ thuộc T
o
và PH.
Ở pH = 3.5 do tác dụng H
+
lượng đđường tăng nhanh trong dòch cháo , do vậy
mà lượng đđượng bị thủy phân nhiều. Sự tổn thất do tạo: Caramen, furfurol,
melanoidin và oxymetyl furfurol. Do đó để giảm tổn thất đđường có sẵn trong
nguyên liệu ở giai đđoạn nấu thì nên khống chế pH của dịch cháo ở PH = 3.5.
Cần chú ý ở pH = 3.5 đường bị phân hủy ít nhưng phảI thường xun thêm acid
vì vậy thiết bị sẽ dễ bị ăn mòn, nấu xong lại phải trung hòa tới pH thích hợp cho hoạt
động amylaza.
Tiến hành nấu ngun liệu:
Tùy vào điều kiện trang thiết bị mỗi cơ sở sản xuất có thể chọn các phương
pháp nấu: Gián đoạn, bán liên tục và liên tục.
a. Nấu gián đoạn
: Tồn bộ q trình nấu được thực hiện cùng một nồi.
Ưu điểm: Ít tốn vật liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản.
Nhược điểm: Tốn nhiều hơi vì ko sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở P và T
o
cao
gây tổn thất đường nhiều.
Ngun liệu đưa vào nồi nấu có thể ở dạng hạt hoặc lát. Tuy nhiên cần nghiền
thành bột để tăng năng suất và hạn chế tổn thất.
Qui trình nấu được thực hiện:
Trường Tôn Đức Thắng sản xuất acid axetic
8
o
cao, nhờ sử dụng hơi thứ sơ bộ mà giảm
tổn thất và tăng hiệu suất 7lít cồn/ tấn tinh bột.
Nhược đđiểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị.
Qui trình nấu: Đầu tiên cho lượng nước 40 - 50
o
C cùng tỉ lệ bột vào bồn (3.5 –
4.0 lít/ kg bột) Cho cánh khuấy làm việc đổ bột vào dùng hơi thứ duy trì 60 phút
Tháo cháo xuống nồi nấu chín, tiến hành tương tự như nấu gián đoạn, chỉ khác là P và
Trường Tôn Đức Thắng sản xuất acid axetic
9
T/gian ít hơn Nấu chín xong phóng cháo sang nồi nấu chín thêm với P= 0.6 atm,
T
o
= 105
o
C, T= 55phút.
Sơ
đồ nấu bán liên tục
1.Thùnng chứa nước; 2.Nồi nấu sơ bộ; 3.& 4 .nồi nấu chín và chín thêm
c. Nấu liên tục
Đâây là phương pháp nhiều ưu đđiểm hơn so với 2 cách trên
Ưu điểm:
* Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới T
o
cao mà ko ảnh
hưởng tới làm việc của thiết bị.
t/gian 3- 5 phút Từ van a dịch bột vào nồi nấu sơ bộ 3. NồI nấu sơ bộ có hình trụ
nằm ngang cánh khuấy với tốc độ 26 vòng /phút. Dung tích chung V = 2m
3
, dung tích
làm việc 1.2m
3
. Ở đây dịch cháo được đun nóng ở T
o
= 80 – 85
o
C khoảng 4- 5 phút
dịch cháo tạm chứa ở thùng 4 được bơm pitơng 5 đưa liên tục qua nồi nấu
chín 6. Nồi nấu chín có đường kính 1100 mm, chiều cao 6000 – 7000 mm bên trong
chia nhiều ngăn tại đây dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được cấp từ dưới
lên, nên tạo 3 vùng với T
o
khác nhau. Ở đáy 140
o
C, giữa 130
o
C và trên cùng là 125
o
C.
Do đi ngược chiều nên dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức cần thiết
Ra khỏi nồi 6, dịch cháo liên tục qua nồi nấu chín thêm 7. Nồi này có đường kính D =
1100 mm, H = 4900 mm. Bên trong chia thành ba ngăn theo chiều thẳng đứng Dich
cháo vào dướI đầy dần tới vách năn rồi lại đi từ trên xuống dưới tiếp đó theo năn thứ
ba vào nồi tách hơi 8 và kết thúc giai đoạn đi vào q trình đường hóa. (Thời gian
cả q trình tổng cộng 50 - 60 phút).
III.) CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG HÓA:
2.) Phương pháp maltase:
Người ta dùng enzym của thóc đại mạch , tiểu mạch đã nảy mầm (malt) để chuỷen
hóa tinh bột (đã được hồ hóa) thành đường lên men. Việt Nam từ lâu cũng đã sử
dụng thóc tẻ hay là nếp, có khi cả hạt bắp cho nảy mầm để sản xuất mạch nha theo
phương pháp trên.
Sử dụng phương pháp maltase có ưu điểm:
- thời gian hồ hóa tinh bột ngắn
- ít bò nhiễm khuẩn
nhược điểm của phương pháp này là :
- Hiệu suất đường hóa không cao, không triệt để vì phức hệ enzym amylase trong
mầm thóc không hoàn chỉnh.
-Thường chỉ áp dụng cho các nước xứ lạnh vì điều kiên trồng và nảy mầm của đại
mạch đòi hỏi phải ở nhiệt độ thấp.
- tỷ lệ malt sử dụng so với hàm lương tinh bột có trong nguyên liệu tương đối cao (8
– 20%)
- Gía thành sản phẩm cao nhất là ở những nước không sản xuất được thóc malt.
Chính vì vậy mầ người ta cố gắng nghiên cứu bổ sung hay thay thế dần phức hệ
amylase của mầm thóc malt bằng amylase của nấm mốc và vi khuẩn.
3.) Phương pháp myco – malt:
Đây là phương pháp được dùng phổ biến hơn cả ở trong lẫn nga nước. Quá trình
đường hóa ở đây dùng enzym vi sinh vật, chủ yếu của nấm mốc.
Thời gian thực hiện đường hóa còn phụ thuộc vào chủng giống nấm mốc và nguyên
liệu được sử dụng, thông thường từ 24 – 40 giờ.
Chất lượng quá trình đường hóa theo hoạt lực của amylase, detrinase, gluco –
amylase.
Kết quả quá trình đường hóa cho các sản phẩm hỗn hợp dextrin, mailtose, glucose,
trong đó glucose có tỷ lệ cao nhất.
IV.) QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA
lần một, dòch đường được bổ sung 70% chế phẩm amylase còn lại từ thùng chứa
dòch amylase, sau đó qua bơm đi vào thiết bò đường hoá lần hai. Tổng cộng thời
gian đường hoá ở cả hai thiết bò không quá 30 phút. Đường hoá xong một phần dòch
đường đưa vào phân xưởng gây men, 90% còn lại qua thiết bò làm lạnh kiểu “ống
lồng ống” tới nhiệt độ 28-30
o
C, rồi cho vào thùng lên men.
Đường hoá liên tục theo phương pháp làm lạnh bằng chân không :
Copyright: Tài liệu đại học ©