SẢN XUẤT ACID AXETIC

Chia sẻ: Pham Linh Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Acid axetic có tên gọi hóa học là giấm đã được sản xuất từ rất lâu đời và có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất công nghiệp, sản xuất thực phầm hay y học...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: SẢN XUẤT ACID AXETIC

Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic PHAÀN I : GIÔÙI THIEÄU CHUNG: Acid axetic laø teân goïi hoaù hoïc cuûa daám .ñaõ ñöôïc saûn xuaát töø raát laâu ñôøi vaø coù yù nghóa quan troïng trong saûn xuaát coâng nghieäp, saûn xuaát thöïc phaåm hay y hoïc ..vv. Coâng thöùc hoùa hoïc cuûa acid axetic laø : CH3COOH Khoái löôïng phaân töû : 60,05 Acid xetic hoaøn toaøn tan trong nöôùc , coàn, eter, bengen, axeton vaø trong cloroform. Chuùng hoaøn toaøn khoâng tan trong CS2 Acid axetic raát beàn vôùi caùc chaát oxy hoùa nhö : acid chromic, permanganate. Chuùng coù khaû naêng hoøa tan cellulose, caùc hôïp chaát töông töï cellulose. Chuùng coù khaû naêng phaân huûy da, gaây boûng da, aên moøn nhieàu kim loaïi. Töø thôøi thöôïng coå ngöôøi ta ñaõ bieát taïo giaám vaø chæ khoaûng 2 theá kæ gaàn daây ngöôøi ta môùi bieát saûn xuaát ra acid acetic ôû daïng ñaäm ñaëc. Thöïc chaát cuûa quaù trình leân men taïo acid acetic (hoaëc giaám) laø quaù trình oxi hoaù ñöôïc thöïc hieän bôûi moät nhoùm vi khuaån goïi laø vi khuaån acetic( thuoäc chi acetobacter). Haøng naêm theá giôùi tieâu thuï moät löôïng giaám töông ñöông vôùi 160.000 taán acid acetic tinh khieát (hay 3.2 tæ lít giaám chöùa 5% acid acetic). Giaám ñöôïc öùng duïng nhieàu trong thöïc phaåm, coâng nghieäp y hoïc … ôû moät soá nöôùc nhu caàu söû duïng giaám raát lôùn nhö: Trung Quoác, Phaùp ,Ñöùc .. Ngoaøi ra coøn coù moät khoái löôïng acid acetic ñaäm ñaëc ñöôïc saûn xuaát ôû qui moâ coâng nghieäp ( saûn xuaát caùc loaïi este, caùc loaïi acetyl, acetaldehyt, acetal xenlulozo, toång hôïp indigo, toång hôïp chaát dieät coû, toång hôïp aspirin vaø nhieàu döôïc phaåm khaùc, cheá bieán muû cao su thaønh cao su baùn thaønh phaåm). PHAÀN II: NGUYEÂN LIEÄU I.) GIÔÙI THIEÄU VEÀ NGUYEÂN LIEÄU Nguyeân lieäu duøng ñeå saûn xuaát laø caùc laïo nöôùc quaû ( chöa hoaëc ñaõ leân men röôïu), röôïu vaø bia keùm saûn phaåm, caùc loaïi dòch ñöôøng, nhöng chuû yeáu vaãn laø caùc loaïi röôïu. Trong ñoù, nöôùc nho vaø röôïu nho laø nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát daám coù chaát löôïng cao. Röôïu etylic laø nguoàn nguyeân lieäu ñöôïc duøng phoå bieán trong coâng nghieäp leân men axetic. Caùc loaïi quaû chín ñöôïc eùp laáy nöôùc vaø caùc loaïi dòch ñöôøng coù laãn naám men röôïu seõ xaûy ra quaù trình leân men röôïu , bieán caùc loaïi ñöôøng thaønh röôïu etylic vaø thu ñöôïc dòch röôï nheï. Cuõng coù tröôøng hôïp ngöôøi ta boå sung naám men saccharomyces vaøo caùc loaïi dòch treân tröôùc khi laøm daám. Quaù trình leân men röôïu töï nhieân (hoaëc coù theâm röôïu nheï ) keùo daøi 2 – 3 tuaàn, xaùc men laéng xuoáng phía döôùi vaø ta gaïn laáy dòch trong coù noàng ñoä röôïu thaáp ñeå cho leân men axetic. Noâng ñoä röôïu thích hôïp cho len men axetic laø 10 – 13%, tröôøng hôïp cao hôn seõ öùc cheá gioáng vi khuaån axetic phaùt trieån vaø moät phaàn röôïu khoâng bò oxy hoùa thaønh 1
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic daám, coøn tröôøng hôïp noàng ñoä röôïu quaù thaáp seõ xaûy ra söï oxy hoùa trieät ñeå bieán daám thaønh CO2 vaø H2O. Trong moâi tröôøng dinh döôõng, ngoaøi röôïu etylic, caàn phaûi coù ñaày ñuû caùc chaát ñaûm baûo cho vi khuaån soáng vaø hoaït ñoäng , goàm caùc nguoàn cacbon nitô, caùc chaát khoaùng : K, Mg, Ca, Fe, P, S, Nguoàn cacbon ôû ñaây coù theå laø ñöôøng , nguoàn nitô laø caùc axit amin, pepton hoaëc muoái amon. Caùc chaát khoaùng duøng ôû daïng muoái voâ cô hoaëc hôïp chaát höõu cô nöôùc maïch nha , bia, nöôùc quaû, dòch naám men … laø nhöõng nguoàn dinh döôõng raát toát ñoái vôùi vi khuaån axetic. Nhöng söû duïng caùc nguoàn naøy phaûi caån thaän, vì duøng vôùi haøm löôïng cao seõ laøm cho vi khuaån phaùt trieån maïnh, keùm khaû naêng leân men hoaëc taïo ñieàu kieän cho caùc vi sinh vaät khaùc phaùt trieån Trong saûn xuaát ngöôøi ta duøng moâi tröôøng coù thaønh phaàn nhö sau : cöù 100 lít coàn tuyeät ñoái theâm 25 gam supephotpat, 25 gam amon sulfat, 0,9 gam kali cacbonat, 500 gam glucza hoaëc dòch ñöôøng thuûy phaân töø tinh boät tính töông ñöông vôùi löôïng glucoza. Coù theå duøng sacroza thay glucoza. Nöôùc pha thaønh 800 – 1000 lít moâi tröôøng. Vi khuaån axetic thöôøng tieâu hoùa raát ít caùc chaát dinh döôõng. Ñeå coù ñöôïc daám coù chaát löôïng cao vaø traùnh hieân töôïng nhaït ôû phoâi baøo caàn phaûi boå sung caùc chaát dinh döôõng laøm nhieàu laàn, nhöng moãi laàn vôùi löôïng thaáp. Neáu tröôøng hôïp leân men bò yeáu, thì coù theå boå sung vaøo moâi tröôøng dòcg malt hoaëc bia. 1). Saûn xuaát giaám theo con ñöôøng saûn xuaát röôïu etylic: Ta bieát raèng khi saûn xuaát röôïu , ta choïn nguoàn nguyeân lieäu chöùa ñöôøng leân men ñöôïc ,hay nguyeân lieäu gluxit coù theå chuyeån hoaù thaønh ñöôøng ñeå saûn xuaát. Ñoái vôùi nöôùc ta , gaïo laø caây löông thöïc chính, vì vaäy khoâng chuû tröông duøng nguoàn nguyeân lieäu naøy ñeå naáu röôïu, maø khuyeán khích duøng caùc loaïi nguõ coác thay theá nhö ngoâ, khoai , saén…. Loaïi nguyeân lieäu naøy goïi laø nguoàn nguyeân lieäu töø tinh boät vaø cellulose. Tinh boät ñöôïc söû duïng döôùi daïng haït hoaëc boät cuûa khoai ,saén, luùa, ñaïi maïch … Daïng nguyeân lieäu naøy tröôùc khi söû duïng laøm moâi tröôøng caàn phaûi qua khaâu söû lyù vaø ñöôøng hoùa. Ñoái vôùi caùc chuûng vi sinh vaät coù heä enzym amylase phaùt trieån ngöôøi ta coù theå söû duïng tröïc tieáp caùc tinh boät (tinh boät soáng khoâng qua khaâu ñöôøng hoùa) ñeå nuoâi caáy vi sinh vaät. Nhöõng chuûng vi sinh vaät naøy hieän nay ñöôïc caùc nhaø nghieân cöùu tìm kieám, phaân laäp vì noù giuùp nhaø saûn xuaát tieát kieäm phí toån vaø naêng löôïng cho khaâu khöû truøng vaø ñöôøng hoùa. Cellulose ñöôïc söû duïng döôùi daïnh rôm, raï, giaáy ,maït cöa, phoâi baøo …Caùc loaiï nguyeân lieäu naøy, tuyø theo töøng ñoái töôïng vi sinh vaät seõ coù caùch söû lyù thích hôïp khaùc nhau. Hieän nay höôùng söû duïng tröïc tieáp cellulose coø raát haïn cheá. Thaønh phaàn moät soá loaïi nguõ coác: a).NGOÂ Gluxit trong ngoâ goàm coù: -Tinh boät chieám 43.47 -61.8% 2
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic -Ñöôøng chieám 1.76-4.26% -Destin vaø pectin: 1.09-14.67%. Theo V.L Critovich, thaønh phaàn % troïng löôïng cuûa moät soá loaïi nguõ coác nhö baûng sau: Thaønhphaàn Nöôùc Protit Chaát beùo Gluxit Xenlulo Tro Loaïi haït Ngoâ 14.0 10.0 4.6 67.9 2.2 1.2 Thoùc 12.0 6.7 1.9 63.8 10.4 5.2 Ñaïi maïch 14.0 10.5 2.1 66.4 4.5 2.5 Luùa mì meàm 14.0 12.0 1.7 68.2 2.0 1.6 b).Saén (khoai mì) thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa saén töôi vaø khoâ nhö sau:(theo %troïng löôïng) Thaønh phaàn Nöôùc protit Chaát beùo Gluxit xenlulo Tro Loaïi Saén töôi 70.25 1.120 0.41 26.58 1.11 0.54 Saén khoâ 13.12 0.205 0.41 74.74 1.11 1.69 Saén coù chöùa acid HCN raát ñoäc. Ñeå taùch HCN thöôøng ta phaûi ngaâm saén trong nöôùc laïnh hay nöôùc soâi. c). Khoai: Thaønh phaàn hoùa hoïc trung bình cuûa khoai lang nhö sau:(theo % troïng löôïng) Thaønh phaàn Nöôùc Protit Chaát beùo Gluxit Xenlulo Tro Loaïi Khoia taây töôi 74.9 1.99 0.15 20.8 0.98 1.09 Khoai lang töôi 68.1 1.60 0.50 27.9 0.90 1.00 Khoai lang khoâ 12.9 6.10 0.50 76.7 1.40 2.40 Khoai lang töôi raát kho baûo quaûn, thöôøng ta phaûi xaét laùt phôi khoâ hoaïc saáy.trung bình cöù 3kg khoai töôi ta thu ñöôc 1kg khoai khoâ. d). caùc loaïi nguõ coác khaùc: Thaønh phaàn hoaù hoïc trung bình theo % troïng löôïng cuûa moät soá haït nguõ coác nhö sau: 3
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Thaønh phaàn Nöôùc Protit Chaát beùo Gluxit Xenlulo Tro Loaïi haït Gaïo giaõ 12.6 9.00 0.50 77.00 0.40 0.50 Gaïo xay 11.6 9.10 2.45 74.79 0.65 1.41 Taám 11.8 8.90 1.00 77.00 0.60 0.70 Caùm 12.5 13.17 10.12 38.72 14.05 11.44 Mì ñen 14.0 11.00 1.70 69.60 1.90 1.80 Kieàu maïch 12.8 10.20 5.30 59.70 10.00 3.00 Keâ 12.5 10.60 3.90 61.10 8.10 3.80 e). Ræ ñöôøng: Ræ ñöôøng coù hai loaïi laø ræ ñöôøng mía vaø ræ ñöôøng cuû caûi. Ræ ñöôøng mía : Ræ ñöôøng mía laø phuï phaåm thu ñöôïc cuûa coâng nghieäp eùp mía thaønh ñöôøng sau khi ñaõ thu saccharose. • Thu nhaän ñöôøng mía trong quaù trình saûn xuaát ñöôøng saccharose. Ñöôøng mía thoâ goàm hai hôïp phaàn: caùc tinh theå ñöôøng saccharose vaø maät bao boïc phía ngoaøi coù chöùa ñöôøng. Caùc chaát phi ñöôøng vaø chaát maøu. Theo quy trình saûn xuaát ñöôøng tinh cuûa trung taâm nghieân cöùu ñöôøng (Lieân Xoâ cuõ) thì ñöôøng thoâ ñöôïc tinh luyeän, ly taâm, laéng trong.laøm saïch baèng phöông phaùp cacbonat (laéng trong baèng voâi) cho baõo hoøa CO2, sau ñoù ñöôïc ñem loïc vaø sulfite hoùa. Tieáp theo dòch maõ ñaõ ñöôïc laøm saïch ñöôïc coâ trong thieát bò chaân khoâng, ta thu ñöôïc dòch ñöôøng non I. Dòch naøy seõ ñem ly taâm cho ra ñöôøng traéng. Coøn caën coù maøu ñöôïc söû lyù ba laàn ñeå thu ñöôøng loaïi II, III vaø IV. Phaàn cuoái cuøng coøn laïi laø ræ ñöôøng. Coù theå noùi ræ ñöôøng laø moät hoãn hôïp phöùc taïp. Beân caïnh haøm löôïng ñöôøng ñöôïc leân men khaù cao, trong ræ ñöôøng coøn chöùa moät löôïng ñaùng keå caùc hôïp chaát chöùa nitrogen, caùc vitamin vaø caùc hôïp chaát voâ cô. Ngoaøi ra trong ræ ñöôøng coøn chöùa moät soá chaát keo vaø vi sinh vaät taïp nhieãm laøm baát lôïi cho quaù trình leân men sau naøy. Vì vaäy . Tuyø muïc ñích söû duïng khaùc nhau maø ngöôøi ta caàn phaûi söû lyù ræ ñöôøng tröôùc khi duøng laøm moâi tröôøng nuoâi caùy vi sinh vaät. Thaønh phaàn ræ ñöôøng dao ñoäng nhö sau: Nöôùc :15-20% Chaát khoâ : 80-85% Trong ñoù , coù 60% laø ñöôøng ( 40% laø saccharose,20%laø fructose vaø glucose ,40% chaát khoâ coøn laïi laø chaát phi ñöôøng. Ngoaøi ra trong ræ ñöôøng coøn coù moät soá acid amin vaø vitamin. • Thu nhaän ræ ñöôøng töø cuû caûi ñöôøng. Ræ ñöôøng cuû caûi : laø nöôùc coát sinh ra trong saûn xuaát ñöôøng töø cuû caûi ñöôøng. Dòch naøy ñöôïc coâ ñaëc, coù theå duøng laâu daøi. Thaønh phaàn cuûa ræ ñöôøng cuû caûi ( theo %). 4
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Saccharose 48% Rafinose 1% Ñöôøng chuyeån hoùa khaùc 1% Caùc axit höõu cô 2% Ræ ñöôøng cuû caûi chöùa moät vitamin trong ñoù haøm löôïng biotin thaáp hôn trong ræ ñöôøng mía Trong ræ ñöôøng ( caû cuû caûi laãn mía) ngoaøi thaønh phaàn kích thích sinh tröôûng coøn chöùa moät soá chaát maø neáu duøng ôû noàng ñoä cao seõ kìm haõm söï sinh tröôûng cuûa vi sinh vaät nhö: SO2, hydro- xymethulfurfurol … f.) Dòch kieàm sulfute Dòch kieàm sulfite: Laø loaïi pheá phaåm cuûa coâng nghieäp saûn xuaát cellulose. Khi saûn xuaát 100 taán cellulose goã deû seõ thaûi ra ngoaøi 1000m3 dòch kieàm sulfite. Dòch kieàm sulfite coù thaønh phaàn : 80% chaát khoâ laø ñöôøng hexose (glucose, mannose, galactose), phaàn coøn laïi laø ñöôøng pentose (cylose, arabinose). Ngoaøi ra trong dòch kieàm sulfite coù chöùa axit lignínulfiric. Axit naøy chöa ñöôïc vi sinh vaät söû duïng, hieän nay ñang coù höôùng nghieân cöùu ñeå vi sinh vaät coù theå söû duïng ñöôïc axit naøy trong coâng ngheä leân men. Moät ñieåm ñaùng löu yù cuûa dòch kieàm sulfute laø coù ñaëc tính haáp phuï nhieàu oxi. Cho neân khi nuoâi caáy caùc vi khuaån hieáu khí coù theå giaûm söï cung caáp oxi tôùi 60% so vôùi möùc bình thöôøng. g.) Daàu thöïc vaät : (daàu ñaäu naønh, daàu döøa, daàu laïc, daàu höôùng döông …) Caùc loaïi daàu noùi treân ñöôïc duøng cho vaøo moâi tröôøng nuoâi caáy vi sinh vaät vôùi tö caùch laø nguoàn cacbon. Vöøa laø chaát phaù boït. Cuõng caàn löu yù theâm raèng, caùc loaïi daàu coù trong moâi tröôøng chæ coù vai troø laø nguoàn cacbon khi sinh vaät ñöôïc nuoâi caáy sinh enzym lipase. Luùc ñoù chaát beùo ñöôïc enzym naøy phaân huûy thaønh glycerin vaø caùc axit beùo .vi sinh vaät coù theå söû duïng ñöôïc nhö laø nguoàn thöùc aên cacbon. Caùc loaïi daàu thöïc vaät naøy laø caùc trigliceride, trong ñoù chuû yeáu laø caùc axit beùo chöa baõo hoøa (axit oleic, axit linolic …). Löôïng chaát beùo boå sung vaøo moâi tröôøng nuoâi caáy vi sinh vaät phaûi phuø hôïp vôùi möùc ñoä taïo boït cuûa moâi tröôøng. Neáu ta boå sung quaù seõ laøm chaäm quaù trình ñoàng hoùa nguoàn cacbohudrat cuûa vi sinh vaät. Cuï theå laø laøm taêng ñoä nhôùt cuûa moâi tröôøng. Taïo caùc haït nhuõ töông cuûa caùc loaïi xaø boâng, ñaëc bieät laø khi moâi tröôøng coù CaCO3 seõ daãn ñeán hieän töôïng giaûm löôïng oxy hoøa tan, vi sinh vaät seõ phaùt trieån keùm. Aûnh höôûng ñeán hieäu suaát leân men 5
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caùc loaïi daàu thöïc vaät (theo L.A.Popova vaø nhöõng ngöôøi coäng söï. 1961) Caùc loaïi daàu Acid beùo (%) Acid oleic Acid Acid Acid stearic Acid linoleic palmitic arachidic Daàu laïc 50 - 70 13 – 26 6 - 11 2-6 5–7 Daàu baép < 45 < 48 < 7.7 3,6
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic II.) SÖÛ LYÙ NGUYEÂN LIEÄU TRÖÔÙC KHI LEÂN MEN: Nguyeân lieäu laø tinh boät nghieàn ngaâm naáu leân men . Ngaâm : laøm cho nguyeân lieäu tröông nôû laøm quaù trình hoà hoùa tinh boät deã daøng hôn. Trương n laø tính ch t c a cao phaân t r n coù kh năng huùt dung moâi ñ tăng th tích. Hơn 50% ch t khoâ c a h t vaø khoai s n laø tinh b t, daây laø ch t ch y u t o ra s n ph m c n etylic chuyeå hoùa thaønh axit axetic trong quá trình s n xu t. Naáu : Sau khi nguyeân lieäu ñöôïc nghieàn nhoû chæ coù moät phaàn caùc maøng bò phaù vôõ neân khaû naêng tieáp xuùc vôùi amylase khoâng lôùn, hôn nöõa nghieàn nguyeân lieäu caøng nhoû thì seõ haïn cheá ñöôïc toån thaát hôi naáu. Do vaäy sau khi nghieàn nguyeân lieäu ñöôïc ñem ñi naáu thaønh dòch chaùo. Giai ñoaïn naáu laø moät giai ñoaïn quan troïng tröôùc khi leân men. Ñieàu naøy laøm maøng teá baøo bò phaù vôõ maøng teá baøo vaø taïo traïng thaùi hoøa tan cuûa dòch. Tuyø theo nguyeân lieäu maø ta choïn caùch naáu hôïp lyù. Ñoái vôùi nhöõng nguyeân lieäu keùm phaåm chaát ngöôøi ta thöôøng ôû nhieät ñoä thaáp vaø thôøi gian ngaén. Khi n u coù m t lư ng nh tinh b t bi n thaønh ñư ng vaø dextrin, dư i taùc d ng amylase vaø ion H+. S t o ñư ng trong d ch b t chưa n u laø ñi u khoâng mong mu n vì như v y s gaây t n th t khi ñun To cao. ư ng ch a trong ng/li u ch y u laø saccarosse, glucose, fructose vaø ít maltose t o ra trong thôøi gian n u; m c ñ t o ñư ng coøn ph thu c To vaø PH. pH = 3.5 do taùc d ng H+ lư ng ñư ng tăng nhanh trong dòch chaùo , do v y maø lư ng ñư ng b th y phaân nhi u. S t n th t do t o: Caramen, furfurol, melanoidin vaø oxymetyl furfurol. Do ñoù ñ gi m t n th t ñư ng coù s n trong nguyeân li u giai ño n n u thì neân kh ng ch pH c a d ch chaùo PH = 3.5. C n chú ý pH = 3.5 ư ng b phân h y ít nhưng ph I thư ng xuyên theâm acid vì v y thi t b s d b ăn mòn, n u xong l i ph i trung hòa t i pH thích h p cho ho t ng amylaza. Ti n hành n u nguyên li u: Tùy vào i u ki n trang thi t b m i cơ s saûn xuaát có th ch n các phương pháp n u: Gián o n, bán liên t c và liên t c. a. N u gián o n: Toàn b quá trình n u ư c th c hi n cùng m t n i. Ưu i m: Ít t n v t li u ch t o thi t b , thao tác ơn gi n. P và To cao Như c i m: T n nhi u hơi vì ko s d ng ư c hơi th , n u lâu gây t n th t ư ng nhi u. Nguyên li u ưa vào n i n u có th d ng h t ho c lát. Tuy nhiên c n nghi n thành b t tăng năng su t và h n ch t n th t. Qui trình n u ư c th c hi n: 7
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Cho toàn b nư c vào n i t l 3.5- 4 lít/kg cho cánh khu y làm vi c tinh b t vào. y n p xông hơi 45 – 60 phút n khi P t yêu c u. Lúc u c n m van x u i h t không khí và khí không ngưng cho t i khi van x thoát ra ch có hơi nư c bão hòa. óng b t van x và khi áp su t t t i P n u ta tính th i gian n u. i b t thư ng n u P: 3 –3.5 kg/cm3 v i thòi gian 60 – 70 phút …T t nh t là nghi n nguyên li u và n u 3 – 3.5 kg/cm3 tương ương to 135 = 140oC . Trong giai o n này có th b sung thêm acid n u mau chin, khi làm l nh d ch cháo ting b t ko b lão hóa. Nhưng acid s gây ăn mòn thi t b và nh hư ng t i ho t ng amylaza. Th nh tho ng c n ki m tra n khi nào cháo có mùi thơm nh , màu vàng rơm là t yêu c u. Hi n nay vi c k m tra theo c m quan c a ngư i công nhân v n hành. N u xong m van t t phóng cháo sang thùng ư ng hóa, th I gian phóng cháo 10 – 15phút.Toàn b c quá trình n u kéo dài 2.5 -> 3 gi . C u t o n i n u gián o n 1.Thân n u; 2. u n i; Van an toàn; 3. N p n i; 4. Áp k ; 5. Van l y m u; 6. ng c p hơi; 7. Cánh khu y; 8. ng v sinh; 9. ng phóng cháo. b. N u bán liên t c: Quá trình n u ư c ti n hành trong ba n i khác nhau và chia thành n u sơ b n u chín và n u chín thêm. P và To cao, nh s d ng hơi th sơ b mà gi m Ưu i m: Gi m th i gian n u t n th t và tăng hi u su t 7lít c n/ t n tinh b t. Như c ñi m: T n nhi u kim lo i ñ ch t o thi t b . Qui trình n u: u tiên cho lư ng nư c 40 - 50oC cùng t l b t vào b n (3.5 – 4.0 lít/ kg b t) Cho cánh khu y làm vi c b t vào dùng hơi th duy trì 60 phút Tháo cháo xu ng n i n u chín, ti n hành töông töï như n u gián o n, ch khác là P và 8
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic T/gian ít hơn N u chín xong phóng cháo sang n i n u chín thêm v i P= 0.6 atm, o o T = 105 C, T= 55phút. Sơ n u bán liên t c 1.Thuønng ch a nư c; 2.N i n u sơ b ; 3.& 4 .n i n u chín vaø chín theâm c. Naáu lieân tuïc âaây laø phöông phaùp nhi u ưu ñi m hơn so v i 2 caùch treân Ưu i m: un d ch cháo t i To cao mà ko nh * T n d ng ư c nhi u hơi th do có th hư ng t i làm vi c c a thi t b . * Cho phép n u To th p & th i gian ng n gi m t n th t ư ng do cháy ho c t o melanoidin. Nh ó mà năng su t cao hơn n u gián o n. * D cơ gi i hóa và t ng hóa, t n ít kim lo i ch t o thi t b do năng su t 3 riêng c a 1m tăng kho ng 7 l n. 9
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Như c i m: òi h i nguyeân li u ph i nghi n th t nh ư ng kính c a b t d = 1mm. m b o n nh lư ng nhi t, nư c, hơi. c i m: N u liên t c ti n hành qua 3 giai o n và trong 3 thi t b khác nhau: N i n u sơ b , n i n u chín và n i n u chín thêm. Sơ n u: Xin gi i thi u sơ Michurini do GS.Fremen và Ustinhicôp thi t k v i công su t 2000 lít c n/ngày. Ch làm vi c: Theo t l tính trư c, b t và nư c liên t c vào thùng hòa b t 1 To= 35- 40oC, thùng hòa b t là m t hình tr n m ngang có cánh khu y 45 vòng/phút, ư c chia thành hai ngăn không b ng nhau.Dung tích c a thùng 1.3 m3 (dung tích làm vi c 0.72 m3) t/gian 3- 5 phút T van a d ch b t vào n i n u sơ b 3. N I n u sơ b có hình tr 26 vòng /phút. Dung tích chung V = 2m3, dung tích n m ngang cánh khu y v i t c làm vi c 1.2m3. ây d ch cháo ư c un nóng To= 80 – 85 oC kho ng 4- 5 phút d ch cháo t m ch a thùng 4 ư c bơm pitông 5 ưa liên t c qua n i n u chín 6. N i n u chín có ư ng kính 1100 mm, chi u cao 6000 – 7000 mm bên trong chia nhi u ngăn t i ây d ch cháo ch y t trên xu ng còn hơi chính ư c c p t dư i lên, nên t o 3 vùng v i To khác nhau. áy 140oC, gi a 130oC và trên cùng là 125oC. Do i ngöôïc chi u nên d ch cháo ư c khu y m nh và un nóng t i m c c n thi t Ra kh i n i 6, d ch cháo liên t c qua n i n u chín thêm 7. N i này có ư ng kính D = 1100 mm, H = 4900 mm. Bên trong chia thành ba ngăn theo chi u th ng ng Dich cháo vào dư I y d n t i vách năn r i l i i t trên xu ng dư i ti p ó theo năn th ba vào n i tách hơi 8 và k t thúc giai oaïn i vào quá trình ư ng hóa. (Th i gian c quá trình t ng c ng 50 - 60 phút). III.) CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑÖÔØNG HOÙA: Caùc nguyeân lieäu chöùa xellulose, hemicellulose, ñöôïc ñöôøng hoùa baèng axit (HCl, H2SO4) vaø nhieät ñoä cao. Caùc nguyeân lieäu chöùa tinh boät ñöôïc ñöôøng hoùa baèng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau : 1.) Ñöôøng hoùa baèng baùnh men thöôøng hay baùnh men thuoác baéc: Ñaây laø phöông phaùp duøng khaù phoå bieán trong daân gian ñeå ñöôøng hoùa caùc nguyeân lieäu chöùa tinh boät. Trong baùnh men, naám moác ñöôïc nuoâi caáy vaø phaùt trieån treân moâi tröôøng tinh boät soáng. Neáu laø baùnh men thuoác baéc thì coù boå sung theâm moät soá vò thuoác baéc. Naám moác trong baùnh men coù heä enzym amylase phaân giaûi tinh boät. Veà vai troø cuûa caùc vò thuoác baéc, coù yù kieán cho raèng noù coù taùc duïng saùt khuaån, cuõng coù yù kieán cho raèng noù coù taùc duïng kích thích söï sinh tröôûng cuûa caùc vi sinh vaät trong baùng men. Quaù trình ñöôøng hoùa: Nguyeân lieäu chuùa tinh boät khoâng nhaát thieát phaûi hoà hoùa thaønh dòch mada chæ caàn laøm chín nhö kieåu ñoà soâi ôû nhieät ñoä 1300C – 1400C ñeå caáu truùc phaân töû tinh boät ñeã bò phaù vôõ. Luùc naøy tinh boät chuyeån sang daïng deã tan, nhö vaäy heä enzym amylase môùi phaân huyû ñöôïc deã daøng. Neáu tinh boät khoâng ñöôïc hoà hoùa thaønh daïng dung dòch thì seõ haïn cheá taùc duïng cuûa amylase leân caùc maïch tinh boät, laøm hieäu suaát ñöôøng hoùa khoâng cao. Duøng baùnh men ñeå ñöôøng hoùa tinh boät deã bò nhieãm khuaån. 10
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic 2.) Phöông phaùp maltase: Ngöôøi ta duøng enzym cuûa thoùc ñaïi maïch , tieåu maïch ñaõ naûy maàm (malt) ñeå chuyûen hoùa tinh boät (ñaõ ñöôïc hoà hoùa) thaønh ñöôøng leân men. Ôû Vieät Nam töø laâu cuõng ñaõ söû duïng thoùc teû hay laø neáp, coù khi caû haït baép cho naûy maàm ñeå saûn xuaát maïch nha theo phöông phaùp treân. Söû duïng phöông phaùp maltase coù öu ñieåm: - thôøi gian hoà hoùa tinh boät ngaén - ít bò nhieãm khuaån nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø : - Hieäu suaát ñöôøng hoùa khoâng cao, khoâng trieät ñeå vì phöùc heä enzym amylase trong maàm thoùc khoâng hoaøn chænh. -Thöôøng chæ aùp duïng cho caùc nöôùc xöù laïnh vì ñieàu kieân troàng vaø naûy maàm cuûa ñaïi maïch ñoøi hoûi phaûi ôû nhieät ñoä thaáp. - tyû leä malt söû duïng so vôùi haøm löông tinh boät coù trong nguyeân lieäu töông ñoái cao (8 – 20%) - Gía thaønh saûn phaåm cao nhaát laø ôû nhöõng nöôùc khoâng saûn xuaát ñöôïc thoùc malt. Chính vì vaäy maà ngöôøi ta coá gaéng nghieân cöùu boå sung hay thay theá daàn phöùc heä amylase cuûa maàm thoùc malt baèng amylase cuûa naám moác vaø vi khuaån. 3.) Phöông phaùp myco – malt: Ñaây laø phöông phaùp ñöôïc duøng phoå bieán hôn caû ôû trong laãn ngoìa nöôùc. Quaù trình ñöôøng hoùa ôû ñaây duøng enzym vi sinh vaät, chuû yeáu cuûa naám moác. Thôøi gian thöïc hieän ñöôøng hoùa coøn phuï thuoäc vaøo chuûng gioáng naám moác vaø nguyeân lieäu ñöôïc söû duïng, thoâng thöôøng töø 24 – 40 giôø. Chaát löôïng quaù trình ñöôøng hoùa theo hoaït löïc cuûa amylase, detrinase, gluco – amylase. Keát quaû quaù trình ñöôøng hoùa cho caùc saûn phaåm hoãn hôïp dextrin, mailtose, glucose, trong ñoù glucose coù tyû leä cao nhaát. IV.) QUAÙ TRÌNH ÑÖÔØNG HOÙA Ñöôøng hoaù dòch chaùo naáu coù theå tieán haønh theo phöông phaùp giaùn ñoaïn hoaëc lieân tuïc treân caùc sô ñoà thieát bò khaùc nhau. Nhöng duø theo phöông phaùp vaø sô ñoà naøo thì quaù trình ñöôøng hoaù cuõng bao goàm: - Laøm laïnh dòch chaùo tôùi nhieät ñoä ñöôøng hoaù. - Cho cheá phaåm amylase vaøo dòch chaùo vaø giöõ ôû nhieät ñoä treân trong thôøi gian xaùc ñònh ñeå amylase chuyeån hoaù tinh boät thaønh ñöôøng. - Laøm laïnh dòch ñöôøng hoaù tôùi nhieät ñoä leân men. 1. Ñöôøng hoaù lieân tuïc : 11
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Ñöôøng hoaù lieân tuïc ñöôïc tieán haønh trong caùc thieát bò khaùc nhau , dòch chaùo vaø dòch amylase lieân tuïc ñi vaøo heä thoáng , dòch ñuôøng lieân tuïc ñi sang boä phaän leân men . Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm so vôùi ñöôøng hoaù giaùn ñoaïn laø dòch chaùo ít bò laõo hoaù khi laøm laïnh tôùi nhieät ñoä ñöôøng hoaù .thôøi gian ñöôøng hoaù ngaén ,taêng ñöôïc coâng suaát thieát bò vaø do ñoù tieát kieäm ñöôïc dieän tích nhaø xöôûng .Hoaït tính amylase ít bò voâ hoaït hoaù do thôøi gian tieáp xuùc vôùi nhieät ñoä cao ñöôïc ruùt ngaén . Sô ñoà laøm vieäc theo trình töï sau : Sô ñoà ñöôøng hoaù lieân tuïc hai laàn 1.Noài naáu chín ; 2. Thuøng ñöôøng hoaù laàn 1 ; 3. Thuøng chöùa dòch amylase ; 4. Boäphaän phaân phoái ; 5. Bôm ; 6. Thuøng ñöôøng hoaù laàn 2 Chaùo naáu ñöôïc chöùa ôû noài naáu chín theâm lieân tuïc vaøo thuøng ñöôøng hoaù laàn moät; dòch amylase töø thuøng chöùa qua boä phaän phaân phoái ,sau ñoù khoaûng 30% ñi vaøo thuøng ñöôøng hoaù laàn moät phoái hôïp vôùi dòch chaùo coù nhieät ñoä 60oC. Thôøi gian ñöôøng hoaù ôû thuøng ñöôøng hoaù laàn moät keùo daøi 15 ñeán 20 phuùt. Ra khoûi thuøng ñöôøng hoaù laàn moät, dòch ñöôøng ñöôïc boå sung 70% cheá phaåm amylase coøn laïi töø thuøng chöùa dòch amylase, sau ñoù qua bôm ñi vaøo thieát bò ñöôøng hoaù laàn hai. Toång coäng thôøi gian ñöôøng hoaù ôû caû hai thieát bò khoâng quaù 30 phuùt. Ñöôøng hoaù xong moät phaàn dòch ñöôøng ñöa vaøo phaân xöôûng gaây men, 90% coøn laïi qua thieát bò laøm laïnh kieåu “oáng loàng oáng” tôùi nhieät ñoä 28-30oC, roài cho vaøo thuøng leân men. Ñöôøng hoaù lieân tuïc theo phöông phaùp laøm laïnh baèng chaân khoâng : 12
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Sô ñoà ñöôøng hoaù theo phöông phaùp laøm laïnh dòch chaùo baèng chaân khoâng 1. Thuøng chöùa dòch chaùo naáu ; 2. Thuøng ñöôøng hoaù; 3. Thieát bò boác hôi; 4. Thieát bò ngöng tuï; 5. Bôm dòch ñöôøng hoaù; 6. Thuøng chöùa nöôùc ngöng tuï; 7. Bôm nöôùc; 8. Bôm chaân khoâng; 9. Caùc van ñieàu chænh töï ñoäng; 10. Boä phaân töï ñieàu chænh möùc dòch trong thuøng ñöôøng hoaù; 11,12,13. Oáng daãn dòch chaùo vaø ñöôøng hoaù; 14. Thuøng chöùa dòch amylase; 15. Boä phaän ñieàu chænh phaân phoái dòch amylase; 16. Thieát bò laøm laïnh dòch ñöôøng hoaù; 17,18. ng daãn nöôùc; 19. ng daãn khí khoâng ngöng . Giöõa nhieät ñoä soâi cuûa dung dòch vaù aùp suaát coù söï phuï thuoäc nhaát ñònh .ÔÛ aùp suaát p=1 kg/cm2 nöôùc seõ soâi ôû 99.090C, nhöng ôû aùp suaát chaân khoâng p = 0.15 kg/cm2 nöôùc seõ soâi ôû 59.670C .Döïa vaøo tính chaát naøy ngöôøi ta aùp duïng aùp suaát chaân khoâng ñeå laøm bay hôi nöôùc vaø do ñoù laøm nguoäi dòch chaùo ñeán nhieät ñoä ñöôøng hoaù. * Sô ñoà hoaït ñoäng : Dòch chaùo naáu töø thuøng 1 qua van ñieàu chænh 9 vaø oáng daãn chaùo 11 vaøo thieát bò boác hôi 3. ÔÛ ñaây dòch chaùo chòu aùp suaát chaân khoâng 0.2 kg/cm2 neân soâi vaø laøm bay hôi nöôùc ,do bay hôi thu nhieät neân nhieät ñoä dòch chaùo giaûm töø 103 -1050C ôû 1, 13
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic coøn 58 - 590C ôû 3. ÔÛ nhieät ñoä 58 - 590C dòch chaùo lieân tuïc ñi qua 12 vaøo thuøng ñöôøng hoaù 2 ñeå hoaø vôùi dung dòch amylase töø 14 qua 15 noái vôùi 5. Cô caáu noái 15 vôùi 5 nhaèm muïc ñích phaân boá giöõa dòch ñöôøng bôm ñi vaø löôïng dòch amylase ñöa vaøo. Thôøi gian dòch ñöôøng löu laïi ôû 2 keùo daøi khoaûng 10-15 phuùt, sau ñoù ñöôïc laøm laïnh ñeán nhieät ñoä leân men ôû 16. Khoaûng 15-20% dòch ñöôøng qua van 9 vaø oáng 13 hoaø vôùi dòch chaùo ôû 11 nhaèm dòch hoaù taïo ñieàu kieän cho boác hôi ñöôïc deã daøng, ñoàng thôøi haïn cheá ñöôïc hieän töôïng laõo hoaù tinh boät khi laøm laïnh. Nöôùc bay hôi ôû 3 qua ngöng tuï 4 khí khoâng ngöng qua 19 vaøo bôm chaân khoâng 8 vaø sau ñoù loaïi ra ngoaøi. *Öu ñieåm : - Dòch chaùo ñöôïc dòch hoaù vaø laøm nguoäi nhanh neân haïn cheá ñöôïc laõo hoaù tinh boät . - Do bay hôi ôû aùp suaát chaân khoâng neân hôi nöôùc seõ keùo theo caùc chaát nhö alcol metylic, furfurol vaø taïo caùc muøi laï do nguyeân lieäu ñöa vaøo, nhôø ñoù naâng cao ñöôïc chaát löôïng chaát löôïng saûn phaåm. - Do thôøi gian ñöôøng hoaù ngaén, 10-15 phuùt neân giaûm ñöôïc kích thöôùc thieát bò, dieän tích nhaø xöôûng, ñoàng thôøi haïn cheá ñöôïc maát hoaït tính cuûa amylase. - Deã cô khí hoaù vaø töï ñoäng hoaù saûn xuaát, cho pheùp taêng naêng suaát lao ñoäng. - AÙp duïng ñöôøng hoaù baèng laøm laïnh chaân khoâng coøn cho pheùp taêng hieäu suaát röôïu töø 0.6-1%, tieát kieäm ñieän töø 20-30% so vôùi caùc sô ñoà ñöôøng hoaù khaùc. *Nhöôïc ñieåm : Thieát bò boác hôi vaø ngöng tuï phaûi ôû ñoä cao 11-12 m. Ngoaøi ra ñoøi hoûi phaûi coù ñoäi nguõ coâng nhaân kyõ thuaät laønh ngheà veà lónh vöïc cô khí vaø töï ñoäng hoaù. 2.) Ñöôøng hoaù giaùn ñoaïn: ñöôïc thöïc hieän trong moät thieát bò goïi laø thuøng ñöôøng hoaù. Thuøng ñöôøng hoaù giaùn ñoaïn coù caáu taïo töông töï thuøng ñöôøng hoaù lieân tuïc laàn moät. Dung tích thuøng ñöôïc tính döïa vaøo theå tích cuûa meû naáu vaø theo tyû leä 1,3 m3 thuøng /1 m3 chaùo. Chieàu cao cuûa thuøng vaøo khoaûng 0.5 - 0.6 so vôùi ñöôøng kính. Beân trong coù caùnh khuaáy vôùi toác ñoä 50-60 voøng/phuùt nhaèm giuùp cho quaù trình laøm laïnh. * Caùch thöïc hieän : Caùch 1: Cho khoaûng 13 - 15% dòch amylase cuûa moät meû ñöôøng hoaù vaøo, khuaáy ñeàu, môû nöôùc laøm laïnh roài töø töø cho chaùo vaøo vôùi toác ñoä sao cho khi heát chao thì nhieät ñoä ñaït 600C. Tieáp ñoù cho heát dòch amylase coøn laïi ñeå nhieät ñoä giaûm coøn 57 - 580C .Ngöøng khuaáy, ñoùng van nöôùc laøm laïnh roài ñeå yeân 10 ñeán 15 phuùt cho amylase chuyeån hoaù tinh boät thaønh ñöôøng. Sau ñoù cho caùnh khuaáy laøm vieäc, môû nöôùc laøm laïnh tôùi nhieät ñoä 28 - 300C roài bôm ñi leân men. 14
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic Caùch 2: Cho toaøn boä dòch amylase vaøo thuøng, baät caùnh khuaáy, môû nöôùc laøm laïnh roài cho chaùo vaøo vôùi toác ñoä nhanh hôn nhöng vaãn phaûi khoáng cheá nhieät ñoä dòch ñöôøng hoaù 57 - 580C. Khi heát chaùo taét caùnh khuaáy, môû van nöôùc laøm laïnh roài ñeå 10 - 15 phuùt. Sau ñoù laïi baät caùnh khuaáy, môû van nöôùc laøm laïnh dòch tôùi 28 - 300C roài bôm ñi leân men . Caùch 3: Cho toaøn boä dòch chaùo naáu vaøo thuøng ñöôøng hoaù, tieáp ñoù baät caùnh khuaáy, môû nöôùc laøm lanh tôùi 700C, cho tieáp chaát saùt truøng fluosilicat natri vôùi soá löôïng raát ít. Cho 5 - 10% cheá phaåm amylase vaøo ñeå dòch hoaù roài tieáp tuïc laøm laïnh nhanh coøn 600C vaø cho tieáp 90 - 95% löôïng cheá phaåm amylase coøn laïi. PHAÀN III: Vi sinh vaät leân men axit axetic PHAÀ Coù raát nhieàu loaïi vi sinh vaät coù khaû naêng leân men ñeå taïo ra axit axetic. Taát caû caùc vi khuaån coù khaû naêng taïo ra axit axetic ñöôïc goïi chung laø vi khuaån axetic. Caùc vi khuaån axetic khoâng chæ coù khaû naêng leân men coàn ñeå taïo thaønh axit axetic, maø coøn coù khaû naêng chuyeån hoaù ñöôïc röôïu propionic thaønh axit propionic vaø chuyeån hoaù röôïu butylic thaønh axit butylic. Caùc loaøi vi sinh vaät axetic khoâng theå oxi hoaù ñöôïc röôïu baäc cao vaø röôïu metylic. Caùc loaøi vi sinh vaät axetic laø nhöõng loaøi hieáu khí maïnh. Trong ñieàu kieän moâi tröôøng ñaày ñuû vaø löôïng oxi ñöôïc cung caáp lieân tuïc chuùng coù theå taêng sinh khoái sau 12 giôø gaáp 17 trieäu laàn so vôùi sinh khoái ban ñaàu. Trong 20 loaøi ñaõ ñöôïc nghieân cöùu kyõ, cho thaáy khaû naêng coù theå aùp duïng vaøo thöïc teá saûn xuaát , caùc gioáng vi khuaån sau ñaây ñöôïc xem nhö coù öu ñieåm hôn caû. a.) Acitibacter acetic: vi khuaån naøy coù hình daïng gioáng nhö vi khuaån hình que nhöng kích thöôùc raát ngaén. Chuùng khoâng theå taïo ñöôïc baøo töû vaø caùc teá baøo thöôøng taïo thaønh hình chuoãi coù kích thöôùc raát daøi. Khi nhuoäm iot teá baøo chyeån thaønh maøu vaøng. Chuùng chòu ñöôïc noàng ñoä röôïu 11% V vaø trong ñieàu kieän moâi tröôøng thuaän lôïi chuùng coù khaû naêng taïo ra ñöôïc 6% axit axetic. Nhieät ñoä thích hôïp nhaát ñeå vi khuaån naøy phaùt trieån laø 340C b).Acetibacter pasteurianum: hình thaùi Acetibacter pasteurianum gioáng Acitibacter acetic , nhöng khi nhuoäm maøu vôùi iot, teá baøo seõ coù maøu xanh. Khaû naêng chòu noàng ñoä coàn cuûa chuùng thaáp hôn cuûa Acitibacter aceti .trong ñieäu kieän moâi tröôøng phaùt trieån thuaän lôïi chuùng coù khaû naêng taïo ñöôïc 5 -6% axit axetic. c).Acetibacter orleaneuse: hình thaùi vi khuaån naøy gioáng hai vi khuaån treân, nhöng kích thöôùc nhoû hôn nhieàu. Ñaëc bieât hai ñaàu teá baøo thöôøng nhoû laïi. Nhieàu tröôøng hôïp ngöôøi ta laãn loän 15
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic vi khuaån naøy vôùi vi khuaån kî khí clostridium. Trong dòch nöôùc caáy, chuùng thöôøng taïo ra vaùng raát moûng treân beà maët. Vaùng vi khuaån thöôøng raát chaéc ; khi nhuoäm vôùi iot, teá baøo seõ chuyeån sang maøu vaøng. Vi khuaån naøy chòu ñöôïc löôïng coàn ñeán 12% V, vaø trong ñieàu kieän leân men thích hôïp .chuùng coù theå taïo ra 9,5% axit axetic. d).Acetibacter xylinum: vi khuaån naøy phaùt trieån trong moâi tröôøng thuaän lôïi coù theå taïo ra 4,5% axit axetic vaø taïo ra moät maøng raát daøy treân beà maët moâi tröôøng e).Acetibacter Schiitzenbachi: vi khuaån naøy thuoäc vi khuaån hình que, nhöng kích thöôùc cuûa chuùng daøi hôn caùc gioáng ñaõ trình baøy ôû treân. Chuùng khoâng taïo baøo töû, khoâng coù khaû naêng chuyeån ñoäng vaø thuoäc vi khuaån gram (– ) Khi phaùt trieån ôû moâi tröôøng loûng, chuùng taïo ra lôùp maøng daøy nhöng khoâng chaéc. Ôû caùc nöôùc phaùt trieån treân theá giôùi , ngöôøi ta thöôøng söû duïng chuùng ñeå saûn xuaát daám theo phöông phaùp leân men chìm Trong ñieàu kieän moâi tröôøng thuaän lôïi chuùng coù khaû naêng taïo ñöôïc 11 -12% axit axetic. f).Acetibacter curvum : Veà cô baûn vi hkuaån naøy gioáng Acetibacter Schiitzenbachii Trong moâi tröoøng leân men thuaän lôïi. Vi khuaån naøy coù theå taïo ra ñöôïc 10 -11% axit axetic vi khuaån naøy taïo vaùng raát chaéc treân beà maët moâi tröôøng. Nhieät ñoä leân men toái öu cuûa vi khuaån naøy laø 35- 370C. g).Acetibacter suboxydans: vi khuaån naøy ñöôïc söû duïng nhieàu trong coâng ngheä saûn xuaát vitamin C. chuùng coù khaû naêng chòu ñöôïc noàng ñoä coàn raát cao. Neáu trong moâi tröôøng, ta cho theâm moät löôïng nho ûcaùc chaát dinh döôõng caàn thieát, ví duï nhö glucose, vi khuaån naøy coù theå chuyeån hoaù hoaøn toaøn coàn thaønh axit axetic löôïng axit axetic ñöôïc taïo ra töø quaù trình leân men coù theå leân ñeán 13%. Trong quaù trình leân men caàn phaûi thoâng khí lieân tuïc vì vi khuaån naøy caàn löôïng oxy raát nhieàu cho quaù trình chuyeån hoaù coàn thaønh axit axetic vaø cho quaù trình leân men. Ngoaøi khaû naêng oxy hoùa coàn thaønh acid axetic thì caùc vi sinh vaät leân men axetic coøn coù khaû naêng tham gia chuyeån hoùa moät loaït caùc loaïi röôïu thaønh caùc acid töông öùng vaø caùc chaát khaùc. Chuyeån hoùa röôïu propyolic thaønh acid propionic Chuyeån hoùa butanol thaønh acid butylic Chuyeån hoùa glyxerin thaønh dioxyaxeton Chuyeån hoùa sobic thaønh sorbose Chuyeån hoùa arabino thaønh acid arabanic Chuyeån hoùa glucose thaønh acid glucosenic Chuyeån hoùa acid lacticthaønh acid glucosenic 16
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic PHAÀN IV: Caùc phöông phaùp saûn xuaát axit PHAÀ axcetic I.) CAÙC PHÖÔNG PHAÙP Axit axetic laø moät loaïi axit höõu cô ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaø töø raát laâu ñôøi. Do ñoù, loaøi ngöôøi ñaõ phaùt minh ra nhieàu phöông phaùp khaùc nhau ñeå saûn xuaát axit axetic. Nhöõng phöông phaùp saûn xuaát acid axetic bao goàm: • Phöông phaùp hoaù goã • Phöông phaùp hoaù hoïc • Phöông phaùp sinh hoïc • Phöông phaùp keát hôïp 1. Phöông phaùp hoaù goã cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa ngaønh khai thaùc vaø cheá bieán goã, ngöôøi ta daã bieát caùch saûn xuaát axit axetic töø daïng nguyeân lieäu naøy. Baèng caùch chöng caát goã ñaõ leân men, ngöôøi ta thu ñöôïc nhieàu hoãn hôïp nhieàu chaát khaùc nhau, trong ñoù axit axetic coù haøm löôïng raát lôùn 2. Phöông phaùp hoaù hoïc Phöông phaùp naøy döïa treân quaù trình oxi hoùa axetal dehyt thaønh axit axetic, coù xuùc taùc cuûa Mangan roài sau ñoù chöng caát phaân ñoaïn ôû nhieät ñoä 50- 800C Phaûn öùng oxi hoaù xaõy ra nhö sau: C2H2 + H2O CH3CHO CH3COOH C2H4 + O2 Hieän nay, ngöôøi ta toång hôïp axit axetic töø methanol vaø CO baèng phaûn öùng cacbonyl hoaù CH3OH + CO CH3COOH 3. Phöông phaùp sinh hoïc Hieän nay, ngöôøi ta saûn xuaát axit axetic chuû yeáu baèng phöông phaùp leân men. So vôùi nhöõng phöông phaùp khaùc phöông phaùp naøy coù nhieàu öu ñieåm vaø ñöôïc öng duïng saûn xuaát raát roäng raõi. a) nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát axit axetic baèng phöông phaùp leân men raát deã kieám. Coù theå söû duïng nguyeân lieäu chöùa ñöôøng ( nöôùc eùp traùi caây, nöôùc traùi döøa, nöôùc eùp mía,….). coù theå söû duïng nguyeân lieäu chöùa tinh boät vaø coù theå söû duïng coàn coâng nghieäp. 17
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic • Neáu saûn xuaát töø nguyeân lieäu chöùa tinh boät, phaûi qua ba giai ñoaïn chuyeån hoaù – giai ñoaïn chuyeån tinh boät thaønh ñöôøng – giai ñoaïn chyeån ñöôøng thaønh coàn – giai ñoaïn chuyeån coàn thaønh axit axetic. • Neáu saûn xuaát töø nguoàn nguyeân lieäu chöùa ñöôøng thì qua hai giai ñoaïn: – giai ñoaïn chuyeån ñöôøng thaønh coàn – giai ñoaïn chuyeån coàn thaønh axit axetic. • Neáu saûn xuaát töø nguoàn nguyeân lieäu ñaõ chöùa coàn thì ta chæ caàn taïo ñieàu kieän thuaän lôïi ñeå vi khuaån axetic chuyeån hoaù coàn thaønh axit axetic. b) Quùa trình chuyeån hoaù ñöôïc thöïc hieân ôû ñieàu kieän raát oân hoaø, khoâng caàn nhieät ñoä cao, aùp suaát hay maùy moùc, thieát bò phöùc taïp c) Coâng ngheä saûn xuaát axit axetic hoaøn toaøn khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng 4) Phöông phaùp keát hôïp Tröôùc tieân, ngöôøi ta tieán haønh quaù trình oxi hoaù hyñrat cacbon coù maïch cacbon ngaén nhö propan hay butan ñeå taïo thaønh axit acetal dehyd, formaldehyd methanol vaø aceton. Sau khi acetaldehyd ñöôïc oxy hoaù ñeå taïo thaønh axit axetic. Phöông phaùp keát hôïp ñöôïc söû duïng nhieàu hôn caû laø phöông phaùp thuyû phaân boät goã baèng axit.(phöông phaùp hoùa hoïc). Sau ñoù ngöôøi ta trung hoaø khoái thuyû phaân naøy vaø tieán haønh leân men ñeå thu ñöôïc dung dòch chöùa axit axetic. II.) QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT Baûn chaát sinh hoaù cuûa leân men acid axetic Leân men acid axetic laø quaù trình oxy hoaù coàn thaønh acid axetic nhôø vi khuaån axeâtic, trong ñieàu kieän hieáu khí . Phöông trình toång quaùt cuûa quaù trình leân men laø C2H5OH + O2 CH3COOH+ H2O +117 Kcal Phaûn öùng naøy xaûy ra trong teá baøo cuûa vi khuaån. Muoán phaûn öùng ñöôïc xaûy ra. C2H5OH vaø O2 phaûi ñöôïc thaåm thaáu vaøo trong teá baøo . khi ñoù caùc enzym oxy hoaù coù trong teá baøo vi khuaån tham gia oxy hoaù röôïu taïo thaønh CH3COOH. vaø CH3COOH ñöôïc taïo thaønh seõ thoaùt ra khoûi teá baøo vaø tan trong dung dòch moâi tröôøng . 18
Tröôøng Toân Ñöùc Thaéng saûn xuaát acid axetic trong teá baøo vi khuaån quaù trình oxy hoùa xaûy ra raát phöùc taïp. Quaù trình naøy xaûy ra qua ba giai ñoaïn. Caùc giai ñoaïn ñöôïc toùm taét nhö sau : C2H5OH + O2 CH3CHO + H2O (Acetaldehyd) CH3CHO + H2O CH3CH(OH)2 (Hydrat acetaldehyd) CH3CH(OH)2 + O2 CH3COOH + H20 Phöông trình toång quaùt : C2H5OH + O2 CH3COOH +H2O Ñieàu löu yù laø, trong moâi tröôøng leân men keát röôïu vi khuaån axetic seõ tham gia quaù trình oxy hoùa acid axetic thaønh CO2 vaø H2O. ñeå nhaän naêng löôïng duøng cho quaù trình sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa mình vi khuaån CH3COOH + O2 CO2 + H2O Chính vì theá. Sau khi leân men bao giôø ngöôøi ta cuõng ñeå laïi mkoät löôïn coàn khoaûng 0,3% - 0,5% ñeå vi khuaån coù theå söû duïng coàn maø khoâng söû duïng acid axetic nhö moät nguoàn naêng löôïng. Baûn chaát quaù trình leân men laø leân men hieáu khí, vì theá phaûi taïo ñieàu kieän toái ña ñeå vi khuaån tieáp xuùc ñöôïc vôùi oxy vaø coàn. Ñeå giaûi quyeát toát vaán ñeà naøy, ngöôøi ta ñöa ra 4 phöông phaùp khaùc nhau : 19