Đề tài Sản xuất Acetone - Butanol

MỤC LỤC 5 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1: Thành phần hóa học trong rỉ đường mía 3 Bảng 2: Thành phần vitamin chứa trong rỉ đường mía và rỉ đường củ cải 3 Bảng 3: Thành phần các amino acid chứa trong rỉ đường từ củ cải 4 Bảng 4: Thảnh phần vi lượng chứa trong rỉ đường từ củ cải 4 Bảng 5: Thành phần hóa học của một số loại ngũ cốc 6 Bảng 6: Nhiệt độ sôi của một số chất trong quá trình chưng cất 21 NGUYÊN LIỆU: Rỉ đường: Rỉ đường là nguyên liệu phổ biến dùng để sản xuất acetone-butanol. Rỉ đường là thứ phẩm của công nghiệp đường thu được ở công đoạn kết tinh đường. Có hai loại rỉ đường: rỉ đường mía và rỉ đường củ cải. Ở Việt Nam chỉ dùng rỉ đường mía. So với rỉ đường củ cải thì rỉ đường mía có lượng saccharose thấp hơn nhưng lượng đường khử cao hơn. Thành phần của rỉ đường mía phụ thuộc vào giống mía, thổ nhưỡng, điều kiện canh tác và công nghệ sản xuất. Lượng chất khô trong rỉ đường mía chiếm 75-85% khối lượng; trong đó chất khô đường chiếm tới 60% (chủ yếu là saccharose và đường khử, một lượng nhỏ raffinose, 5% acid niconitic và không có betain). Số còn lại là các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong các hợp chất vô cơ có các ion: K+, Na+, Cl- , Ca2+, Mg2+, SO32- …, các hợp chất hữu cơ có pectin, furfurol, acid hữu cơ, caramen, các chất màu, acid amin, vitamin. Tuy nhiên hàm lượng các chất chứa nitơ là rất thấp, cần bổ sung khi sử dụng. Hình 1: Rỉ đường từ mía Rỉ đường mía thường có màu nâu sẫm, mùi thơm ngọt hơi chua giống như mùi trái cây, có chứa acid bay hơi 0.6 – 0.9 % khối lượng. Rỉ đường mía khác với rỉ đường củ cải về thành phần hóa học. Rỉ đường mía chứa ít đường saccharose hơn và nhiều đường nghịch đảo hơn, chứa ít hàm lượng Nitơ, chứa ít đường raffinose hơn và có màu sậm hơn so với rỉ đường từ củ cải. Hàm lượng khoáng trong rỉ đường từ củ cải chiếm 8.5 – 14% khối lượng. Thành phần chính trong tro là K2O (chiếm 60 – 70%), CaO (4.5 – 7%), MgO (1%), P2O5 thấp (0.2 – 0.6%) do phần lớn phospho đã được tách ra khỏi củ cải trong quá trình trích ly đường. Hàm lượng vitamin (mg/100 g rỉ đường) trong rỉ đường mía và củ cải lần lượt là 10.5 và 10.4. Bảng 1: Thành phần hóa học trong rỉ đường mía (có 80% chất khô) Các chất thành phần Hàm lượng % trong rỉ đường Các chất thành phần Hàm lượng % trong rỉ đường Saccharose 42 SiO2 0.5 Đường khử 30 SO3 1.6 Chất hữu cơ phi đường 10 Cl2 0.4 Chất tro 8 Na2O + Fe2O3 + Al2O3 0.2 Trong đó: K2O 3.5 P2O5 0.2 CaO 1.5 N tổng 0.5-2.2 MgO 1 N amin (không thủy phân) 0.2-0.5 Các chất keo 0.2-1.0 Bảng 2: Thành phần vitamin chứa trong rỉ đường mía và rỉ đường củ cải (tính theo mg/ 100 g rỉ đường) Thành phần Rỉ đường mía Rỉ đường củ cải Thiamine Riboflavine Pyridoxine Nicotinic acid Pantothenic acid Folic acid Biotin Inositol 0.16 0.3 1.15 2.1 3.6 0.06 0.13 158 0.18- 0.26 0.02- 0.08 0.3- 0.45 3.9- 5.2 0.06- 5.2 0.01- 0.03 0.0035- 0.006 90- 120 Bảng 3: Thành phần các amino acid chứa trong rỉ đường củ cải Thành phần % khối lượng rỉ đường Leucine và Isoleucine Phenylalanine Valine, Methionine và Tryptophan Tyrosine Proline Alanine Threonine và Glycine Glutamic acid Serine Aspartic acid Arginine, Histidine và Lysine Cystein – 2.9 Vết 0.4 – 1.3 0.6 – 1.8 Vết 1.2 – 1.3 0.2 – 0.8 1.3 – 1.8 1.7 – 2.5 0.3 – 0.5 Vết Vết Bảng 4: Thành phần vi lượng chứa trong rỉ đường củ cải Thành phần mg/100g rỉ đường Nhôm Stronti Crom Sắt Đồng Magiê Mangan Kẽm Titan Nickel Coban Molybdem Chì Bo 9.3 – 60 4.6 – 59.4 6.6 – 54.7 8.3 – 26.6 0.0 – 9.8 5.7 – 8.6 1.4 – 7.6 2.0 – 3.3 0.21 – 0.70 0.16 – 0.76 0.10 – 0.76 0.10 – 0.12 0.21 – 0.61 0.20 – 0.42 Những đặc tính quan trọng của rỉ đường phù hợp với quá trình lên men ứng dụng trong công nghiệp: Chứa hàm lượng đường cao. Ngoài đường saccharose còn chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, các vitamin và các chất kích thích sinh trưởng, đặc biệt là vitamin H Ngoài ra xét về mặt kinh tế, rỉ đường là thứ phẩm của ngành công nghiệp đường nên giá thành nguyên liệu rẻ, nguồn cung cấp dồi dào. Vì rỉ đường là môi trường dinh dưỡng khá lý tưởng nên dễ bị vi sinh vật xâm nhập và phát triển, thường gặp nhất là những vi sinh vật gây màng và gây chua, dẫn tới làm giảm chất lượng của rỉ đường. Đôi khi, số lượng vi sinh vật có thể lên đến trên 104VSV/g rỉ đường. Thông thường, vi sinh vật trong rỉ đường gồm có Bacillus (chiếm trên 90% số lượng vi sinh vật), vi khuẩn sinh acid như E.Coli, Pseudomonas..., 1 vài loài nấm men như Candida, và đôi khi có nấm mốc như Penicillium, Aspergillus... Vi sinh vật ảnh hưởng xấu đến hiệu suất lên men. Vì vậy, trong sản xuất ta hay dùng fluosilicate natri 20/00 so với trọng lượng mật rỉ để bảo quản. Yêu cầu về rỉ đường: chất khô không ít hơn 75% khối lượng, hàm lượng saccharose từ 31- 50%, pH 6.5- 8.5 (rỉ đường củ cải) và 4.5-6.0 (rỉ đường mía), hàm lượng Nitơ tổng không ít hơn 1.4%, số lượng vi sinh vật không quá 15000 VSV/ 1g nguyên liệu. Rỉ đường trước khi đem sử dụng cần phải được xử lý: Acid hóa bằng H2SO4 và HCl tới pH bằng 2.8 – 3 và gia nhiệt trong 6 giờ, ở nhiệt độ 90 – 95oC. Lượng acid cho vào khoảng 5% khối lượng. Hoặc có thể gia nhiệt có thể tới 120oC trong 10 phút, 110oC trong 30 phút, hoặc 80-95oC trong vòng 45-60 phút, khi gia nhiệt thì khuấy đều . Bổ sung nguồn N cùng các chất kháng khuẩn, khuấy đều. Nguồn N là urê hoặc amoni sunfat. Để yên khoảng 4 giờ để lắng cặn. Các nguồn nguyên liệu khác: Ngoài rỉ đường, người ta cũng có thể sản xuất acetone-butanol từ tinh bột. Nguồn tinh bột chủ yếu thu được từ các loại ngũ cốc, nhưng khi sử dụng nguồn nguyên liệu này thì cần phải thực hiện quá trình thủy phân trước khi lên men. Để lên men acetone-butanol, người ta thường sử dụng môi trường chứa 5-6% khối lượng tinh bột, từ 100 kg tinh bột có thể thu hoạch được khoảng 37- 40 kg dung môi. Bảng 5: Thành phần hoá học của một số loại ngũ cốc (% khối lượng) Giống hạt Protein Tinh bột Chất béo Cellulose Đường Pentose và các carbohydrat khác Chất khoáng Lúa mì Ngô Yến mạch Đại mạch Gạo tẻ 16 10 12 12 7 60 70 45 55 63 1.9 4.6 5.5 2 2.3 2.8 2.1 14 6 12 4.3 3 2 4 3.6 8 7 13 11 1.5 2.2 1.3 3.8 3.5 6 Các nguồn tinh bột có thể sử dụng là: Lúa gạo: Hạt lúa gạo có cấu tạo gồm 3 phần chính: vỏ, nội nhũ và phôi. Hạt tinh bột có hình dạng đa giác đặc trưng và có kích thước 2-10 µm (kích thước nhỏ nhất trong các hạt lương thực). Thành phần glucid chiếm khoảng 75%, chủ yếu tập trung ở nội nhũ. Chủ yếu là saccharose, một ít đường glucose, fructose và rafinose. Lúa nảy mầm có tồn tại đường maltose. Hàm lượng chất béo thấp 1.5-2.3% và tập trung chủ yếu ở phôi. Hàm lượng protein trong tinh bột gạo không cao và thay đổi trong khoảng rộng 4.3-18.2%, trong đó glutelin chiếm đa số (gọi là oryzenin). Lúa mì: Cấu tạo hạt lúa mì gồm 3 phần chính: vỏ, nội nhũ và phôi. Hạt tinh bột có dạng hình cầu, hình bầu dục với đường kính 10-40 µm. Cấu trúc hạt tinh bột có 26% là amylose. Phôi chiếm 2.5-3.5% trọng lượng, không chứa tinh bột. Thành tế bào nội nhũ chứa pentosan, hemicellulose, β-glucan, nhưng không chứa cellulose. Độ trong của hạt tinh bột càng cao thì chất lượng tinh bột càng cao. Độ trong càng cao khi hàm lượng protein càng cao. Đây là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng tinh bột lúa mì. Hàm lượng tinh bột chiếm 50- 73%. Trong hạt lúc mì có chứa pentozan: chiếm 1.2-3.5% khối lượng glucid trong hạt, có tính háo nước, làm tăng độ dính và độ nhớt. Hàm lượng protein thay đổi trong khoảng 8.6- 24.4% khối lượng (đối với lúa mì mềm) và 14.4- 24.1% (đối với lúa mì cứng). Thành phần protein chủ yếu là gliadin (tạo độ giãn) và glutenin (tạo độ đàn hồi). Lipid phân bố không đều, tập trung ở vỏ và phôi. Ngô: Một bắp ngô bao gồm lá bao, râu, bẹ, lõi, cuống và hạt. Hạt chiếm 78%, lõi và cuống chiếm 22%. Hạt phát triển thành từng hàng và số hàng trong mỗi trái ngô luôn là số chẵn. Phần nội nhũ trong hạt ngô gồm hai loại: nội nhũ sừng với đặc tính cứng và chứa nhiều hạt protein, nội nhũ bột với đặc tính mềm và chứa nhiều hạt tinh bột. Thành phần tinh bột trong ngô chiếm từ 60-70%, trong đó amylose chiếm 28% lượng tinh bột. Kích thước hạt tinh bột vào khoảng 5-25 µm. Thành phần đường chiếm 1-3%, cơ bản là đường D-glucose, D-fructose và saccharose. Protein chủ yếu phân bố trong nội nhũ, chiếm 10%, trong đó prolamin chiếm đa số và được gọi là zein. Trong các loại lương thực, ngô chứa hàm lượng lipid cao 3.5-7% tập trung chủ yếu ở phôi. Sắn tươi Về cơ bản củ sắn gồm 3 phần chính : vỏ, thịt củ và lõi, ngoài ra còn có cuống và rễ củ. Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi. Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống mất nước của củ,tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị mất khi thu hoạch và vận chuyển. Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là cellulose, ngoài ra còn có chứa polyphenol, enzyme, và linamarin. Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít polyphenol, độc tố và enzyme. Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là cellulose. Thành phần củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 – 34% khối lượng, protein 0.8 – 1.2%, chất béo 0.3 – 0.4%, cellulose 1 – 3.1%, chất tro 0.54%, polyphenol 0.1 – 0.3% và nước 60 – 74.2%. Ngoài ra trong sắn còn chứa một lượng vitamin B và độc tố. Các Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấu trong sản xuất rượu. Độc tố trong sắn có tên chung là phazeolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và Lotaustralin. Các độc tố này thường tập chung ở vỏ cùi. Bình thường phazeeolunatin không độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN. Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể trên. Đặc biệt trong sản xuất rượu, khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa các muối cyanat khi chưng cất không bay hơi nên bị loại cùng bã rượu, điều này là rất có lợi trong sản xuất. Vi sinh vật: Các vi sinh vật có thể sử dụng trong lên men acetone – butanol là: Clostridium acetobutylicum Clostridium beijerinckii Clostridium tetanomorphum Clostridium aurantibutyricum Vi khuẩn thưòng dùng phổ biến trong lên men acetone-butanol là Clostridium acetobutylicum (hay C. saccharo – acetobutylicum). Loài này thường lên men acid đối với các đường arabinose, xilose, galacrose, fructose, tinh bột, lactose, dextrin, manitol… Giới: Bacteria Ngành: Firmicutes Lớp: Clostridia Bộ: Clostridiale Họ: Clostridiaceae Giống: Clostridium Loài: C. acetobutylicum Đây là những trực khuẩn G(+), kỵ khí bắt buộc, có khả năng tạo bào tử, có khả năng di động bằng các tiêm mao bao phủ khắp thân, kích thước khoảng 0.6 – 0.71× 2.6× 4.7 µm. Tế bào sinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử có kích thước lớn hơn chiều ngang của tế bào sinh dưỡng nên khi mang bào tử, tế bào sẽ có dạng hình thoi hay dùi trống. C.acetobutylicum được phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, nhất là trong bùn. C.acetobutylicum phát triển tối ưu ở nhiệt độ 37oC. Clostridium acetobutylicum là một chemoorganotroph (là loại tự dưỡng, sử dụng các hợp chất hữu cơ ở trạng thái khử làm nguồn cung cấp điện tử và H+). Nó tạo ra năng lượng thông qua quá trình phosphoryl hóa cơ chất bởi sự lên men. Trong quá trình lên men, cơ chất là những phân tử hữu cơ, đóng vai trò là những chất cho và nhận electron. Đặc biệt, Clostridium acetobutylicum cần nguồn carbohydrate để có thể chịu đựng và sống sót trong điều kiện lên men, nó có khả năng đồng hóa polysaccharide. Người ta nhận thấy hàm lượng flavin trong vi khuẩn này đạt tới mức khá cao và không thấy chứa cytocrom và enzyme catalase, một enzyme quan trọng của vi sinh vật hiếu khí giúp chuyển hóa những sản phẩm phụ độc hại thành nước và oxy. Clostridium acetobutylicum có khả năng cố định Nitơ trong không khí. Vào giai đoạn phát triển ban đầu, C. acetobutylicum là vi khuẩn gram dương nhưng nó chuyển thành gram âm khi già. Việc gia tăng khả năng di động của giống này làm tăng sự sản xuất dung môi. Những chất kích thích bao gồm butyric acid và đường. C. acetobutylicum đặc biệt bị ức chế bởi acetone, butanol và ethanol. Cơ chế này hoàn toàn hợp lý cho phép tế bào nhận chất dinh dưỡng và loại ra những sản phẩm phụ bởi cơ chế trao đổi chất của nó. Những nghiên cứu có liên quan đã tìm được con đường trao đổi chất của Clostridium acetobutylicum để tăng hiệu quả của quá trình lên men công nghiệp. Những sản phẩm dung môi acetone, acetate, butanol, butyrate và ethanol đều xuất phát từ acetyl-CoA. Ngoài ra còn tạo ra H2 và CO2. Ngoài ra, những sản phẩm phụ khác nhau được tạo ra ở những pha khác nhau trong quá trình phát triển của C. acetobutylicum. Trong pha log, sản phẩm chủ yếu là acetate, butyrate và xảy ra sự cố định nitơ. Sau 18 giờ, butanol và acetone được tạo ra tối đa. Sự phân chia thời gian của việc cố định nitơ và việc tạo ra dung môi là cần thiết để tránh sự cạnh tranh của những chất khử trong hai quá trình. Hình 2: Vi khuẩn Clostridium acetobutylicum Tiêu chí chọn giống: Không có khả năng sinh tổng hợp độc tố. Có khả năng sinh tổng hợp các sản phẩm chính cao, cụ thể ở đây là butanol và acetone. Có khả năng thích nghi cao, bảo toàn hoạt tính. Tốc độ sinh trưởng càng nhanh càng tốt nhằm lấn át sự phát triển của những vi sinh vật nhiễm, rút ngắn thời gian lên men, cho hiệu quả kinh tế cao. Điều kiện nuôi cấy đơn giản. Môi trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm. Giống phải có khả năng sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền như các phụ phẩm, các nguyên liệu thô... Lên men Acetone – Butanol (AB) bằng vi khuẩn Clostridium acetobutyricum C.acetobutylicum sẽ phân giải glucose theo con đường EMP. Acetate được tạo thành từ acetyl – coA có thể được chuyển thành acetone, butanol và ethanol. Nhưng butyrate được tạo thành từ butyryl – coA chỉ được dùng để sản xuất butanol, do không có con đường nào sinh ra acetyl – coA từ butyryl – coA. Cốt lõi của quá trình lên men AB là chuỗi phản ứng tạo ra butyryl – coA từ acetyl – coA. Vi khuẩn C.acetobutylicum khi lên men glucose đầu tiên sẽ làm sinh ra acetate, butyrate. Nhưng sau đó, cùng với việc acid hóa môi trường sẽ bắt đầu xảy ra việc tổng hợp một số enzyme, trong đó cả enzyme acetoacetatdecarboxilase. Dưới tác dụng của enzyme này, acetone và butanol sẽ được tích lũy lại trong môi trường. Vì vậy, giai đoạn đầu của quá trình (tích tụ acid) người ta gọi là lên men acid, giai đoạn sau là lên men rượu. Quá trình lên men acetone-butanol có thể chia làm hai thời kỳ: Ở thời kỳ đầu, trong môi trường lên men tích tụ acid (nên có tên gọi là lên men acid), song thời kỳ thứ hai thì trong môi trường tích tụ butanol, ethanol và acetone (nên có tên gọi là lên men rượu). Trong thời kỳ thứ hai này, xảy ra sự chuyển hoá một cách nhanh chóng các acid thành những hợp chất trung tính tương ứng: acid butyric bị khử thành batanol, acid acetic chuyển hoá thành acetone nên độ acid chuẩn ở trong môi trường lên men bị giảm nhanh: giảm đi gần một nửa so với giá trị cực đại ở cuối thời kì đầu. Tiếp đó, độ acid chuẩn sẽ tăng lên một ít, vận tốc tạo dung môi dần dần chậm lại, đến cuối thời kì lên men thì ngừng hoàn toàn. Quá trình lên men này còn kèm theo sự thoát khí CO2 và H2, những khí này sẽ vào thiết bị gom khí rồi thải ra không khí. pH của quá trình khoảng 4.5-5.5. Nước: Nước ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất lên men cùng chất lượng sản phẩm thu được và thường cần một lượng rất lớn trong quá trình lên men. Yêu cầu về nước dùng để pha chế môi trường dinh dưỡng: Nước dùng trong quá trình lên men phải là nước sạch và mềm. Các chỉ số quan trọng của nước là: độ cứng, độ oxy hóa và vi sinh vật. Độ cứng thể hiện ở ion Ca2+ và Mg2+ trong nước. Các muối bicarbonate của 2 ion này tạo nên độ cứng tạm thời cho nước, khi đun sôi chúng tạo thành dạng carbonate và lắng cặn dưới đáy. Còn các muối của các ion này như: Cl-, SO42-, NO3- thì tạo nên độ cứng vĩnh cửu cho nước và không thể mất đi trong quá trình gia nhiệt cho nước. Độ cứng của nước tính bằng mg đương lượng cho một lít nước. 1 mg đương lượng = 20.04 mg Ca2+ hoặc 12.16 mg Mg2+/l Độ oxy hóa thể hiện bằng số mg O2/l. Chỉ số vi sinh vật cho biết mức độ nhiễm bẩn của nước, được thể hiện bằng tổng số vi sinh vật có trong một lít nước mà tiêu biểu là vi khuẩn E.coli. Nước dùng trong lên men phải đạt tiêu chuẩn làm nước uống và không có mùi vị, không màu, trong suốt và đặc biệt là không có sắt và mùi amoniac, không có các kim loại nặng. Nước phải đạt chỉ tiêu sau đây mới được dùng trong quá trình lên men: Độ cứng chung (mg – đương lượng) ≤ 7 Hàm lượng muối carbonate ≤ 50 mg/l Hàm lượng muối Mg ≤ 100 mg/l Hàm lượng muối clorua: 75 – 150 mg/l Hàm lượng muối CaSO4: 130 – 200 mg/l Hàm lượng Fe2+ ≤ 0.3 mg/l Khí NH3 : không có Các muối có gốc NO3-, NO2-: không có Vi sinh vật ≤ 100 tế bào/1 cm3 Nước không đạt yêu cầu, trước khi đưa vào lên men cần phải lọc qua cát sỏi, phun mù để khử sắt và làm mềm nước bằng cách hấp phụ qua nhựa trao đổi ion. Các chất dinh dưỡng cần bổ sung: Cần bổ sung nguồn Nitơ : nguồn Nitơ ở đây có thể sử dụng hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ. Ta có thể sử dụng peptone, dịch chiết nấm men, các loại muối ammonia như amoni sulfate, amoni clorua, amoni nitrate, amoni acetate, amoni hydroxyde. Theo một số tài liệu cần bổ sung nguồn Phospho là superphosphate với hàm lượng 1%, nhưng đa số tài liệu lại không bổ sung nguồn Phospho. Cần bổ sung thêm nguồn Canxi để làm chất ổn định trong quá trình lên men. Do trong quá trình lên men, pH giảm đến một giới hạn nào đó sẽ ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật, làm cho quá trình lên men ngừng lại, nên ta bổ sung nguồn Canxi để giữ pH của môi trường ổn định trong suốt quá trình lên men. Nguồn Canxi sử dụng ở đây là CaCO3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT Sơ đồ khối: Trong báo cáo này, chỉ trình bày quy trình sản xuất từ rỉ đường theo phương pháp lên men gián đoạn.(đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp) Lên men Chưng cất CO2 + H2 Butanol Acetone Ethanol Bã Clostridium acetobutyricum Nhân giống (NH4)2SO4, CaCO3 Bổ sung chất dinh dưỡng Rỉ đường Pha loãng Tiệt trùng Làm nguội Cấy giống Giải thích quy trình: Pha loãng: Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men Nồng độ cơ chất cao sẽ ức chế tế bào vi khuẩn. Do độc tính tự nhiên của butanol ức chế sự tạo thành dung môi ngay cả khi ở nồng độ rất thấp (khoảng 1 – 1.5% v/v), nên nồng độ cơ chất trong thùng lên men cũng giới hạn < 80 g/l. Đồng thời, nếu nồng độ cơ chất cao sẽ dư thừa làm cho quá trình lên men không đạt hiệu quả kinh tế và tăng yêu cầu phải xử lý nước thải. Do đó, rỉ đường trước khi được sử dụng làm cơ chất cho quá trình lên men cần được pha loãng bằng nước mềm. Các biến đổi: Vật lý: giảm nồng độ cơ chất, tăng thể tích dung dịch Hóa lý: độ nhớt giảm. Thiết bị: sử dụng thùng có cánh khuấy Phương pháp thực hiện và thông số công nghệ: Nước và rỉ đường được cho vào thùng sử dụng cánh khuấy. Nồng độ pha loãng thường là 5.0 – 7.5% w/v, có thể sử dụng 6% w/v (tương ứng với 60 g/l). Bổ sung chất dinh dưỡng: Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men Trước đây, nguyên liệu chính để sản xuất butanol và acetone bằng phương pháp lên men là tinh bột (được lấy từ các nguồn nguyên liệu giàu tinh bột). Yêu cầu chung đối với nguyên liệu là có glucid, Nitơ và Phospho. Do đó, các hạt ngũ cốc là nguồn nguyên liệu hoàn hảo có chứa các thành phần cần thiết cho sự lên men. Rỉ đường như đã nói ở trên cũng như các dịch thủy phân gỗ, rơm, bẹ ngô... là nguồn nguyên liệu không đầy đủ. Mật rỉ cung cấp toàn bộ nguồn Carbohydrate cho quá trình lên men, ngoài ra mật rỉ cũng cung cấp nguồn Nitơ, Phospho và chất ổn định, nhưng chỉ ở dạng vết. Vì vậy, muốn cho quá trình lên men xảy ra tốt, vi khuẩn có thể phát triển, ta bắt buộc phải bổ sung chất dinh dưỡng. Biến đổi: Hoá học: thay đổi thành phần hoá học các chất Phương pháp thực hiện: Bổ sung nguồn Nitơ: Nguồn Nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+. Nguồn