Nghiên cứu xử lý bã rượu từ nhà máy sản xuất cồn để sản xuất nguyên liệu thức ăn chăn nuôi.

- Phạm Kim Đăng và thầy cô thuộc Khoa Chăn nuôi, Họcviện Nông nghiệp Việt Nam đã hỗ trợ tôi thực hiện được các thí nghiệm của luận văn.Bên cạnh đó tôi cũng xin được cảm ơn các bạn cùng phòng thí nghiệm Bộ mônCông nghệ Thực phẩm đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm nghiên cứu.Cuối cùng, tôi xin gửi những lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người đãluôn động viên và ở bên cạnh tôi trong những thời điểm khó khăn.Hà Nội, ngày 24 tháng 12 năm 2015Học viênBùi Thị Thu Hằng Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 2TÓM TẮT LUẬN VĂNBã rượu khô (Distillers’ Dried Grains - DDG và Distillers’ Dried Grains withSolubles - DDGS) là phụ phẩm của quá trình sản xuất cồn sử dụng nguyên liệu giàutinh bột như gạo, ngô, sắn.
- thu được sau khi sấy bã rượu hoặc sau khi cô đặc và sấykhô bã rượu, được sử dụng làm một trong những nguyên liệu sản xuất thức ăn chănnuôi.
- Để nâng cao giá trị gia tăng của nguồn phụ phẩm này, chúng tôi đã nghiên cứucông nghệ sản xuất bã rượu khô từ phụ phẩm của nhà máy cồn từ gạo theo công nghệDịch hóa, Đường hóa và Lên men Đồng thời (SLSF).Sau quá trình lên men cồn kết thúc, ta thu được hỗn hợp gồm nước, cồn, bã rượuvà các chất hòa tan.
- Bã rượu ướt sau ly tâm sấy ở nhiệt độ90oC trong 0,5 giờ, 80oC trong 2 giờ và 75oC trong 1 giờ để thu được bã rượu khô(DDG).
- Dịch trong sau khi chưng cất thu cồn và cô đặc ở 80oC trong 12 giờ đến 50 Bxđược phối trộn với bã rượu khô và sấy ở 75oC trong 2 giờ, thu được bã rượu khô có bổsung dịch cô đặc (DDGS).
- Tuy nghiên, sản xuất DDGS là không kinh tế do chi phí sảnxuất khá cao.
- Chúng tôi xác định thành phần của bã rượu khô (DDG) từ gạo theo côngnghệ SLSF và so sánh với DDG thu được từ các nhà máy cồn (Việt Pháp Victory, SàiGòn- Đồng Xuân).
- Kết quả trên cho thấy sản phẩm bã rượu khô có thành phần dinh dưỡng cao,đáp ứng được yêu cầu của nguyên liệu thức ăn chăn nuôi.
- Ngoài ra cũng cho thấy sựkhác nhau giữa thành phần của các mẫu nguyên liệu.Nghiên cứu này góp phần sử dụng có hiệu quả lượng phụ phẩm của công nghệsản xuất cồn, làm nâng cao giá trị của phụ phẩm của nhà máy sản xuất cồn cũng nhưgiảm thiểu ô nhiễm môi trường và đa dạng hóa nguyên liệu, giảm thiểu nhập khẩu chongành sản xuất thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam.
- Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 3MỤC LỤCLỜI CẢM ƠN.
- Tình hình sản xuất thức và tiêu thụ ăn chăn nuôi (TACN) trên thế giới và ViệtNam.
- Tình hình sản xuất và tiêu thụ TACN trên thế giới .
- Tình hình sản xuất và tiêu thụ TACN ở Việt Nam .
- Thành phần cơ bản của TACN.
- Nguyên liệu sản xuất TACN.
- Nguyên liệu chính .
- Nguyên liệu bổ sung .
- Công nghệ sản xuất cồn và thu hồi bã rượu.
- Quy trình sản xuất cồn .
- Quy trình thu hồi, bảo quản và chế biến bã rượu .
- 38 Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 43.1.
- Nghiên cứu quá trình lắng để tách bã rượu.
- Nghiên cứu quá trình ly tâm để tách bã rượu .
- Nghiên cứu quá trình sấy sản xuất bã rượu khô (DDG .
- Nghiên cứu quá trình sấy sản xuất bã rượu khô có bổ sung dịch cô đặc (DDGS) 463.6.
- Đánh giá chất lượng bã rượu khô DDG .
- Thành phần dinh dưỡng của bã rượu khô DDG .
- Hàm lượng khoáng của bã rượu khô DDG .
- Hàm lượng axit amin của bã rượu khô DDG .
- WDG (Wet Distiller’s Grains): Bã rượu ướt2.
- DDG (Distillers’ Dried Grains): Bã rượu khô3.
- DDGS (Distillers’ Dried Grains with Solubles): Bã rượu khô có bổ sung dịch cô đặc4.
- TACN: Thức ăn chăn nuôi6.
- Số lượng nhà máy thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam năm 2013.
- Thành phần cơ bản của TACN cho từng loại vật nuôi.
- Thành phần cơ bản của DDGS từ ngô.
- Hàm lượng các thành phần khoáng của DDGS từ ngô.
- Thành phần chính của một số nguyên liệu sản xuất cồn.
- Một số phương pháp và thiết bị sấy sản xuất bã rượu khô.
- Thành phần dịch sau lên men.
- Khối lượng bã rượu ướt thu được khi ly tâm trong 20 phút.
- Khối lượng bã rượu ướt sau ly tâm với tốc độ 4000 vòng/phút (1792 g.
- Thành phần bã rượu ướt.
- Thành phần dịch sau lên men, dịch sau chưng cất và dịch sau cô đặc.
- Thành phần bã rượu ướt (WDG), bã rượu khô (DDG) và bã rượu khô có bổsung dịch cô đặc (DDGS.
- Thành phần cơ bản của bã rượu khô DDG.
- Hàm lượng khoáng của bã rượu khô DDG.
- Năng lượng tiêu hóa (DE) và năng lượng trao đổi (ME) của bã rượu khô 51Bảng 3.13.
- Hàm lượng axit amin của bã rượu khô DDG.
- 53 Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 7DANH MỤC HÌNHHình 1.1.
- Sản lượng thức ăn chăn nuôi trên thế giới giai đoạn 2011-2014.
- Một số sản phẩm bã rượu từ ngô.
- Quy trình sản xuất cồn từ gạo theo công nghệ SLSF.
- Quy trình sản xuất cồn từ gạo của Việt Pháp Victory.
- Quy trình sản xuất cồn từ gạo của Sài Gòn-Đồng Xuân.
- Quy trình sản xuất cồn từ sắn của BSR-BF.
- Quy trình sản xuất cồn (SLSF), thu hồi, bảo quản và chế biễn bã rượu.
- Bã rượu ướt.
- Quy trình sản xuất DDG và DDGS.
- Quy trình sản xuất bã rượu khô (DDG.
- Quy trình sản xuất bã rượu khô có bổ sung dịch cô đặc (DDGS.
- 47 Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 8LỜI MỞ ĐẦUTrong những năm gần đây, ngành chăn nuôi cũng như nhu cầu về thức ăn chănnuôi (TACN) đang phát triển một cách mạnh mẽ.
- Tuy nhiên, giá TACN ngày càngtăng, nguyên nhân là do nguyên liệu TACN như ngũ cốc và những nguồn nguyên liệugiàu tinh bột khác đang được sử dụng ngày cành nhiều để sản xuất nhiên liệu sinh họcvà hầu như nguyên liệu TACN Việt Nam đều phải nhập khẩu.
- Trong năm 2013, ViệtNam nhập khẩu lên đến 9 triệu tấn nguyên liệu thức ăn gia súc, trị giá 4 tỷ USD (PhamKim Dang, 2013), trong đó bã rượu khô (DDGS) từ ngô chiếm đến 630 nghìn tấn trịgiá 200 triệu USD (Viện Chăn Nuôi, 2013).Tại Việt Nam, với sản lượng cồn công nghiệp lớn, trên 67 triệu lít (năm 2014)(Bộ Công thương, 2015), dự báo đến năm 2025, sản lượng cồn sẽ đạt trên 440 triệu lít(Bộ Công thương, 2009).
- Thông thường các nhà máy sản xuất cồn với nồng độ 14 %v/v sẽ thải ra lượng bã rượu khoảng 30% nguyên liệu (D.A.
- Từ đó, với sản lượng cồn trên 67 triệu lít (2014) và ngày càng tăng,chúng ta có thể tính toán sơ bộ, hàng năm, ngành sản xuất cồn sẽ thải ra khoảng 45nghìn tấn bã rượu tươi có độ ẩm 80%, chủ yếu dùng làm thức ăn tươi cho gia súc, phânbón hoặc thải ra môi trường gây ô nhiễm và lãng phí.Giải pháp kỹ thuật tối ưu để vượt qua trở ngại trên là khai thác, sử dụng hiệu quảnhững nguyên liệu không truyền thống, các phụ phẩm của các ngành sản xuất côngnghiệp như ngành công nghiệp sản xuất cồn.Chính vì vậy, nghiên cứu và sử dụng có hiệu quả bã rượu (phụ phẩm của ngànhsản xuất cồn) làm TACN có ý nghĩa quan vô cùng quan trọng và góp phần giảm chi phínhập khẩu nguyên liệu sản xuất thức ăn chăn nuôi, giảm thiểu chi phí xử lí ô nhiễmmôi trường.Do đó, tôi quyết định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý bã rượu từ nhà máysản xuất cồn để sản xuất nguyên liệu thức ăn chăn nuôi”.
- Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 9PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1.
- Tình hình sản xuất thức và tiêu thụ ăn chăn nuôi (TACN) trên thế giới và ViệtNam1.1.1.
- Tình hình sản xuất và tiêu thụ TACN trên thế giớiKhảo sát do Alltech tiến hành được công bố vào tháng 1 năm 2015 ước tính có980 triệu tấn thức ăn chăn nuôi được sản xuất trên toàn cầu, trị giá 460 tỷ USD, với350,54 triệu tấn được sản xuất tại khu vực Châu Á, trong đó, Trung Quốc dẫn đầu với182,69 triệu tấn, đứng thứ 5 là Ấn Độ với 29,4 triệu tấn và Việt Nam xếp thứ 17 với14,10 triệu tấn (Alltech, 2015).Hình 1.1.
- Sản lượng thức ăn chăn nuôi trên thế giới giai đoạn 2011-2014Nguồn: (Alltech, 2015)Khi phân tích theo loài, sản lượng thức ăn gia cầm giữ vị trí dẫn đầu với 439 triệutấn, chiếm 45% thị phần.
- Tình hình sản xuất và tiêu thụ TACN ở Việt NamTheo Hiệp hội TACN Việt Nam, năm 2013, Việt Nam có khoảng 272 nhà máysản xuất thức ăn chăn nuôi (TACN) và chủ yếu tập trung tại Đồng bằng Sông Hồng vớisản lượng 12,5 triệu tấn (Pham Kim Dang, 2013).
- Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 10Bảng 1.1.
- Số lượng nhà máy thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam năm 2013Khu vựcNướcngoàiLiêndoanhĐịaphươngTổngVùng núi phía Bắc211417Đồng bằng Sông Hồng20290112Phía Bắc4-1216Tây Nguyên0000Đồng bằng sông Mê Kông1313347Đông Nam Bộ2225680Tổng616205272Nguồn: (Pham Kim Dang, 2013)Từ nhiều năm nay, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu một lượng lớn nguyên liệu sảnxuất thức ăn chăn nuôi.
- Theo đó, trong số 12,5 triệu tấn TACN tiêu thụ mỗi năm thìlượng nhập khẩu chiếm tới trên 70%, tương đương 9 triệu tấn với tổng giá trị khoảng 4tỷ USD (Pham Kim Dang, 2013).Cụ thể, trong số 9 triệu tấn nguyên liệu nhập dùng để sản xuất TACN thì phảinhập khẩu 4 triệu tấn khô dầu đậu tương, 1,9 triệu tấn ngô, 603 nghìn tấn DDGS (trịgiá 200 triệu USD) và các thành phần khác như: cám gạo, bột xương cá, bột mỳ…trong đó kim ngạch nhập khẩu đứng đầu từ Achentina với ước tính đạt 1,1 tỷ USD, thứ2 là Hoa Kỳ với 370 triệu USD, đứng thứ 3 là Braxin với 249 triệu USD (Viện ChănNuôi, 2013) .Nhu cầu về sản xuất, tiêu thụ TACN ngày càng tăng, tuy nhiên với áp lực về giávà chất lượng cũng đưa đến nhiều giải pháp nhằm đảm bảo chất lượng cũng như giảmgiá thành thức ăn chăn nuôi.1.2.
- Thành phần cơ bản của TACNThành phần cơ bản của TACN tùy thuộc từng đối tượng vật nuôi cũng như độtuổi, cân nặng.
- Dưới đây là thành phần cơ bản của một loại TACN cho heo con cai sữa(từ 10 – 20 kg thể trọng) và gà con siêu thịt (từ 1 – 21 ngày tuổi) Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 11Bảng 1.2.
- Thành phần cơ bản của TACN cho từng loại vật nuôiThành phầnHeo con cai sữa(10 – 20 kg)Gà con siêu thịt(1 – 21 ngày tuổi)Protein Xơ (%)4,05,0Canxi Photpho Lysine (%)1,31,1Methyonine và Cystine (%)0,70,9ME (kcal/kg)3.2003.050Nguồn: INVIVO NSA Việt namTrên đây là ví dụ cho thành phần thức ăn cho hai đối tượng vật nuôi cụ thể, tuynhiên, tùy từng đối tượng, lứa tuổi và cân năng mà vật nuôi có những nhu cầu về thànhphần dinh dưỡng là khác nhau.Bảng 1.3.
- Nhu cầu dinh dưỡng của heo thịt trong các giai đoạn phát triểnTập ăn – 20kg20kg – 40kgTrên 40kg40kg – 60kgTrên 60kgProtein Xơ (%)58889Nguồn: INVIVO NSA Việt namBảng 1.3 cho thấy nhu cầu đối với các thành phần dinh dưỡng của heo thịt cácgiai đoạn phát triển cũng thay đổi.
- Do đó, thức ăn chăn nuôi cần cung cấp đầy đủ cũngnhư cân bằng các chất dinh dưỡng cho từng giai đoạn phát triển của vật nuôi.1.3.
- Nguyên liệu sản xuất TACN1.3.1.
- Nguyên liệu chính Hạt ngũ cốc NgôNgô là cây lương thực được trồng phổ biến với sản lượng hàm năm trên 800triệu tấn vào năm 2012.
- Ngô cũng chính là Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 12nguồn nguyên liệu chính để sản xuất xăng sinh học và bã rượu khô DDGS trên toàn thếgiới.Ngô có chứa 60 – 65 % tinh bột, 8 – 10 % protein, 6 – 8 % chất béo và các thànhphần khác. Gạo:Việt nam có 2 vùng trồng lúa chính : đó là đồng bằng sông Cửu Long và đồngbằng sông Hồng.
- chất béo và nhữngthành phần khác. Nguyên liệu giàu tinh bột SắnỞ Việt Nam, sản lượng sắn đã có mức tăng trưởng đáng kinh ngạc trong thời giangần đây: 9,445 triệu tấn vào năm 2009, gấp gần 5 lần so với sản lượng năm 2000 (Tổngcục thống kê, 2013).Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, diện tích trồng sắn sẽ đạtkhoảng 450.000 ha trong thời gian từ năm 2011 đến 2015, và năng suất sẽ tăng từ 16,9– 20 tấn/ha năm 2011 lên 23 – 24 tấn/ha vào năm 2015 bằng việc ứng dụng nhữngcông nghệ mới.Sắn khô chứa tinh bột (65 – 80.
- Một số khoáng chất Bột xương cáLà phụ phẩm của ngành sản xuất thủy sản, cung cấp canxi và photpho giúp tăngcường tiêu hóa cũng như sự phát triển của vật nuôi. Khô đậu tươngChứa nhiều protein và rất nhiều các vitamin nhóm B.
- Nguyên liệu bổ sungBã rượu là phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cồn.
- Nguyên liệu sản xuấtcồn là các nguyên liệu chứa tinh bột như gạo, ngô, sắn, lúa mì… Sau quá trình lên men,tinh bột từ nguyên liệu chuyển hóa thành ethanol.
- Có thế nói,bã rượu là một nguồn nguyên liệu có giá trị, rất thích hợp cho ngành công nghiệp sảnxuất thức ăn chăn nuôi (TACN) (Green field, 2014).Bã rượu được phân loại tùy theo độ ẩm và quy trình sản xuất.(1).
- Bã rượu ướt (Wet Distillers’ Grains -WDG) là bã rượu sau khi đã được lắng,lọc hoặc ly tâm, có độ ẩm khoảng 70 – 80%, rất khó bảo quản và vận chuyển, thườngđược sử dụng làm TACN dạng tươi hoặc làm phân bón.(2).
- Bã rượu khô là bã rượu ướt đã được sấy khô đến độ ẩm dưới 10%Bã rượu khô gồm 2 loại:DDG (Distillers’ Dried Grains): Bã rượu sấy khô và không bổ sung dịch trong đãđược cô đặc.DDGS (Distillers’ Dried Grains with Solubles): Bã rượu sấy khô có bổ sung dịchtrong đã được cô đặc.Bã rượu khô có thể bảo quản trong thời gian dài, dễ dàng vận chuyển (Greenfield, 2014).Hiện nay, DDGS thu được sau quá trình sản xuất cồn từ ngô được biết đến nhưmột nguyên liệu sản xuất TACN với hàm lượng dinh dưỡng cao với các thành phầnprotein, chất béo, xơ, các axit amin và khoáng.Bảng 1.4.
- Thành phần cơ bản của DDGS từ ngôThành phầnK.A.
- Hàm lượng các thành phần khoáng của DDGS từ ngôThành phầnkhoángSpiehs et al,2002Batal and Dale,2003Belyea et al,2006Han andLiu, 2010K (mg/g P (mg/g Mg (mg/g S (mg/g Na (mg/g Ca (mg/g Fe (µg/g Zn (µg/g Mn (µg/g Cu (µg/g Spiehs et al., 2002)(Batal.
- A and Dale, 2003)(Belyea et al., 2006)Bã rượu khô có bố sung dịch cô đặc (DDGS) từ ngô chứa nhiều thành phần dinhdưỡng quan trọng với hàm lượng cao như protein .
- chất xơ Bảng 1.3) và chất khoáng với các thành phần khoáng nhưphotpho mg/g), canxi mg/g.
- Tryptophan Bảng1.4).Sản xuất DDGS vừa tận dụng được nguồn phụ phẩm khổng lồ của ngành sản xuấtcồn, vừa giúp giảm thiểu ô nhiễm cũng như chi phí xử lý môi trường và tạo ra mộtnguyên liệu cho ngành sản xuất TACN với giá trị dinh dưỡng cao.Chính vì vậy, bã rượu khô đã và đang được sử dụng như một nguồn nguyên liệuđể sản xuất TACN tiềm năng, thân thiện với môi trường và gia tăng giá trị phụ phẩmcủa ngành công nghiệp sản xuất cồn.
- Bùi Thị Thu Hằng – 14BCNTP.KH 16WDG – Wet Distillers’ Grains– Bã rượu ướtDDG – Distillers’ DriedGrains – Bã rượu khôDDGS – Distillers’ DriedGrains with Solubles – Bãrượu khô có bổ sung dịch côđặcHình 1.2.
- Một số sản phẩm bã rượu từ ngô1.4.
- Công nghệ sản xuất cồn và thu hồi bã rượu1.4.1.
- Quy trình sản xuất cồnSản xuất cồn từ các nguyên liệu được sử dụng từ rất lâu và phổ biến trên thế giới.Các nguồn nguyên liệu chủ yếu như gạo, ngô, sắn, lúa mì, lúa mạch đen, lúa miến… vànhững nguyên liệu này cũng quyết định đến chất lượng cũng như thành phần của phụphẩm (bã rượu).Bảng 1.7.
- Thành phần chính của một số nguyên liệu sản xuất cồnThành phần (%)NgôGạoSắnLúa mìLúa mạchTinh bột Protein Chất béo Tro1,0--2,02,3Nguồn: (D.A.
- Kuehner, 2009) Sản xuất cồn từ gạoHiện nay, công nghệ Dịch hóa, Đường hóa và Lên men Đồng thời (SLSF) (Hình1.3) là một phương pháp mới để sản xuất cồn tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệuquả

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt