* Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Nguyên liệu
- Rỉ đường mía lấy từ nhà máy đường Lam Sơn - Thanh Hoá (tháng 8/1998)
- Sử dụng 4 chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae trong bộ sưu tập giống của bộ môn Công nghệ sinh học thực phẩm trường Đại học Bách Khoa, được ký hiệu RDI, RD2, RD3, RD4.

* Phương pháp nghiên cứu
- Xác định tổng lượng vi sinh vật có trong rỉ đường [2]
- Xác định sinh khối nấm men bằng phương pháp đo mật độ quang OD [2]
- Xác định lượng rượu etilic bằng phương pháp chưng cất và xác định nhiệt độ sôi [2,3]
- Xác định hàm lượng đường bằng phương pháp Graxianop [3]
- Sử dụng ma trận thực nghiệm Doehlert để tối ưu hoá quá trình lên men rượu etilic từ rỉ đường với 2 yếu tố ảnh hưởng là hàm lượng men giống (X1) và nồng độ chất khô của dịch lên men (X2). Số lần thí nghiệm N với các biến số K được xác định: N=K2+K+1
Phương trình hồi quy có dạng:
Y=b0+b1X1+b2X2+b11X12+b22X22+b12X1X2
Trong đó: Y là các đại lượng cần xác định, b là các hệ số hồi quy, X là các biến. Các yếu tố ảnh hưởng có khoảng biến đổi như sau:

Các đại lượng cần xác định:
- Hàm lượng rượu etilic tạo thành Y1,%V
- Hàm lượng đường sót Y2, g/100ml
- Hiệu suất thu hồi rượu so với lý thuyết Y3,%
Quá trình tính toán được xử lý bằng máy tính theo chương trình NEMROD (New Efficient Methodology for Research using Optimal Design)

* Kết quả và thảo luận
Đánh giá chất lượng rỉ đường mía Lam Sơn-Thanh Hoá
Rỉ đường có màu nâu đen, tan tốt trong nước, ít cặn thô. Kết quả xác định một số chỉ tiêu hoá học của rỉ đường mía được trình bày trong bảng 1.
Kết quả cho thấy rỉ đường mía Lam Sơn có chất lượng tốt. Hàm lượng chất khô cao (81%): hàm lượng đường tổng số cao (58,8%); trong đó hàm lượng đường khử là 27,4% Hàm lượng nitơ tổng số thấp (0,6%), ngược lại, lượng chất keo chiếm tới 3% trọng lượng rỉ đường.
Để kết hợp định hướng việc xử lý rỉ đường sao cho có lợi nhất chúng tôi đã tiến hành xác định tổng lượng vi sinh vật nhiễm tạp trong rỉ đường. Kết quả cho thấy mật độ vi sinh vật trong khoảng 900.000 tế bào/g rỉ đường. Như vậy, trạng thái nhiễm tạp vi sinh vật trong rỉ đường Lam Sơn ở mức độ trung bình. Có thể do rỉ đường có nồng độ chất khô cao và pH=4,47 nên hạn chế nhiều hoạt động của các vi sinh vật nhiễm tạp.
Qua xem xét, nghiên cứu một số phương pháp xử lý rỉ đường, chúng tôi thấy phương pháp axit hoá rỉ đường bằng axit sulfuric tới pH = 4,0 và kết hợp với tác dụng nhiệt ở 90-950C trong 30-45 phút là thích hợp nhất. Rỉ đường sau khi lọc sơ bộ và để lắng trong có màu sáng, độ nhớt giảm đáng kể.
Tuyển chọn chủng nấm men thích hợp cho quá trình lên men rượu etilic từ rỉ đường
Tốc độ sinh trưởng của các chủng
Chúng tôi tiến hành nhân giống 4 chủng trên môi trường nhân giống cấp 2 (nuôi cấy trên máy lắc) sau đó xác định sinh khối thông qua xác định mật độ quang OD ở 630 mm bằng máy đo mật độ quang Jenway 6300.
Như vậy, cả 4 chủng đều có khả năng phát triển tốt tạo lượng sinh khối có chất lượng cao từ 35-38g/l (trong đó chủng loại RD1,RD2 tạo sinh khối nhiều nhất), đủ cung cấp men giống cho quá trình lên men.
Sinh khối nấm men có độ ẩm W=83%
So sánh khả năng năng lên men ở các nồng độ đường khác nhau của các chủng
Kết quả cho thấy các chủng nấm men chỉ lên men tốt nhất ở nồng độ 20-250Bx. Điều này cũng chứng tỏ tác dụng ức chế của các chất không phải là đường trong rỉ đường là rất lớn. Trên cơ sở đó, các nghiên cứu về sau, khi lên men nên khống chế nồng độ chất khô trong khoảng 20-250Bx. Đồng thời, kết quả bảng 2 cho thấy chủng RD1 và RD2 không những có khả năng lên men mạnh nhất mà còn tạo được hàm lượng cồn cao nhất và lượng đường sót cũng thấp nhất.
So sánh khả năng chịu cồn của các chủng
Đây là một chỉ số rất quan trọng, chủng nào có khả năng chịu cồn cao thì khi ứng dụng vào sản xuất sẽ thu được hiệu quả cao nhất 1.
Bảng 3 cho thấy cả 4 chủng nấm men trên đều có khả năng lên men được ở nồng độ cồn cao tới 10 và 12%V. Chủng RD2 là chủng chịu cồn tốt nhất, có thể hoạt động ở nồng độ cồn tới 12%V.
Kết hợp các kết quả đã phân tích ở trên, chúng tôi kết luận chủng RD2 là chủng có khả năng lên men tốt nhất, chịu được nồng độ chất khô cao nhất và cho hàm lượng cồn lớn nhất trong số 4 chủng đã nghiên cứu. Do vậy, các thí nghiệm nghiên cứu về sau được thực hiện trên chủng RD2.

Chọn phương pháp bổ sung rỉ đường thích hợp cho quá trình lên men rượu etilic
Qua các kết quả thu được ở phần trên, chúng tôi thấy các chủng nấm men chỉ hoạt động có hiệu qủa cao ở nồng độ chất khô từ 20-250Bx. Nguyên nhân là do các chất phi đường và các hợp chất khác có trong rỉ đường có tác dụng ức chế rất lớn đến hoạt động của tế bào nấm men, làm quá trình lên men chậm, hiệu suất thu hồi cồn sẽ rất thấp. Nhưng nếu pha dần rỉ đường vào thiết bị lên men thì tác dụng ức chế của các chất phi đường có thể giảm đáng kể.
Chúng tôi đã chọn ra 3 phương pháp bổ sung dần rỉ đường trong qúa trình lên men sao cho mỗi lần pha nồng độ chất khô của dịch lên men phải nhỏ hơn 250Bx và nồng độ chất khô tổng số là 300Bx.
Đồng thời với các thí nghiệm trên, chúng tôi làm thêm mẫu kiểm chứng, cho lên men ngay từ đầu với 100% lượng dịch (không bổ sung). Lên men ở nhiệt độ 300C trong thời gian là 96h
Bảng 5 cho thấy được hiệu quả của việc bổ sung theo thời gian lên men là rất lớn. Các phương pháp pha dần rỉ đường làm tăng 3-4%V cồn so với phương pháp không bổ sung rỉ đường, hiệu suất thu hồi rượu etilic cũng cao hơn đường sót còn lại ít hơn.
Từ các kết quả trên và để phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế, chúng tôi chọn phương pháp bổ sung 3 lần.

Tối ưu hoá quá trình lên men rượu cồn từ rỉ đường
Mục đích chính của nghiên cứu của nghiên cứu này là xác định một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men rượu cồn trên môi trường rỉ đường mía Lam Sơn và tối ưu hoá quá trình này.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men như: nhiệt độ, pH, nồng độ chất khô, thời gian, hàm lượng và chất lượng men giống... Để phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm, chúng tôi chọn hai yếu tố, theo chúng tôi, có ảnh hưởng nhiều nhất tới quá trình lên men là: nồng độ chất khô và hàm lượng men giống còn các yếu tố khác giữ ở mức độ trung bình: t=300C pH=4,7 thời gian lên men: 96 h.
Quá trình lên men được tiến hành theo phương pháp bổ sung rỉ đường 3 lần.
Sau khi xem xét các hệ số hồi quy và các bề mặt đáp ứng, chúng tôi thấy điểm tối ưu của các biến là: hàm lượng men giống X1=2,5%, nồng độ chất khô X2=270Bx.
Trong khoảng đã chọn này, ta vừa có thể thu được dịch lên men có nồng độ cồn cao (tối đa là 10,8%V), vừa đạt được hiệu suất cao (tối đa 82%). Trên cơ sở này, chúng tôi sẽ chọn các điều kiên thích hợp cho quá trình tái sử dụng sữa men sẽ nói ở phần sau.