Ethanol (cồn) là sản phẩm có vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Trong công
nghiệp thực phẩm, các sản phẩm chứa cồn được sử dụng làm đồ uống có từ lâu đời
và phổ biến trên thế giới. Trong công nghiệp cồn được dùng làm dung môi và nguyên
liệu cho nhiều lĩnh vực như hóa chất, mỹ phẩm, sinh học, dược, chế biến và bảo quản
nông sản thực phẩm Ngày nay, khi nhu cầu năng lượng thế giới tiếp tục tăng cao
và các nguồn nhiên liệu truyền thống (dầu mỏ, than đá, khí đốt.) đang ngày càng cạn
kiệt, nhiên liệu sinh học là giải pháp thay thế thích hợp. Trong đó, cồn là nhiên liệu
thay thế quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các quốc gia trên thế
giới.
Nguyên liệu để sản xuất cồn là các nguyên liệu chứa đường (đường mía, rỉ đường,
củ cải đường ), chứa tinh bột (củ, hạt, ngũ cốc), nguyên liệu chứa cellulose và
nguyên liệu từ sinh khối tảo [1]. Công nghệ sản xuất và sản lượng cồn hiện nay chủ
yếu sử dụng nguồn nguyên liệu chứa đường và tinh bột [1,2]. Trên thế giới nguyên
liệu sản xuất cồn được sử dụng nhiều nhất là ngô, đường mía. Các nguyên liệu như
cellulose và sinh khối tảo vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện [2,3]. Tại
Việt Nam, nguồn nguyên liệu chứa tinh bột thường được sử dụng trong sản xuất cồn
thực phẩm là gạo. Đây là loại cây lương thực chính, là nguyên liệu chính để sản xuất
rượu truyền thống và sản xuất cồn thực phẩm ở nước ta. Đây cũng là cây trồng chủ
lực có sản lượng lớn của Việt Nam, và hàng năm nước ta là một trong ba nước có sản
lượng gạo xuất khẩu cao nhất thế giới [4]. Do đó, trong nội dung nghiên cứu của luận
án này chủ yếu đề cập đến công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột, cụ
thể là từ gạo tại Việt Nam.
Công nghệ sản xuất cồn truyền thống từ nguyên liệu chứa tinh bột được thực hiện
qua bốn giai đoạn: dịch hóa, đường hóa, lên men và chưng cất. Quá trình này bao
gồm nhiều công đoạn và sử dụng nhiều thiết bị, năng lượng và tiêu tốn nhiều nước
cho các công đoạn chính và các công đoạn trung gian (làm nguội) trong sản xuất [5].
Hiện nay, công nghệ đường hóa và lên men đồng thời (SSF) đang được ứng dụng phổ
biến trong công nghiệp sản xuất cồn. Trong công nghệ này quá trình hồ hóa và dịch
hóa thường được thực hiện ở nhiệt độ trên 80oC, quá trình đường hóa và lên men
đồng thời được thực hiện với tác dụng của các enzym thế hệ mới và nấm men đã
giúp nâng cao hiệu suất lên men (HSLM), giảm chi phí sản xuất cồn [3,6,7]. Trong
những năm gần đây, công nghệ sản xuất cồn tiết kiệm năng lượng không gia nhiệt đã
được phát triển và nghiên cứu. Với việc sử dụng các enzym thế hệ mới, quá trình dịch
hóa, đường hóa và lên men đồng thời được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ thường
trong cùng một thiết bị đã làm giảm bớt chi phí sử dụng tài nguyên (năng lượng,
nước, thiết bị ), giảm chất thải (nước thải, khí CO2) ra môi trường và giảm giá thành
sản phẩm [5,8]. Công nghệ sản xuất cồn không gia nhiệt ở nồng độ chất khô cao hay
còn gọi là quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men đồng thời ở nồng độ chất khô
cao để sản xuất cồn (SLSF-VHG) cũng đã được tập trung nghiên cứu do những ưu
điểm về năng suất, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí đầu tư thiết bị và giảm thành
phần chất thải [8]. Tuy nhiên, đây là công nghệ mới phát triển trong thời gian gần đây
nên còn ít nghiên cứu hoàn thiện công nghệ trên các loại nguyên liệu khác nhau, chưa
có nhiều ứng dụng công nghệ này ở các quy mô pilot và quy mô công nghiệp.