Kế hoạch thực hành môn công nghệ chế biến đồ uống bài 1 công nghệ sản xuất cồn etylic

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM  KẾ HOẠCH THỰC HÀNH MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN ĐỒ UỐNG BÀI 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC Lớp DHTP15A GVHD Trần Thị M[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC - THỰC PHẨM



KẾ HOẠCH THỰC HÀNH

MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN ĐỒ UỐNG

BÀI 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC

1 Trương Thị Thúy An 19430461

2 Nguyễn Ngọc Thanh Thy 19469751

3 Nguyễn Đức Trung

MỤC LỤC

BÀI 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 3

I Tổng quan nguyên liệu 3

1.1 Gạo tẻ 3

1.2 Nấm men 4

1.3 Enzyme Termamyl 6

1.4 Enzyme Glucose amylas 6

II Quy trình sản xuất 7

2.1 Nguyên liệu và dụng cụ 7

2.1 Sơ đồ quy trình 8

2.2 Thuyết minh quy trình 8

2.3 Các phương pháp kiểm tra 10

III Bố trí thí nghiệm 11

3.1 Nội dung khảo sát 11

3.2 Mục đích thí nghiệm 11

3.3 Bố trí thí nghiệm 12

3.4 Yếu tố thí nghiệm 12

3.5 Yếu tố cố định 12

3.7 Chỉ tiêu theo dõi 12

IV Kết quả thí nghiệm 13

4.1 Kết quả thí nghiệm 13

4.2 Nhận xét và giải thích 14

4.3 Bàn luận 17

4.4 Kết luận 18

RUBBRIC THỰC HÀNH 19

MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Gạo tẻ 3

Hình 2 Enzyme Termamyl 6

Hình 3 Enzyme Glucose amylas 6

BÀI 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC

I TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU

1.1 Gạo tẻ

Hình 1 Gạo tẻ

Gạo tẻ là nguồn lương thực chính được sử dụng hàng ngày và là nguồn thực phẩm

sử dụng liên tục, lâu dài mà không có tác dụng phụ Gạo tẻ có tính mát, vị ngọt, màu trắng hơi đục, hình dáng ngắn, tròn trịa, tính nở khi nấu chín thường nở nhiều hơn so với gạo nếp, các hạt rời rạc, không kết dính

Vai trò: phành phần chính trong rượu gạo, tham gia quá trình lên men

Tính chất: hạt gạo gồm ba thành phần chính là nội nhũ (chiếm 93% trọng lượng hạt), mầm (4%) và lớp vỏ cám (3%) Hàm lượng các hợp chất hóa học trong các thành phần trên được trình bày trong bảng sau:

Các hợp

chất

Tinh bột Protein Chất béo Chất xơ Khoáng Các chất

khác Nội nhũ

Mầm

Lớp vỏ

cám

90,2 2,4 16,0

7,8 20,2 15,2

0,5 21,6 20,1

0,4 3,5 10,7

0,6 7,9 9,6

0,4 44,4 28,4

- Tinh bột là thành phần quan trọng nhất trong gạo để sản xuất ethanol Hàm lượng tinh bột càng cao thì hiệu suất thu hồi sản phẩm sẽ càng cao Tinh bột gạo bao gồm có amylose (15 ÷ 35%) và amylopectin (65 ÷ 85%) Trong nội nhũ, tinh bột

1.2 Nấm men

Nấm men là vi sinh vật đơn bào, kích thước khoảng 5-10µm, hình bầu dục, sinh sản bằng hình thức nảy chồi, sinh dưỡng thông qua con đường hấp thu chọn lọc trên bề mặt tế bào sau đó khuếch tán vào bên trong Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa riêng vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào

Trong mỗi gam bánh men có vài chục triệu đến vài trăm triệu tế bào nấm men Chúng gồm hai chi khác nhau là Endomycopsis (chủ yếu là Endo Fibuligenes) và Saccharomyces Saccharomyces (chủ yếu là S cerevisiae)

- Endo Fibuligenes là loài nấm men rất giàu enzyme amylase, glucoamylase Do đó, chúng vừa có khả năng đuờng hóa vừa có khả năng rượu hóa

- Saccharomyces cerevisiae có khả năng lên men nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, galactose… Chúng có khả năng lên men ở nhiệt

độ cao (36 ÷ 40oC), chịu được độ acid Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 với nồng độ 0,02 ÷ 0,025% Đặc điểm này rất thuận lợi cho lên men khi

sử dụng thuốc sát trùng Quan trọng hơn hết đó là chúng có khả năng lên men nhiều loại nguyên liệu khác nhau như gạo, ngô, khoai, sắn, với lượng đường trong dung dịch từ 12

÷ 14% có khi 16 ÷ 18% Nồng độ rượu trong dung dịch lên men 10 ÷ 12% Nhiệt độ lên men thích hợp là 28 ÷ 32oC

Vai trò:Nấm men đóng vai trò vai trọng trong quá trình sản xuất cồn Nấm men có khả

năng sử dụng các loại đường để lên men và hô hấp Quá trình lên men hiếu khí, nấm men sử dụng oxy với nguồn cơ chất là các loại đường, các chất hữu cơ, aldehyde, cồn…

để tạo thành nước và CO2 Quá trình lên men yếm khí, quá trình oxy hóa xảy ra không hoàn toàn làm sinh ra cồn và CO2

Tính chất:

- Tốc độ lên men nhanh chóng

- Tạo độ cồn cao do sử dụng đường hiệu quả

- Khả năng sống sót cao → có thể tái sử dụng

Nước: Nước dùng trong công nghệ lên men phải đáp ứng được những yêu cầu về nước

uống, không có mùi vị, không màu, trong suốt Chất lượng của nước dùng trong công nghiệp lên men cồn ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghệ cũng như sản phẩm Nhìn chung, chất lượng của nước dùng để sản xuất cồn giống như nước dùng trong sản xuất bia và nước giải khát Tuy nhiên, điều kiện tiêu chuẩn của nước dùng trong sản xuất cồn không quá khắt khe như nước dùng trong sản xuất bia vì sau quá trình lên men, cồn được chưng cất thành cồn cao độ trước khi dùng để chế biến các sản phẩm cồn khác nhau

Vai trò: Nước được dùng để xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha loãng dung dịch và

vệ sinh thiết bị…

Tính chất: Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro Cấu tạo của phân tử nước

tạo nên các liên kết hidro giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muỗi, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện

chạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể hiểu đơn giản kho một oxit axit hoặc một oxit bazơ tác dụng với nước sẽ tạo ra dung dịch axit hay bazơ tương ứng Ở 7

pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyd (OH- ) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H2O+ )

Khi phản ứng với một axit mạnh hơn ví dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm: HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl

-Với amoniac nước lại phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4 + + OH-

 thành phần và tính chất của nước sẽ ảnh hưởng đến quá trình hồ hóa, đường hóa và lên men nên quá trình lọc nước cần phải đảm bảo yêu cầu không ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme amylase, protease và hoạt động của tế bào nấm men trong giai đoạn lên men

1.3 Enzyme Termamyl

Termamyl (Alpha-amylase) là enzym dịch

hóa, có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus licheniformis,

được sử dụng trong sản xuất ethanol để phá vỡ tinh

bột trong hạt thành đường lên men, giảm độ nhớt của

dịch cháo

Ứng dụng: Tham gia vào giai đoạn đường hóa

tinh bột): Amylase được sử dụng trong quá trình

đường hóa tinh bột thành maltose, glucose, dùng làm

cơ chất cần thiết cho tiến trình lên men

1.4 Enzyme Glucose amylas

Glucoamylase là enzym đường hóa, phân cắt nối alpha-1,4 glucozit và alpha-1,6 glucozit và biến 100% tinh bột thành đường glucoza Thường hoạt động mạnh trong môi trường acid (pH hoạt động tối ưu là 3.5 – 5.5), ngoài ra còn có thể hoạt động ở môi trường trung tính (pH khoảng 6.6- 7.5) Nhiệt độ tối ưu khoảng 55- 60oC, mất hoạt tính

ở nhiệt độ trên 70oC

Hình 2 Enzyme Termamyl

Hình 3 Enzyme Glucose amylas

II QUY TRÌNH SẢN XUẤT 2.1 Nguyên liệu và dụng cụ

➢ Nguyên liệu

- 500g gạo tẻ

- 0.4g Enzyme Termamyl

- 0.4g Enzyme Glucose amylase

- 0.05g Nấm men

- 2 lít nước

➢ Dụng cụ

- Nồi, chén, vá

- Cân

- Ống đong

- Nhiệt kế

- Khúc xạ kế

- Máy đo pH

- Thiết bị nghiền

- Thiết bị chưng cất

2.1 Sơ đồ quy trình

Gạo tẻ

Nghiền

Nấu

Gia nhiệt

Đun sôi

Đường hóa Làm nguội 1

Làm nguội 2

Lên men

Chưng cất

Cồn Etylic

Nước, Enzyme

Termamyl 0.3%

t = 85-86°C, 20p

t = 100 °C, 5p

Enzyme

Glucose

amylase 0.7%

Men

Hoạt hoá

t ° phòng (25°C)

t = 65°C, 30p

t = 60 °C

2.2 Thuyết minh quy trình

❖ Gạo tẻ: chọn nguyên liệu gạo tẻ có khối lượng 0.5kg với hàm lượng tinh bột là

80% => 0.5kg gạo tẻ = 0.4kg tinh bột

❖ Nghiền:

▪ Mục đích:

✓ Phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng hạt tinh bột khỏi các mô

✓ Khi nấu ở nhiệt độ và áp suất phù hợp tinh bột sẽ chuyển thành dạng hoà tan

▪ Tiến hành: nguyên liệu sau khi kiểm tra và làm sạch sẽ được đưa đến thiết bị

nghiền búa tiến hành cho dần dần 0.5kg gạo tẻ đến hết vào thiết bị

❖ Nấu:

▪ Mục đích:

✓ Phá vỡ màng tế bào của các hạt tinh bột, giúp cho amylase tiếp xúc được với tinh bột

✓ Tạo điều kiện đưa tinh bột về trạng thái hoà tan trong dung dịch

▪ Tiến hành: gạo sau khi nghiền sẽ được thêm nước với tỉ lệ nước: gạo= 4:1 tương

ứng với 0.5kg gạo và 2 lít nước, sau đó bổ sung 0.4g enzyme α-amylaza rồi bật bếp gia nhiệt

1 kg enzyme => 1000kg tinh bột

x kg enzyme => 0,4kg tinh bột

=> x = 0,4g enzyme

❖ Gia nhiệt:

▪ Mục đích: Nâng nhiệt độ lên tới nhiệt độ tối ưu của alpha-amylase

▪ Tiến hành: Gia nhiệt đến khoảng 85-86°C trong vòng 20 phút cho đến khi sôi

❖ Đun sôi:

▪ Mục đích:

✓ Thanh trùng tiêu diệt một số vi sinh vật tránh tạp nhiễm trong quá trình lên men

▪ Cách thực hiện: Hạ nhiệt độ xuống 60°C

❖ Đường hoá:

▪ Mục đích:

✓ Là quá trình dùng enzyme amylase để chuyển hoá tinh bột thành đường dễ lên men, cắt mạch amylose pectin, chuyển đường đa thành đường glucose

✓ Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu

▪ Tiến hành: sau khi dịch cháo được làm nguội xuống nhiệt độ 60°C, tiến hành bổ

sung 0,4g enzyme glucoamylase, và giữ nhiệt độ 60°C trong 30 phút

❖ Làm nguội 2:

▪ Mục đích: hạ nhiệt độ xuống, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men

▪ Tiến hành: ngừng gia nhiệt để dịch hạ nhiệt xuống ở nhiệt độ phòng hoặc ngâm

nồi trong thau đá

❖ Lên men:

▪ Mục đích: chuyển hoá đường thành rượu ethylic C6H12O6-> C2H5OH +CO2 +Q

▪ Tiến hành: hoạt hoá men giống bằng cách phối trộn 20% dung dịch đường sac

và men giống với nhiệt độ 370C trong khoảng 30 phút Sau đó cho men giống

vừa hoạt hoá vào từ từ, khuấy nhẹ

❖ Chưng cất:

▪ Mục đích: tách cồn cùng các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn

thô và bã rượu

▪ Tiến hành: sử dụng máy chưng cất để tách bã và thu được cồn

2.3 Các phương pháp kiểm tra

➢ Phương pháp đo độ Brix:

• Nguyên lý hoạt động: Brix kế đo độ khúc xạ của ánh sáng khi qua mẫu, dựa trên nguyên lý tuyến tính giữa nồng độ và chiết xuất (khúc xạ) tức có nghĩa góc khúc

xạ luôn nhỏ hơn góc tới và tia khúc xạ hướng xuống so với tia tới Từ đó máy sẽ tính toán và hiển thị chính xác nồng độ Brix (nồng độ đường hay nồng độ chất tan trong

• Ưu điểm: Brix kế cho kết quả nhanh và khá chính xác

• Nhược điểm: Kết quả đo độ Brix phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng chỉ

➢ Phương pháp đo độ cồn:

• Nguyên lý hoạt động: Dựa trên nguyên lý tỷ trọng của nước càng thấp khi độ cồn trong nước càng cao, độ chìm của cồn kế trong dung dịch sẽ cho biết độ cồn của dung dịch

• Ưu điểm: Cho kết quả nhanh và khá chính xác

• Nhược điểm: chỉ số độ cồn chị chính xác ở một nhiệt độ thích hợp (18-20 °C), còn trên hoặc dưới nhiệt độ đó, độ cồn trên cồn kế không chính xác tuyệt đối và được gọi là độ cồn biểu kiến

III BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.1 Nội dung khảo sát

Khảo sát sự ảnh hưởng của các loại nguyên liệu đến chất lượng của cồn

Tiến hành khảo sát trên 3 loại nguyên liệu:

- Mẫu 1: Gạo Tẻ

- Mẫu 2: Ngô

- Mẫu 3: Gạo nếp

3.2 Mục đích thí nghiệm

- Tìm hiểu vai trò của hàm lượng tinh bột trong sản xuất cồn Etylic, thực hiện bằng cách thay đổi nguyên liệu ban đầu có hàm lượng tinh bột khác nhau

- Quan sát sự khác biệt của các sản phẩm từ ba loại nguyên liệu (gạo tẻ, ngô, gạo nếp)

và rút ra nhận xét

3.3 Bố trí thí nghiệm

Ngô

Khoai

Gạo tẻ

3.4 Yếu tố thí nghiệm

Các loại nguyên liệu khác nhau ảnh hưởng đến chất lượng của cồn Etylic

3.5 Yếu tố cố định

Qui trình thí nghiệm và các thông số của qui trình

3.7 Chỉ tiêu theo dõi

Ngày

Brix

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

4.1 Kết quả thí nghiệm

❖ Bảng thống kê khối lượng nguyên liệu:

Nguyên liệu Khối lượng/ thể tích

Enzyme termamyl 0.4g

Enzyme glucoseamylase 0.4g

Nấm men Saccharomyces cerevisiae 0.05g

Kết quả theo dõi:

Trước khi lên men 12/04 20 5.74

Trong quá trình lên men

14/04 19.7 4.57

20/04 17.8 3.76

22/04 16.5 3.67

Kết thúc quá trình lên men 26/04 11 3.53

4.2 Nhận xét và giải thích

Về chỉ tiêu cảm quan: Sản phẩm sau chưng cất không màu, trong suốt, mang mùi cồn

đặc trưng, trạng thái lỏng, không vẫn đục và không có cặn, nồng độ cồn đo ở nhiệt độ

là 20oC có độ cồn là 9.85%

Về quá trình: trước lên men sản phẩm có độ Brix = 20 oC, pH = 5.74 giảm dần đến kết thúc quá trình lên men sản phẩm thu được có độ Brix = 11oC, pH = 3.53 Qua đó có thể thấy quá trình lên men còn rất chậm (14 ngày) điều này có thể do nhiệt độ lên men chưa phù hợp, nấm men yếu hoặc không đủ dưỡng chất để nấm men sử dụng

Sản phẩm cuối cùng có nồng độ cồn ở mức tương đối 9.85o do hàm lượng tinh bột trong gạo tẻ cao, đủ để nấm men sử dụng và sản sinh ra cồn không sản sinh ra các sản phẩm phụ làm hao hụt độ cồn

So sánh kết quả với hai nhóm còn lại

➢ Ngô

Trước khi lên men 12/04 12.6 5.68

Trong quá trình lên men 13/04 10.2 4.89

Kết thúc quá trình lên 19/04 5 3.89

➢ Gạo nếp

Trước khi lên men 12/04 20.2 5.12

Trong quá trình lên men

Kết thúc quá trình lên 26/04 11.6 3.08

Số liệu sau xử lí:

Bảng tổng hợp thể tích và độ cồn của sản phẩm

Hàm lượng tinh bột (%)

Độ Brix sau đường hóa

Thể tích trước khi lên men (ml)

Thể tích sau lọc (ml)

Cồn

20 20 19.7

18 18 17.8

17 16.5

12 11

12.6 10.2 9.2 8.2 7.5

5

20.2 19.6 19.2 18.9 18.6 18.4

16.6 15.4 14.6 12.6 11.8

11.6 11.6

0

5

10

15

20

25

Đồ thị biểu diễn độ Brix trong quá trình lên men

Gạo tẻ Ngô Gạo nếp

5.74 4.79 4.57

5.68 4.89 4.43 4.17 4.04 3.92 3.89

5.12 4.96

4.68 4.44

3.86 3.54 3.31 3.23 3.19 3.14 3.09 3.07 3.063.08

0

1

2

3

4

5

6

7

Đồ thị biểu diễn độ pH trong quá trình lên men

Gạo tẻ Ngô Gạo nếp

Nhận xét

Quá trình lên men của nguyên liệu ngô có sự chuyển đổi cồn mạnh nhất thông qua việc

độ Brix giảm mạnh và kết thúc chuyển hóa cồn sớm nhất (7 ngày) việc độ brix không đổi từ ngày thứ 6 trở đi trong khi hai nguyên liệu còn lại kết thúc chuyển hoá cồn đến ngày thứ 14 Sản phẩm thu được có độ cồn 7%

Quá trình lên men của hai nguyên liệu gạo tẻ và gạo nếp tương đối chậm giống nhau, trong đó gạo tẻ lên men chậm hơn và kết thúc quá trình lên men cũng muộn hơn gạo nếp (14 ngày, gạo tẻ vẫn còn hiện tượng tiếp tục lên men)

Qua đó có thể thấy hàm lượng tinh bột của nguyên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến độ Brix của dịch đường

4.3 Bàn luận

➢ Độ Brix

Độ Brix của gạo tẻ và gạo nếp vào thời điểm sau đường hoá gần như nhau ≈ 20o

Tuy nhiên gạo tẻ lên men chậm hơn và kết thúc quá trình lên men cũng muộn hơn gạo nếp (14 ngày, gạo tẻ vẫn còn hiện tượng tiếp tục lên men) Nguyên nhân là hàm lượng thành phần hoá học trong cả hai loại gạo khá giống nhau nhưng hàm lượng tinh bột của gạo tẻ cao hơn gạo nếp vì thế gạo tẻ kết thúc quá trình lên men trễ hơn gạo nếp, bên cạnh đó pH và nhiệt độ lên men khác nhau do thao tác chưa thành thạo của sinh viên, không đảm bảo nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ hoạt động của emzym gây ảnh hưởng đến quá trình lên men của nấm men

Độ Brix của ngô khá khác biệt so với gạo tẻ và gạo nếp, vì hàm lượng tinh bột trong ngô thấp 69.4% khiến độ brix sau đường hoá thấp = 12.6o vì thế quá trình lên men kết thức sớm hơn

➢ Độ pH

Độ pH ban đầu của gạo nếp có sự khác biệt so với hai nguyên liệu còn lại (≈ 5)