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

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

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 Tinh bột Protein Chất béo Chất xơ Khoáng Các chất

- 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 ở dạng hạt với kích thước trung

bình 3÷8 µm Các hạt tinh bột có cấu trúc rất chặt

chẽ Đây là lý do khiến cho nhiệt độ hồ hóa tinh bột gạo (61÷78o) cao hơn các

loại tinh bột khác

- Thành phần protein trong hạt gạo gồm có: albumin 5%, globulin 10%, prolamin

5% và gluten 80% Phần lớn các protein này không hòa tan được trong môi trường lên men

3

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) vàSaccharomyces 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 nhưglucose, saccharose, maltose, fructose, galactose… Chúng có khả năng lên men ở nhiệt độcao (36 ÷ 40oC), chịu được độ acid Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùngNa2SiF6 với nồng độ 0,02 ÷ 0,025% Đặc điểm này rất thuận lợi cho lên men khi sử dụngthuốc sát trùng Quan trọng hơn hết đó là chúng có khả năng lên men nhiều loại nguyênliệu 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, nấmmen 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 rakhông 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

- Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ và nồng độ CO2 phù hợp

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 côngnghiệp lên men cồn ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghệ cũng như sản phẩm Nhìnchung, 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 cồnkhông quá khắt khe như nước dùng trong sản xuất bia vì sau quá trình lên men, cồn đượcchưng 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 Nướctinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất phalẫn, thường là các muỗi, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điệnchạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể hiểu đơn giản kho một oxit axithoặc 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 củahydronium (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 hoạtđộng của enzyme amylase, protease và hoạt động của tế bào nấm men trong giai đoạn lênmen

5

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

Hình 2 Enzyme Termamyl

cơ chất cần thiết cho tiến trình lên men

1.4 Enzyme Glucose amylas

Hình 3 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 trườngacid (pH hoạt động tối ưu là 3.5 – 5.5), ngoài ra còn có thể hoạt động ở môi trường trungtính (pH khoảng 6.6- 7.5) Nhiệt độ tối ưu khoảng 55- 60oC, mất hoạt tính

ở nhiệt độ trên 70oC

II QUY TRÌNH SẢN XUẤT 2.1 Nguyên liệu và dụng cụ

2.2 Thuyết minh quy trình

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

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

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

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

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

=> x = 0,4g enzyme

▪ 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:

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

✓ Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hoá diễn ra dễ dàng

▪ Tiến hành: tăng nhiệt độ lên 1000C trong 5 phút, trong quá trình nấu phải liên tụckhuấy đều tránh cháy khét dưới đáy nồi ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

▪ Mục đích: Hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ tối ưu của enzyme glucoamylase

9

▪ 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

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

ngâm nồi trong thau đá

▪ Mục đích: chuyển hoá đường thành rượu ethylic C6 H 12 O 6-> C 2 H 5 OH +CO 2 +Q

và men giống với nhiệt độ 370C trong khoảng 30 phút Sau đó cho men giống vừa hoạt hoávào từ từ, khuấy nhẹ

thô và bã rượu

2.3 Các phương pháp kiểm tra

• Nguyên lý hoạt động: Brix kế đo độ khúc xạ của ánh sáng khi qua mẫu, dựatrên nguyên lý tuyến tính giữa nồng độ và chiết xuất (khúc xạ) tức có nghĩa góc khúc xạluôn nhỏ hơn góc tới và tia khúc xạ hướng xuống so với tia tới Từ đó máy sẽ tính toán vàhiển 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

số khúc xạ giảm

10

➢ Phương pháp đo độ cồn:

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

• 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:

3.3 Bố trí thí nghiệm

Ngày

Ngô Brix

-Khoai Brix

-Gạo tẻ Brix

Qui trình thí nghiệm và các thông số của qui trình

3.7 Chỉ tiêu theo dõi

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Kết quả thí nghiệm

❖ Bảng thống kê khối lượng nguyên liệu:

Kết quả theo dõi:

Bảng kết quả theo dõi quá trình chưng cất

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

So sánh kết quả với hai nhóm còn lại

➢ Gạo nếp

Đồ thị biểu diễn độ pH trong quá trình lên men

4 57 4.44

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 khôngđổi từ ngày thứ 6 trở đi trong khi hai nguyên liệu còn lại kết thúc chuyển hoá cồn đếnngày 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 gạonếp (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 độBrix của dịch đường

4.3 Bàn luận

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 hơngạo nếp (14 ngày, gạo tẻ vẫn còn hiện tượng tiếp tục lên men) Nguyên nhân là hàmlượng thành phần hoá học trong cả hai loại gạo khá giống nhau nhưng hàm lượng tinhbột của gạo tẻ cao hơn gạo nếp vì thế gạo tẻ kết thúc quá trình lên men trễ hơn gạonếp, bên cạnh đó pH và nhiệt độ lên men khác nhau do thao tác chưa thành thạo củasinh viên, không đảm bảo nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ hoạt động của emzym gây ảnhhưởng 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 bộttrong ngô thấp 69.4% khiến độ brix sau đường hoá thấp = 12.6o vì thế quá trình lênmen kết thức sớm hơn

pH gần 4 thì ổn định dần

17

➢ Độ cồn

Thể tích dịch đường sau lọc của mỗi nhóm là khác nhau do quá trình đườnghóa, nồng độ đường trong nguyên liệu sau quá trình là khác nhau, dẫn đến dịch lọc saulên men cũng khác nhau Trong đó, ngô thu được nhiều dịch lọc nhất (ngô> gạo tẻ>gạonếp) vì hàm lượng tinh bột trong ngô thấp nhất, độ Brix cũng thấp nhất vì thế nên dù

đã vắt kiệt nhưng lượng đường thấp suy ra lượng đường nấm men sử dụng để sản sinhcồn ít khiến quá trình lên men kết thúc sớm và hiệu suất thu được cồn thấp (7%) Thểtích dịch sau lọc của gạo tẻ thấo hơn gạo nếp tuy nhiên độ cồn của gạo tẻ lại cao nhất(9.85%) còn nếp thì thấp hơn (7%) Điều này là do hàm lượng tinh bột trong gạo tẻ caohơn, đủ để nấm men sử dụng và sản sinh ra cồn không sản sinh ra các sản phẩm phụlàm hao hụt độ cồn

4.4 Kết luận

Từ những số liệu và bàn luận ở trên đã cho thấy có sự khác biệt về hàm lượngtinh bột của các nguyên liệu khác nhau thì cho ra hiệu suất thu hồi cồn khác nhau.Hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu càng cao thì hiệu suất thu hồi cồn càng cao Vìthế trong ba loại nguyên liệu trên nguyên liệu tối ưu nhất để sản xuất cồn là gạo tẻ Vìgạo tẻ vừa có thể tích cồn cao, độ cồn cao, quá trình lên men tương đối, giá thànhnguyên liệu rẻ

Lưu ý

- Trong quá trình nấu và đường hóa phải đảm bảo nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ hoạtđộng của enzym, tránh làm bất hoạt enzym gây ảnh hưởng đến khả năng thu hồi cồn

- Trong giai đoạn lọc, phải vắt kiệt bã để thu được thể tích dịch tối đa

- Trong giai đoạn hoạt hóa nấm men, cần thao tác đúng kĩ thuật để nấm men có thể hoạt động tối ưu nhất

- Kiểm tra độ Brix, pH đảm bảo quá trình lên men không gặp sự cố và biết được quá trình lên men đã kết thúc để tiếp tục các quá trình tiếp theo

- Vệ sinh dụng cụ trước khi kiểm tra các thông số

19

TT Nội dung Từ 0-2 Từ 3-4 Từ 5-6 (đạt) Từ 7-10 Đạt mức Điểm

khi Không chuẩn bị dung cần khảo dung cần khảo nội dung cần khảo

sát

2 Thực Không thao tác Có thao tác Thực hiện đúng

bước hiện đúng các thực thực nghiệm cơ các bước thực

thực

cơ bản thực nghiệm cơ thực nghiệm nhưng cần thêm đề ra trong đúng

bản đã cơ bản đã đề thời gian để

- Kết quả thực Trình bày

-Kết quả thực -Kết quả thực Trình bày được:

và đánh giá sản nghiệm và nghiệm và -Kết quả thực

nghiệm và đánhThực -Không giảithích đánh giá sản đánh giá sảnphẩm và giải phẩm và giải giá

sản phẩm và giải

hiện các

như một số lưu ý cần -Một số lưu ý -Một số lưu ý thiết liên quan

hướng thiết cần thiết liên cần thiết liên

đến công nghệ và

dẫn (báo

liên quan đến quan đến công quan đến công

thảo luận công nghệ và thiết nghệ và thiết

cá nhân) nghệ và thiết bị bị khi thực bị khi thực hiện hiện quy trình

khi hiện quy trình quy trình -Trả lời được từ 2thực hiện quy -Không trả lời -Trả lời được 1 câu hỏi địnhtrình được hoặc trả câu hỏi định

được lời sai câu hỏi hướnghoặc trả lời sai

câu hỏi