Giáo trình công nghệ đồ uống iuh

Trong côngnghiệp, nguồn môi trường sử dụng trong công nghệ sản xuất thức uống lên men phải đáp ứng các yếutôsau: - Đảm bảo đủ lượng dưỡng chất phục vụ cho sự phát triển của visinh vật..

rrcF,tF

J U

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỖ Hồ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THựC PHAM

i^iác trình

Bộ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HÒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THựC PHẨM

(Lưu hành nội bộ)

TP HÔ CHÍ CỐNG NQHIỆP TRHCM

Chương 1 ĩ Mà đầu ;'' , i ,

1.1 NGUÔN NGUYÊN LIỆU:

Công nghệ đồ uống chia làm hai phần:đồ uống lên men và đồ uống không

Đồ uốngkhông lên men cócácdạng như: nước khoáng, nướctinhkhiết, nước giải khát có gas, nước giải khátphachế, nước ép rau quả,

Trong côngnghiệp, nguồn môi trường sử dụng trong công nghệ sản xuất

thức uống lên men phải đáp ứng các yếutôsau:

- Đảm bảo đủ lượng dưỡng chất phục vụ cho sự phát triển của visinh vật

- sẵn có,giá thànhthấp (thườnglà cácphụphẩm trongcông nghiệp), dễ khai thầc

- Các phế thảisaukhilênmenkhông gây ô nhiễm môi trường

Chính vì vậy ta cùng xem xét đến một vài loại nguyên liệuthôngdụng

1.1.1 Rỉ đường:

Trong công nghiệp sảnxuấtđường mía hoặcđường củ cải, có một lượng đường không kết tinh được thường gọi lảrỉ đường Rỉ đường thường chiếm 3 - 3,5% trọnglượng của mía.Đâylà nguồn cacbon-rẻ tiền,giàu chất dinh dưỡng Tuynhiên có lẫnmột số tạp chấtnhư chất keo,tạp khuẩn gây bấtlợi cho quátrình lên men Chính VI vậy luôncầnxử lý trửớckhi đưa vào sửdụng

Thành phần của rỉ đường phụ thuộcvào giống mía, vào điều kiện trồngtrọt, vào phương pháp sản xuất đưòng, điều kiện bào quản và điều kiện vậnchuyển Thành phần chínhgồm: 15 - 20% nướcvà 80 - 85%chất khô hòa tan '

Trongđó trên 50% là đường lên men được (gồm 30 - 35% saccharoza, 15-

20% là đường khử), còn khoảng gần50% các chất không phải là đường (gồm

30 - 32% là chấthữu cờ, 18 - 20% íàchất vô cơ)

Tại ViẹtNamrỉ đường đanglànguồnnguyên liệu cho công nghệsản xuấtnấm men,sản xuất naưi glutamat, sản xuấtcồnetylic,

Chương 1: Mò đầu ,

1.1.2 Malt trích ly

Malt là hạt lúađạimạchnảymầm(trên 95% số hạt),được sấykhô,sauđótách mầm và rệ ra Trong malt chứa tính bột, maltoza, dextrin, glucoza, protein (9 -10%) và một lưọng enzym amylaza

Trong quá trình nấu malt, amylaza được hoạthóa Lúc này amylaza có khả năng phân giải lưọng tinh bột có trong malt thành các loại đưòng khácnhau.Tùy vào loại amylazamà tỷ lệ đưòng tạo thành có thể có tỷlệkhác nhau giữa maltoza và glucoza Đâylà những loại đưòng mànấmmen có khả năng

sử dụng phụcvụ cho quá trình trao đổi chất của tế bào đồng thòi cũng tạo ra ■sảnphẩm phục vụ chocon người

Người ta thường sửdụng malt trong côngnghệsảnxuấtbia

1.1.3 Tinh bột:

Nhiều nguồn tinhbộtkhác nhau được sử dụng trong công nghệ-vi sinh vật Trong quátrình sử dụng tinh bột, trước tiên người ta phải thủy phân tinh bột thành đưòng, sauđó mới dùng nguồn đườngnày cho các vi sinh vật khác

sử dụng Có nhiềuphưongpháp thủy phântinh bột: có thểsử dụng acidđặcở nhiệt độ cao hoặc dùng enzym Phương thức hay được dùng nhất là dùng enzym amylaza của nấm mốc(thường sử dụng amylaza củaAspergillus niger

hoặcAspergillus oryzae)đểthủyphântinhbột

Tại Việt Nam chủ yếu là dùng' sắn (Manihot esculentaỴ Củ sắn chứakhoảng 20 - 35% trọng lưọngtinh bột và 1 - 2%'trọng lưọng protein, sắn cógiá thành thấp, nguồn nguyện liệu lại sẵn có Chính vì vậy được ứng dụngnhiều trongsản xuất cồn, mì chính,

INgoài ra còn có thể dùng ngô, gạo, artisô, các loại củ khác (vd: khoai lang, ), trong sản xuất Thôngdụngnhất là sửdụng một phần gạo trong công nghệ sản xuất bia để giảm giá thành nhập khẩu maltđại mạch Ngoài

ra còncó thể dùng gạo vàngô trong sản xuất rượu(nhiều nhất là tại Mỹ)

1.1.4 Các loại quả:

Các loạiquả thưòng chứa một lưọngfructozacao (6 - 12%) như đào, mơ,

lê dứa hoặc một lượng glucoza nhưnho Nguồnnguyên liệu này đửọc sửdụngtrong sảnxuất rưọu vàcác loại nước quả

Chương 1: Mỏ đầu',

Trong phầnnàyquá trình lên men sẽđược trình bàymộtcách khái quát.Trước hết các chủng vi sinh vậtthu được nhờ chọn giống cần được bảoquản sao cho tránhkhỏi mất hoạt tính Sauđó một phần được cất đibảo quản cho lần sửdụng sau Một phần được nhân giong tăng số lưọngtrongphòngthínghiệmnhằm phục vụcho sản xuất Định kỳphảikiểm ta hoạt tính của giống.Việc nuôi cấy, nhân giống trong phòng thí nghiệm này nhằm mục đích cho ”, việc tạo sinh khối té bào để đảmbảo số lưọng tếbào vi sinh vật cho quá trình ■ sản xuất, chứ không phải cho việc tạo thành sản phàm Quá trình nhân giôngnày diễn theo nhiều cấp saochothế tíclrnuôi tăng lón lên từ 5 - 10 lần

Sau khi tăng sinh khói tế bàođến sốlưọng yêu cầu chúngsẽ được đưavàonồilên men trong sảnxuất Tùy theo kíchthước nồilên men trong sản xuấtmà

ta có thểsửdụng một hoặchainồi lên mentrước (thùng cấy)

Quả trình lên men trong sảnxuấtcầnchúý:

- Nguồn nguyên liệu phải rẻ tiền,sẵn có

- Môi trường dinh dưỡngcó khả năng tạo thành sản phẩm vớihiệu suất

- Sản phẩm tạothànhphảiđảmbảo về độtinh khiết

- Quá trình lên menphảiđảm bảovề độ vô trùng

- Cần theodõiliên tục quá trình lên men đểcó sự thu hoạchsản phẩmvào

Việc xử lý vàỊàm tinh sản phẩm phụthuộc vào bản chất hóa học của sản phẩm Tùy thuộc vào sản phẩm của chúng ta là tế bào vi sinh vật hay là các

Chương 1: Mở đẩu

chất mà vi sinh vật tạo thành.Các biện pháp được sử dụng có thể là chiếtrút, hấp phụ, sàng phân rử hoặc kết tủa Sau đó phải kiểmtra độ tinh khiếtcủasản phẩm cũng như quá trình làm tinhsản phẩm

Một quá trình lên men cổ điểnđưọcchia thành các phần sau:

Chế tạo môi trường dinh dưỡng

Giông vsv -► Lên men ——►Kiểm tra

Sản phẩmDưới đây trình bày một quy hình lên men diễn ra trong sảnxuất kháng

sXnxuít 100 000 lít

Đểđảm bảo độ tinh khiếtcủa sản phẩmcũng nhưhiệu suất tạo thành và tính kinh tế củaquytrìnhta phải tối ưu hóa từngcôngđoạn Việc tách và cô lập

Chương 1: Mở đầu:

sản phẩmcần phải đượcchúý ngay từcôngđoạn chọngiống vi sinh vật, chọn môi trường dinh dưỡng, cần chú trọng tới các yếu tốkỹ thuật của từng bước.Ngoài ra, việcloại bỏ và sử dụng các phế phẩm và phụphẩm cũng phảiđượccoi trọng.Điều này có ý nghĩa rấtquantrọng đến việcbảo vệ môitrường

1.2.1 Nhu cầu oxy:

Trong quá trình lên men hiếu khí oxylà loại«chất không thể thiếu được Visinh vậtthường sử dụng oxy hòa tan Độ hòa tan của oxy trong nước rất thấp, khoảng 4 -5 mloxy/ lít trong điều kiện ápsuấtkhí quyển, ở 30°C Trong khi

đó, đối vói quá trình sảnxuất, vi sinh vật lại đòi hỏi mộtlưọng oxylà 500'­

5000 ml / lít/ giờ Chính vì vậy lưọngoxy trong dưõng chất chỉ đủdùng’một - vàigiậyđếnmộtvài phút nếu không đượccungcấp thưòng xuyên

Đe duy trìviệc cungcấp oxy cho tế bào vi sinhvật trong nuôi cấy chìĩn,người ta thường dựavào nguyên lý của quá trình chuyển dịch chất.Quá trìnhnày xảy ra nhờ dòng chảy và sự khuyếch tán, sao cho oxychuyểndịch từ bóng khôngkhívàomôitrườngdinhdưõngvàtừ đóvào tế bào

Trong thiết bị lên menthườngđượclắp đặtcác thiết bịsục khí và các hệ thống khuấy,nhằm đưakhông khí vào dung dịch sau đó phá vỡ các bóngkhí

để oxy cóthể hòa tanvào dịch dinh dưỡng phục vụ cho sự sinh trưởng và phát triểncủa tế bào

1.2.2 Khử trùng:

Để đảmbảo choquá trình lênmen xảy ra có kết quả phải ngăn cảnsừpháttriểncủacác vi sinh vậtcóhại.Đối vởi nhiều quá trình lên men với mục đíchtạo sản phẩm là các họp chất hình thành trong quá trình traođổi chất(vd: sảnxuất kháng sinh, acid amin,enzym, ) thì cần phải khửtrùng triệt đểcác thiếtbịlên men, môi trưòng dính dưõng,không khí xung quanh,(quá trình lên men vô trùng). Ngược lại trong quá trình lênmen tạo sinh khối (vd: sản xuất protein đon bào của nấm men, tảo, vi khuẩn), thì người ta thường tiếnhànhlên men không vô trùng; trong quá trình này, sự phát triển của các vi sinh vậtlạ đã bị ngăn cản bởi việctạo ra điềukiệnnuôi cấy thíchhọp sao chonhũng chủng cần nuôicấy phát triển mạnhmẽnhất(vd:cơ chất hoặc pH của môitrưòng)

- Khử trùngluânchuyển: Đunnóng liên tụctrong thời gian ngắn ở 140°Ctrong vài phút Môi trường dinh dưỡng được chảy thành dòng nhờ hệ thốngkỊiuấy.

- Khử trùng bằng hóa chất: có thể dùng etylẹnoxyt hoặc beta - propiolacton đốivới những dung dịch nuôi cấy kém bền nhiệt Tuynhiên cầnphải cẩntrọng trong khi sử dụng bởi chúng có khảnăng gây nổ và di hại đếnsức khoẻ con người Ngoài racó thể khử trùng thiết bị bằpg cloramin hoặc các chất diệt khuẩnkhác, sauđó tráng nước vôtrùng rồimới cho môitrường dinh dưõugvào, cuối cùng cần phảigia nhiệt để khửtrùng môi trườngdinh dưỡng

- Lọc khửtrùng: sử dụng bông đáhoặc bông thủy tinhhoặccác loại sợi polymer, màng, làm nguyên liệu lọc Mục đích là lọc không khí để cungcấy

1.2.3 Phưong pháp nuôi:

1.2.3.1 Nuôi gián đoạn:

Nuôi gián đoạn - batch culture Đây là phươngphápnuôi dễdàng về mặt

kỹthuật Thiết bị và môi trường dinhdứõng được xử lý vô trùng Vi sinh vật phát triển đến một chừng mực nào đó Sự sinh trưỏng của vi sinh vật gắn liền vớisự thay đổi củađiều kiệp nuôi, sự giảm chất dinh dưõng và sự tăng sinhkhối tế bào Thông thường việc tạothành sản phẩmmorig muốn liên quan đến một trạng tháisinh lý nhất định trong phasinh trưỏng Trạng thái này chỉ có thểduy trìtrong mọt thời gian nhất định ■

1.2.3.1.1 Nuôi cấy chìm:

Sử dụng nồi lên men Trước hết nồi lên men được rửa sạch, rót môi

“ trưởng mới vào và khử tiling để đảm bảo cho quá trình lên men không bị

Chương 1: Mở đẩu

nhiễm Các cơ thể vi sinh vật tồn tại trongmôitrường Trong nồi lên mencó

thiếtbị sục khí vàthiết bị khuấy giúp cho không khí, môi trường dinh dưỡng vàcác tế bào vi sinh vậtđược phân phối đều Toàn bộ bề mặt tế bào được bao

quanhbởi cơchất đến nỗi không còn tồn tại tập đoàn tế bào

1.2.3.1.2 Nuôi cấy bề mặt:

L<J ri man c him Lđn rncn

■ Trong phương pháp này, các tế bào vi sinh vật tồn tại ở bề mặt môi

trường, hướng về không khí cóchứaoxy Các chất dinh dưỡng được hấp thụ nhờ các khuẩn ty dinh dưỡng đối vớinuôicấynấm mốc

Nuôi cấy bề mặt rất tốn kém, nhất là khi sử dụng hên quy mô lớn Việc nuôicấyđược tiếnhành hênnhững khay phăng xếp chồng lên nhau Sau đóđược ủ trongcácbuồng vồtrùng đóngkín Chính vì vậy thiết bị, cũngnhưmặtbằngsử dụngchophương pháp này rất tốnkém

1.2.3.2 Nuôi cấy liên tục

1.2.3.2.1 Các hệ thổng hở:

Nồi lên men đưực thường xuyên cung cấp dịchdinh dưỡngmới và cũng

tươngđươngnhư vậy một phầnmôitrường đã sử dụng cũng nhưmộtphần tế

bào vi sinh vật được rútđiđể đảm bảo sựcân bằng của quá trình trao đổi chất

Người ta chia làm hai dạng hệ thống: hệ thống đồng nhất vàhệ thống

Chương 1: Mò đầu

• Hệ thống đồng nhất:

- Hệ thống đông nhất một giai đoạn:

f—\ Chat dinh dưỡng

Hệ thống đíng nhếỉ gilt dean

Sử dụng phươngthức khuấy và thông khí nhằm trộn đều các chấtlênmen Các tế bào trong nồi lênmen luônsinh trưởng theo pha log Tuy nhiên không có sựsinh sản đồng bộ Các tế bào đanh sinh trưởng mạnh mẽvàcác tếbào già cùng tôn tại song song

Việc bắt đầu quá trình nuôi cấy cũng tương tự như nuôi cấy gián đoạn theophươngthức chìm Sau khi tếbào sinh trưởng đến mật độ mongmuốnthìchuyểnsang phương thức liêntục Tốc độ sinh trưởng được điều chỉnh bởi toe

độ dòng vào. Còn mật độ tế bào lạiphụ thuộcvào nồng độ cơ chất trong dòng

vào. Khi chuyển từtrạng thái này sang trạngtháikhác thì trạng tháicân bằng mới sẽ đạtđược saumộtthời gian Neu tăng tốc độ dòng vào đếnmột giá trịnhấtđịnh thìtốc độ sinh trưỏng cóthể đạt tới gần tốc độ cực đại.Tuy nhiên, nếu vượt quá giá trịnày thì sẽ đếnviệcrửa trôi tế bào Giá trị tiêu chuẩncủa tốc độ dòngvào phụ thuộc vào thể tích nồi lên men

Néu ‘chiatốc độ dòngvào cho thể tích hoạt động của nồi lên men ta được

tổc độ pha loãng Tốc độ pha loãng vàtốc độ sinh trưởng là bằng nhau trongphạm vi củatốc độ pha loãng tiêu chuẩn Giá trịmà tốc độ pha loãng đem lạihiệu suấtcaonhấtnằmngay trưóc thời điểm rửa trôi tế bào

Chương 1: Mò đầu;

Các hệ thống đồng nhất mộtgiaiđoạnđược ứng dụng nhiềutrong việc sản

Hệ thong đồng nhất nhiều giai đoạn:

Hệ thống liên tục được điều khiển các yểu tố hóa học thì được gọi làchemostat.Nếucácchemostat được đặt nối tiếp nhau ta sẽ có hệ thong đồng nhất nhiều giai đoạn Hệ thống nàyđược sử dụng khiquả trình trao đổichấtdiễn ra ở các tốc độ sinh trưỏng khácnhau

H$ ihếng dếng nhít nhííughri đoạn

Ví dụ: đàu tiên tạo sinh khối tếbào,sau tạo sản phẩm Trongtrườnghợpnày ởnồi lên menđầu tiên tốcđộ sinh trưởngđược duytrìởtốcđộtối ưu nhất,

ở nồi lênmenthứ hai, với mụcđích tạo sản phẩm thìđiều kiệnnuôikhác, tốc

độ sinhtrưỏng chậm hon Quá trình lên men tạiđây đã xảyraquanhiều giađoạn

• Hệ thống không đồng nhất:

Tronghệ thống này không cỏ sửdụng hệthống khuấy trộn đều bằng cánhkhuấy Chính vì vậy, để đảm bảo sự trộn đều người ta cỏ thể sử dụng cáchệ thống hình ống hoặc hệ thống đối lưu Sau đâylà đặc điểmcủa từnghệ thống

Tạiđây sừ dụng nồi lên men hình ống, nồi phản ứng hình ống Trongthờigianchảy trong hệ thống các cơ thể trải qua nhữngtrạngthát sinh lý củasự lên

Được sửdụng cho sựchuyển hóa dưới tác dụng của vi sinh vật đốivớicác

cơ chất không hòa tantrongnước (các hydrocacbonlỏngvà khí, các steroid)

od chít J

dược biến * "71_ I r

đ rfĩ

dịch dinh dữồng khđng hỏa tan trang nước ini tố-bào

uU uliì'1 khđng hòa lan I iuiiu

nước

dòng ra của.

dịch dinh điỉỉiur

vả 1«? bào

Hộ ttióna đỡi lưu

Tại hệthống này, các tế bảo trong dịch dinh dưõng có chứa nước đượcđưavào từphía trên, còn cơchất không ta trongnước thìđược đưavào từ phíadưói Hai dòngchảy này đi ngang qua nhau và phản ứngvới nhau Các tế bào

vi sinh vậtphải được nuôi trước trong một chemostat,'hoặc được táchra sauphản úngvàđược đưatrởlại

Hệ thống kin ~ ié bỉo duMc dtâằ trờ lại ‘

Hệthống kín mà trong đó tế bào vi sinh vật được đưa trở lại được ứngdụng trong sản xuất dấm theo phương pháp nhanh Cònhệ thống kín mà trong

đó tếbào vi sinh vật được giữ lạisau đó được tách ra và đưatrở lài trong sảnxuất được'ứng dụng trong sản xuấtbia, rượu etylic cũng như trong việc làm

Nồi lên menđược ứng dụng trong phương thức nuôi chìm Thể tíchcủa nồi lên men daođộng từ* dưới 1 lít (trong phòng thí nghiệm) đến.500 000 lít(trong sảnxuất côngnghiệp) Chúng được thiếtkế sao để đảm bảo yêu cầutối

về chi ìiết, có sựkhác nhau.rất nhiềú giữa các kiểu nồi lên men .Tuy nhiên vẫncó một số tính chất chung: "

- Đối với quá trình lênmen hiếu khí phảiđạt được sự thông khí nhờ vào

hệ thống thông khí (có thể dùng song song với hệ thống khuấy) Hệ thống thông khí này cũng phải đảm bảo sao cho không khí vào trongnồilàvô trùng

- Trong quá trìnhlên men yếm khí cũngphải đảmbảo sự khuấytrộn,để

- Nhiệt độ lênmen tối ưu được duy trì nhờ hệ thống làm nóng và làm nguội bằng nước chảy quanh nồi, hoặcđưavào trong nồi ởdạngcácóng ruột

- Với các quá trình lên mencần đảmbảonhiệtđộ xuống 3- 4°c, thì lúc này nhiệt độ lênmentối ưu được duytrìnhờ hệ thống làm lạnh bàng dung dịch làmlạnh chảyquanh nồi, hoặcđưa vào trong nồi ởdạngcác ống ruộtgà Dung dịch làm lạnh này có thểsử dụng glycol, hoặcfreon Trong trường hợp cùngcực ta cũng có thể sử dụng hỗn họp muối và nước đá bào nhỏ theo tỷ lệ 1:3.Tuy nhiên hỗn hợp muốiđánăy cỏ nhược điểm là dễ ănmòn thiếtbị

- Để giảm nhiệt lượng tổnthất trong qụá trình lên men, xung quanh nồilên mencầncólóp bảo ôn Lớp bảo ônnày có thể làm từbọt biển hoặc làlóp bôngthủytinh

- Kèm theo đó là cáchệ thống kiểm tranhiệt độ,ápsuất, pH, 'Dưới đây laso đồ của một nồi lên men dùng trong sản xuất:

Mil £

do pH 02 -dử nhiệt dỗ

Chương 2: Công nghệ sân xuãt cồn

2.1 KHÁI NIỆM

2.1.1 Lịch sử phát triển tại Việt Nam:

Sản xuấtcác sản phẩm tạothành cồn đãcótừ rất lâu đời TạiViệtNam tiêubiểunhất là quy trình sảnxuất rượu chưng cấttheo phương thức thủ công

Có rấtnhiềucách thức gia truyền khác nhau trongkỹ thuật sản xuất này Chúng

tacùng xem xét một phương thứcsản xuất cụ.thể như sau:

Sảnphẩm tạo thành tùy thuộc vào công nghệ và nguyên liệu mà cótính chất khác nhaụ Tuy nhiên các sản phẩm hình thành theo phương thức cổ truyềnđều mang một đặctínhchunglà:

- Chấtlượng không đều, làm theo kinh nghiệm

- Néu làm đúng (gạo tốt, men tốt) -» uống ngon, vị đậm, êm, say mà

-Tại Việt Nam, sản xuất cồn theo công nghiệp bắt đầu tự năm 1898 dongưòi Pháp thiết ke và xây dựng Sản lượng đạtmức cao điểm vào nhữngnăm

Chương 2: Cõng nghệ sản xuất cổn

1980- 1985 (30triệu lít/năm)

Đến năm 1986- 1987 là thời kỳ thua lỗ,sản xuất cầmchừng Nhiều cơ sở phá sản Tuy nhiên đến nay đã phục hồidần và ngàycàng phát triển

Một số cáccơsở sản xuấtcồn tại Việt Nam: (loại 1)

- Côngty rượu bia Đồng XuânPhúThọ; Côngty rượu bia Hà Nội

- Công ty rượu bia Bình Tây

Theocác chuyên gia, vàonăm 2005 nước ta cần khoảng 180-200 triệu lítrượucác loại, tương đương 50 triệu lít cồn tinh khiết Trong đó nguyên liệu từtinh bột là30 -40%,còn lại là rỉđường

2.1.2 ứng dụng:

Cồn có ứngdụng rất lớn trongnhiềungànhcông nghiệp khác nhau

- Làm vang quả hỗn họp, vangcẩm, vangnếp

- Sảnxuất rượumạnh: Lúa mới, Hoàng đế

- Sản xuấtrượu phổ thông.'

• Sửdụng trong y học, dược phẩm

• Sử dụng làm dung môi hưu cơ

• Sửdụngtrongcông nghệ sản xuất nướchoa

• Dùng làm nguyên liệu sản xuất acid acetic, aldehyd acetic, etylacetat,etylclorua, vàcáchọp chất hữu cơ khác

• Sửdụng trongsản xuất caosu tổng họp

• Nguyên tắc: bất cứ nguyên liệu nào chứa polysaccharide đều có thể sửdụng trong công nghệ sản xuất cồn

• Yêu cầu chung cùanguyên liệu trong sảnxuấttheo quy môcôngnghiệp:

- Hàm lượng đưònghoặc tinh bộcao, hiệu qúả kinh tế cao

- Vùng nguyên liệu tậptrung và đù

Chúngtasẽ xem xét 2 loại nguyên li( ĩrptlỡbiêu:— - -—

Chương 2: Công nghệ sán xuâ't cồn

2.2.1 Nguyên liệu chứa tinh bột:

Tại Việt Namthưòng sử dụng : sắn, ngô,gạo (tấm)

Celluloza : 1-3,1 % /

Vitamin thườngbimất trong quá trình sảnxuất

Phazeolunatinbi thủy phânthành HCN Đây làmộ chấtgây độccho cơ thể, tuy nhiên dẽ bay hơi và dễ hòa tan trong nưóc nên dễloại bỏ.Chính vì vậy

mà sắn thái lát,phơikhô giảm đáng kể số lưọng HCN có trong đó Đồng thờimột lưọng nhỏ HCN còn lại không làmảnh hưỏng đếnquátrìnhlên men trongsản xuất cồn

2.2.1.2 Các loại tinh bột khác

Với các loại hexozacókhả nănglênmen được *

Với các polysaccharid cần phải thủy phân thành các đường trước khi lên men

- Tinhbộtthưòng đưẹyc thủyphân Tùy vàophương phấp thủy phân mà ta thu-được cácsảnphẩm khác nhau Nếu thủy phân tinh bột bằng acid và nhiệt

độ ta sẽ thu được glucoza,tuy nhiên hiệu xuất khôngcaọ và gây ô nhiễm môitrưòng Nếu dùng amylaza của mầm đại mạch ta sẽ thu được 70- 80% làmaltoza và 30 - 20% là dextran Còn nếu dùng amylaza của nấm mốc ta sẽ thuđược 80-90%làglucoza

Chương 2: Công nghệ sán xuất cồn'

- Cellulozadưới tác dụngcủaacidvôcơloãng, nhiệtđộ cao và ápsuất cao

sẽ bị phân hủy thành glucoza

- Hemicelluloza (bán xơ): dễ bị thủy phân hon celluloza đề tạo thành glucoza

- Sản xuấtacidacetic, acid citric

- Sảnxuấtnấmmenbánh mì, nấmmenchó chăn nuôi

- 40%chất phi đường, với

Chương 2: Công nghệ sán xuất cồn

giờđộ chua của mật rỉtănglêntừ0,2 - 0,3° Dođócần phải hạn chếvà diệtbóttạp khuẩn

2.3 QUY TRÌNH TIÈN xử LÝ VÀ ĐƯỜNG HÓA

2.3.1 Nghiền nguyên liệu

- Nguyên liệu dạnghạt hoặc látđược đưavào máy nghiền búa(Tại Việt

* Nghiềnthô: búa cóchiều dày =6-10 mm

* Nghiền nhỏ: búa cóchiều dày=2-3 mm

- Tốc độ quay củamáynghiền:2750vòng/ phút

- Trong quá trình nghiền: phầnnhỏ lọt qua giây được quạt hútvà đẩyra

- Tùy theo chéđộnấu mà rây có kích thướckhách nhaủ

- Hiện tại máy nghiềnbúa có năng suất 1000- 2000 - 3000 kg/h

Chương 2: Cõng nghệ sản xuất cồn

2.3.2 Nấu nguyên liệu:

Nấu nguyên liệu là qui trìnhphá vỡ các lóp vỏ tế bào của các hạt tinh bột

ra,giúp cho amylaza tiếp xúc được với tinh bột, tạo điều kiện cho tinh bột về trạng thái hòa tan

Trong quá trìnhnấu, thực tế màng tế bào chưabị nghiền vẫngiữnguyên cấu tạo Chúng chỉbịphá võ khikhuấy trộnhoặcphóngcháoquavanhẹphoặc

2.3.2.1 Các biến đồi hóa lý:

Các nguyên liệu khác nhau sẽ có chế độnấukhác nhau

Khi nguyên liệubị chua, hầm hơi, cũ cầnnấu ở t° thấp vàthời gianngắnhon nguyênỊiệu tốt cùng loại

2.3.2.1.2 Sự trương nở và hòa tan tinh bột

- Truong nở là quá trình màcác phân tử hút dung môi để làm tăng thểtích

- Tinh bộtchứa amyloza và amylopectin theo tỷ lệ 1:4 Tuynhiênđã có nhũng gióng ngô được laitạo cóchứa đến100% amyloza

- Trong dịch hồ tinh bộtamylopectin trươngnỏ-, đan chéo nhau,trong đó

- Ồ t°= 85 - 100°C —> amylopectin hòa tanvàodung^dịch

Nhiệt độ hồhóa phụ thuộc vào nguyên liệu &kích thướccác nguyên liệu.Đốivới tinh bột sắnta có sơđồ sauđánh giá sự phụ thuộccủa độnhớtvàonhiệtđộ :

Chương 2: Cõng nghệ sản xuất cồn

- Đối với các chất khác như celluloza, hemicelluloza trong môi trườngacid yếu,hầu như không bị thủy phân Riêng pectin ester acid polỳgalacturovicthì bị thủy phân nhiều honcảvà tạo thành metanol và acid pectic

2.3.2.1.3 Sự biển đổi của tình bột và đường

- Furfunol tạo màu và mùikhó chịu

- Melanoidinlàchất keo mầu sẫm,mang tính acid, gâyảnh hưởng tới hoạt động của nấm men và enzym Thành phần của melanoidin rấtđa dạng, chưa được nghiên cứu tỉ mỉ

• Tuy nhiên hàm lượng các chất hình thành rất thấp nên gây ảnh hưởng không đáng kể đến quá trình lênmencồn

Trong quátrìnhnấunguyênliệu, sự có mặt của các chất đưòng là không cần thiết do gây tổn thấtkhi đun ở nhiệt độ cao Do đócần phảigiới hạn hoạt động của amylaza lên tinh bột.Ngườitanhậnthấyrằng:

- Tại 55°C: amylaza tác động yếuđếntinhbột

- Khi quá trình nấusơ bộ tăng nhanh đến 50-60°C sẽ hạn chế hoạt động của amylaza.Điều này dẫn đếnviệc giảm thiểu quá trình tạo đưòng vào trước

Chương 2: Cõng nghệ sán xuã't cồn

Có baphươngpháp được sửdụng trong quá trình nấu nguyênliệu:

- Gián đoạn - Bán liêntục - Liêntục

Tạiviệt Nam, trước 1983 thường sửdụngphưongpháp nấu gián đoạnTừ

1983 - 1993 phưong phápnấu bán liên tục bắtđầu đượcápdụng cụ thể làtại nhà máy rượu Thanh Ba - Phú Thọ

2.3.2.2.1 Phương pháp gián đoạn:

Phươngphápnấu gián đoạn là phưong pháp mà trong đó toàn bộquá trình nấu đều được thực hiện trongmột nồi

Cẩu tạo nồi nấu:

Hình: cấu tạo nồi nấu

Đặc điểm chung:

- Toàn bộquá trìnhnấu đều thực hiện trong cùng một nồi

- íttốn vật liệu đểchếtạo thiếtbị Thao tác đon giản

- Tốnnănglưọng dokhông sửdụngđượchơidưthừa

- Dễgây tổnthất đường do phải nấu ở nhiệtđộ cao

Quá trình nấu:

- Cho nước vào nồi theo tỷ lệ 3,5 -4 lít/kg nguyên liệu

- Cho cánh khuấy làm việc Tiếp đó cho bột nguyên liệuvào

Chương 2: Công nghệ sản xuất cồn

- Đunđến45 - 60’ (lúcnàynhớmở van xả)

- Không khí vàkhí không ngưngtụ sẽ theo van xảthoát ra ngoài, cho tới.khichỉ cònhơi nước bão hòa

- Đóng vanxả Đợiđến khi áp suấtđạt đến mức yêu cầu; ta bắt đầu tính

Ngônghiền, sắnnghiền 3-3,5kg/cm2 70’ •

Với ápsuất 3-3,5 kg/cm2tương đương với 135 - 140°C

- Đối với nguyênliệu kém phẩm chất, taphảinghiên cứu, tự tìmra cácyếutố kỹ thuậttương ứng với nguyên liệu

- Có thể cho thêm H2SO4 30°Bome’ (2-4kg/tấn nguyên liệu)

+ Ưuđiểm: Nấuchóng chín, dịch cháo ítbịlãohóa

+ Nhược điểm: An mòn thiết bị, ảnh hưởng đến hoạt đô của enzymamylaza

- Gần cuối giai đoạnphảikiểm tra độ nấuchúi của tinh bột

+ Cháo chín: mùi thom nhẹ, màuvàng rơm hoặccánhgián

+Cháobị cháy: mùikhét, màutối,vịđắng

+ Chưa chín: màu bột trắng, mùi ngác

- Nấuxong, mở van từtừ và phóng cháo sangthùng đường hóa(rong thòi

Toàn bộ quátrìnhnấudiễn rakhoảng 2,5 - 3 giờ

Chương 2: Công nghệ sản xuất cồn

- Nỗi nấu chínthêm có dung tích gấp 3 4ần so với nồi nấu chín Chú ý chỉ

đổđầykhoảng2/3 nồi, phần còn lại là không gian chứa hơi

- Nấu sơ bộ và nấu chín là giánđoạncònnấu chín thêm là liên tục

- Giảmthời gian nấu ở áp suấtvànhiệtđộ cao

- Tăng hiệusuất —> 7 lít cồn/tấn tinhbột

- Tiết kiệmđược 15 - 30% lưọng hơi

- Nhược điểm: Tốn thiết bị

Đã được thực hiện tạinhà máy rượuThanh Ba - Phú Thọ; Tam hiệp Hà

- Cho cánh khuấy làmviệc rồi đổ bột vào

- Dùnghơi nước lấy từ nồinấuchín thêm để đun dung dịchlên70- 85°c

- Duy trì trong vòng 50-60phút

- Xả cháo vào nồi nấu chín Tiến hành giống như nấu gián đoạn, với áp suất nấu là 2,8 - 3,2 kg/cm2, nhiệt độ là 130 - 135°c trong 60 phút, ỹau đóchuyển sangnồi nấu chín thêm

Chương 2: Công nghệ sàn xuất cồn

- Tạinồi nấu chín thêm,áp sụấtđược duy trìở 0,5- 0,7 at,nhiệtđộ là 105

-106°C, trong thờigian 50-"60phút

2.3.2.2.3 Phương pháp nấu liên tục

Ưu điểm:

- Tận dụng được nhiều hơi

- Cho phép nấu ở t° thấp hoặc thời gian ngắnlàmgiảmđược lượng đưòng

bịcháy (nếucháy sẽ tạo thành melanoidin)

- Hiệusuất tăng 5 lít so vói nấu bán liên tục và 12 lít / tấn tinh bột,so với

- Lượng kim loại dùng đểchế tạo thiết bị giảm khoảng50% so vói bán liên tục

- Dễ cơ klú hóavà tự động hóa

- Tốn ít diện tích đặt thiết bị

Chương 2: Công nghệ săn xuất cồn

Nhược điểm:

- Nguyên liệu phảinghiềnthật nhỏ

- Đang cốgắng vậndụngvàothiếtbị tại ViệtNam

2.3.2.2.4 Phươngphảp ứng dụng chủ yến tạỉ Việt Nam

Các sơ đồ nấu được trìnhbàyởtrên vẫn tồn tại nhược điểm Lượng đường khinấu và lượngtinhbộtchưahòatan vẫn chiếm tỷ lệ khá cao (3 - 5%) Do đótại các nhà máy sản xuất cồn lớn tại Việt Nam đã nghiên cúu và úng dụngphưong pháp sau:

- Tại thùng nấu nguyên liệu ’ Bột sắn được nghiềnmịn tói kích thước làImm, hòa với nước ở 30 - 40°Ctheo tỷ lệ nước : bột là 4 : 1 Sau đó khuấy đều, cho 80% lưọnga - amylazachịu nhiệt (thường sử dụngTennamyl 120L của hãng Novo - Đanmạch) vào với tỷ lệ0,02 - 0,03% so với khối lượng tinhbột Đun trong40 - 50 phút, đạttói 85 - 87°c.Giữ ởnhiệt độ này 15-20 phút.Đun sôi trong vòng 50 -60 phútnhằm hòa tan các hạttỉnh bột có kích thướclón chưa kịp hồ hóa hét.Sau đó chuyển sang thùngđưònghóa

- Tại thùng đường hóa: dịch bột được làm nguội đến 90 - 93°c rồi cho nốt 20% lưọngenzymcòn lại vào Làm nguội đến 55 - 56°c, để yên trong 30phút Lúc nàypH của dịch cháo sẽ là: 5,2 - 5,4; lượng đường khử tính theoglucozatăng3 -3,5g / 100ml Dịch đưòng sau khilên menđạthiệusuất 93.4%

so vói lý thuyết

Ưuđỉêm:

- Hiệu suất tăngđạtkhoảng 93%so với lýthuyết

- Tiết kiệm được enzym trong quá trìnhđường hóa

- Giảm được lưọng hơi sửdụngdo không cần đưa nhiệtđộ lên quá cao

- Giảm được lượng bột chưa hòa tan xuống còn khoảng 0,2 - 0,25/g /

Chương 2: Công nghệ sản xuâ't cồn

2.3.3 Đường hóa dịch cháo

Tinh bọt sau khiđược nấu đã chuyển từ trạng thải không hòa tan sanghòatan, nhưng vẫn chưa thể lên men được, mà ta phảidùng amylaza để chuyểnhóathànhđường Quá trình này gọi làquátrinh đường hóa

Quá hình đường hóa đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất cồn, quyếtđịnhphần lớn hiệu suất thu hồi rưọu Trước kiangười ta dùng HC1 hoặc H2SO4 để thủy phân tinh bột, nhưng nay rất ít dùng vì giá cao mà hiệu suất thâp

Hiện tại sử dụng amylaza Có 2 loại amylaza: từ mầm đạimạch và từ visinhvật

TạiViệt Nam, chủ yếu phảinhập từ nước ngoài (amylaza từ nấm mốc)

Đã có iihà máy tự sản xuất amylaza thô tuy nhiên chất lượng chưa cao (ví dụ:nhàmáyrưọuHà Nội)

2.3.3.I Chức năng của enzym trong quá trình thủy phãn tỉnh bột

Dưới tác dụng của enzymthuộc họ amylaza và nước, tình bột sẽdần dần

bị chuyển hóathành các sảnphẩm đường Nấmmen chỉ cókhả năng lên menđường, do đó chỉ sau quá trình đường hóa, quátrình lên men mới bắtđầu được

2.3.3.1.1 a- amylaza: (enzym dịch hóa)

Có tác dụng lên nồi oc - 1,4 glucozitởvị trí bất kỳ, nhưng tậptiling vào giữamạchamylozavàamylopectin Dưới tác dụng của enzym, tinh bột chuyển hóa thành dextrin + maltoza+ 1 ít glucoza Lúcnày độ nhớtcủatinh bột giảm

Nhiệtđộ hoạt động của enzym:

- a - amylaza của vikhuẩnhoạt động tốt ở t° tối ưu =95 - 100°C

- oc -amylaza của mầm thóchoạt động tốtở: t°tối ưu =73- 76°c

- oc -amylazacủaAsp.ozyzae hoạt động tốt ở: t°tối ưu =50 - 55°c

pH của môi trườngvà t° tối ưu cũng phụ thuộc vào nhau: t° tăng -> pH

Chương 2: Công nghệ sản-xuất cồn

2:3.3.1.2 Ị3 - amylaza (enzym đường hỏa)

Có tác dụng lênnồi a - 1,4- glucozit, nhưng bắt đầu từ vòngkhôngcó nhóm khử và cắt theo 2 gốc glucoza một trong phân tử của amyloza vàamylopectin Sản phẩmtạo thànhlà maltozanên p - amylaza còn được gọi là enzym đưòng hóa p -amylaza cỏkhả năngbiến đổi amyloza hoàn toàn thànhmaltoza, còn với amylopectin chỉ cắt được50-55% ■

PHtối ưu = 4,8 (p - amylaza củathóc mầm)

Dưới tác dụng của oc và p - amylaza ta thu được dịch chứa 78 - 80%maltozavà glucoza, 22 - 20% dextrin

- Isomaltaza chỉ phân cắt nối oc -1,6trorig phân tửisomaltoza z

- Oligo - 1,6 -glucosidaza(có trong nấmmốc) cắt nối oc-1,6 trongphân

Phụ thuộc vào nguồn amylaza sử dụng mà cácchất cóưong dịchcháo sẽ

bịđường hóa khác nhau:

Neu dùng amylaza của nấm mốc, thì:

Chương 2: Công nghệ sàn xuất cồn

- pectin dưới tác dụng của pectinaza sẽ chuyển hóa thànhacid pectic và metanol;

- hemicelluloza dưới tác dụng của hemicellulaza sẽ chuyển hóa thànhdextrin, glucoza và đườngpentoza, trong đó dextrin tiếp tục bịphân giải thànhmaltoza;

- protein dưới tác dụng củaproteaza thì chuyển thành các acid amin lànguồn dưõng chất cho nấm men sử dụng.Tuy nhiên Việt Nam dùng nguồn nguyênliệu là sắnvà rỉ đưòng (ítN nên không đủ lưọng N cần thiếtcho nấmmendùng,' nên cần bổ sungthêm((NH4)2 SO4, ure, (NH4)2PO4

2.3.3.2 Sơ đồ thiết bị và thao tác trong quá trình đường hóa:

Có 2 phưongpháp: giánđoạn,liêntục w

Amylaza

Dịch cháo -Nồi chứa -—— ► Len men

-Đường hóa liên tục 2 lần trong quá trình nàycần chú ý tới:

• Phương pháp làm lạnh bằng chân không

- Dịch cháo được nấu trong môi trường'áp suấtthấp (0,2 kg/cm2)nênt°

- Ưu điểm củaphươngpháp:

+ Hạn chế được sựlão hóa tinhbột

+ Dùng áp suất chân không nên hơi nước sẽkéo theo: metanol, furfurol và các mùi lạ dođó nâng chất lượng nguyên liệu

+ Thời gianđường hóa ngan chỉ khoảng 10-15 phút nên giảm diện tíchcho thiết bị, hạnchế được sự mất hoạttính của amylaza

+Tăng năng suất lao động

+ Tăng hiệusuất rưọư, tiết kiệm điện

Chương 2: Công nghệ sản xuất cồn

Sơ đồ đường hóa liên tục hai lần

t 2.3.3.2.2 Đường hóa giản đoạn:

Được thực hiện trongthùng đưòng hóa Thùng đưòng hóa có cácyếu tố

kỹ thuật chungnhưsau:

- Dung tíchthùng được tính dựa vào thể tích của mẻ nấu và thèo tỷ lệ:1,3m3thùng/lm3 dịchcháo

- Chiềucaobằng0,5- 0,6so với đưòngkính

- Bêntrong có cánh khuấy với tổc độ 50- 60 vòng/phút có tácdụnggiúp cho quátrìnhlàmlạnhđượcnhanh

Chương 2: Công nghệ sán xuất cồn

Dưởỉ đây trình bày một số phương pháp đường hóa thường sử dụngr

• Phương pháp1: ■

- Cho 13 - 15% dịch amylaza của một mẻ vào khuấy đều,mở nước làmlạnh

- Cho cháovàotừtừ vớitốcđộ saocho khihếtcháothì t° đạt60°C

- Sau đó cho hết dịchamylaza còn lại vào t° lúc này sẽ là 57- 58°c

- Ngừng khuấy.Đóng van làm lạnh,để yên 10-15’(amylaza chuyểnhóatinh bột thành đường)

- Sau đó cho cánh khuấy làm việc, mở nước làmlạnh tới t° = 28-so^crồibom.sang hệ thống lên men -

- Ưùđiểm: Cháođược dịch hóa

- Nhượcđiểm:

- Thời gian kéo dài.;Làm mất hoạttính của 13 - 15% amylaza

Chương 2: Công nghệ săn xuất cồn'

- Giảm năng suất của thiết bị

• Phuong phâp2:

- Cho toănbộ amylazavăo, bật cânhkhuấy, mở nướclăm lạnhcho châovăo vớitốc độnhanh hon nhung vẫn phải khống chĩt°=57 - 58°c

- Khi cho hết châo văo, ngùngkhuấy, đóng van lăm lạnh, để yín 10-15’

- Bật cânh khuấy,mở nướclăm lạnh đến 28 -30°C rồi bơm sang hệthống lín men

- Ưu điểm: Dịch châo đượclăm loêng nhanhdo đó trânhsự lêo hóa tinhbột

- Nhược điểm:

- Hoạttính của amylazadễbị mấtnhiều

- Mất nhiều công theo dõiquansâtt°củaquâtrình

• Phưongphâp 3: (Thường đưọcâpdụngtạiViệtNam)

- Đậtcânhkhuấy Mở nưóclămlạnhđến70°C

- Cho íluosilicat nattri '2%0 vằ để sât trùng

- Cho 5 - 10% amylaza văođể dịch hóa Lămlạnh đến 60°C

- Chonốt 90 - 95%amylaza còn lại văo

- Ưu điểm: Hoạtđộngcủaenzym giảm không đâng kể

- Tinhbột bị lêo hóanhiều dịchđặc, độ nhớt caolămảnhhưởngđentôc

độcủacânh khuấy

- Một phần hoạt tính của amylaza vẫn bị giảm

Trước 1992 người ta thườngcho amylaza văo thẳng khôngquasât khuẩnnín bị nhiễm khuẩn lăm tăng độchua do đó giảm hiệusuất lín men

Chương 2: Cõng nghệ sàn xuãt cồn' ■

2.3.4 Tiền xử lý rỉ đường:

Công nghệ sản xuất cồn từ rỉ đường cũngtưong tự như sản xuất cồn từ khoai mì thường phải qua cácbước sau:

- Chuẩnbị dịch đường lên men

Xử lý dịchlên men (chưng luyện)

Tại phần này chúngta sẽ chú trọng đến nhữngđặcthùriêng của quátrình

xửlý dịch đường,đó là:

Pha loãng sơ bộ; Xử lý dịch phaloãng

- Bổ sungnguồn dinh dưỡng

- Tạonồng độ lênmen

2.3.4.1 Pha loãng và xử lý dịch mật rỉ:

+100.000 - 500.000 tạp khuẩn khôngnha bàotrong lg

+ 15.000 - 50.000 tạp khuẩn có nha bào tronglg

Lúc đầu mật rỉ cỏnồng độđưòng cao nên vi sinh vật chưa phát triển

Trước khi lên men cần phải pha loãng mật rỉ làm2 lần, sau đó để diệtkhuẩn có thể xử lý như sau: '

- H2SO4 cho vàotheotỉ lệ 0,4- 0,6% (tùytheo độchua của rỉđưòng)

- Chochất sát trùng vào: íluosilicat natri (2%0trong tổng số)

- Nguồn nitơ theo tỷlệ Ig(NH4)2SO4 hoặc 0,4 - 0,5g ure trong 1 lítdịchlênmen

- Sau đó khuấytrộnđều, để yên 1 - 4h

Chương 2: Công nghệ sản xuất cồn;

- Rồilọc loại tạp chất (chủ yếulàCaSO4, keo tụ)

- ’Cho vàothùng chứa giữở nhiệt độ 85 - 90°C trong lgiờ, với mục đíchCaSO4 kếttủa nhiều hon, giúpcho hiệu suất lên men tăng khoảng 1%

- pH=4,5-5 tưongđưongđộchua: 1 - 1,5 g H2SO4/lít '

2.3.4.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến lên men rỉ đường:

Giốngnhư tinh bột, chỉ khác làcó sục khí 2 - 3m3 khí trong bm3 canhtrườngtrong 1 giờ •

2.4 LÊN MEN DỊCH ĐƯỜNG:

Sau khi đường hóa, dịchđưòng đượclàm lạnh tới 28 - 32°c vàđược bom vào thùng lên men (thùng ủ) Đưòng hexoza (C6H12O6) dưới tácdụng củanấmmen sẽ chuyểnhóa thành rượu etylic, khí carbonic (2C2H5OH + 2CỌ2) và tạo thành một ítglycerin ,acid succinicvà số sản phẩmkhác

Sựdên'men rượu là một quátrìnhsinh học có liên hệ mật thiết tói hoạt động của té bàomen lg men ướt (có độẩm khoảng 70 - 75%) chứa 14tỷ tếbào

2.4.1 Cơ chế lên men:

Đưòng và cácchất dinh dưõngđược hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vảo bên trong Tại đó các enzym sẽ tác dụng qua nhiều giai đoạn trunggianđể tạo ra rirọu và CO2 Hai chất này khuếch tán và tannhanh vào môi trưòngxung quanh Rượu tan nhanh hon CO2 Lúcđầu hòa tan hoàn toàn,sau tạothành bọt khíbámquanh tế bào Khi bọt khí quanhtế bào lón dầnđến một lúc nàođó khiếntếtào và bọt khí nổi dần lên bề mặt, tói đây cácbọt khísẽ tan

vỡ tạo thành tiếng rào rào (quen gọi là men ăn) Bọt kill tan, tế bào men lạichùmxuống; tiếp tục hấp thụ đưòng và các chất dinh dưõng, lặp lại quá trình

-Khiđưòng và chất dinh dưỡng còn ít, các tế bào sẽ lắng xuốngđáythùng dịch lênmensẽtrongdần

2.4.2 Môi trường dinh dưỡng:

Môitrưòng dinh dưõngcó nồngđộ đưòng khoảng 15-18% Neu ít hon thì sẽ giảm năhg suấtcủa thiết bị, làm tổn thất rưọn Trong trưòng họp nhiều

Chương 2: Công nghệ sàn xuất cồn

hơn sẽ dẫnđến áp suất thấm thấutăng làm quá trình lênmen kẻo dài, còn sótđường lại Sau khi lên men khoảng95% đường sẽ chuyển hóa thànhrượu và CƠ2;5% còn lạilà đường sót và các sản phẩm khác

Nhiệt độ lên men trong khoảng 28 - 32°c ; pH =4,5 - 5,2 (tại nhà máytính theo độ chua: 1 t°chưa = 2,45g H2SO4/I)

- Nếunhiệt độ lên men caohơn sẽdẫnđếntạp khuẩn dễpháttriển do đótạonhiềuester và aldehyd

- Nếu nhiệt độ lên men thấp hon thì nấm mensẽphát triển chậm

- Neu pH cao sẽ làm cho tổn thất tăng nhanh

Hàm lượng Ni tơ khoảng 0,35 - 0,4 g/1 vói nguyên liệu sắn và với rỉđường sẽ khoảng 0,15 - 0,2 g/1

2.4.3 Cấu tạo của nấm men:

Loại nấm men thưòng dùng: Saccharomyces.Có hailoại:

- Nấmmen nổi: thường dùng Saccharomyces cerevỉsiae •

- Nấm men chìm:thường dùngSaccharomyces carlsbergensis

Chương 2: Công nghệ sản xuất cổn

Cấu tạo tế bào nấm men '

2.4.4 Cơ chế sinh học (chu trình phân giải tinh bột)

enzym

C6H12O6 -— -> 2>CCM 2C2H5OH +Q

- Sản phẩm phụ: acid acetic, acid lactic, acidcitric, acid succinic; alcolcao phân tử(0,4- 0,5%) bao gồm: propanol, isobulatanol, isoamylic, có mùihôi,khó chịu (tênchung là dầu fusel)

- Nguyên liệu tinhbột tạo nhiềudầufusel hơn rỉ đường Lượngdầu fuselhình thànhphụ thuộc vào, t°, pH, lưọng killsụcvào, giống men, nguyênliệu

2.4.5 Các vi khuẩn có hại cho nấm men

- Vikhuẩn lactic có tácdụnglên men đường thành acidlactic, ancal, co2,diacetyl, aceton

- Vi khuẩn acetic lên men rượu thành acid acetic Đây là loại vi khuẩn hiếukhí, rất có hại cho quátrình sản xuất

- Vi khuẩn butyricvà một số loại khác: điều kiện lênmen cồnkhông thích

Chương 2: Công nghệ sàn xuã't cồn.

2.4.6 Nuôi cấy nấm men giống

2.4.6.1 Nhân giông trong phòng thí nghiệm

Môi trường: gồm nước vàmaltđại mạch nghiền nhỏ theo tỷlệ 5:1

- Giai đoạn 1: t° = 48- 53°c Thờigian=20 -30’ Chuyển hóaprotein thành aminoacid dưới tác dụng của proteaza

- Giai đoạn 2:t° = 60 - 62°c Thờigian = 30’.Dưới tác dụng của amylaza,tinh bột được chuyển hóathành đường

- Giai đoạn 3: t°=70-72°c quá trình đườnghóaxảy ra hoàn toànSau đó lọc qua vải Rồi dùng acid sulfuaric 13 - 16%điều chỉnh pHđến 4,5- 5,0 Phân phối vào ốngnghiệm(10ml), erlen250 (90ml), bình cầu 2000 (900ml).Thanhtrùng ở áp suất thêm 0,5 -0,7 kg/cm2 trong 30’

2.4.6.2 Nhân giống trong sản xuất:

Dịch đưòng từ thùng đưòng hóa chuyển qua cóhàmlượng 60g đường/1,dịch đường này sẽđược dùng làm môi trường nhângiống vi sinh vật trongsảnxuất côngnghiệp

Nhân giống trong sản xuấtcó thể theo phương pháp gián đoạn, bán liêntục, liêntục

Hệ thống bán liên tụcđượcsửdụng nhiều nhất:

Đi vào thùng lển men

Hình: Sơ đồ nuôi cẩ'y men giô'ng bán liên tục

Chương 2: Công nghệ sản xuất cồn

Chất lượng mengiốngđạtyêu cầu:

- Số tểbàotrong lml: 100-120 triệu

- Số tếbào nảy chồi: 10-15%

- Sốtế bào chết <5%

- Độ chua: pH= 4

- Mức độnhiễmkhuẩn <1

Quy trình nuôi cẩỳ theo các bước như sau:

1 Dịch đưòng hỏa đưọc cho vào thùng đưòng hóathêm, rồi được duy trìđường hóa tiếp khoảng 1,5-2 giờ

2 Sau đó dùng H2SO4 điều chỉnhpH đến 4,0 - 3,8, rồi thanh trùng trong 1 giờờnhiệt độ85 - 86°c bànghoinước

3 Làm lạnhdịchxuống 30°Crổi đưa xuống hai thùng nhân giống nấm men.Cùng lúc đó nấm men từ thùng men giống cũng được tháo xuống haithùng này Lưọng dịch đường và nấm men chiếm khoảng 40- 50% thểtích mỗi thùng Tại đâynấm men sẽ phát triển gián đoạn trong 15-18giờ

4 Trong quá trình phát triển, nhiệt độ được điềuchỉnhbằng cách dội nước lạnhở bênngoài thùng

5 Song song VỚỊ việc nấm men phát triển trong thùng nhângiống nấm men,tại thùngđưònghóathêm người tatiếp tục chodịch đưòng hóa vào vàxừ

lý nhưtrên (bước 1)

6 Sau 15-18 giờ, cho dịch đưòng ởthùngđưòug hóa thêmxuống thùng

7 Đổ nấm men phát triển thêm trong vòng 5-8 giờ Rồi tháo 50%lưọugmen ở hai thùng nhân giống nấm men vào thùng lên men

8 Song song với bước 4, lại cho dịch đưòng vào thùng đường hóa thêm và tiến hành nhưbước 1

Và cứthếtiếp tục Saumỗichukỳphải làm vệsinh sạch thiết bị

Chuông 2: Công nghệ sản xuâ't cồn

2.4.7 Tiến hành lên men:

4 7,7 Lên men giản đoạn:

'Quá trìnhỉènmennàydiễn ra trong một thùng •Thùnglỏn men cỏ lính chất chungnhưsau:

- Lúcnàymen giống và dịch đưòng đượcđổ song song vào

- Thời gian cho vào khoảng6-8hthì đầy thùng.Nhiệt độlênmennhỏhon

- Quá trình lên men về cuối có nhiệtđộphải là 28°c

Quy trình lên mennày có iru điểm là dễ xử lý khi bi nhiễm, tuy nhiên năngsuất thấp

- Tinh bột : 3 ngày - Rỉ đường : 2 ngày

Kiểm tra chất lượng: Cứ 8 h lấymẫu 1 lần

- Đo độ Brix đểđảm bảo lượng đưòng- sótít nhất

- Độ chua phảinhỏhon 0,8g H2SO4/I so với dịch lênmen

- Độ lên men còn lại càngthấp càng tốt

- Độ cồn: 6-9,5% V

2 4.7.2 Lên men liên tục

Quá trình lênmen liên tục đượcbiểuhiệntheo sơđồ dưới đây