Giáo trình công nghệ sản xuất bia rượu

Tổng quan về sản xuất rượu etylic, quy trình sản xuất bia, rượu. thiết bị cho mổi công đoạn sản xuất.Tổng quan về sản xuất rượu etylic, quy trình sản xuất bia, rượu. thiết bị cho mổi công đoạn sản xuất.Tổng quan về sản xuất rượu etylic, quy trình sản xuất bia, rượu. thiết bị cho mổi công đoạn sản xuất.

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình công nghệ sản xuất Bia, Rượu đã được tập hợp từ nhiều nguồn tài

liệu khác nhau để phục vụ chính cho đối tượng sinh viên, học sinh ngành Công nghệ

chế biến thực phẩm, công nghệ sinh học và có thể là tài liệu cho các ngành học khác tham khảo

Giáo trình gồm có hai phần:

Phần I: Công nghệ sản xuất rượu

Phần II: Công nghệ sản xuất bia

Trong mỗi phần giới thiệu nguyên liệu, qui trình sản xuất, điều kiện công nghệ

và thiết bị cho mỗi công đoạn

Mặc dù nhóm tác giả có nhiều cố gắng hoàn chỉnh giáo trình, tuy nhiên trong quá trình biên soạn chắc không thể tránh khỏi sai sót, chúng tôi rất mong nhận được

những ý kiến đóng góp để giáo trình được hoàn thiện hơn Chân thành cám ơn

Đà Nẵng tháng 12 năm 2010

Nhóm tác giả

PH ẦN I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC

Chương 1 KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU

Rượu là tên gọi chung để chỉ những hợp chất hữu cơ có nhóm định chức hydroxyl (OH) đính trực tiếp vào gốc alkyl (R) Rượu dùng để uống là ethanol (rượu etylic), công thức phân tử C2H6O, công thức cấu tạo: CH3-CH2-OH Thuật ngữ cồn dùng để chỉ dung dịch ethanol có nồng độ từ khoảng 50% V trở lên Cồn dùng để pha

chế đồ uống, dùng trong công nghiệp hóa chất, nhiên liệu thay thế xăng,…

Loài người đã biết sản xuất ra nước uống chứa ethanol bằng phương pháp lên men các nguồn nguyên liệu chứa glucid từ rất sớm Đến thế kỷ 12, ethanol đã được thu nhận từ sự chưng cất sản phẩm lên men quả cây Thế kỷ 13, ethanol trở thành hàng hóa và được ứng dụng trong công nghiệp dược Nhà máy rượu đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở Hà Lan vào năm 1800

Ở Việt Nam, nghề nấu rượu cổ truyền đã có từ rất lâu Ở đồng bằng, nhân dân

biết nuôi cấy và phát triển nấm mốc, nấm men tự nhiên trên môi trường thích hợp (bột

gạo và một số vị thuốc bắc) để lên men rượu từ các nguyên liệu chứa tinh bột đã được

nấu chín Ở miền núi, đồng bào dân tộc sản xuất rượu cần bằng cách dùng men tự nhiên có trong lá cây để lên men các loại nguyên liệu như ngô, khoai lang, sắn đã nấu chín Sản xuất rượu theo phương pháp công nghiệp bắt đầu vào khoảng cuối thế kỷ XIX, do người Pháp nghiên cứu công nghệ và xây dựng nhà máy Vào năm 1895, các nhà sinh học Pháp như Rouxii, Calmette, Boidin đã phân lập được một loài nấm mốc trong bánh men thuốc bắc và đặt tên là Mucor Rouxii Phương pháp sản xuất rượu sử

dụng loại nấm mốc đó gọi là phương pháp Amylomyces Rouxii, gọi tắt là phương pháp Amylo Người Pháp đã xây dựng các nhà máy sản xuất rượu từ nguyên liệu giàu tinh bột, chủ yếu là gạo theo phương pháp đó vào năm 1898 ở Hà Nội, Sài Gòn Sau này chúng ta đã nghiên cứu và thay thế phương pháp Amylo bằng phương pháp Mycomalt và hiện nay phổ biến dùng các chế phẩm enzyme thương phẩm trong công đoạn đường hóa

Trữ lượng các nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn đi nhanh chóng đã làm chuyển hướng ngành công nghiệp cồn sang sản xuất cồn nhiên liệu thay vì chủ yếu phục vụ công nghiệp đồ uống trước đây Công nghiệp cồn nhiên liệu của Brazin, Hoa kỳ, Trung Quốc, Thái lan,…hiện nay đã đạt được nhiều tiến bộ Brazin hiện có khoảng

500 nhà máy cồn, năng suất khoảng 16 tỷ lit/năm, không chỉ nhằm phục vụ trong nước mà còn xuất khẩu, chiếm 40% thị phần cồn thương mại toàn cầu Số lượng nhà máy cồn ở Hoa kỳ, Trung Quốc tăng nhanh Không chỉ giới hạn ở nước mía, rỉ đường, nguyên liệu giàu bột, một số nước như Nhật Bản, Hoa kỳ,… đã khởi động các chương trình sản xuất cồn từ sinh khối thực vật (biomass)

2 ỨNG DỤNG CỦA RƯỢU ETYLIC

Rượu etylic có vai trò quan trọng đối với các ngành công nghiệp, nó là nguyên liệu để sản xuất hơn 150 loại sản phẩm khác nhau Rượu etylic được ứng dụng trong các lĩnh vực:

- Công nghiệp thực phẩm

- Nhiên liệu thay chế xăng (biofuel)

- Công nghiệp Dược và Y tế

- Công nghiệp sản xuất hóa chất cơ bản

- Công nghiệp hóa mỹ phẩm

3 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA RƯỢU ETYLIC

3.1 Tính chất vật lý

- Tồn tại ở thể lỏng, không màu

- Nhẹ hơn nước và hòa tan vô hạn trong nước Khi tan trong nước kèm theo hiện tượng co thể tích và tỏa nhiệt

- Dễ bay hơi

- Phân tử lượng: M = 46,03 đvc

- Nhiệt độ sôi: 78,32 0C ở áp suất 760 mmHg

- Nhiệt độ bắt lửa: 120C, nhiệt độ đóng băng: -117 0

C

- Khi chưng cất ta chỉ thu được sản phẩm rượu có nồng độ là 95,57 % về khối lượng, vì tại đó hỗn hợp rượu - nước ở điểm đẳng phí; thành phần các cấu tử trong pha hơi tương tự như của pha lỏng và với phương pháp chưng cất thông thường ta không thể thu được rượu có nồng độ cao hơn 95,57 %

3.2.2 Tác d ụng với kim loại kiềm, kiềm thổ

Trong các phản ứng này ethanol được coi như là một acid yếu và tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ tạo thành các muối alcolate

Ví dụ:

2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2

2C2H5OH + Ca → (C2H5O)2Ca + H2

3.2.3 Tác d ụng với acid hữu cơ

Sản phẩm của phản ứng này là ester thơm Ví dụ:

Rượu etylic nguyên chất có tác dụng kích thích đối với tế bào da, nhất là đối với

bộ phận niêm mạc, có tác dụng rõ rệt đến sự hô hấp và tuần hoàn, hệ thần kinh Sự kích thích này gây hưng phấn thì gọi là say rượu Ngược lại có thể dùng rượu để kích thích hồi tỉnh khi người bị ngất hay bị yếu đột ngột

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC

4.1 Phương pháp lên men bằng vi sinh vật

Đây là phương pháp có từ lâu đời và phổ biến nhất hiện nay Nguyên liệu dùng

để sản xuất rượu theo phương pháp này phải chứa nhiều glucid Các công đoạn chính

để sản xuất rượu etylic từ phương pháp này là:

- Chế biến, xử lý nguyên liệu thành dịch đường để lên men

- Lên men dịch đường nhằm biến đổi đường thành rượu nhờ nấm men Sản

phẩm thu được gọi là dấm chín

- Chưng cất, tinh chế nhằm tách rượu ra khỏi dấm chín và nâng cao nồng độ rượu để nhận được cồn tinh khiết

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp khác nhau để chuyển hóa glucid thành đường lên men, còn giai đoạn lên men, chưng cất tinh chế thì hầu như chưa có thay đổi cơ bản về nguyên lý Do đó tên gọi của phương pháp sản xuất rượu dựa theo tên gọi của phương pháp chuẩn bị dịch lên men

4.1.1 Phương pháp maltase

Malt là hạt hòa thảo nẩy mầm Người ta dùng amylase có trong malt để thủy phân tinh bột thành đường để lên men

Ưu điểm: Thời gian đường hóa ngắn, chất lượng rượu tốt, thường có hương vị

đặc trưng, dễ chịu, ít bị nhiễm khuẩn

Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất là hiệu suất đường hóa không cao vì phức

hệ amylase không hoàn chỉnh, giá malt cao, tỷ lệ malt sử dụng so với nguyên liệu

tương đối cao, từ 8 ÷ 20 %

Hiện nay, phương pháp này không được sử dụng

4.1 2 Phương pháp acid

Sử dụng các acid như HCl, H2SO4 để làm xúc tác thủy phân tinh bột Đặc điểm

của phương pháp này là: giai đoạn hồ hóa và đường hóa tinh bột trong nguyên liệu được tiến hành đồng thời

Ưu điểm: Không những chuyển hóa triệt để tinh bột mà còn chuyển hóa một

phần cellulose và hemicellulose thành đường

Nhược điểm:

- Ngoài sản phẩm chính là đường lên men được còn tạo ra nhiều đường không lên men khác Khi đường hóa bằng acid, một số acid amin có trong nguyên liệu bị phá

hủy Sau khi đường hóa phải trung hòa acid bằng NaOH, Ca(OH)2, CaCO3, Các sản

phẩm của sự trung hòa sẽ gây trở ngại cho giai đoạn lên men và ảnh hưởng đến chất lượng rượu sau này

- Phải sử dụng thiết bị chịu acid đắt tiền

- Hiệu suất thu hồi thấp hơn so với của các phương pháp khác

- Bã rượu sản xuất theo phương pháp acid dùng chăn nuôi cũng không tốt Ngày nay hầu như không sử dụng phương pháp pháp acid trong sản xuất rượu

đối với nguyên liệu giàu chất bột

4.1.3 Phương pháp men thuốc bắc (MTB)

Viên men thuốc bắc (MTB) gồm tinh bột sống có thêm những vị thuốc bắc có

nấm mốc và nấm men được nuôi cấy và phát triển Theo phương pháp MTB thì nguyên liệu chứa tinh bột (gạo) không cần phải nghiền mịn và nấu thành dạng cháo mà

chỉ cần nấu chín như nấu cơm (cũng chính điều này làm hạn chế tác dụng của enzyme lên tinh bột nên hiệu suất đường hóa thấp) Gạo sau khi nấu chín được trải ra trên các nong sạch để làm nguội rồi trộn với MTB đã nghiền thành bột, tỷ lệ MTB dùng so với

gạo là 1,5 – 2,5% Sau đó, cho vào các thúng và phủ vải phía trên để ủ

Quá trình đường hóa và rượu hóa xảy ra đồng thời Tuy nhiên trong 2 – 3 ngày đầu thì quá trình đường hóa chiếm ưu thế Quá trình rượu hóa xảy ra mạnh hơn khi cho cơm đã ủ vào các chum, vại rồi thêm nước sạch vào ngập khối nguyên liệu (thông thường 2 – 3 lít nước sạch /1kg gạo), ủ tiếp từ 2 – 3 ngày Trong sản xuất lớn người ta

bổ sung thêm những nấm men đã được nuôi cấy thuần khiết Sau khi ủ xong thì đem

hỗn hợp đi cất rượu

Nhược điểm: Độ acid trong dịch lên men cao, dễ nhiễm tạp khuẩn, khó cơ giới

hóa, hiệu suất thu hồi rượu thấp (60 – 70%)

4.1.4 Phương pháp Amylomyces – Rouxii (Mucor Rouxii)

Đặc điểm phương pháp này là sử dụng nấm mốc và nấm men nuôi cấy thuần khiết và riêng biệt Sau đó cho phát triển tiếp tục trên môi trường cần lên men giàu

chất dinh dưỡng (thường là gạo) trong điều kiện vô trùng tuyệt đối, có sục khí ở những giai đoạn cần thiết để thực hiện quá trình đường hóa Một chu kỳ sản xuất gồm các giai đoạn sau đây diễn ra tuần tự: Chuẩn bị thiết bị → Nấu chín khối nguyên liệu → Làm nguội khối nấu đạt nhiệt độ 38 – 39 0C→ Phát triển nấm mốc và thực hiện đường hóa → Thực hiện rượu hóa cho đến khi kết thúc Tất cả các giai đoạn đó diễn ra trên cùng một thiết bị kín, vô trùng tuyệt đối

Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi cao, dễ cơ giới hóa, tự động hóa, ít lao động thủ

công

Nhược điểm: Chu kỳ sản xuất dài (8 - 10 ngày), khó bảo đảm vô trùng, đòi hỏi

nguyên liệu phải giàu dinh dưỡng, khi thay đổi nguyên liệu phải thay đổi chủng nấm men, nấm mốc

4.1.5 Phương pháp Mycomalt

Mycomalt là chế phẩm thô của nấm mốc, được nuôi cấy trên bề mặt của môi trường đặc gồm cám hoặc bột ngô và trấu Lượng chế phẩm thô dùng để đường hóa khá lớn, 10 - 12% so với khối lượng nguyên liệu Lượng canh trường men sử dụng trong giai đoạn rượu hóa khoảng 10% thể tích dịch lên men dấn đến quá trình lên men

diễn ra nhanh chóng

Ưu điểm (So với phương pháp amylo): Ít bị chua nhiễm, không đòi hỏi chế độ

vô trùng nghiêm ngặt Rút ngắn được chu kỳ sản xuất Không kén chọn nguyên liệu Thích hợp qui mô sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ

Nhược điểm: Cần nhiều bột ngô, trấu để chế tạo mycomalt Cần nhiều diện tích

để nuôi cấy mốc Thao tác vất vả, nuôi cấy giống phức tạp Cần nhiều thiết bị đường hóa, lên men Cần có máy lạnh để làm nguội nhanh dịch đường từ 600

C xuống 300

C

4.2 Phương pháp tổng hợp hóa học

Nguyên liệu chính để tổng hợp rượu etylic là etylen Hai phương pháp trong công nghiệp tổng hợp rượu etylic từ etylen là:

- Thủy phân etylen bằng acid sunfuric, phương pháp này trải qua hai giai đoạn, giai đoạn đầu sunfat hóa etylen thành mono và dietylsunfat Tiếp sau đó thủy phân chúng để nhận được rượu etylic và acid sunfuric

- Phương pháp thủy phân trực tiếp etylen, phương pháp này thực hiện bằng cách đính trực tiếp phân tử nước vào phân tử etylen trên bề mặt chất xúc tác

Câu h ỏi ôn tập chương 1

Câu 1: So sánh tính chất bay hơi, nhiệt độ sôi của rượu etylic và nước tại cùng áp suất

Chương 2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC

1 YÊU C ẦU ĐỐI VỚI NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu cung cấp cơ chất cho quá trình lên men: Bất kỳ loại thực vật nào

có chứa glucid với hàm lượng khá lớn đều có thể dùng để cung cấp đường để lên men rượu etylic Tuy nhiên, khi chọn một loại nào đó cần xem xét đến các yêu cầu sau:

- Chứa nhiều glucid

- Trữ lượng lớn và tập trung, giá rẻ

- Bảo quản và sử dụng không quá phức tạp

- Trang thiết bị để sản xuất không quá phức tạp, chất lượng rượu sản xuất ra bảo đảm tiêu chuẩn qui định

Bên cạnh nguồn nguyên liệu cung cấp cơ chất lên men, nước là nguyên liệu được sử dụng với lượng lớn và không thể thiếu trong sản xuất rượu

2 NGUYÊN LI ỆU CHỨA NHIỀU TINH BỘT

Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu nước ta thường dùng là sắn, sau đó

là ngô và một phần gạo hoặc tấm

Củ sắn có 3 phần chính: vỏ, thịt củ và lõi; ngoài ra còn có cuống và rễ củ Trong đó, thịt củ chiếm tỷ lệ 90 - 95% so với khối lượng củ và là phần có giá trị nhất

Thịt củ chứa nhiều tinh bột, ít protein và lipid Thịt củ chứa ít độc tố và polyphenol hơn so với vỏ củ và lõi

Thành phần của củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 - 30%, protein 0,8 – 1,2%, chất béo 0,3 – 0,4%, cellulose 1 – 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 - 0,3% và nước 60 – 74,2%

Ngoài các chất kể trên, trong sắn còn có một lượng vitamin và độc tố Vitamin trong sắn thuộc nhóm B, trong đó B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, còn B6 0,06mg

% Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến

Độc tố trong củ sắn có tên chung là phaseolunatine, gồm 2 glucoside là linamarin và lotaustralin Hàm lượng độc tố trong củ sắn phụ thuộc vào giống, đất đai

Bản thân phaseolunatine không độc, chỉ khi nó bị thủy phân sẽ tạo ra chất HCN mới gây ngộ độc cho người.Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của một số nguyên liệu

Thành phần Sắn khô (%) Gạo tẻ (%) Tấm (%) Ngô vàng (%) Ngô đá(%) Nước

11 69,2 7,3 0,9 1,2 0,5

11,5 41,0 5,3 17,7 2,0 22,5

12,5 68,4 8,3 1,6 5,1 4,1

13,0 72,6 7,2 1,1 4,1 2,0

Sắn có hàm lượng tinh bột cao, lipid thấp và đặc biệt là phân tử lượng của amylopectin không lớn nên là nguyên liệu rất tốt để sản xuất rượu Tuy nhiên, sắn có ít

chất dinh dưỡng cần thiết cho nấm men nên cần phải bổ sung các chất chứa nitơ, muối khoáng trong quá trình nuôi cấy nấm men

3 R Ỉ ĐƯỜNG

3.1 Thành ph ần hóa học

Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường chiếm

từ 3 ÷ 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất Tỷ lệ này phụ thuộc vào chất lượng mía

và công nghệ sản xuất

Thành phần rỉ đường gồm: Đường lên men được, các hợp chất hữu cơ, các chất

vô cơ Thành phần của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, đất đai, điều kiện trồng trọt, phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản, công nghệ sản xuất, v.v Thông thường rỉ

đường có 15 ÷ 20% nước và 80 ÷ 85% chất khô Trong các chất khô thì đường chiếm

tới trên 55%, bao gồm saccharose 30 ÷ 35%, đường glucose và fructose khoảng 20 ÷

25%, còn lại dưới 45% bao gồm chất vô cơ chiếm khoảng 15 ÷ 20%, chất hữu cơ

khoảng 25 – 30% Chất hữu cơ trong rỉ đường bao gồm chất hữu cơ có chứa N và chất

hữu cơ không chứa N

Chất hữu cơ không chứa N bao gồm: Pectin và các sản phẩm phân hủy của pectin chiếm khoảng 3%, các sản phẩm phân hủy của đường như caramel, melanoidin chiếm khoảng 1,7%, các acid hữu cơ như acid formic, acid oxalic, acid lactic chiếm khoảng 2,5% so với rỉ đường Acid aconitic chiếm phần lớn chất không đường hữu cơ, vào khoảng 5% so với lượng chất không đường hữu cơ

Chất hữu cơ có chứa N bao gồm: Các acid amin và một số protein Tổng lượng

chất hữu cơ chứa N có trong rỉ đường vào khoảng 1,68 ÷ 3,33% so với rỉ đường

Vitamin gồm nhiều loại: Thiamin, Riboflavin, acid nicotinic, acid pantothenic, acid folic, pyridoxin, biotin

Trong rỉ đường còn chứa một lượng vi sinh vật có hại, trong đó nguy hiểm nhất

là vi khuẩn lactic và acetic Mức độ nhiễm khuẩn được xác định bằng sự tăng độ chua khi mật rỉ “tự lên men” Sự nhiễm vi sinh vật ảnh hưởng tới chất lượng rỉ đường, làm

giảm hiệu suất tổng thu hồi

pH và độ đệm của mật rỉ: pH của rỉ đường phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất

và phương pháp sản xuất Với rỉ đường sản xuất bằng phương pháp sunfit hóa thì pH = 5,5 – 6,2 Độ đệm được biểu thị bằng thể tích dung dịch H2SO4 1N cần thiết để điều

chỉnh dung dịch gồm 100 gam mật rỉ và 100 gam nước đến pH = 4,5 Độ đệm dao động từ 15 – 45

3.2 B ảo quản rỉ đường

Rỉ đường được bảo quản trong các bồn chứa hình trụ bằng thép hoặc bằng bêtông cốt thép, thể tích bình chứa được tính toán sao cho đủ sản xuất ít nhất được 3

tháng Thông thường bồn chứa có thể tích khoảng 600 ÷ 5000 m3

nhất, bảo đảm chất lượng rỉ đường đồng đều trước khi đưa vào sản xuất

Trong quá trình bảo quản thì khối lượng rỉ đường giảm xuống, trong đó chủ

yếu là sự bay hơi nước Bình quân giảm 0,2 %/tháng

Khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường đạt > 75% thì lượng nấm men dại, vi khuẩn tạo thành acid rất ít, chất lượng rỉ đường giảm không đáng kể trong suốt thời gian bảo quản Nếu hàm lượng chất khô trong rỉ đường < 70% thì sự tổn thất đường

lên tới 1,3% khối lượng rỉ đường Tổn thất rỉ đường tăng mạnh khi nồng độ < 40% Ngoài ra trong quá trình bảo quản cũng xảy ra phản ứng giữa acid amin và đường khử tạo thành melanoidin, phản ứng này xảy ra vừa làm mất đường vừa làm hao hụt acid amin, ảnh hưởng không tốt đến sự phát triển của nấm men sau này

Để tránh hiện tượng vi sinh vật phát triển, trong quá trình bảo quản cần giữ cho

rỉ đường không bị pha loãng Muốn vậy, bồn chứa rỉ đường phải đậy kín không để nước mưa bên ngoài xâm nhập và hạn chế dùng nước rửa Đồng thời dùng các chất sát trùng như formol, Na2SiF6 với tỷ lệ 0,015 ÷ 0,02 % so với khối lượng rỉ đường

4 NƯỚC

Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau Nước được dùng để xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha loãng môi trường, làm nguội, vệ sinh thiết bị và nhà xưởng, dùng cho sinh hoạt, cung cấp cho lò hơi Thành phần, tính chất hóa lý và chất lượng nước có ảnh hưởng trực tiếp tới kỹ thuật sản xuất và chất lượng sản phẩm

4.1 Các thông s ố đánh giá chất lượng nước

4.1.1 Độ màu

Độ màu do các humid, các hợp chất keo của sắt, vi sinh vật, thực vật (rong, tảo) gây nên Nước càng trong (độ màu thấp) chất lượng càng cao

4.1.2 Mùi và v ị

Mùi và vị của nước phụ thuộc vào thành phần các chất có trong nước và chủ

yếu là các hợp chất hòa tan nhất định Vị của nước có thể là mặn, chua, hơi ngọt hoặc cay nhẹ Mùi của nước có thể là mùi tự nhiên tạo nên (như mùi bùn, đất, vi sinh vật, phù du, cỏ dại hay xác vi sinh vật…) hoặc các mùi nhân tạo khác như mùi chlor, phenol… khi khai thác, xử lý nước gây nên

4.1.3 N ồng độ sắt và các thành phần khác

Sắt trong nước thường tồn tại dưới dạng Fe2+

hay Fe3+ Nước ngầm thường có

ở dạng Fe2+ hòa tan, nước bề mặt thường ở dạng keo hay các hợp chất hoặc có thể ở

dạng oxid-humid sắt Hàm lượng sắt trong nước càng ít càng tốt, vì sắt là nguyên nhân chính gây nên các ảnh hưởng xấu như tạo màu, tạo mùi tanh khó chịu, đục cho nước Các hợp chất chứa N như: HNO3, HNO2, NH3, … Sự có mặt các hợp chất này

chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và cũng có thể do các hợp chất vô cơ gây ra

Chỉ số sinh học: Đặc trưng cho sự xâm nhập và phát triển của các loại vi sinh

vật, thực vật (rong, tảo,…) có trong nước Chỉ số sinh học bằng số lượng vi sinh

vật/1ml nước Cần chú ý chỉ số E.coli, tổng số vi sinh vật hiếu khí

4.2 Yêu c ầu chất lượng nước

Trong công nghệ sản xuất rượu, yêu cầu chất lượng nước giống như nước sinh

hoạt, phải trong suốt, không màu, không mùi Hàm lượng muối không vượt quá yêu

cầu sau (mg/l): Cl

-: 0,5; SO4-2: 80; As: 0,05; Pb: 0,1; F: 3; Zn: 5; Cu: 3; Fe: 0,3; NO3- :

40 Không cho phép có NH3 và muối của acid nitric (HNO3)

Không có hoặc chỉ có vết của các muối kim loại nặng như Hg, Ba ,… Khả năng ôxy hóa 1 lít nước không quá 2ml dung dịch KMnO4 0,01N Chất cặn không vượt quá 1000mg/l

Khi nấu nguyên liệu, độ pH của nước có ảnh hưởng đến quá trình phá vỡ tế bào tinh bột Nước kiềm tính nấu nguyên liệu không tốt và vi sinh vật có hại dễ phát triển,

quá trình lên men, nếu pH > 7 sẽ thúc đẩy quá trình tạo thành glycerin

Trong thực tế, nếu nước dùng để nấu nguyên liệu có độ cứng cao quá, thường

phải dùng acid sunfuric để trung hòa Nước dùng để chế biến dịch có độ cứng cao quá 8mg/l cũng cần acid hóa đến pH 4,5 – 5,0 là pH thích hợp cho amylase hoạt động

Một qui trình xử lý nước thường là sự phối hợp của các quá trình sau:

* Bão hoà không khí : Tạo điều kiện để ôxy xâm nhập vào nước, ôxy hóa các

chất gây mùi, màu, một số chất vô cơ và tạo điều kiện để các chất gây mùi thoát khỏi

nước; thường thực hiện bằng cách phun nước qua các “giàn mưa”

* L ắng trong: Quá trình được thực hiện tại các bể nhân tạo hoặc tự nhiên,

được tăng cường bằng cách bổ sung chất trợ đông kết, như vôi, phèn (muối nhôm sulphate, sắt sulphate) Các hạt huyền phù dần dần lắng xuống và tách ra khỏi nước

Lắng chỉ tách được khoảng 60 – 70% chất lơ lửng trong nước

* Lọc: Đây là phương pháp chủ yếu để loại bỏ chất lơ lửng trong nước Vật liệu

lọc thường dùng là cát hoặc bột diatomite Các hạt huyền phù được giữ lại ở bên trên, còn nước sạch chảy qua lỗ

* Chlorine hóa: đưa vào nước các chất có thể giải phóng Cl nguyên tử nhằm ôxy hóa các vật chất hữu cơ và khử trùng nước

* Xử lý than hoạt tính: Cho nước đi qua tháp chứa than hoạt tính để hấp phụ

các chất mùi, khí, chất hữu cơ, chất màu

* Ozone hóa: ôxy hóa chất hữu cơ, vi sinh vật bằng hỗn hợp khí giàu ozone

* Khử khoáng: Thực hiện với các mức độ khác nhau bằng các phương pháp

hóa học; khi cần khử khoáng triệt để có thể dùng phương pháp trao đổi ion hoặc thẩm

- Phương pháp nhiệt: Đun nước lên ít nhất 850C, bơm qua giàn phun và hút chân không để tách khí; nhược điểm là chi phí cao

- Phương pháp khử bằng hydrogen: Sục khí hydro vào dòng nước chảy qua bột paladium xúc tác, ôxy sẽ phản ứng với hydro tạo ra nước; hiệu quả kinh tế cao

* Kh ử trùng

- Kh ử trùng bằng Chlorine: Chlorine tác dụng với nước tạo ra acid

hipochlorous (HOCl) không bền, sẽ phân hủy để tạo ra ôxy nguyên tử Ôxy nguyên tử làm biến đổi chức năng màng tế bào do đó tiêu diệt vi sinh vật

Cl2 + H2O = HOCl + HCl

Ưu điểm: thiết bị, hóa chất rẻ

Nhược điểm: nếu nước có chứa phenol và các chất hữu cơ thì sẽ tạo ra các hợp

chất chlor-hữu cơ, chlor-phenol, … độc hại; chlorine dư sẽ gây mùi cho nước

- Kh ử trùng bằng tia cực tím: Tia cực tím là sóng điện từ cao năng có tác dụng

làm biến đổi tính chất sinh học của các tổ chức sống Khử trùng bằng cách cho dòng nước chảy dưới bức xạ cực tím là phương pháp sạch, tuy vậy hiệu quả tiêu diệt vi sinh

vật giảm nhanh khi tăng độ dày lớp nước xử lý hoặc khi nước đục

- Kh ử trùng bằng ozone (03): Ozone được tạo ra từ ôxy trong quá trình phóng tia lửa điện Ozone không bền, sẽ phân hủy giải phóng ôxy nguyên tử và diệt khuẩn theo cơ chế gần với của chlorine Khử trùng bằng ozone là phương pháp sạch và có độ tin cậy cao, tuy nhiên thiết bị có chi phí đầu tư và vận hành cao

- L ọc khử trùng: Nguyên tắc là dùng vật liệu lọc có mao quản lọc đủ nhỏ để giữ

lại tất cả vi sinh vật Đây cũng là phương pháp sạch nhưng chi phí hoạt động cao

* Gi ảm độ kiềm

Nguyên tắc là khử độ cứng carbonate; tăng độ cứng phi carbonate; hoặc đồng

thời cả 2 quá trình trên

+ Phương pháp gia vôi: khử hàm lượng CO3

tan nhờ tạo kết tủa muối carbonate calcium Ưu điểm là đơn giản, chi phí hóa chất thấp, có thể tách loại được cả

2-sắt, mangan và một phần kim loại nặng Tuy vậy, phải có công đoạn loại bỏ kết tủa và yêu cầu định lượng chính xác lượng vôi sử dụng Phương pháp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

+ Acid hóa: Dùng acid để phá hủy ion carbonate Hiện nay, việc dùng các chế

phẩm chứa acid lactic để khử độ cứng đang là xu hướng tiên bộ của các nhà máy sử

và Mg2+để làm mềm nước, ta dùng nhựa trao

đổi ion dương, gọi là cationit

2 R-H + Ca2+ = R2Ca + 2 H+

2 R-H + Mg2+ = R2Mg + 2 H+

Nếu sau khi cho nước đi qua cột chứa cationit lại cho đi qua tiếp cột chứa nhựa

anionit thì sẽ tiếp tục khử được các anion, ví dụ khử ion Cl

-: R-OH + Cl- = R-Cl + OH-

Như vậy bằng việc sử dụng nhựa trao đổi ion có thể thu được nước sạch khoáng

chất tương đương nước cất, đủ tiêu chuẩn cấp cho lò hơi

-Th ẩm thấu ngược

Về bản chất, là một quá trình lọc màng Sử dụng màng lọc thích hợp có thể giữ

lại được tất cả các pha phân tán, chất hòa tan và chỉ cho nước đi qua Phương pháp này

giúp loại bỏ được tất cả chất hòa tan hoặc loại bỏ có chọn lọc thông qua việc chọn vật

liệu làm màng thẩm thấu

Câu h ỏi ôn tập chương 2

Câu 1: Các yêu cầu căn bản để chọn nguyên liệu sản xuất rượu etylic là gì? Trong

thực tế vì sao ta thường chọn nguyên liệu sắn để sản xuất rượu etylic?

Câu 2: Cơ sở nào để ta chọn rỉ đường làm nguyên liệu sản xuất rượu etylic? Vì sao nói

rỉ đường khi bị nhiễm khuẩn sẽ làm giảm hiệu suất tổng thu hồi?

Câu 3: Trong quá trình bảo quản, có sự thay đổi đáng kể nào trong rỉ đường? Sự thay đổi này ảnh hưởng đến chất lượng của rỉ đường ra sao?

Câu 4: Sự tồn tại các ion Fe2+

, Fe3+trong nước có ảnh hưởng gì đến chất lượng nước?

pH của nước bao nhiêu là thích hợp? Nếu pH cao sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình sản xuất?

Câu 5: Trình bày nguyên tắc chung và các giai đoạn trong xử lý nước?

Chương 3 CHUẨN BỊ DỊCH LÊN MEN

1 CHU ẨN BỊ DỊCH LÊN MEN TỪ NGUYÊN LIỆU CHỨA NHIỀU TINH BỘT 1.1 Nghi ền nguyên liệu

Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô Trước đây nguyên liệu đưa vào nấu rượu thường để nguyên dạng hạt hoặc lát to, ngày nay nguyên liệu được nghiền nhỏ

với mức độ khác nhau rồi đưa vào nấu ở áp suất cao và nhiệt độ phù hợp nhằm biến tinh bột thành dạng hòa tan

Hiện nay nguyên liệu được nghiền trên nhiều kiểu máy khác nhau Ở nước ta thường dùng máy nghiền búa Muốn nghiền nhỏ ta dùng búa mỏng có chiều dày 2 đến

3 mm, khi nghiền thô dùng búa có chiều dày 6 đến 10 mm Tốc độ quay của búa 75 –

80 m/s (tương đương 2750 vòng/phút) Khi nghiền, các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy ra ngoài, phần lớn chưa lọt qua rây được tiếp tục nghiền nhỏ Năng suất của máy còn phụ thuộc vào mức độ nghiền và kích thước rây Lỗ rây bé thì năng suất

giảm, mặt rây nhanh bị hỏng Tùy theo chế độ nấu mà thay kích thước lỗ mặt rây Với

sắn khô khi nấu ở áp suất thường có dùng α-amylaza chịu nhiệt, nghiền càng mịn càng

trạng thái không hòa tan thì amylase tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả

Vì vậy, mục đích của nấu nguyên liệu giàu tinh bột là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột và biến đổi tinh bột sang trạng thái hòa tan trong nước

Trong quá trình nấu, phần lớn màng tế bào của nguyên liệu chưa nghiền vẫn giữ nguyên cấu trúc của chúng Cấu trúc của tế bào chỉ bị phá vỡ khi khuấy trộn hoặc khi phóng khối nguyên liệu đã nấu (còn gọi là khối cháo) ra khỏi nồi nấu qua van hẹp Do

áp suất bên ngoài tế bào giảm, làm cho nước trong tế bào tự bốc hơi mạnh, thể tích tế bào tăng lên đồng thời do va chạm giữa tế bào và van chắn nhờ đó màng tế bào bị xé nát và tinh bột được giải phóng

Trước đây, người ta nấu nguyên liệu tinh bột ở chế độ “mềm” là 135 – 1380

C

hoặc chế độ “cứng” là 145 – 1550

C Hiện nay, nhiều nhà máy đã áp dụng công nghệ

nấu mới có sự hổ trợ của chế phẩm enzyme nên nhiệt độ khối nấu cao nhất cũng chỉ

Vì vậy, muốn phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu để tinh bột thoát ra ngoài màng tế bào một cách dễ dàng và tiết kiệm năng lượng, cần kết hợp nghiền và xử lý

nhiệt ẩm đối với nguyên liệu

* S ự trương nở và hòa tan tinh bột

Trương nở là tính chất của những chất rắn cao phân tử có khả năng hút dung môi để tăng thể tích Khi cho nguyên liệu tinh bột tiếp xúc với nước, các phân tử nước

có kích thước phân tử nhỏ nên chúng xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột Các phân tử nước sẽ tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột làm yếu một số liên kết trong phân tử tinh bột, phân tử tinh bột bị “rão” ra và bị trương lên Khi nhiệt độ tăng

lên, các liên kết trong phân tử tinh bột bị đứt càng nhiều sẽ dẫn đến quá trình trương

nở không hạn chế, nghĩa là tinh bột bị hòa tan, chuyển thành dạng dung dịch Quá trình trương nở luôn xảy ra trước quá trình hòa tan

Ở nhiệt độ bình thường, tinh bột hấp thụ 25-50% nước mà hạt chưa trương Khi nhiệt độ tăng, liên kết hydro giữa phân tử của tinh bột bị phá vỡ Ví dụ ở 600

C tinh bột ngô hấp thụ 300% nước so với khối lượng ban đầu, khi ở 700

C thì hấp thụ 1000% nước và khi trương cực đại tinh bột có thể hấp thụ đến 2500% nước Nhiệt độ để phá

vỡ lực liên kết giữa các nhóm phân tử trong tinh bột, làm cho cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ chuyển thành trạng thái dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa

Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Kích thước hạt tinh bột, loại nguyên liệu

- Sự hiện diện của các chất điện giải trong dung dịch Các muối kiềm và muối trung tính làm giảm nhiệt độ hồ hóa; các chất đường thì ngược lại

- Nồng độ tinh bột và tốc độ tăng nhiệt

Bảng 3.1 Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột

Loại tinh bột Nhiệt độ ban đầu

(0C)

Nhiệt độ trung bình

(0C)

Nhiệt độ cuối (0C) Ngô

52

58

66

68 74,5 62,5

Khi làm nguội dung dịch hồ tinh bột đến 550

C thì xảy ra hiện tượng thoái hóa tinh bột làm cho amylase không tác dụng được Vì vậy trong quá trình nấu nguyên liệu

cần tránh hiện tượng này

* Bi ến đổi của hemicellulose, cellulose và pectin

Trong quá trình nấu với môi trường acid yếu, cellulose không bị thủy phân Hemicellulose cấu tạo chủ yếu từ pentosan có bị thủy phân một phần Sự thủy phân này bắt đầu từ khi chuẩn bị dịch bột do tác dụng của cytase chứa trong nguyên liệu và được tiếp tục trong quá trình nấu do tác dụng của ion H+

và nhiệt độ cao Kết quả là

tạo ra một lượng nhỏ dextrin và các hợp chất có phân tử thấp, kể cả đường 5 carbon như arabinose và cylose

Bị thủy phân nhiều hơn cả là các chất pectin (là ester của acid polygalacturonic

và methanol)

* Các bi ến đổi hóa học của tinh bột và đường

- S ự biến đổi tinh bột

Một lượng nhỏ tinh bột biến thành đường và dextrin do tác dụng của amylase

chứa trong nguyên liệu Theo Askinydi, khi nâng nhiệt độ lên đến 600

C ở trong khoảng 15 phút, trong khối nấu của hạt kê đã có gần 8% chất khử Sự tạo đường trong

khối nấu nguyên liệu là không mong muốn Đường sẽ bị chuyển hóa khi khối nấu được tiếp tục nấu ở nhiệt độ cao, tạo ra caramel, furfurol, oxymethyl furfurol và melanoidin

Để giảm tổn thất này, trong quá trình nấu, hạn chế tối thiểu thời gian dừng ở vùng nhiệt độ 50 – 600

C

Sự thủy phân tinh bột xảy ra dưới sự xúc tác của ion H+

có diễn ra nhưng ở mức

độ không lớn Theo V.A.Sminov, nấu bột khoai tây ở pH 6,5 ở các chế độ nấu khác

nhau, hàm lượng đường glucose tăng chưa đến 0,5%

- S ự biến đổi các chất đường

Trong nguyên liệu chứa sẵn một lượng đường nhất định, bao gồm các loại: glucose, fructose, saccharose, maltose

Trong quá trình nấu, các loại đường có trong khối nấu bị phân hủy do các phản ứng caramel, melanoidin, tạo thành oxymethylfurfurol Một phần oxymethylfurfurol ngưng kết tạo ra chất màu vàng

1.2.3 Phương pháp nấu

Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo một trong ba cách: gián đoạn, bán liên

tục hoặc liên tục Tuỳ theo điều kiện trang thiết bị, mỗi nước, mỗi cơ sở sản xuất có

thể chọn cho mình phương pháp này hay phương pháp khác phù hợp, nhằm đạt hiệu

quả cao nhất trong hoàn cảnh cho phép

a Phương pháp nấu gián đoạn

* Nấu gián đoạn trong nồi kiểu nằm ngang

1 Ph ễu ngâm nguyên liệu

2 C ửa nạp nguyên liệu vào nồi nấu

Cho nước vào nồi nấu với tỷ lệ 3,5 – 4 lit/kg nguyên liệu, cho cánh khuấy làm

việc rồi từ từ đổ bột nguyên liệu vào Bột nguyên liệu có thể là bột ngô, bột khoai, bột

sắn, bột mì, Tất cả được cho vào phểu (1) Acid H2SO4 hoặc HCl đã pha loãng có

nồng độ 30 Be ở bình chứa bằng nhựa hoặc thép không rỉ (13) cho xuống phễu theo tỷ

lệ qui định Hỗn hợp nguyên liệu được trộn đều ở phễu, ở đây có thể gia nhiệt hỗn hợp đến nhiệt độ 40 – 450

C bằng hơi nước Thời gian hỗn hợp lưu lại ở phễu phụ thuộc vào

thời gian nấu của nguyên liệu đó, khoảng 50 – 90 phút

Trước khi tháo hỗn hợp xuống nồi nấu (3) qua cửa nạp nguyên liệu (2), người ta

phải mở vào nồi một ít hơi để tránh khối nấu làm tắt ống hơi (10) Thời gian tháo xong

hổn hợp 3 – 5 phút Cho hỗn hợp vào nồi xong đóng chặt nắp (2) Tiếp tục mở hơi từ

từ sao cho đồng hồ áp kế chỉ vạch qui định khoảng 20 – 30 phút Nếu mở hơi nhanh quá hỗn hợp dễ bị vón cục, có thể xảy ra hiện tượng “thủy kích” gây ra tiếng động lớn

và rung động thiết bị Thời gian nâng áp lực càng lâu càng tốt nhưng có nhược điểm là kéo dài thời gian nấu và làm loãng khối nấu

Khi trong nồi đạt áp lực qui định, đóng bớt hơi và giữ cho áp lực trong nồi không dao động quá lớn Suốt thời gian này, van hơi thừa (8) phải mở để đẩy hết khí không ngưng và các chất khí khác sinh ra trong quá trình nấu Nếu van (8) không mở thì nấu lâu chín, nếu mở lớn quá thì tổn thất hơi sẽ nhiều và khối nấu có thể bị kéo theo ra ngoài Thời gian nấu nguyên liệu dài hay ngắn phụ thuộc vào từng loại nguyên

liệu Ví dụ ngô thời gian nấu 80 – 90 phút, áp lực 4 – 4,2 kG/cm2

; với khoai, sắn lát khô thời gian nấu 40 - 50 phút, áp lực 3,5 – 3,8 kG/cm2

Trước khi phóng khối nấu sang thùng hầm nhừ hoặc thùng đường hóa, phải lấy

mẫu kiểm tra chất lượng ở van (11) Khi lấy mẫu thường lấy sớm trước thời gian qui định 3 - 5 phút để quyết định thời gian phóng khối nấu đi Thời gian phóng khối nấu càng nhanh càng tốt, tế bào tinh bột bị phá vở nhanh hơn, thực tế thời gian phóng khối

nấu từ 15 - 20 phút Khi áp kế chuyển về “zero” tức là khối nấu chuyển đi hết, người ta

dẫn thêm một ít hơi để làm sạch ống dẫn

Toàn bộ thời gian từ khi cho hỗn hợp khối nấu xuống nồi đến khi khối nấu chuyển hết sang nồi hầm nhừ hay đường hóa gọi là chu kỳ nấu Chu kỳ nấu gồm 4 giai đoạn :

- Xuống nguyên liệu;

- Nâng áp lực;

- Nấu chín (om);

- Phóng khối nấu

Để rút ngắn chu kỳ nấu, chỉ có thể rút ngắn giai đoạn thứ 1 và giai đoạn thứ 4

Ưu, nhược điểm của thiết bị nấu gián đoạn, kiểu thiết bị nằm ngang:

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo Thao tác công nghệ không phức tạp,

nếu một thiết bị gặp sự cố thì các thiết bị khác và dây chuyền vẫn hoạt động bình thường Có thể nấu được bất cứ loại nguyên liệu nào

Nhược điểm:

Năng suất thấp, chất lượng khối nấu không đồng đều Tiêu tốn năng lượng nhiều vì phải cho khối nấu hoạt động liên tục và không tận dụng được hơi thứ Công nhân thao tác nặng nhọc Chiếm nhiều diện tích lắp đặt thiết bị Thiết bị dễ bị hư hỏng

do nhiệt độ cao và môi trường có acid

* N ấu gián đoạn trong nồi kiểu đứng

1.N ồi nấu sơ bộ

2 Động cơ giảm tốc cánh khuấy

8 Ống dẫn hơi vào nồi nấu

9 Ống lấy mẫu kiểm tra

10 Cửa thông tắt van

11 Van tháo khối nấu

12 Ống nước nóng

13 Lớp kim loại bảo vệ phần đáy nồi

14 Nhiệt kế

Hình 3.2 Sơ đồ nồi nấu kiểu đứng

Nguyên liệu gồm bột, nước, acid cho vào nồi nấu sơ bộ Nhiệt độ nồi nấu sơ bộ tùy thuộc loại nguyên liệu: ngô 70 - 750

C, sắn 60 - 650

C, bột mì 60 – 650C Hơi cung

cấp cho nồi nấu sơ bộ được lấy từ hơi thứ bốc ra ở nồi nấu chín, có khi sử dụng thêm hơi nước từ nguồn chính của nồi hơi Ở nồi nấu sơ bộ phải chú ý tránh hiện tượng vốn

cục hoặc để nhiệt độ lên cao quá làm đóng bánh hoặc độ nhớt tăng cao, khó tháo

xuống nồi nấu chín Thời gian lưu hỗn hợp ở nồi nấu sơ bộ phụ thuộc vào thời gian nồi

nấu chín, thường 50 - 70 phút Hỗn hợp nguyên liệu tháo xuống nồi nấu chín (4) nhờ van (3) Trước khi tháo hỗn hợp nguyên liệu xuống nồi nấu chín phải mở hơi vào các ống hơi (8) để tránh nguyên liệu lọt vào làm tắt ống hơi Không nên mở hơi quá nhiều làm tăng áp lực trong nồi sẽ làm cho hỗn hợp từ nồi nấu sơ bộ có thể không xuống được Do đó cần mở hơi chậm khi cho hỗn hợp xuống

Ở nồi nấu chín (4) không có hệ thống cánh khuấy, nên cứ 5 - 10 phút ta mở

thật mạnh van xả khí không ngưng để làm giảm áp lực trong nồi đột ngột từ 4 – 4,5 kG/ cm2 xuống 3,5 – 4 kG/cm2

gây chênh lệch áp suất làm cho khối nấu bị đảo trộn

mạnh, sau đó lại nâng áp lực đúng qui định Trong một chu kỳ nấu, ta tăng giảm áp lực

3 - 4 lần để thay hệ thống khuấy trộn

Lấy mẫu kiểm tra chất lượng nhờ van (9) Tháo khối nấu ra khỏi nồi nhờ van (11) Van (11) có cấu tạo đặc biệt gồm các thanh sắt hoặc lưới sắt có khe hở 1 - 1,5 cm làm tăng sự va chạm của hạt tinh bột với van trước khi ra ngoài Mặt khác các thanh

sắt này còn giữ lại các vật rắn, xơ, rác có lẫn trong nguyên liệu Cứ 2 - 3 chu kỳ nấu người ta mở cửa (10) để lấy các vật rắn trên các thanh hoặc lưới sắt Trong trường hợp đang phóng khối nấu, nhưng bị tắc thì đóng chặt van tháo (11), mở từ từ cửa (10) để thông tắc

Ưu điểm: Tiết kiệm được 5 - 10% hơi nhiệt vì tận dụng được hơi thứ để gia

nhiệt hỗn hợp ở nồi nấu sơ bộ, chu kỳ nấu ngắn nhờ nguyên liệu đã được gia nhiệt ở

nồi nấu sơ bộ, chất lượng khối nấu tốt hơn, diện tích lắp đặt thiết bị chiếm ít Do cấu

1

14

11

4

tạo van tháo đặc biệt nên xử lý sự cố khi tắc dễ dàng Ở phần đáy nồi có lớp kim loại ghép bên trong (13) để chống bào mòn thiết bị nên ít ảnh hưởng đến tính bền cơ học

Nhược điểm: Chỉ nấu nguyên liệu ở dạng bột, thao tác của công nhân phức tạp,

công trình xây dựng phải cao hơn, nấu lâu nên tổn thất đường nhiều và không sử dụng được hơi thứ

* Tính toán s ố lượng thiết bị nấu theo phương pháp gián đoạn

Số lượng thiết bị nấu nhiều hay ít phụ thuộc vào năng suất nhà máy, loại nguyên liệu nấu, thể tích thiết bị Ngoài ra còn có thiết bị dự phòng

Số lượng thiết bị nấu cần dùng được tính theo công thức:

N = (G x T) / (24 x V ) + 1 Trong đó:

G: Khối lượng nguyên liệu cần dùng trong một ngày đêm, (tấn/ngày đêm) V: Khối lượng nguyên liệu trong một nồi nấu, (tấn/nồi)

T: Thời gian của một chu kỳ nấu, (h)

24: Thời gian 1 ngày đêm, (h)

1: Số nồi dự phòng

b Phương pháp nấu bán liên tục

Đặc điểm của phương pháp nấu bán liên tục là dùng hệ thống ba nồi nấu : nồi

nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nồi nấu chín thêm

Nồi nấu sơ bộ: nhiệt độ nấu 80 - 850C, được đốt nóng nhờ hơi thứ bốc ra ở nồi

nấu chín thêm, thời gian nguyên liệu ở nồi này khoảng 30 phút

Nồi nấu chín: nhiệt độ nấu 145 - 1550C, dùng hơi nước bão hòa áp suất 4 - 4,2 kG/cm2 hoặc nấu ở chế độ “mềm” hơn là nhiệt độ 135 – 1380

C, áp suất 3-3,5 kG/cm2

Thời gian nấu chín 60 – 90 phút

Nồi nấu chín thêm: (hầm nhừ) Nhiệt độ trong nồi nấu 105 - 1070

C, áp suất hơi 0,45 - 0,5 kG/cm2, thời gian nấu 45-50 phút

Nguyên liệu sau khi cân, được cho vào nồi nấu sơ bộ (2) đã chứa nước nóng 40 – 500C từ thùng chứa (1) cung cấp Tỷ lệ nước/ bột: 3,5/1 – 4,0/1 (theo khối lượng) Cho cánh khuấy hoạt động và mở hơi thứ từ nồi nấu chín thêm (4) dẫn qua để đun lên đến 80 - 850

C và giữ trong khoảng 30 phút Sau khi nấu xong ở nồi nấu sơ bộ, nguyên

liệu được tháo xuống nồi nấu chín (3) Nguyên liệu trong nồi nấu chín chỉ được chiếm khoảng 76 - 78% dung tích nồi Ở đây nguyên liệu được nấu chín bằng hơi nước bão hòa áp suất 4 - 4,2 kG/cm2

, nhiệt độ 145 - 1550

C hoặc có thể nấu ở áp suất 3,5 - 3,8 kG/cm2, nhiệt độ 135 – 1380

C, trong thời gian 60 - 90 phút Trong quá trình nấu chín, người ta mở van hơi trên nồi nấu chín để áp suất giảm xuống đến 0,5 - 0,6 kG/cm2

, khi

áp suất phía trên khối nấu giảm, khối nấu sẽ được đảo trộn từ dưới lên

Sau khi kiểm tra thấy khối nấu đã chín, khối nấu được phóng sang nồi nấu chín thêm (4) Áp suất ở nồi nấu chín thêm 0,45 – 0,5 kG/cm 2

, nhiệt độ 105 - 1070

C Ở đây

thực hiện quá trình tự bốc hơi Hơi thứ bốc ra ở nồi nấu (4) đưa về nồi nấu sơ bộ (1)

Thời gian khối nấu ở nồi (4) khoảng 45 - 50 phút Dung tích nồi nấu chín thêm lớn gấp

3 lần của nồi nấu chín

Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị nấu bán liên tục

1 Thùng nước nóng 4 Nồi nấu chín thêm

2 Nồi nấu sơ bộ 5 Thùng đường hóa

3 N ồi nấu chín

Ưu điểm: Giảm thời gian nấu nguyên liệu ở nhiệt độ cao, giảm tổn thất đường

Tiết kiệm hơi đốt Năng suất sử dụng thiết bị tăng

Nhược điểm: Nồi nấu chín thêm phải lớn để thực hiện quá trình tự bốc hơi 1.3 Đường hóa tinh bột

Quá trình thủy phân tinh bột trong khối cháo nhờ xúc tác của amylase biến thành đường được gọi là đường hóa, sản phẩm gọi là dịch đường hóa

Trước đây, hầu hết các nhà máy rượu ở nước ta đều dùng amylase thu được từ nuôi cấy nấm mốc Hiện nay, nhiều nhà máy đã dùng chế phẩm amylase của các hãng

sản xuất enzyme như Novo, Genecor, v.v… để dịch hóa, đường hóa

Đường hóa khối nấu bao gồm các giai đoạn làm nguội khối nấu từ 105 – 1100

C

xuống đến nhiệt độ thích hợp cho quá trình đường hóa (58 – 620C) và giai đoạn làm nguội dịch đường hóa đến nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men (33 – 360

C)

1.3.1 S ự biến đổi của khối nấu

Quan sát hiện tượng xảy ra trong đường hóa tinh bột bằng amylase, ta thấy: Độ

nhớt của dung dịch giảm dần Tính khử tăng lên Phản ứng định tính với dung dịch thuốc thử I2 đổi từ xanh, tím xanh đến không màu

Phân biệt dạng dextrin qua phản ứng màu với I2:

+ Amylodextrin tác dụng với I2 cho màu xanh tím

+ Erythrodextrin tác dụng với I2cho màu đỏ nâu

+ Acrodextrin không có màu với I2 + Maltodextrin không có màu với I2

Dựa vào các tính chất đó biết được các giai đoạn, các sản phẩm tạo ra trong quá trình đường hóa Trong sản xuất rượu, đường hóa được xem là đạt yêu cầu khi hàm lượng đường tính theo glucose đạt trên 30 gam/lít dịch thủy phân Ở giai đoạn này nếu

thử với dung dịch iodine thì vẫn còn màu xanh

1.3.2 Các y ếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa

a Nhi ệt độ

Nhiệt độ tối thích của enzyme phụ thuộc vào nguồn gốc enzyme Trong cùng

một nguồn, nhiệt độ tối thích của α-amylase cao hơn β-amylase Ví dụ α-amylase của

vi khuẩn chịu nhiệt có nhiệt độ tối thích là 90 – 950

C, có loại lên đến 100 – 1050

C nhưng α-amylase của thóc mầm có nhiệt độ tối thích là 73 – 750

C Nhiệt độ tối thích

của β-amylase các loại nấm mốc là 55 – 600

C

Nhiệt độ tối thích của enzyme còn phụ thuộc vào nồng độ cơ chất và của các

sản phẩm thủy phân khối nấu Trong dung dịch tinh bột 1%, nhiệt độ tối thích của β –amylase từ A awamori là 550

C, trong dung dịch tinh bột 10% là 600

C

Thời gian tác dụng nhiệt lâu sẽ làm giảm khả năng chịu nhiệt của enzyme Vì

vậy cần tìm biện pháp tăng tốc độ phản ứng để rút ngắn thời gian phản ứng

b pH kh ối nấu

pH tối thích của α-amylase của chế phẩm nấm mốc là 4,5 – 5,0, của glucoamylase là 4,5 – 4,6 Hãng enzyme Novo có chế phẩm α – amylase với pH tối thích trong khoảng 5,5 – 5,7; glucoamylase là 4,0 – 4,5

Do đó, khi pH của khối nấu cao hơn pH tối thích thì cần điều chỉnh pH khối nấu

bằng acid (H2SO4 hoặc H3PO4) cho phù hợp với hoạt động của enzyme

c N ồng độ enzyme

Ở nước ta, nếu sử dụng chế phẩm nấm mốc nuôi cấy thì lượng chế phẩm dùng

để đường hóa tinh bột trong khối nấu là M, có thể tính theo công thức:

Liner G

Trong đó : M – lượng chế phẩm nấm mốc cần dùng, kg

G - lượng tinh bột chứa trong khối nấu, kg Liner - hệ số đường hóa của chế phẩm

Nếu nuôi cấy chế phẩm nấm mốc trong điều kiện tối ưu, lượng chế phẩm thô

thu được từ A awamori-22 có hệ số Liner bằng 30 và lượng chế phẩm dùng để đường

hóa tính theo hệ số Liner là 14 – 15 đv/gam tinh bột Đối với chế phẩm San Super của hãng Novo là 13 – 16 đv/gam

1.3.3 Các phương pháp đường hóa

a Phương pháp làm nguội và đường hóa gián đoạn

Gồm 4 giai đoạn:

- Làm nguội khối nấu xuống đến nhiệt độ thích hợp để dịch hóa Nếu sử dụng

chế phẩm Termamyl hoặc Novo - I của hãng Novo thì chỉ cần hạ nhiệt độ đến 85 –

900C, nếu dùng chế phẩm nấm mốc nuôi cấy thì nhiệt độ dịch hóa là 700

C

- Hạ nhiệt độ khối cháo đến nhiệt độ đường hóa 55 - 600

C

- Tiến hành đường hóa ở 55 - 600

C trong thời gian nhất định

- Làm nguội dịch đường hóa đến nhiệt độ 30 – 320

C rồi bơm đi lên men

Các giai đoạn trên được thực hiện trong cùng một thiết bị đường hóa Khối nấu

từ nồi nấu chín được chuyển vào thùng đường hóa qua ống (4), phía dưới (4) có lắp nón (11) có tác dụng phân tán đều khối nấu, đồng thời có tác dụng tiếp tục phá vở các

tế bào tinh bột chưa phá vỡ Để làm tốt quá trình làm nguội có thể lắp thêm ống dẫn khí nén lạnh, thổi vào trong nón

Hình 3.4 N ồi đường hóa gián đoạn

Hơi thoát ra ngoài theo ống (3), trên gần đỉnh ống thoát có lắp một ống khuếch tán hơi kiểu vòi phun, hướng theo chiều thoát của hơi trong thùng Ống này làm tăng

tốc độ bốc hơi, rút ngắn thời gian làm nguội khối nấu Khi khối nấu đạt 1/3 dung tích thùng, bắt đầu mở nước làm nguội và giữ lưu lượng nước vào, ra sao cho khi nạp khối

nấu đầy thùng thì nhiệt độ khối nấu đạt 700

C (dùng chế phẩm nấm mốc) và cho chất sát trùng fluorsilicate natri với tỷ lệ 0,02% so với thể tích khối cháo (Nếu dùng chế

phẩm Termamyl 120L thì nhiệt độ là 85 – 900

C) Thời gian dịch hóa khoảng 20 - 30 phút Sau khi dịch hóa thì làm nguội khối dịch xuống 55 - 600

C rồi cho chế phẩm enzyme hoặc dịch nấm mốc vào để đường hóa Nếu dùng chất sát trùng thì cho vào

khối dịch trước khi cho nấm mốc vào Thời gian đường hóa khoảng 30 phút Tỉ lệ nấm

mốc khoảng 10 – 15% so với khối bột đem nấu

Sau đó, làm nguội khối nấu đến nhiệt độ 30 – 330

C Yêu cầu giai đoạn làm nguội này càng nhanh càng tốt vì dịch đường hóa lúc này có nhiều đường khử, đạm hòa tan là môi trường rất thích hợp cho các vi sinh vật khác phát triển Tiếp theo mở hơi nước sát trùng đường ống dẫn, chuyển dịch đường hóa xuống thùng lên men theo ống (13) Sau khi chuyển hết dịch đường phải rửa sạch thùng đường hóa rồi xả nước

thải ra ngoài theo đường ống 14 và dùng hơi nước sát trùng trong thời gian 45 - 60 phút Xả nước ngưng ra ngoài theo ống (14)

b Phương pháp làm nguội và đường hóa bán liên tục

Khối nấu thùng hầm nhừ, có nhiệt độ 105 - 1100

C, nhờ bơm (2) đưa qua hệ

thống làm nguội (4) để hạ nhiệt độ khối nấu xuống đến nhiệt độ dịch hóa (700

13 Ống tháo dịch đường hóa

14 Ống tháo nước vệ sinh

12

17

850C tùy thuộc vào chế phẩm enzyme) rồi chuyển vào thùng đường hóa (5) đến mức qui định, sau thời gian dịch hóa 20 - 30 phút cho nước làm nguội vào ống xoắn ruột gà (6) để đạt nhiệt độ đường hóa (55 - 580C) Thùng đường hóa (5) gồm một hệ thống 4 thùng có chung ống dẫn khối nấu vào

Khi khối nấu đầy thùng thứ 1 trong số 4 thùng có chung ống dẫn khối nấu vào thì tiến hành đường hóa Khối nấu lại chuyển vào thùng đường hóa thứ 2 cho đến đầy

rồi đường hóa,… Cứ như thế cho tới thùng thứ 4

Nấm mốc được nghiền nhỏ (1 - 2 ÷ 2 - 4 mm) cho trực tiếp vào thùng đường hóa, tỷ lệ sử dụng 15 ÷ 20% so với khối bột Nhiệt độ đường hóa 55 ÷ 580

C Hiện nay, các nhà máy rượu của ta sử dụng chế phẩm amylaza của hãng Novo thì tỷ lệ dùng rất ít

1 ÷ 2%, thời gian đường hóa 30 phút

Sau khi đường hóa xong, ta dùng bơm (7) chuyển dịch đường sang bộ phận làm nguội (8) để hạ nhiệt độ dịch đường đến nhiệt độ lên men (30 ÷ 330

C) rồi từ đây được chuyển một phần khoảng (10 ÷ 15%) vào các thiết bị phát triển nấm men, phần còn lại chuyển vào các thùng lên men

Sau một chu kỳ đường hóa, phải dùng nước sạch để làm vệ sinh thùng Sau 2 ngày (mùa hè), 3 ÷ 4 ngày (mùa đông), ngoài việc vệ sinh thùng, phải sát trùng bằng hơi nhiệt (105 ÷ 1100

C, thời gian 1 ÷ 1,5 h) Hệ thống làm nguội lần 2 (30 ÷ 330

C)

Nếu phát hiện có nhiễm khuẩn thì kết hợp dùng formol với xông hơi nóng

Hình 3.5 Sơ đồ thiết bị công nghệ làm nguội và đường hóa bán liên tục

1 Thùng hầm nhừ (120 m 3

) 5 Thùng đườg hóa 40 m 3

- 60 m 3

2 Bơm dịch nấu kiểu piston 6 Hệ thống ruột gà làm nguội

3 Nhiệt kế 7 Bơm dịch đường hóa kiểu piston

4 Hệ thống làm nguội đợt I kiểu ống lồng ống 8 Hệ thống làm nguội đợt II kiểu ống lồng

ống

c Phương pháp làm nguội đường hóa liên tục bằng chân không

Khối nấu từ thùng tách hơi được đưa vào bộ phận tách hơi Tại đây có độ chân không khoảng 600 ÷ 620 mmHg, độ chân không này tương đương với nhiệt độ bốc hơi

của khối nấu là 62 ÷ 630

C Trong ống dẫn, độ chân không tương đương với độ chân không trong bộ phận bốc hơi Trong ống tạo ra một hỗn hợp nhũ tương và khối nấu

Thể tích hơi trong hỗn hợp khoảng 95 % Tốc độ dung dịch nhũ tương chuyển động trong ống đạt 30 ÷ 40 m/s Trong bộ phận bốc hơi, xảy ra sự phân tách hơi, khối nấu đạt nhiệt độ 62 ÷ 630

C và được chuyển xuống thùng đường hóa Thời gian đường hóa

chỉ tiến hành trong 5 phút Để đảo trộn đều dịch đường hóa, có lắp thêm bộ phận khuấy kiểu turbine Hơi cùng với một số khí không ngưng đến thiết bị ngưng tụ, hơi được ngưng tụ bằng nước, khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài

Dịch nấm mốc hoặc sữa malt đã được chuẩn bị sẵn trong thùng chứa, qua van

hoặc bơm định lượng trước khi chảy xuống thùng đường hóa Khi cho nấm mốc hoặc

sữa malt vào, nhiệt độ khối nấu giảm xuống đến 57 ÷ 580

C Mức hỗn hợp trong thùng đường hóa được điều chỉnh bằng phao tự động Dịch đường hóa được đẩy qua bộ phận làm nguội đợt II (kiểu ống lồng ống) để hạ nhiệt độ dịch đường hóa xuống đến nhiệt

độ lên men 30 ÷ 330

C và chuyển đến phân xưởng lên men Có trường hợp, người ta cho 10 ÷ 15% dịch đường hóa hòa với khối nấu trước khi vào bình bốc hơi để làm

giảm độ nhớt khối nấu Toàn bộ quá trình được tự động hóa

Ưu điểm: Rút ngắn thời gian làm nguội khối nấu Tránh được sự thoái hóa

tinh bột Giảm 16% lượng nấm mốc hoặc malt để đường hóa Giảm tiêu hao điện năng

và nước làm nguội 30 ÷ 35%

d N ấu- Đường hóa sử dụng chế phẩm enzyme tinh

Dưới đây là một qui trình điển hình, sử dụng các chế phẩm enzyme tinh, hoạt

lực cao của Novo (Đan mạch)

Nước nóng có nhiệt độ 30 – 400

C hòa với bột nguyên liệu (thường dùng là bột

sắn) trong nồi nấu theo tỷ lệ nước/ bột là 4/1 ÷ 5/1 rồi cho cánh khuấy hoạt động Cho khoảng 80% lượng chế phẩm enzyme cần dùng vào khối nấu (Chế phẩm Termamyl 120L của hãng Novo sử dụng với lượng khoảng 0,02 – 0,03% so với khối lượng bột) Điều chỉnh pH của dịch bột đến 5,2 – 5,4 Dùng hơi nước đun trực tiếp sao cho sau

40 – 50 phút thì đạt đến 85 – 900

C, giữ tại nhiệt độ này trong khoảng 30 phút Sau thời gian đó tiến hành đun sôi khối dịch và giữ sôi trong 30 phút Tháo khối dịch xuống thùng đường hóa và làm nguội đến 900

C, bổ sung 20% lượng Termamyl còn lại và làm nguội khối dịch xuống 55 – 570C Khi đạt được nhiệt độ này thì cho chế phẩm San Super 240L vào, duy trì ở nhiệt độ 55 – 570C để đường hóa Lượng chế phẩm San Super 240L cần dùng là 0.8 – 1% so với khối lượng tinh bột trong khối dịch Thời gian đường hóa khoảng 20 – 30 phút Đường hóa xong, làm nguội dịch đường xuống nhiệt

độ lên men

1.3.4 Ch ỉ tiêu chất lượng dịch đường hóa

N ồng độ chất hòa tan của dịch đường được biểu diễn theo phần trăm khối

lượng Nồng độ dịch đường thường vào khoảng 16 – 18%, khoảng 8 – 9Be Nồng độ

chất khử tính theo glucose chỉ cần lớn hơn 3% đủ bảo đảm cho phát triển ban đầu của

nấm men Các dextrin và đường oligo sẽ được tiếp tục chuyển hóa thành glucose trong

thời gian lên men

Độ chua của dịch đường có thể biểu diễn theo lượng acid sulfuric chứa trong 1

lít dịch Độ chua có thể biểu diễn theo độ (0) Đó là số ml NaOH nồng độ 1N cần để trung hòa hết acid tự do chứa trong 20ml Một độ chua tương đương với 2,45 gam

H2SO4 /lít Độ chua dịch đường yêu cầu khoảng từ 0,8 – 1,2 gam/lít.pH dịch đường từ tinh bột sắn yêu cầu khoảng 4,8 – 5,2

Hàm lượng hợp chất chứa N trong dịch đường từ tinh bột sắn thường không

đủ cho nhu cầu của nấm men Vì vậy cần bổ sung nguồn N từ muối vô cơ như urea với lượng khoảng 0,5 gam/lít dịch đường hóa

2 CHU ẨN BỊ DỊCH LÊN MEN TỪ RỈ ĐƯỜNG

Việc chuẩn bị dịch lên men từ rỉ đường gồm các công đoạn: Pha loãng sơ bộ, acid hóa, bổ sung chất dinh dưỡng, bổ sung chất sát trùng và pha loãng đến nồng độ yêu cầu

Trong rỉ đường, nồng độ chất khô và hàm lượng đường rất cao nên tạo ra áp suất thẩm thấu lớn, nấm men không thể phát triển và lên men được Trong rỉ đường còn có nhiều tạp chất có hại cho nấm men như chất keo, chất màu lại nghèo chất dinh dưỡng, đặc biệt là các chất chứa N, P nên không phải là điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển Rỉ đường có chứa nhiều loại vi sinh vật khác nhau, bị ức chế khi hàm lượng chất khô cao nhưng khi pha loãng dung dịch đến nồng độ thấp nhất định thì chúng sẽ phát triển

Vì những lý do trên mà không thể tiến hành lên men rỉ đường nguyên được Do

vậy cần phải pha loãng rỉ đường để giảm áp suất thẩm thấu cho nấm men phát triển, và

xử lý bằng các biện pháp như acid hóa, bổ sung chất dinh dưỡng, sát trùng để tạo điều

kiện thuận lợi cho nấm men rượu phát triển mạnh

2.1 Các bước tiến hành xử lý, pha loãng rỉ đường để sản xuất rượu

Rỉ đường (80 ÷ 85Bx) → Pha loãng sơ bộ (55Bx) → Acid hóa (pH 4 ÷ 5) →

Bổ sung chất dinh dưỡng (N, P) → Sát trùng (Formol, fluorsilicat Natri) → Pha loãng (Nồng độ tuỳ theo phương pháp lên men 1 nồng độ hay lên men nhiều nồng độ)

2.1.1 Pha loãng sơ bộ

Rỉ đường ban đầu có nồng độ 80 ÷ 85 Bx cần được pha loãng đến nồng độ 50 ÷

55 Bx ≈ 30 Be

Chú ý: Nếu pha loãng quá thì tốn thiết bị và tốn nhiều hơi khi thanh trùng bằng nhiệt nhưng có lợi là tạp chất lắng nhanh Nếu pha đặc quá thì độ nhớt lớn, tạp chất khó lắng, acid hóa sẽ không đều

Có hai phương pháp acid hóa:

+ Acid hóa ngu ội: Cho acid với tỷ lệ nhất định vào rỉ đường đã pha loãng sơ

bộ, ở nhiệt độ môi trường (không gia nhiệt)

+ Acid hóa nóng: Nâng nhi ệt độ của rỉ đường đã pha loãng sơ bộ đến 78 ÷

820C rồi mới cho acid vào theo tỷ lệ qui định

Acid hóa nóng có lợi là giảm độ nhớt của rỉ đường, giúp cho các chất kết tủa dễ dàng, dễ lắng, dễ lọc đồng thời acid hóa nóng thì đường saccharose bị chuyển hóa

tạo ra các đường dễ lên men : glucose, fructose,

2.1.3 Sát trùng

Có thể sử dụng nhiều chất sát trùng như: formol hoặc fluorsilicat Natri vào trong rỉ đường nhằm ngăn ngừa hoặc tiêu diệt VSV xâm nhập, phát triển Tính toán lượng hóa chất sát trùng sao cho nồng độ 0,02% so với thể tích dịch lên men

Chú ý : Cần pha loãng các chất sát trùng trước khi cho vào rỉ đường

2.1.4 B ổ sung chất dinh dưỡng

Bổ sung chất dinh dưỡng để cho nấm men phát triển tốt, quan trọng nhất là các

muối chứa N và P

Nguồn bổ sung N là các loại muối Sunfat Amon hoặc Urê Tỷ lệ Sunfat Amon

là 0,6 ÷ 0,8% so v ới rỉ đường, urê là 0,3 ÷ 0,4% so với rỉ đường Bổ sung P bằng muối

Ca(H2PO4)2 với tỷ lệ 1%

Ngoài ra có thể bổ sung MgSO4.7H2O với lượng khoảng 0,1% so với khối lượng rỉ đường

Sau khi rỉ đường đã được pha loãng sơ bộ, acid hóa, bổ sung các chất sát trùng

và các chất dinh dưỡng thì khuấy đều rồi để yên trong khoảng 2 - 4 giờ để cho các tạp

chất lắng xuống

Nếu rỉ đường bị nhiễm khuẩn nặng phải kết hợp dùng hơi nhiệt để nâng nhiệt

độ lên 90 - 1000

C

Việc nâng nhiệt độ rỉ đường sẽ nâng cao hiệu quả xử lý rỉ đường vì ngoài tác

dụng sát trùng còn có tác dụng làm cho các chất kết tủa lắng nhanh, làm chuyển hóa

một lượng đáng kể đường saccharose

2.1.5 Pha loãng đến nồng độ yêu cầu

Tùy theo phương pháp lên men một nồng độ hay nhiều nồng độ mà chúng ta pha loãng rỉ đường thành dịch rỉ đường có nồng độ khác nhau

Lên men 1 nồng độ: dịch rỉ đường để nhân men và để lên men có cùng nồng độ

10 ÷ 12 Bx ho ặc 12 ÷ 14 Bx

Lên men nhiều nồng độ: Pha loãng dịch rỉ đường đến 12 ÷ 14 Bx để nuôi cấy

nấm men và nồng độ cao hơn để lên men: 16 ÷ 18 Bx, 20 ÷ 22 Bx, 30 ÷ 35 Bx

2.2 Tính toán pha loãng r ỉ đường

2.2.1 Phương pháp đại số

Nếu gọi P là khối lượng rỉ đường ban đầu, kg

N1: Nồng độ của rỉ đường ban đầu, Bx

N2: Nồng độ yêu cầu cần pha loãng, Bx

W: Lượng nước cần thêm vào để tạo hạ N1đến N2, kg

Khi đó, do khối lượng chất khô trong rỉ đường trước khi pha nước vào và sau khi pha nước là không đổi, nên

P N1 = ( P + W ) N2 (1), hay

Áp dụng: Tính lượng nước cần cho vào 600 kg rỉ đường, nồng độ 80 Bx để được dịch rỉ đường có nồng độ 50 Bx

Giải: W = 600 ( 80 - 50 )/50 = 360 kg = 360 lít

* Các công th ức thường gặp trong tính toán pha loãng rỉ đường

Nếu ta gọi: V: Thể tích của rỉ đường đã pha loãng, lít

d: Khối lượng riêng rỉ đường đã pha loãng (kg/l)

Vậy khối lượng của rỉ đường đã pha loãng sẽ là: M = V d

Ta sẽ có: P + W = V d (3)

Thay (3) vào (1) ta có: P N1 = V d N2 (4)

(2)

Lượng nước cần bổ sung: W = V d - P (6)

Áp d ụng: Cần có 25 m3

dịch rỉ đường 16 Bx (d = 1,028 tấn/m3) Xác định lượng rỉ đường 80 Bx và lượng nước cần dùng

Giải: P = (25 1,028 16) / 80 = 5,14 tấn

Lượng nước cần dùng : W = V d - P = 25 1,028 - 5,14 = 20,56 tấn

2.2.2 Phương pháp đường chéo

Gọi: N1: nồng độ rỉ đường ban đầu, Bx N2 : nồng độ rỉ đường cần pha, Bx

Ta sử dụng sơ đồ đường chéo sau để pha loãng:

Trong đó:

N2/N1 : tỷ lệ rỉ đường cần dùng so với khối lượng dung dịch đã pha

(N1-N2)/N1: tỷ lệ nước cần dùng so với khối lượng dung dịch đã pha

1 2

N

N d V

Câu h ỏi ôn tập chương 3

Câu 1: Chuẩn bị dịch lên men từ nguyên liệu chứa nhiều tinh bột có các công đoạn chính nào?

Câu 2: Mục đích quá trình nghiền nguyên liệu? Bề mặt tiếp xúc của nguyên liệu với nước sẽ thay đổi như thế nào theo kích thước của sản phẩm nghiền? Vấn đề này ảnh hưởng như thế nào đến sự chuyển tinh bột thành chất hoà tan?

Câu 3: Giải thích trong quá trình nấu, nếu có chế phẩm enzyme ta có thể nấu ở nhiệt

độ thấp hơn trong các phương pháp nấu thông thường?

Câu 4: Tại nhiệt độ hồ hoá, có sự thay đổi gì về cấu trúc tinh bột? Sự thay đổi này có ảnh hưởng đến sự thủy phân của tinh bột như thế nào? Nhiệt độ hồ hóa tinh bột phụ thuộc các yếu tố nào?

Câu 5: Sự tạo thành đường trong quá trình nấu là có lợi hay hại? Giải thích?

Câu 6: Trình bày các phương pháp nấu?

Câu 7: Quá trình chính xảy ra trong đường hóa tinh bột là gì? Các giai đoạn trong quá trình đường hóa tinh bột?

Câu 8: Phương pháp gì để phân biệt sản phẩm tạo thành khi đường hóa tinh bột?

Câu 9: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa tinh bột?

Câu 10: Các phương pháp đường hóa?

Câu 11: Chỉ tiêu chất lượng dịch đường hóa là gì?

Câu 12: Các bước tiến hành xử lý, pha loãng rỉ đường?

Câu 13: Cần lượng nước là bao nhiêu để pha loãng 2 tấn rỉ đường nồng độ 81 Bx thành dịch rỉ đường nồng độ 52 Bx?

Câu 14: Khối lượng của rỉ đường ban đầu là X kg, nồng độ 80 %, sau khi pha loãng

lần thứ nhất đến nồng độ 50 % ta được dung dịch A, lấy một phần tư dung dịch A pha loãng lần thứ 2 đến nồng độ 16 %, ta được dung dịch B có khối lượng là 20 kg Xác định X và khối lượng nước cho 2 lần pha loãng?

Chương 4 NUÔI CẤY NẤM MEN TRONG SẢN XUẤT RƯỢU

1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA NẤM MEN

1.1 Hình d ạng và kích thước

Hình dạng nấm men khác nhau tùy theo loài, trong cùng một loài tế bào nấm men cũng thay đổi tùy theo điều kiện nuôi cấy và tuổi của nó Đa số nấm men có hình ovan, hình bầu dục, ngoài ra nấm men còn tồn tại ở nhiều hình dạng khác như: hình ống dài, hình tam giác

Kích thước của tế bào nấm men thay đổi rất nhiều tùy thuộc các loài, các giống khác nhau và điều kiện sinh trưởng Các loài nấm men đơn bào được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, kích thước vào khoảng 3 ÷ 5 x 5 ÷10 (µm) Nấm men

dùng trong sản xuất rượu có kích thước khoảng 4 x 7 (µm)

1.2 Cấu tạo tế bào nấm men

Thành tế bào: là lớp vỏ ngoài cùng của tế bào nấm men Khoảng 90% khối lượng chất khô của thành tế bào là hợp chất polysaccharide, 10% còn lại chủ yếu là protein và lipid

Trên thành tế bào nấm men có nhiều lỗ nhỏ các chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài thấm vào bên trong tế bào và các sản phẩm trao đổi chất từ tế bào thải ra ngoài đều qua các lỗ này một cách có chọn lọc

Thành tế bào có tác dụng bảo vệ hình dạng tế bào nấm men, duy trì áp suất

thẩm thấu bên trong tế bào và góp phần điều hòa các quá trình trao đổi chất Thành tế bào nấm men chứa nhiều enzyme quan trọng, thúc đẩy các phản ứng sinh hóa của tế bào, chẳng hạn phosphatase tăng cường quá trình hấp thụ phosphate và glucose, invertase xúc tác các phản ứng thủy phân saccharose thành glucose và fructose

Nguyên sinh chất: là một khối keo cấu tạo bởi protein, lipid, polysaccharid,

muối khoáng và nước, nguyên sinh chất có độ nhớt lớn Ở tế bào trẻ, nguyên sinh chất

có cấu tạo đồng nhất, độ nhớt thấp Ở tế bào già, nguyên sinh chất có những hạt lổn

nhổn, trong nguyên sinh chất có những không bào, có ribosome là bộ máy sản xuất protein của tế bào

Nhân tế bào: mỗi tế bào có một nhân hình tròn hoặc bầu dục Nhân cấu tạo bởi protein, AND, ARN và nhiều enzyme khác nhau Nhân quyết định tính di truyền và điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào nấm men

Không bào: trong mỗi tế bào nấm men có một không bào khá lớn hoặc nhiều không bào nhỏ Không bào chứa đầy dịch tế bào gồm các chất hữu cơ ở trạng thái keo (protein, glucid, lipid, enzyme) và các chất điện phân ở dạng hòa tan (Na+

, K+, Ca2+,

Mg2+, Cl-, SO4

, PO4 3-) Không bào có thể thay đổi tùy theo tuổi, không bào có chức năng quan trọng là điều hòa áp suất thẩm thấu trong tế bào, là nơi xảy ra quá trình oxy hóa khử và tích lũy nhiều chất dinh dưỡng dự trữ khác nhau

Trong thực tế sản xuất, có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành, già, chết bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu

Nấm men sử dụng sản xuất ở giai đoạn trưởng thành Khi nhuộm màu xanh metylen, tế bào trẻ không bắt màu, trong sáng; tế bào già bắt màu xanh nhạt; tế bào

chết bắt màu xanh đậm

Ngoài ra theo kinh nghiệm, chúng ta nhìn qua kính hiển vi nếu thấy bề mặt tế bào nấm men nhẵn bóng, đầy đặn là tế bào sống và khỏe mạnh, ngược lại tế bào chết

có bề mặt nhăn nheo

1.3 Dinh dưỡng đối với nấm men

Nấm men tiếp nhận thức ăn bằng con đường hấp thụ chọn lọc qua màng tế bào

và sau đó khuếch tán vào bên trong Màng tế bào và màng nguyên sinh chất đóng vai trò màng bán thấm, điều hòa việc hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào và thải ra môi trường xung quanh những sản phẩm của hoạt động sống Để cho tế bào nấm men hấp thu dễ dàng các chất dinh dưỡng thì các chất dinh dưỡng phải là những chất có phân tử lượng nhỏ, hòa tan được trong nước Các chất dinh dưỡng khi được tế bào nấm men hấp thụ, qua quá trình trao đổi chất, một phần sẽ được chuyển hóa thành các chất cao phân tử trong tế bào và xây dựng nên tế bào mới

Môi trường dinh dưỡng cho hoạt động của nấm men cũng như các vi sinh vật khác phải đủ các nhóm chất chủ yếu như sau:

Nguồn C và năng lượng : glucose, saccharose, tinh bột, rỉ đường

Nguồn N: có thể dùng các hợp chất vô cơ (NH4+ , NO3- ) cũng như các hợp chất

hữu cơ (cao ngô, bột đậu tương, bột hạt bông) Trong môi trường phát triển nấm men

giống hoặc trong dịch lên men từ nguyên liệu sắn hoặc rỉ đường, lượng N thường không đủ cho nấm men sinh trưởng Vì vậy, người ta bổ sung lượng N từ 0,15 – 0,2 g/l

Nguồn P : phosphat hoặc acid phosphoric

Nguồn S: thường dùng ở dạng muối sulfat

Nguồn Mg và K thường cung cấp ở dạng cation của các muối phosphat và sulfat

Vitamin và các yếu tố sinh trưởng khác

2 CH ỦNG NẤM MEN THƯỜNG DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU

2.1 Yêu c ầu đối với chủng nấm men rượu dùng trong sản xuất

- Phát triển nhanh trên môi trường sản xuất

- Có đặc tính sinh lý, sinh hóa ổn định trong thời gian dài

- Chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường Đặc biệt là các

chất sát trùng, độ pH thấp và nhiệt độ tương đối cao

- Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ dịch lên men cao

- Lên men được nhiều loại đường

- Tạo ra nhiều ethanol và ít sản phẩm phụ

Để được chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên phải trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hóa, gây đột biến, lai ghép Đồng thời để duy trì được lâu dài các đặc tính tốt của chủng nấm men cần phải giữ giống, cấy chuyền cẩn thận

2.2 Ch ủng men thường dùng trong sản xuất rượu tại Việt Nam

- Ch ủng men 396 Trung Quốc (2610), được phân lập từ rỉ đường ở Trung

Quốc, có khả năng lên men được đường fructose, glucose, maltose, galactose và 1/3 rafinose; không lên men được đường arabinose, lactose, dextrin Nhiệt độ thích hợp

330C, pHopt = 4,5 – 5,0; chịu được nồng độ rượu 10% (nấm men 2610 là loại được thuần hóa từ 396)

- Ch ủng men Я: thích hợp cho việc lên men rỉ đường, chịu áp suất thẩm thấu

lớn, lên men được các loại đường: glucose, fructose, saccharose, maltose và 1/3 đường rafinose

- Ch ủng men T (Việt Nam) phân lập từ rỉ đường đặc 35 ÷ 40 Be và đặt tên T

(trời), chủng nấm men này lên men được ở nhiệt độ cao 33 ÷ 37 0

C, pH từ 4,5 ÷ 5,

nồng độ dịch lên men có thể đạt 18 ÷ 24 % có thể đạt được nồng độ rượu trong dịch lên men là 8 ÷ 12 %, ch ịu được chất sát trùng với nồng độ 0,02 ÷ 0,025 % so với thể

tích dịch lên men, chất sát trùng ở đây là formol hoặc fluorsilicate natri Kích thước tế bào từ 4 ÷ 5 x 6 ÷ 9 (µm) tế bào có dạng hình trứng, tốc độ phát triển nhanh

- Ch ủng men XII phân lập được từ nấm men bánh mì Tế bào có dạng hình

tròn hoặc hình ovan, kích thước khoảng 5 x 8 μm Có thể lên men được các loại đường fructose, glucose, maltose, galactose và 1/3 rafinose Không lên men được các loại đường lactose, arabinose Sau khi lên men, nồng độ rượu trong môi trường có thể đạt 13% Chủng XII được xem là tốt nhất dùng để lên men dịch đường từ tinh bột

3 NH ỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA NẤM MEN

nấm men rượu do vậy không thể dùng yếu tố nhiệt độ để hạn chế mức độ nhiễm khuẩn trong quá trình nuôi cấy hoặc lên men

3.2 pH

Mỗi loại vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong vùng pH nhất định Nấm men

có thể phát triển trong môi trường pH :2 – 8, nhưng phát triển mạnh nhất khi pH :4,5 –

5 Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH cao hơn 4,2 Do vậy khi môi trường có pH thấp hơn 4,2 thì chỉ có nấm men phát triển Dựa vào điều kiện này, người ta điều chỉnh pH môi trường có pH :3,8 – 4,0 khi nuôi cấy hoặc lên men để ngăn ngừa sự phát triển của

vi khuẩn, dẫu rằng nấm men có phát triển chậm hơn so với khi pH :4,5 – 5,0 Để điều

chỉnh pH thì có thể dùng một trong các loại acid như: acid lactic, acid sulfuric, acid phosphoric

Khi pH môi trường tăng lên thì nấm men hoạt động yếu dần và môi trường dễ

bị nhiễm vi khuẩn, vi khuẩn phát triển rất nhanh

3.3 N ồng độ rượu

Mục đích của quá trình nuôi cấy nấm men là tạo điều kiện cho nấm men phát triển để đạt số lượng nấm men theo yêu cầu (tức là tăng sinh khối) Trong quá trình nuôi cấy nấm men có thể tạo ra một lượng rượu, lượng rượu tích lũy nhiều hay ít phụ thuộc vào mức độ đảm bảo ôxy cho quá trình nhân men và loại nấm men

Lượng rượu tạo ra trong môi trường có ảnh hưởng không tốt tới khả năng phát triển của nấm men Khi lượng rượu trong môi trường đạt 1% thì tỷ lệ nấm men nảy

chồi giảm còn 83%; khi nồng độ rượu 2 % thì sự sinh sản của nấm men chậm dần, khi 5% thì nấm men ngừng phát triển

Vì vậy, để bảo đảm cho nấm men phát triển bình thường thì cần tìm biện pháp

để hạn chế lượng rượu sinh ra như sục khí, khuấy trộn,

3.4 S ục khí, đảo trộn

Sục khí hoặc đảo trộn nhằm mục đích cung cấp khí ôxy cho quá trình hô hấp

của nấm men, để tăng sinh khối

Sục khí và đảo trộn còn có tác dụng làm cho môi trường ở trạng thái chuyển động, nấm men luôn chuyển động trong môi trường nên tế bào nấm men có thể hấp thu được nhiều chất dinh dưỡng và phát triển nhanh, nhờ đó rút ngắn được thời gian nuôi cấy Trong thực tế sản xuất cho thấy rằng nếu trong quá trình nuôi cấy nấm men

có sục khí và đảo trộn đầy đủ sẽ rút ngắn được 1/3 thời gian nuôi cấy so với khi nuôi

cấy thiếu không khí

Khi thiếu không khí thì nấm men sẽ chuyển dần sang hô hấp kỵ khí, sinh ra rượu, làm giảm hoặc ngừng sự phát triển của nấm men

3.5 Các y ếu tố khác

3.5.1 Ch ất sát trùng

Trong sản xuất, chất sát trùng được sử dụng để sát trùng môi trường nuôi cấy

nhằm ngăn ngừa các vi sinh vật lạ phát triển Hiện nay trong sản xuất người ta thường dùng hai loại hóa chất để ngăn ngừa vi sinh vật lạ phát triển trong rượu đó là: formol

và fluoro silicat natri Tỷ lệ dùng nhiều hay ít tùy theo chất lượng hóa chất, nhưng yêu

cầu đối với hóa chất là phải hạn chế sự phát triển của vi sinh vật lạ, nhưng không ảnh hưởng xấu đến sự hoạt động của nấm men nuôi cấy

3.5.2 Mu ối của kim loại nặng

Môi trường có chứa nhiều loại muối kim loại nặng như: Pb, Hg, Ba sẽ hạn chế

sự phát triển của nấm men Vì vậy, phải chú ý đến chất lượng của nước sử dụng

4 NUÔI C ẤY NẤM MEN GIỐNG

Nấm men giống thường được chuẩn bị theo hai giai đoạn: giai đoạn trong phòng thí nghiệm đến 10 lít và giai đoạn trong sản xuất, nhân giống đến số lượng đủ 10% so với thùng lên men

4.1 Nuôi c ấy nấm men trong phòng thí nghiệm

Nhân giống này gọi là nuôi cấy nấm men thuần khiết Môi trường nuôi cấy phải đầy đủ chất dinh dưỡng và được tiệt trùng Nếu có điều kiện thì môi trường từ 10 ml đến 1 lít nên chuẩn bị từ hỗn hợp nhiều nguyên liệu khác nhau: khoai tây, bột ngô, gạo

nếp …Để đơn giản hiện nay, môi trường có thể chỉ dùng malt đại mạch

4.1.1 Chu ẩn bị dịch đường hóa từ malt

Bột malt đại mạch trộn với nước theo tỷ lệ nước/malt là 5/1 rồi khuấy đều, tăng

dần nhiệt độ lên đến 48 – 530

C, giữ trong thời gian 20 – 30 phút tạo điều kiện cho protease thủy phân protein thành các acid amin Tiếp đó tăng dần nhiệt độ lên đến 60 –

620C và giữ trong 30 phút để đường hóa Có thể bổ sung chế phẩm enzyme đường hóa

để tăng tốc độ đường hóa và tạo ra một lượng glucose trong dịch đường Đường hóa xong thì nâng nhiệt độ lên 70 – 750

C cho tới khi đường hóa hoàn toàn

Đường hóa xong thì đem lọc và dùng nước và acid để điều chỉnh nồng độ dịch đường cho đạt 12 – 14%, pH = 4,5 – 5,0 Sau khi điều chỉnh đạt yêu cầu thì phân phối

thể tích dịch đường vào ống nghiệm mỗi ống là 10 ml, cho vào bình tam giác loại 250

ml mỗi bình là 90 ml và vào bình cầu mỗi bình 900 ml Dùng bông không thấm nước

để nút các ống nghiệm và các bình lại rồi đem hấp tiệt trùng ở áp suất (dư) là 0,5 – 0,7 kG/cm2 trong 30 phút

Chú ý: Trước khi phân phối dịch đường vào các bình ta phải điều chỉnh nồng

độ 12 Bx, pH = 4,5

Đối với môi trường nuôi cấy 10 lít thì có thể lấy dịch đường hóa trong sản xuất,

lọc bỏ bã thô rồi tiệt trùng như trên Yêu cầu nồng độ đường trong dịch nuôi cấy nấm men phải đạt trên 60 g/lít

Nếu chuẩn bị môi trường thạch để giữ giống thì tiến hành như sau:

Lấy 500 ml dịch đường hóa của malt hoặc của nấm mốc vàng sau khi đã điều

chỉnh (nồng độ 12 – 12,5 Bx, pH = 4,5 – 5) trộn đều với 100g khoai tây đã luộc chín,

bóc vỏ, nghiền nhỏ, lọc Cho vào nước lọc đó 10 g thạch (agar - agar), phân phối vào các ống nghiệm, đậy nút bông và hấp thanh trùng ở 1200

C, thời gian 30 phút

Đặt ống nghiệm nằm nghiêng, chú ý không để môi trường chạm nút bông Khi nguội môi trường đóng rắn lại ta được môi trường thạch nghiêng

4.1.2 Nuôi c ấy và nhân giống nấm men trong phòng thí nghiệm

Men giống được nuôi cấy ở môi trường cố thể (thạch nghiêng) Khi đã có men

giống và đã chuẩn bị môi trường xong, ta bắt đầu tiến hành giai đoạn cấy truyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10 ml (trong ống nghiệm), dùng que cấy đã sát trùng kỹ để cấy chuyền Sau đó chuyển ống nghiệm đã

cấy men vào trong tủ ấm, duy trì nhiệt độ từ 28 ÷ 32 0

C và giữ trong thời gian 20 ÷ 24

h Sau thời gian đó thì ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10 ml sang bình tam giác

100 ml đã có môi trường chuẩn bị sẵn và nuôi trong thời gian 12 h Sau đó lại chuyển

nấm men từ môi trường 100 ml sang bình nuôi cấy 1000 ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị từ trước, thời gian nuôi cấy 12h

4.2 Nuôi c ấy nấm men trong sản xuất

4.2.1 Chu ẩn bị môi trường

Môi trường nuôi cấy trong sản xuất thường lấy trực tiếp ở thùng đường hóa, nhưng cần đường hóa thêm để bảo đảm hàm lượng đường lớn hơn 60 g/l

4.2.2 Nuôi c ấy và nhân giống nấm men trong sản xuất

Nhân giống có thể tiến hành gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục Sau đây là sơ

đồ và cách tiến hành gây men bán liên tục ở Công ty Rượu Đồng Xuân Phú Thọ

Dịch đường hóa được cho vào thùng đường hóa thêm 2 và duy trì đường hóa

tiếp theo khoảng 1,5 – 2 giờ Sau đó dùng dịch acid sunfuric điều chỉnh đến pH = 4,0 – 3,8, rồi dùng hơi tăng nhiệt độ 85 – 86oC để thanh trùng 1 giờ Tiếp theo dùng nước làm lạnh đến nhiệt độ 30o

C, tháo xuống thùng 3 hay 4 cùng với men giống ở thùng 1

Ở thùng 3 hoặc 4, nấm men sẽ phát triển gián đoạn và kéo dài khoảng 15 đến 18 giờ Nhiệt độ được điều chỉnh bằng dội nước lạnh bên ngoài thùng

Song song với sự phát triển nấm men ở thùng 3 hoặc thùng 4, ở thùng 2 tiếp tục

lấy dịch đường hóa vào và cũng tiến hành đường hóa thêm và xử lý như trên Sau 15 –

18 giờ phát triển, người ta chia dịch men giống chứa đều ở 3 và 4 rồi cũng chia dịch đường ở 2 vào 3 và 4 và để cho nấm men phát triển thêm 5 - 8 giờ Vì lúc này lượng men ở thùng 3 và 4 chiếm đến 50% Sau 5 - 8 giờ men giống ở thùng 3 và 4 đã chuẩn

bị xong, tháo 50% lượng men ở thùng 3 và 4 vào thùng lên men rồi lại cho tiếp dịch đường đã chuẩn bị ở thùng 2 vào, và cứ thế tiếp tục Chất lượng lên men giống được

xem là bình thường nếu thỏa mãn các điều kiện sau:

Hình 4.1 Sơ đồ nuôi cấy men giống bán liên tục

1 Thùng gây men 150 l c ấp 1 chứa 100 l dịch

2 Thùng đường hóa thêm và xử lý dịch đường

3,4 Hai thùng gây men c ấp II có dung tích bằng dung tích thùng đường hóa thêm và đều bằng 10% so với thùng lên men

- Số tế bào trong 1 ml chiếm 100 – 120 triệu,

- Số tế bào nẩy chồi chiếm 10 -15%,

- Số tế bào chết không quá 5%,

- Độ chua dịch men giống tăng không quá 0,1o, tương đương 0,25 g H2SO4/l so

với độ chua dịch đường trước khi lên men (pH ~ 4,0),

- Mức nhiễm khuẩn không quá 1 con trong kính trường có độ phóng đại 400

lần

Khi mức nhiễm khuẩn vượt quá giới hạn cho phép, ta phải thay men giống bằng cách gây từ bình 10 lít vào thùng 1 Thời gian phát triển giống ở thùng 1 là gián đoạn

và cũng kéo dài 15 – 18 giờ, còn phát triển men giống ở thùng 3 và 4 là liên tục Vì

vậy sơ đồ trên được gọi là gây men giống bán liên tục

5 Nh ững hiện tượng bất thường xảy ra khi nhân giống nấm men và cách xử lý

- Thời gian nuôi kéo dài

- Môi trường không đạt tiêu chuẩn

- Độ acid tăng do bị nhiễm khuẩn

- Do ảnh hưởng chất sát trùng hoặc yếu tố vi lượng nào đó

- Nấm men nguyên chủng bị thoái hóa

- Điều chỉnh lại nhiệt độ thích hợp

- Tăng thêm số lượng men giống

- Điều chỉnh tốc độ và lưu lượng không khí vào

- Điều chỉnh nồng độ thích hợp bằng nước vô trùng

- Hạ nhiệt độ, tiếp thêm môi trường

mới

- Giảm bớt tốc và lượng không khí cho vào Cho thêm dinh dưỡng và

nấm men giống

- Đảm bảo đúng thời gian qui định

- Kiểm tra lại chất lượng môi trường Điều chỉnh lại các yếu tố: đường, dinh dưỡng khác

- Trường hợp này không sử dụng vào sản xuất mà cho vào thùng lên men cuối Tổ chức kiểm tra kỹ từ môi trường, men giống và các yếu tố liên quan

Câu h ỏi ôn tập chương 4

Câu 1: Các nhóm chất cần thiết cho dinh dưỡng của nấm men?

Câu 2: Có phương pháp nào để nhận biết tế bào nấm men trẻ, tế bào nấm men già, tế bào nấm men chết?

Câu 3: Yêu cầu đối với chủng nấm men rượu dùng trong sản xuất? Giải thích ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đối với hoạt động sống của nấm men?

Câu 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sống của nấm men? Giải thích sự

ngừng phát triển của nấm men khi nồng độ rượu là 5 %?

Câu 5: Chuẩn bị dịch đường hóa từ malt để nuôi cấy nấm men trong phòng thí nghiệm như thế nào?

Câu 6: Phương pháp nuôi cấy và nhân giống men trong phòng thí nghiệm?

Câu 7: Vẽ sơ đồ và trình bày nuôi cấy, nhân giống nấm men trong sản xuất? Có những

hiện tượng bất thường gì trong quá trình nuôi cấy, nhân giống nấm men trong sản

xuất? Nguyên nhân và biện pháp khắc phục?

Chương 5 LÊN MEN RƯỢU

Lên men là quá trình trao đổi chất giữa tế bào vi sinh vật với môi trường xung quanh, trong đó các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là đường bị thay đổi cấu trúc dưới tác dụng của các enzyme vi sinh vật)

Lên men rượu bởi nấm men rượu thuộc loại lên men kỵ khí, sản phẩm chủ yếu

là ethanol, nên thường được gọi là lên men rượu hay còn gọi là rượu hóa, cồn hóa

Lên men rượu là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất rượu, dịch lên men sau khi tiến hành quá trình lên men xong gọi là dịch lên men kết thúc (còn gọi

là dấm chín)

Gọi dấm chín là vì trong dịch lên men kết thúc, hàm lượng rượu 6 ÷ 10% thích

hợp cho quá trình lên men acid acetic (dấm)

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ LÊN MEN RƯỢU

1.1 Cơ chế hóa học của quá trình lên men rượu

Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi đường dưới tác dụng của các hệ enzyme khác nhau để tạo thành một loạt chất trung gian trong đó, giai đoạn trung gian quan trọng là biến thành acid piruvic (CH3- CO - COOH) Từ acid piruvic trong điều kiện thiếu O2 sẽ hình thành nên ethanol và một số sản phẩm khác tùy theo điều kiện lên men

1.1.1 Lên men rượu bình thường

Lên men rượu bình thường xảy ra trong điều kiện pH từ 4 ÷ 5, trong điều kiện

này thì acid piruvic sẽ bị khử nhóm CO2 (nhóm cacboxyl) để tạo thành acetaldehyd dưới tác dụng của piruvic decacboxylase:

Sự lên men rượu bình thường có thể chia làm hai giai đoạn:

- Giai đoạn cảm ứng:

Ở giai đoạn này acetaldehyd được tạo thành rất ít

Khi đó H2 được chuyển đến glycerin aldehyd phosphat và được phosphatase xúc tác thủy phân tạo thành glycerin, trong môi trường lên men lúc này có glycerin aldehyd và CO2

Tổng quát: Quá trình lên men rượu bình thường có thể mô tả như sau:

C6H12O6 zymase 2CH3CH2OH + 2CO2 + 28,2 kcal

1.1.2 Sự chuyển hướng sang glycerin

Việc chuyển hướng quá trình lên men rượu tạo glycerin có thể tạo thành bằng cách: Giữ lại hoặc loại trừ acetaldehyd thì quá trình lên men rượu không thực hiện được mà sẽ hướng sang tạo glycerin Có thể thực hiện như sau:

Cách 1: Cho vào trong môi trường muối bisunfit natri (NaHSO3), muối này sẽ kết với acetaldehyd tạo thành một hợp chất khó tan

Cách 2: Loai bỏ acetaldehyd qua phản ứng hóa hai phân tử acetaldehyd thành ethanol và acid acetic trong môi trường kiềm Môi trường kiềm được tạo ra bằng cách cho soda (Na2CO3) vào với tỷ lệ 5 %

Phản ứng hóa hai (vừa bị ôxy hóa vừa bị khử) của aldehyd acetic như sau:

CH3CHO + H2O + NAD → NADH2 + CH3COOH

CH3CHO + H2O → NAD + CH3CH2OH

2 CH3CHO + H2O → CH3CH2OH + CH3COOH

Do acetaldehyd bị mất cho phản ứng hóa hai này nên chất tiếp nhận H2 ở đây cũng là glycerin aldehyd-3-phosphat

1.2 Cơ chế hóa lý của sự lên men rượu

Để lên men dịch đường người ta phải cho vào trong dịch đường 1 lượng tế bào

nấm men nhất định Theo các phương pháp lên men khác nhau thì lượng nấm men cho vào sẽ khác nhau, thông thường khi lên men, lượng tế bào nấm men phải đạt trên 100 triệu tế bào/1ml nấm men trao đổi chất qua bề mặt tế bào, trung bình 1 g nấm men thì

có bề mặt 7000 cm2

nhờ có diện tích bề mặt tế bào lớn

Nấm men sử dụng các chất dinh dưỡng có trong dịch nấm men chủ yếu là đường để biến đổi thành ethanol và khí CO2 nhờ tác dụng của zymase Ethanol tạo thành sẽ khuyếch tán nhanh vào trong môi trường Khí CO2 cũng hòa tan được trong nước nhưng độ hòa tan không lớn, độ hòa tan CO2 trong nước ở áp suất 760 mmHg, nhiệt độ 25 ÷ 300

C là 0,856 ÷ 0,837 lít CO2/lít nước

Độ hòa tan của CO2 trong rượu cao hơn trong nước 3 lần Khi CO2 hòa tan trong nước đạt trạng thái bão hòa thì khí CO2 sinh ra sẽ bám quanh tế bào nấm men và các chất lơ lửng khác và hình thành nên những bọt khí, các bọt khí này lớn dần lên tới

mức độ nhất định thì sẽ lôi kéo các tế bào nấm men cùng các chất lơ lững nổi lên trên

bề mặt dung dịch Khi đến bề mặt dung dịch thì vỡ ra, khí CO2 thoát ra ngoài, nấm men lại chìm xuống, quá trình này cứ tiếp diễn liên tục như vậy nên làm cho tế bào

nấm men chuyển động liên tục trong môi trường và do đó làm tăng cường sự tiếp xúc

giữa tế bào nấm men với môi trường lên men, nghĩa là quá trình trao đổi chất được

thực hiện, vì vậy quá trình lên men diễn ra nhanh

Sự thoát khí CO2 ra ngoài có liên quan đến trạng thái môi trường và nồng độ môi trường lên men Nếu trong môi trường lên men còn chất lơ lửng và chiều cao của

bề mặt lên men thấp, diện tích bề mặt lên men lớn thì tốc độ thoát khí CO2 lớn, thời gian lên men sẽ rút ngắn

1.3 Các giai đoạn lên men rượu

Tốc độ quá trình lên men dịch đường xác định bằng cách xác định thay đổi hàm lượng đường trong dịch lên men hoặc hàm lượng khí CO2 tạo thành theo thời gian Ngoài ra còn có thể căn cứ vào hàm lượng rượu và lượng nhiệt sinh ra để xác định tốc

độ lên men Khi nghiên cứu tốc độ lên men rượu của nấm men người ta chia quá trình lên men thành 3 giai đoạn: giai đoạn lên men đầu, giai đoạn chính và giai đoạn lên men cuối

1.3.1.Giai đoạn lên men đầu

Trong thời kỳ lên men đầu, nấm men làm quen với môi trường lên men và sử

dụng đường để tăng sinh khối là chính, lượng đường ở thời kỳ này tiêu hao rất ít, lượng rượu sinh ra không đáng kể, nhiệt độ của dịch lên men tăng lên không đáng kể Trong điều kiện sản xuất, tùy theo phương pháp lên men và giai đoạn lên men đầu có

thể phát hiện được hay không

Ưu điểm: Ở phương pháp lên men gián đoạn, tỷ lệ nấm men sử dụng từ 10 ÷

15% so với dịch đường thì thời gian lên men đầu từ 6 - 8h

Nếu lên men theo phương pháp chuyển tiếp (rót dần) cho đến đầy thùng thì

lượng nấm men sử dụng khoảng từ 5 ÷ 10% thể tích thùng Trong trường hợp này thì thời gian lên men đầu phụ thuộc vào thời gian rót đầy thùng Thông thường 4 ÷ 6 h

Đối với lên men dịch rỉ đường, trong giai đoạn đầu, có thể sục không khí vô trùng vào thùng lên men để nấm men phát triển nhanh

1.3.2 Gi ai đoạn lên men chính

Đây là thời kỳ biến đổi sâu sắc nhất các thành phần trong dịch lên men, tốc độ

giảm hàm lượng đường theo thời gian trong giai đoạn này là lớn nhất, nhiệt tỏa ra nhiều nhất nên làm cho nhiệt độ của thùng lên men ở thời kỳ này tăng cao Vì vậy, cần

phải có biện pháp làm nguội dịch lên men, để bảo đảm nhiệt độ thích hợp, thời gian lên men chính kéo dài trong khoảng 20 ÷ 24h, có khi 12 ÷ 14h

1.3.3 Giai đoạn lên men cuối

Tốc độ lên men ở thời kỳ này chậm, trong thời gian lên men cuối do hàm lượng đường trong dịch nấm men giảm, tế bào nấm men già hoặc suy yếu, nên làm cho tốc

độ lên men chậm Trong trường hợp lên men dịch đường hóa từ tinh bột thì dịch lên men lúc này hầu như chỉ còn lại dextrin và tinh bột, muốn chúng lên men được phải chuyển thành đường maltose, muốn đạt được yêu cầu này ta cần bổ sung chế phẩm dextrinase Giai đoạn lên men này có ảnh hưởng đến hiệu suất lên men của nhà máy

sản xuất rượu Mặc dù tốc độ lên men chậm nhưng nếu bỏ qua thì sẽ làm giảm hiệu

suất lên men và giảm hiệu suất thu hồi

1.4 Sự tạo thành rượu bậc cao

Rượu bậc cao là các rượu có số nguyên tử C trong phân tử lớn hơn 2; là những

sản phẩm phụ quan trọng của quá trình lên men rượu Rượu bậc cao tuy trong dịch lên men ít, khoảng 0,1 ÷ 0,5%, nhưng nếu vào rượu sản phẩm thì sẽ ảnh hưởng xấu đến

mùi vị sản phẩm Hỗn hợp rượu bậc cao có tên gọi chung là dầu fusel, còn gọi là dầu khét, có mùi rất khó chịu, kém tan trong nước

Nguồn gốc tạo thành rượu bậc cao là do các acid amin có sẵn trong môi trường

hoặc do phản ứng thủy phân protein, polypeptid khi nấm men thoái hóa, tự phân hủy

Sự hình thành rượu bậc cao có thể diễn ra như sau:

Đầu tiên acid amino bị mất H2 tạo thành acid imino

của tạp khuẩn, sau 8 ÷ 10h lên men thì nhiệt độ của dịch lên men sẽ tăng dần lên và đạt

28 ÷ 300C, tiếp đó cần vận hành hệ thống cấp lạnh để duy trì ổn định nhiệt độ lên men

Nhiệt độ lên men cao thì hoạt lực của nấm men giảm nhanh, tạp khuẩn và nấm men dại phát triển thuận lợi; khi đó tốc độ phát triển của nấm men dại có thể cao hơn

của nấm men giống nhiều lần Ở 300

C thì men dại phát triển nhanh hơn Sacharomyces

từ 2 - 3 lần, ở 380

C thì phát triển nhanh 6 ÷ 8 lần, men dại còn lên men được ở nhiệt độ

42 ÷ 450C, ở 60 ÷ 650

C vẫn còn nhiều men dại sống sót

Lên men ở nhiệt độ cao cũng tạo ra nhiều ester, aldehyde

2.2 pH

Trong lên men rượu, pH thích hợp cho nấm men hoạt động là 4,5 ÷ 5 Đối với

dịch đường thủy phân từ nguyên liệu tinh bột thì pH nên ở 4,3 ÷ 5,2 để amylase tiếp

tục quá trình thủy phân

Trong quá trình lên men rượu, không nên để pH ở mức cao pH càng cao thì glycerin và acid tạo ra càng nhiều, làm giảm hiệu suất lên men, môi trường dễ bị nhiễm tạp khuẩn Khi pH từ 4 ÷ 4,2 thì nấm men vẫn phát triển và lên men được

nhưng phần lớn vi khuẩn bị vô hoạt

2.3 N ồng độ dịch lên men

Nồng độ chất khô của dịch lên men cần khống chế trong khoảng 16 ÷ 18%, tương đương khoảng 13 ÷ 15% đường, để khi lên men đạt được nồng độ rượu trong

dấm chín 8,5 ÷ 9,5% V Không nên lên men với nồng độ dịch lên men quá cao (trên

22%) vì áp suất thẩm thấu lớn làm mất cân bằng sinh lý nấm men; cũng không nên lên men với nồng độ dịch lên men thấp vì hàm lượng rượu tạo ra trong dấm chín sẽ ít, dẫn đến giảm năng suất thiết bị, đồng thời tốn nhiều nhiệt khi chưng cất

Ethanol tạo thành khi lên men cũng ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của

nấm men

2.4 Chất sát trùng

Trong điều kiện sản xuất, rất khó đảm bảo yêu cầu vô trùng Vì vậy, để ngăn

ngừa và hạn chế sự xâm nhập và phát triển của các vi sinh vật lạ cần phải dùng các

chất sát trùng (formalin hay fluoro silicat natri) Tuy nhiên, nồng độ cao sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của nấm men Vậy chúng ta cần điều chỉnh nồng độ

hợp lý, nồng độ các chất sát trùng từ 0,020 ÷ 0,025%

3 PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN DỊCH ĐƯỜNG HÓA TINH BỘT

3.1 Lên men theo phương pháp gián đoạn

Tất cả các giai đoạn lên men đều diễn ra trong cùng một thiết bị Quá trình công nghệ được tiến hành như sau

3.1.1 Chu ẩn bị thùng lên men

Trước khi sử dụng, thùng lên men phải được vệ sinh, sau đó mở van hơi nước

để sát trùng, duy trì nhiệt độ sát trùng 95 – 100o

C trong thời gian 45 – 60 phút

Nếu thùng lên men bị nhiễm khuẩn nặng thì dùng các chất sát trùng như formalin, clorua vôi…kết hợp dùng hơi nhiệt Phổ biến nhất là dùng formalin với tỉ lệ 0,03 - 0,05% so với thể tích thùng lên men Cho formalin vào thùng xong, ta mở hơi nước để nâng nhiệt độ dung dịch formalin lên 55 – 60o

C và giữ trong 60 – 90 phút

Tiếp đó lại nâng nhiệt độ lên 95 – 100o

C trong 45 – 60 phút

Sau khi sát trùng xong, mở nước làm nguội thùng xuống đến 35 – 37oC, đồng

thời mở van xả, tháo bỏ toàn bộ nước trong thùng Kiểm tra tất cả các bộ phận liên quan đến thiết bị lên men như các van đường ống, hệ thống dẫn hơi, khí nén hoặc cánh khuấy Chú ý đóng các van ở đáy thùng

3.1.2 Ti ến hành lên men

Cho một lượng nấm men giống nuôi cấy thuần khiết, khoảng 5 – 10% (so với

thể tích thùng) vào trước trong thùng đã được chuẩn bị sẵn Có thể cho dịch nấm men vào đồng thời với việc chuyển dịch đường vào hoặc có thể cho dịch đường vào đạt

mức yêu cầu rồi mới cho dịch nấm men vào

Ở giai đoạn đầu lên men, có thể sục khí để thúc đẩy quá trình phát triển của

nấm men Mặc dù không khí đã được sát trùng kỹ nhưng trong dịch lên men vẫn có thể

có tạp khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí Ngày nay, người ta ít dùng phương pháp

sục khí ở giai đoạn lên men đầu, thời gian lên men có thể dài hơn nhưng kết quả lên men tốt hơn

Thời gian lên men dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có các

yếu tố môi trường như : nhiệt độ, pH,…

- Nhiệt độ lên men càng cao thì thời gian lên men càng ngắn nhưng tổn thất đường tăng Kinh nghiệm khống chế nhiệt độ lên men như sau: sau 8 – 12h kể từ lúc cho nấm men và dịch đường vào đầy thùng (tức là kết thúc giai đoạn lên men đầu, chuyển sang giai đoạn lên men chính) người ta mở nước làm nguội và lưu lượng tăng

dần theo thời gian lên men chính Tóm lại là phải khống chế nhiệt độ lên men chính trong suốt quá trình lên men ổn định Nhiệt độ lên men tốt nhất là 28 – 30o

Nếu lên men chậm hoặc nhiễm khuẩn nhẹ thì tiếp tục thêm men giống, nâng nhiệt độ lên men một ít Nếu nhiễm khuẩn nặng thì đối với các thiết bị mới lên men thì nâng nhiệt sát trùng, tiếp thêm men giống Nếu các thiết bị lên men đã lâu, đạt được

chỉ tiêu lên men thì ưu tiên đem chưng cất trước hoặc đem phối vào các thùng lên men

gần kết thúc

Thông thường, trong suốt thời gian lên men, cứ 6 - 8h thì lấy mẫu kiểm tra 1

lần, kiểm tra các chỉ tiêu như: độ acid, đường khử, chất lượng nấm men,…Từ kết quả

kiểm tra, điều khiển quá trình lên men 1 cách đều đặn, đúng yêu cầu kỹ thuật Khi kết

quả 2 lần kiểm tra thay đổi không đáng kể thì có thể xem như quá trình lên men kết thúc và chuyển đến bộ phận chưng cất

Sau khi chuyển xong dấm chín, ta phải làm vệ sinh và sát trùng thùng lên men,

sẵn sàng cho lần lên men kế tiếp

3.1.3 Ưu và nhược điểm

* Ưu điểm

- Thao tác của công nhân đơn giản

- Nếu có sự cố chỉ xảy ra trong 1 thùng

* Nhược điểm

- Chu kỳ lên men dài do đó cần nhiều thùng lên men, số lượng thùng lên men nhiều hơn 20 – 30% so với các phương pháp lên men khác

- Hiệu suất lên men không cao, không ổn định

- Số lượng thiết bị nuôi cấy men giống cũng nhiều hơn các phương pháp khác

- Tốn nhiều năng lượng để vệ sinh, sát trùng, khuấy trộn

Tóm lại, phương pháp lên men gián đoạn có nhiều nhược điểm, trong đó nhược điểm chủ yếu là chu kỳ lên men dài, hiệu suất lên men thấp, chất lượng không ổn định

3.2 Phương pháp lên men chu kỳ

Phương pháp lên men chu kỳ là một trong những dạng lên men bán liên tục Giai đoạn lên men chính thực hiện liên tục, giai đoạn lên men cuối thực hiện gián đoạn Số lượng thùng lên men đối với phương pháp lên men chu kỳ phải nhiều hơn 6 thùng

Bắt dầu chu kỳ thứ nhất được tiến hành như sau:

Dịch men giống từ thùng (1) cho xuống thiết bị lên men thứ nhất (2)1 với tỷ lệ

8 - 15% (so với thể dịch lên men) Tiếp đó bơm dịch đường vào đầy thùng (2)1 Khi thùng lên men (2)1 đã đầy, ta chuyển một nửa sang thùng lên men (2)2 và tiếp tục chuyển dịch đường hóa vào đầy cả 2 thiết bị (2)1 và (2)2 Khống chế thời gian sao cho khi đầy cả 2 thiết bị thì kết thúc quá trình lên men chính, thường gọi là 2 thùng lên men đầu dây

Khi cả 2 thùng đã đầy (lên men chính xong) thì mở van cho tự chảy sang thiết

bị (thùng) lên men (2)3 và cứ như thế cho đến thùng lên men thứ 7, thứ 8 Khống chế

thời gian sao cho khi chảy từ thùng thứ 2 đến thùng thứ 8 đạt từ 60 – 62h lên men Giữ

ở các thùng một thời gian để lên men cuối kết thúc, đạt tiêu chuẩn dấm chín, đưa đi cất rượu Tuần tự cất rượu từ thùng thứ 8, thùng thứ 7,… cho đến thùng thứ 1 là kết thúc 1 chu kỳ Chu kỳ mới được thiết lập từ thùng thứ 8, thứ 7 Lúc này 2 thùng này đóng vai trò là 2 thùng lên men đầu dây và cách tiến hành như ở chu kỳ đầu