Lượng chất không lên men được trong gỉ đường sẽ tăng do nhiệt độ cao khi xử lý mía.. I.2 SỬ DỤNG GỈ ĐƯỜNG MÍA Gỉ đường mía được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp lên men để sản xuấ
Trang 1
1
I GỈ ĐƯỜNG MÍA
Trong công nghiệp, đường được sản xuất từ củ cải đường và mía, có khoảng 60%
đường được sản xuất từ mía
Mía là cây ưa ấm, được trồng phổ biến ở các nước châu Á, châu Úc, ở Cuba, đảo Giava, vùng Ha oai Trong quá trình chế biến mía thành đường kính sẽ thu được một loại phế liệu là gỉ đường mía
I.1 SẢN XUẤT GỈ ĐƯỜNG MÍA
Đường mía thô gồm hai hợp phần : các tinh thể đường saccharose và mật bao bọc phía ngoài có chứa đường, các chất phi đường và các chất màu
Sơ đồ thu gỉ đường mía:
Lắng trong bằng vôi cho bão hòa CO2 Lọc và sulfit hóa
Dịch đường non I được ly tâm
Đường thô được tinh luyện
Ly tâm Lắng trong
Thu đường trắng
Gỉ đường còn lại sau cùng
Cặn màu được xử lý 3 lần
để thu đường loại II, III,
IV
Trang 2
2
Trung bình thành phần gỉ đường từ tinh chế đường thô có: 25-40% saccharose, 12-30% đường khử, 0.3%-0.5% nitơ Axit aconitic chiếm phần lớn chất phi đường hữu cơ của gỉ đường khoảng 5% Các chất khử gồm: glucose, fructose, các chất khử không lên men được là caramel và melanoidine (sản phẩm ngưng tụ giữa đường và amino axit), chúng chiếm khoảng 1.7% trọng lượng gỉ đường Lượng chất không lên men được trong gỉ đường sẽ tăng do nhiệt độ cao khi xử lý mía
I.2 SỬ DỤNG GỈ ĐƯỜNG MÍA
Gỉ đường mía được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp lên men để sản xuất rượu, rượu Rum, các dung môi aceton và butanol, nấm men, axit citric, lactic, aconitic và
glycerin Gỉ đường cũng được dùng một phần làm thức ăn gia súc
Hình 1: Đường mía
I.3 CHẾ BIẾN GỈ ĐƯỜNG MÍA THÀNH RƯỢU
Cơ sở khoa học: Là quá trình lên men đường thành rượu là sự phân giải các chất đường thành rượu và CO2 dưới tác dụng của chất men do nấm men tiết ra
Sự lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, có sự tham gia của nấm men
Saccharomyces, trải qua hàng loạt các phản ứng phức tạp với sự tham gia của nhiều men xúc tác
Phương trình tổng quát của sự lên men rượu
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 27Kcal
I.3.1 Các điều kiện chính của quá trình lên men rượu
Trang 3
3
Nấm men chỉ có khả năng lên men monose và disaccharide Với gỉ đường thành phần chủ yếu là monose và disaccharide nên rất thuận lợi cho quá trình lên men
Nồng độ đường: Ảnh hưởng đến hiệu suất lên men Nấm men chỉ có khả năng lên men
đường thành rượu trong khoảng nồng độ đường phụ hợp từ 10 – 15 % nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men, và khả năng lên men rượu giảm
Ảnh hưởng của oxy: Nấm men là loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện yếm
khí nó sẽ lên men đường tạo thành rượu và CO2 Do đó trong sản xuất rượu thì giai đoạn đầu cần điều kiện hiếu khí để nấm men sinh sản tăng sinh khối, phát triển đủ lượng tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu và sau đó phải yếm khí cho quá trình lên men rượu Tiếp đến phải yếm khí tuyệt đối để nấm men chuyển hóa đường thành rượu
Ảnh hưởng của pH : Như trên đã nói, pH có ảnh hưởng lớn đến quá trìn lên men, tạo
sản phẩm chính và phụ khác nhau Nếu pH 4-5 lên men rượu bình thường tạo sản phẩm chính là etanol Đây là điều kiện cần thiết trong quá trình lên men rượu ở các nhà máy rượu hiện nay Để axit hóa môi trường thường dùng H2SO4 hay axit lactic Nếu pH môi trường kiềm – sản phẩm chính là glyxerin - ứng dụng trong lên men glyxerin
Ảnh hưởng nhiệt độ : nhiệt độ là yếu tố cần thiết ảnh hưởng lớn đến nấm men và sự lên
men Thông thường nhiệt độ phù hợp cho lê men là 28o
C - 30oC Nhiệt độ khoảng hơn
50oC và dưới 0oC sự lên men hầu như đình chỉ
Ảnh hưởng nồng độ rượu tạo thành : Rượu tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng đến sự lên men Thông thường nấm men lên men đến nồng độ đạt 12 – 14% Một số ít nấm men có thể lên men đạt nồng độ rượu 17 - 20% với nồng độ rượu cao hơn sẽ ức chế nấm men và hầu như kìm hãm lên men rượu
Hiện nay, công nghệ sản xuất cồn từ gỉ đường đã được phổ biến một số nước trên thế giới Sản phẩm cồn được chưng cất này là kết quả của quá trình lên men sử dụng nấm men ép hoặc men gốc thuần khiết
I.3.2 Quá trình lên men rượu
Quá trình lên men rượu được thực hiện theo những bước sau:
Trang 4
4
Dùng các chất tẩy rửa ở nhà máy người ta thường dùng focmalin nồng độ 0,02-0,05%
so với dung tích thùng lên men để vệ sinh thùng lên men, cùng với hơi nóng 55-60oC giữ trong vòng 1-1,5 giờ Sau đó đưa nhiệt của hơi nóng lên 95-100oC và giữ trong 45 phút Sau đó phải làm nguội thùng lên men đến nhiệt độ phòng, xả hết nước ngưng tụ trong thùng lên men đến nhiệt độ phòng, xả hết nước ngưng tụ trong thùng lên men Tiếp đến cho dịch lên men và 10% giống men vào Saccharomyces cerevisae Giai đoạn đầu phải thổi khí để tăng khả năng phát triển của nấm men cho đủ số lượng cần thiết cho quá trình lên men
Khi lượng nấm men vừa đủ cho quá trình lên men, thì không cung cấp khí nữa mà tiến hành lên men yếm khí Nhiệt độ cần thiết cho quá trình lên men 32-34oC Thời gian lên men khoảng 4-5 ngày, sau đó tiến hành chưng cất và tinh luyện
Về lý thuyết, 100 kg đường glucose, sau quá trình lên men sẽ tạo ra 51,11 kg cồn và giải phóng 48,89 kg khí CO2 Trong thực tế, sản xuất chưa bao giờ đạt được trên 95% so với lý thuyết Phản ánh thực tế trong chưng cất cồn từ gỉ đường cho thấy, hiệu suất len men đạt tối đa khoảng 90% và hiệu suất chưng cất cồn đạt từ 95% đến 98% Tuy nhiên, các chỉ số tối đa này cũng hiếm khi đạt được
Hiệu suất chưng cất cồn phụ thuộc nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng dịch đường lên men, điều kiện và thời gian bảo quản gỉ đường, quy mô nhà máy và cơ sở vật chất kỹ thuật phục vụ cho quá trình lên men
Một sự biến đổi về chất lượng dịch đường có thể trực tiếp ảnh hưởng tới khả năng lên men Đây là vấn đề quan trọng, đặc biệt đối với các nhà máy chưng cất cồn từ gỉ đường, bởi vì, chỉ cần giảm một lượng nhỏ hiệu suất lên men cũng có thể tạo ra sự biến động lớn
về chi phí sản xuất
Bộ môn Ứng dụng Công nghệ Enzyme của Công ty SEB (Specialty Enzymes and
Biochemicals Co.) đã tiến hành nghiên cứu tăng sản lượng cồn trong quy trình chưng cất
rượu từ gỉ đường lên men, kết quả đã sản xuất thành công sản phẩm độc quyền là
Trang 5
5
MOLSEB và M-BOOST Hợp chất này có tác dụng ổn định hiệu suất lên men từ các nguồn gỉ đường khác nhau và có thể tăng sản lượng thu hồi cồn từ 15% đến 40% trên mỗi tấn gỉ đường
Quy trình ứng dụng :
Quy
trình Phương pháp truyền thống
Công nghệ bổ sung MOLSEB
BOOSTER
Quá
trình
nhân
giống
nấm
men
Quá trình gây men được tiến
hành trong thiết bị nhân giống
- Bổ sung 40.000 lít dịch gỉ
đường đã xử lý, với nồng độ là
12.5oBx (tỷ trọng riêng 1.089-1.09)
vào thiết bị nhân giống
- Bổ sung men ép và urê
Toàn bộ quá trình nhân giống kéo
dài khoảng 12 giờ (khi nồng độ
dịch đường giảm xuống còn
10.5oBx
Quá trình gây men được tiến hành trong thiết bị nhân giống
- Cho 40.000 lít dịch gỉ đường đã xử lý với nồng độ là 1
2.5oBx (tỷ trọng riêng 1.089-1.09) vào thiết bị nhân giống
- Bổ sung men ép + 10 ppm MOLSEB BOOSTER
- Duy trì quá trình lên men 5-6 giờ và cho thêm vào 0.04% MOLSEB (% so với dịch đường)
Toàn bộ quá trình nhân giống kéo dài khoảng 12 giờ (khi nồng độ dich đường giảm xuống còn 10.5o
Bx
Tiếp
giống
và lên
Khi nồng độ dịch đường đạt
10.5oBx, chuyển 40.000 lít dịch
men giống sang tank lên men chứa
Chuyển 40.000 lít dịch men giống sang tank lên men chứa 140.000 lít dịch đường nồng độ 240Bx khi dịch men giống giảm
Trang 6
6
men 140.000 lít dịch đường nồng độ
24oBx
Thời gian chuyển men giống là 2
giờ
Quá trình lên men sau đó được
kéo dài cho đến khi nồng độ dịch
đường giảm xuống đến 7.5oBx Sự
tạo bọt diễn ra trong giai đoạn này
và nhiệt độ có thể tăng đến 35°C
Thời gian để nấm men chuyển hóa
dịch đường từ nồng độ 24oBx
xuống 7.5oBx là khoảng 24 giờ
Sau khi đạt 7.5oBx thường thì
nấm men ngừng hoạt động và có
thể tiến hành quá trình chưng cất
cồn
độ đường xuống 10.5o
Bx
Bổ sung thêm MOLSEB với tỷ lệ 0.05%
so với dịch đường
Thời gian chuyển men giống là 2 giờ
Quá trình lên men kết thúc khi nồng độ dịch đường giảm xuống 7.5oBx Sự tạo bọt diễn ra trong giai đoạn này và nhiệt độ
có thể tăng đến 35°C Thời gian lên men (giảm nồng độ dịch đường từ 24oBx xuống 7.5oBx) khoảng từ 19 tới 21 giờ Việc sử dụng thêm MOLSEB và M-BOOST đã rút ngắn thời gian lên men từ
2 đến 3 giờ
Sau khi đạt 7.5oBx thường thì nấm men ngừng hoạt động và có thể tiến hành quá trình chưng cất cồn
TẾ BÀO MEN VÀ KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA CHÚNG
Tế bào nấm men sử dụng trong quá trình sản xuất rượu cồn chưng cất ở thể đồng nhất
có khả năng lên men nhanh, tạo ra nồng độ rượu cao ở điều kiện nhiệt độ và rải pH rộng Thời gian cần thiết để kết thúc quá trình lên men thay đổi phụ thuộc nhiệt độ, tuy nhiên, ở điều kiện 26 - 28°C, thời gian khoảng 48 đến 72 giờ
Hiệu suất chưng cất cồn chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều điều kiện khác nhau: chất lượng
gỉ đường, thời gian, chế độ bảo quản và thậm chí chất lượng thiết bị sản xuất gỉ đường
Trang 7
7
Yếu tố vô cùng quan trọng là những ức chế ảnh hưởng đến sự hoạt động của các tế bào nấm men:
- Tác động hóa học: Bao gồm nhiệt độ và hàm lượng đường, hợp chất sulfite, natri và các dư lượng hóa chất trong hệ CIP
- Tác động vi sinh từ axit acetic và axit lactic được tạo ra bởi những vi khuẩn làm suy giảm đáng kể độ pH và khả năng tạo cồn Độc tố mycotoxin từ nấm mốc làm ức chế hoạt động của tế bào nấm men
- Ức chế về nguồn dinh dưỡng có thể bao gồm sự thiếu hụt sterol, nitơ, oxi… các
khoáng chất và vitamin
SẢN PHẨM CHƯNG CẤT
Công nghệ bổ sung MOLSEB và
Cồn tinh khiết 10390
lít Cồn tinh khiết 9832 lít
lít Tổng số
10815 lít
Dung môi chưng cất 157728
lít Dung môi chưng cất
163863 lít
Gỉ đường 44.1
tấn Gỉ đường
45.88 tấn Sản lượng cồn/tấn nguyên liệu
gỉ đường 259 lít
Sản lượng cồn/tấn nguyên liệu
gỉ đường
235.7 lít
Trang 8
8
Lượng cồn chưng cất được tăng thêm 23.3 lít/1 tấn gỉ đường nguyên liệu
GỈ ĐƯỜNG
Dịch đường lên men sau khi qua hệ thống cất phân đoạn, thường là quy trình "bốn tháp cất", sẽ cho ra ba loại sản phẩm như sau:
1 Cồn tinh khiết ( R.S)
2 Cồn thô: có thành phần các chất dễ bay hơi như alde-hyde, methanol,
3 Dầu fusel: có thành phần propanol, butanol, furfural
Việc ứng dụng sản phẩm mới MOLSEB và M-BOOST có thể tăng sản lượng cồn
chưng cất khoảng 23.3 lít/1 tấn gỉ đường nguyên liệu Bên cạnh đó, thời gian lên men được rút ngắn từ 3 - 4 giờ Kỹ thuật mới này hoàn toàn có thể áp dụng ở quy mô sản xuất công nghiệp, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế mà không đòi hỏi thêm nhân công lao động, cũng như chi phí đầu tư lớn trong quá trình sản xuất
Ứng dụng: Từ nguyên liệu gỉ đường thực hiện quá trình lên men rượu được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là công nghệp thực phẩm Có thể sản xuất rượu để uống, cồn (96o) Ngoài ra cồn còn làm dung môi cho công nghiệp hóa học-y sinh học Dùng làm chất diệt trùng trong các phòng cấy vi sinh hay trong các phòng giải phẩu
II ĐIỀU CHẾ PECTIN TỪ PHẾ LIỆU TÁO
Từ các phế liệu của táo người ta sản xuất ra pectin khô hoặc dịch pectin đặc
a Nguồn gốc và cấu tạo
Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin
Trang 9
9
hòa tan và protopectin không hòa tan Dưới tác dụng của acid, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin
Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là galactoronic và rượu metylic Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm sẽ tạo đông
Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4-glycozide
Cấu tạo không gian của Pectin
Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là chỉ số methoxyl “MI” biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử pectin và chỉ số este hóa “DE” thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp
Trang 10
10
- Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7% Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 %
- Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7% Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm
Trong quá trình bảo quản có thể bị tách nước hoặc lão hóa Quá trình tạo đông phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa càng cao thì khả năng tạo đông càng cao Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, khi pectin hút đủ nước thì mới sử
dụng ở
công
đoạn
cuối chế
biến
Các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic Ngoài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch Khi làm giảm độ tích điện và hydrat
Trang 11
11
hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới
ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong
Sản xuất pectin khô
Bã táo còn tươi thu được khi sản xuất nước táo ép được nghiền và sấy trên máy sấy băng chuyền độ ẩm 8-10% Để sản xuất pectin người ta dùng bã táo non và táo rụng là những phế liệu sản xuất nước táo ép Bã khô được nghiền lần hai và đưa vào thiết bị ly trích có đáy lót lưới, có cánh khuấy (12-15 vòng/phút) Bã trong thiết bị trích ly được hòa với nước (1:2,6), được axit hóa bằng anhydrit sulfure pH 2,5-3,5 được đun nóngđến
85-92oC và giữ ở nhiệt độ này trong một giờ
Dịch chiết axit có chứa pectin, đường và polysaccharide được kiềm hóa bằng Na2CO3 đến pH 4,5-5 và được thủy phân bằng men Để đường hóa tinh bột người ta cho 0,5%
canh trường nấm mốc Aspergillus oryzae nuôi cấy trên cám mì Quá trình thủy phân được
tiến hành ở nhiệt độ 40-50o
C trong 30-60 phút Sau đó thêm vào dịch đường hóa 0,02% kidengua và dịch đường hóa được cho qua vải lọc ở áp suất 2-2,5at của máy lọc ép Dịch lọc được cho vào nồi cô chân không có bề mặt đốt nóng đặt ở ngoài tại nhiệt độ 55-60o
C
để cô đến hàm lượng chất khô là 15% trong đó chứa 3% pectin
Dịch cô đặc được đưa vào thiết bị làm đông tụ và xử lý bằng rượu etylic 95% (1,2 thể tích rượu cho 1 thể tích dịch trích ly) Hỗn hợp được axit hóa bằng axit clohydric 0,3% và đảo trộn trong 8-10 phút Khối dịch được chuyển lên máy lọc ép hoặc máy lọc khung bản
để tách pectin khỏi hỗn hợp rượu, nước ở áp suất 1-1,5at Kết tủa pectin trên máy lọc được rửa bằng rượu etylic 95% với lượng từ 60-70% so với lượng petin Pectin ở dạng bùn nhão được chuyển lên khay đưa vào tủ sấy Rượu thu hồi sau khi tái sinh đem dùng lại Bột nhão pectin được sấy trên máy sấy chân không ở nhiệt độ 60-70oC, sau khi sấy xong pectin được nghiền trên máy nghiền rồi được đóng vào các thùng có dung tích -10kg Để thu 1 tấn pectin phải tiêu tốn:
Nguyên vật liệu Lượng vật chất
