Công nghệ sản xuất cồn

Nhưng dù theo phương pháp và sơ đồ nàothì quá trình đường hóa cũng bao gồm:  Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa..  Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

ĐỒ UỐNG CÓ CỒN

ĐỀ TÀI: Công nghệ sản xuất cồn

Giảng viên hướng dẫn: Đinh Thị Hiền

Nhóm sinh viên thực hiện: 9 + 10

Thời gian: Thứ 2_ tiết 10,11,12_A204

Hà Nội, năm 2017

DANH SÁCH SINH VIÊN

- Tuỳ theo tình hình phát triển của mỗi nước, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất

đa dạng và khác nhau ở các nước có nền công nghiệp rượu vang phát triển nhưItalia, Pháp, Tây ban nha… cồn được dùng để tăng thêm nồng độ rượu

Một lượng khá lớn cồn được dùng để pha chế các loại rượu mạnh, cao độ như Whisky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum…

- Rượu và các đồ uống có rượu chiếm một vị trí đáng kể trong công nghiệp thựcphẩm

II. Phân loại

Tuỳ theo nồng độ rượu và mức độ làm sạch tạp chất mà người ta chia cồn thành

2 loại với các chỉ tiêu chất lượng như sau:

Bảng 2.1 – Phân loại cồn theo TCVN – 71

III. Nguyên liệu

Nguyên liệu chứa polysaccharide đều có thể sử dụng trong công nghệ sảnxuất cồn

 Yêu cầu:

 Đảm bảo đủ dưỡng chất phục vụ cho sự phát triển của vi sinh vật

 Hàm lượng đường hoặc tinh bột cao, có khả năng mang lại hiệu quảkinh tế cao

 Sẵn có, giá thành thấp

 Vùng nguyên liệu tập trung và đủ cho nhu cầu sản xuất

 Chúng ta sẽ xem xét 2 loại nguyên liệu phổ biến: tinh bột và rỉđường

Hàm lượng chất khô chiếm 80-85%, trong đó có:

- 60% là đường lên men được với:

• 35-40% là sccarose

• 20-25% là đường khử

- 40% là chất phi đường với:

• 30-32% là hợp chất hữu cơ

• 8-10% là chất vô cơ

Mật rỉ có độ pH từ 6,8 – 7,2

- Mật rỉ nhận được từ sản xuất luôn chứa 1 lượng vi sinh vật Nguy hiểm nhất

là vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic

- 1g mật rỉ chứa tới 100.000 vi sinh vật không nha bào và 15.000 có khả năng tạo bào tử Ở mật rỉ nhiễm nặng con số vi sinh vật có thể đath tới 500.000 và50.000

- Đối với rỉ đường có nồng độ trên 70%, hầu hết vi sinh vật đều chịu nằm yên,nhưng khi pha loãng chúng bắt đầu hoạt động và làm giảm hàm lượngđường dẫn đến tăng tổn thất

 Ứng dụng của mật rỉ:

 Sản xuất cồn

 Sản xuất acid acetic, acid citric

 Sẩn xuất nấm men bánh mì, nấm men cho chăn nuôi

 Sản xuất bột ngọt

 Sản xuất glycerin

 Ưu điểm của việc sử dụng rỉ đường để sản xuất cồn Etylic so với

những nguyên liệu khác

 Giá rẻ

 Khối lượng lớn, dồi dào

 Sử dụng tiên lợi

 Nguồn cung cấp khá phổ biến

2. Nguyên liệu chứa tinh bột

Sắn, ngô, khoai, và một phần gạo hoặc tấm

Độc tố trong sắn có là Phazeolunatin chứa nhiều trong sắn đắng, chủ yếu ở vỏ

và cùi, hàm lượng của khoảng 0.001 – 0.04% Phazeolunatin không độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng HCN gây độc cho cơ thể

Biện pháp giúp giảm thiểu số lượng HCN: thái lát sắn rồi phơi khô

0,52,45110,121,7

7774,7977,387269,6

0,40,650,614,051,9

0,51,40,711,141,8

106,710,512

4,61,92,11,7

67,96366,468,2

2,210,44,52,0

1,35,22,51,6

 Xử lý nguyên liệu

 Nấu nguyên liệu

 Pha loãng dung dịch

 Vệ sinh thiết bị,…

 Yêu cầu chất lượng của nước trong sản xuất rượu

• Trong suốt, không màu, không mùi

• Độ cứng: không quá 7 mg-E/l

• Độ oxy hóa: ≤ 2ml KMnO4/l

• Chất cặn: ≤ 1 mg/l

• Không có kim loại nặng

• Hàm lượng các muối phải thỏa yêu cầu sau:

 Hàm lượng Clo ≤ 0,5 mg-E / lít

Sử dụng loại nấm men Saccharomyces

- Nguyên liệu chính dùng để sản xuất men là mật rỉ, ngoài ra một số hóa chấtkhác sẽ được cung cấp trong quá trình nuôi cấy men để bổ sung các chấtdinh dưỡng mà mật rỉ không đủ

- Quá trình nuôi dưỡng men Saccharomyces là quá trình hiếu khí vì vậy người

ta phải thổi vào bồn lên men một lượng khí rất lớn

IV. Quy trình sản xuất

Thuyết minh quy trình

1 Nghiền nguyên liệu

 Khi nghiền các phần tử nhỏ lọt qua rây và đẩy ra ngoài Năng suấtcủa máy phụ thuộc vào mức độ nghiền và kính thước của rây

 Nghiền nhỏ dùng búa mỏng cỏ chiều dày 2 đến 3 mm hay nghiềnthô dùng búa có chiều dày 6 đến 10 mm Tốc độ quay của búa 75đến 80m/s

 Với sắn khô khi nấu ở p, thường cỏ dùng a - amylaza chịu nhiệt do

đó ta phải nghiền càng mịn càng tốt Tùy vào chế độ nấu mà tanguyên liệu nghiền nhỏ thích hợp

2 Nấu nguyên liệu

2.1. Mục đích nấu nguyên của liệu:

Tinh bột nằm trong màng tế bào, khi nghiền chỉ một phần phần cácmàng bị phá vỡ do vậy hạn chế tiếp xúc amylaza, vì vậy mục đích củanấu nhằm:

- Phá vỡ màng TB tinh bột, tạo điều kiện chúng hình thành trạngthái hòa tan trong dunh dịch

- Hơn nữa nấu nguyên liệu là một quá trình ban đầu nhưng rấtquan trọng trong sx cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc nhiềuvào kết quả nấu

2.2. Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

 Đặc điểm: toàn bộ quá trình nấu đều được tiến hành trong cùngmột nồi

 Ưu điểm:

- Ít tốn vật liệu để chế tạo thiết bị

- Thao tác đơn giản

- Nhược điểm:

- Tốn năng lượng

- Tổn thất đường

 Tiến hành nấu:

- Cho nước vào thiết bị, tỉ lệ 3,5- 4 lít/kg nguyên liệu

- Bật cánh khuấy, cho nguyên liệu vào

- Mở van xả, đun 45- 60 phút

- Đóng van xả Đợi đến khi áp suất đạt 3- 3,5 kg/cm2, trong7- phút

- Kiểm tra cháo chín, mở van từ từ và phóng cháo sang thùngđường hóa

b Nấu bán liên tục

 Đặc điểm: nấu trong 3 nồi thành 3 giai đoạn

- Nấu sơ bộ

- Nấu chín

- Nấu chín thêm

 Ưu điểm:

- Giảm thời gian nấu ở áp suất và nhiệt độ cao

- Giảm tổn thất, tăng năng suất

- Tiết kiệm 15- 30% lượng hơi

- Cho cánh khuấy làm việc rồi đổ nguyên liệu vào

- Dùng hơi thứ lấy từ nồi nấu chín thêm để đun dịch lên

70-85 độ C, duy trì 50- 60 phút

- Xả cháo vào nồi nấu chín Tiến hành nấu như nấu giánđoạn, với áp suất nấu 2,8- 3,2 kg/cm2, 130- 135 độ C trong

60 phút

- Tại nồi nấu chín thêm áp suất 0,5- 0,7 atm, 105- 106 độ C,thời gian 50- 60 phút.

c Nấu liên tục

 Ưu điểm:

- Tận dụng được nhiều hơi

- Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa

 Nhược điểm

- Nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ

- Điện, hơi, nước phải ổn định

3 Quá trình đường hóa

- Khái niệm: là quá trình dùng enzym amylaza để chuyển hóa tinh bột thànhđường dễ lên men Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu

- Đường hóa dịch cháo có thể tiến hành theo phương pháp gián đoạn hoặc liêntục trên các sơ đồ thiết bị khác nhau Nhưng dù theo phương pháp và sơ đồ nàothì quá trình đường hóa cũng bao gồm:

 Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa

 Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong thời gian xác định để amylase chuyển hóa tinh bột thành đường

 Làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men

a) Đường hóa liên tục

- Đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch amylase liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi vào bộ phận lên men

Sơ đồ làm việc theo trình tự sau:

Cháo nấu được chứa ở nồi nấu chín thêm liên tục vào thùng đường hóa lần1; dịch amylase từ thùng chứa qua bộ phận phân phối, sau đó khoảng 30%

đi vào thùng đường hóa lần 1 phối trộn với dịch cháo ở 60*C Thời gianđường hóa ở thùng đường hóa lần 1 kéo dài 15 đến 20 phút Ra khỏi thùngđường hóa lần 1, dịch đường được bổ sung 70% chế phẩm amylase còn lại

từ thùng chứa dịch amylase, sau đó qua bơm đi vào thiết bị đường hóa lầnhai Tổng cộng thời gian đường hóa ở cả hai thiết bị không quá 30 phút.Đường hóa xong một phần dịch đường đưa vào phân xưởng gây men, 90%còn lại qua thiết bị làm lạnh kiểu “ống lồng ống” tới nhiệt độ 28-30*C, rồicho vào thùng lên men

 Đường hóa liên tục chú ý đến:

 Phương pháp làm lạnh bằng chân không

 Dịch cháo được nấu trong môi trường áp suất thấp (0,2 kg/cm2) nên nhiệt nấu chỉ còn 58-59*C

- Thời gian đường hóa ngắn (10-15 phút) nên giảm diện tích cho thiết

bị, hạn chế được sự mất hoạt tính của amylase

- Tăng năng suất lao động

- Tăng hiệu suất rượu, tiết kiệm điện

b) Đường hóa gián đoạn

- Được thực hiện trong một thiết bị gọi là thùng đường hóa.Thùng đường hóagián đoạn có cấu tạo tương tự như thùng đường hóa liên tục lần 1 Dung tíchthùng được tính dựa trên thể tích của mẻ nấu và theo tỷ lệ 1,3 m3 thùng/1m3cháo Chiều cao của thùng khoảng 0,5-0,6 so với đường kính Bên trong cánhkhuấy với tốc độ 50-60 vòng/phút nhằm giúp cho quá trình làm lạnh

 Phương pháp 1:

- Cho 13-15% dịch amylaza vào, khuấy đều, mở nước làm lạnh Cho cháo vào từ

từ với tốc độ sao cho khi hết cháo thì nhiệt 60*C Sau đó cho hết dịch amylasecòn lại vào nhiệt lúc này sẽ là 57-58*C Ngừng khuấy, đóng van làm lạnh, đểyên 10-15 phút Sau đó cho cánh khuấy làm việc, mở nước làm lạnh tới nhiệt28-30*C rồi bơm sang hệ thống lên men

Ưu điểm: Cháo được dịch hóa

Nhược điểm:

- Thời gian kéo dài

- Làm mất hoạt tính của 13-15% amylaza

- Giảm năng suất của thiết bị

 Phương pháp 2:

- Cho toàn book amylaza vào, bật cánh khuấy, mở nước làm lạnh cho cháo vàovới tốc độ nhanh hơn nhưng vẫn phải khống chế t = 57-58*C

- Khi cho hết cháo vào, ngừng khuấy đóng van làm lạnh để yên trong 10-15 phút

- Bật cánh khuấy, mở nước làm lạnh đến 28-30*C rồi bơm sang hệ thống lênmen

Ưu điểm: Dịch cháo được làm loãng nhanh do đó tránh sự lão hóa tinh bột Nhược điểm:

- Hoạt tính của amylaza dễ bị mất nhiều

- Mất nhiều công theo dõi quan sát nhiệt của quá trình

 Phương pháp 3: (Thường áp dụng tại Việt Nam)

- Cho toàn bộ dịch cháo vào

- Bật cánh khuấy Mở nước làm lạnh đến 70oC

- -Cho fluosilicat natri 2% vào để sát trùng.

- Cho 5-10% amylaza vào để dịch hóa Làm lạnh đến 60oC

- Cho nốt 90 – 95% amylaza còn lại vào

- Thời gian đường hóa là 1h

- Sau đoa làm lạnh đến nhiệt lên men

Ưu điểm : Hoạt động của enzym giảm không đáng kể.

Nhược điểm:

- Tinh bột bị lão hóa nhiều, dịch đặc, độ nhớt cao làm ảnh hưởng đếntốc độ cánh khuấy

- Một phần hoạt tính của amylaza vẫn bị giảm

4 Lên men dịch đường

- Đường hóa xong dịch đường được làm lạnh tới nhiệt độ lên men và bơm vàothùng cùng với 10% men giống ở đây nấm men sẽ phát triển chuyển hóa đườngthành rượu và CO2 đồng thời dưới tác dụng của amylase, dextrin tiếp tục biếnthành đường, lên men được glucoza và mantoza

4.1 Động học của quá trình lên men

Tốc độ lên men có thể xác định trực tiếp bằng lượng đường được lên men, hoặc giấn tiếp xác định lượng rượu được tạo thành và lượng CO2 thoát ra trong một đơn vị thời gian Cũng có thể xác định nhanh tốc độ lên men bằng cách đo nồng độ biểu kiến của dịch lên men

4.2 Thiết bị và sơ đồ lên men

a) Lên men gián đoạn:

- Đặc điểm: Quá trình lên men diễn ra trong một thùng

- Quy trình lên men:

Trước tiên thùng phải vệ sinh sạch sẽ, các đường ống và van phải được sáttrùng thường xuyên Sau đó toàn bộ phải thanh trùng bằng hơi nước nóng.Thời gian giữ ở nhiệt độ 95-100*C kéo dài 50-60 phút Men giống và dịchđường ban đầu có thể được bơm song song cùng một lúc để nấm men đượchòa đều ngay từ ban đầu Lượng men giống thường chiếm 10% so với thểtích thùng lên men, nhưng dịch đường không bơm đầy thùng ngay mà thờigian đổ đầy thùng kéo dài từ 6 đến 8 giờ Nhờ đó tỷ lệ men giống tăng lúcđầu và hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn, Số thùng lên men cần đổđầy trong một ca là 1 Với 3 ca có 3 thùng Thời gian lên men dịch tinh bột

là 3 ngày Do đó số thùng luân phiên là 10 thùng Sau khi đổ đầy thùng ta cứ

để cho lên men Đồng thời theo dõi và khống chế dịch ở nhiệt độ dưới 33*C.Lên men được xem là bình thường nếu sau 50 giờ độ đường biểu kiến củadịch lên men là 0 và độ chua không tăng quá 0,8g H2SO4/l so với độ chuacủa dịch trước khi lên men Trường hợp độ chua tăng lên nhanh hoặc độđường biểu kiến giảm chậm thì tùy theo mức độ nhiễm mà có những biệnpháp sử lý thích hợp

hoặc giảm 0,1 – 0,2% Quá trình lên men cuối có nhiệt độ phải là 28 độ C

Ưu điểm : dễ xử lý khi bị nhiễm, tuy nhiên năng suất thấp.

b) Lên men liên tục

- Đặc điểm: Dịch đường và men giống được cho vào thùng đầu – gọi làthùng lên men chính, luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1 ml dịch.Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bêncạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín

Lên men cấp I (2 thùng) có dung tích bằng 25-30% so với thùng lên men cấp

II và được đặt phía trên để chảy tràn Thùng lên men cấp II có dung tích bằng 30-60% được đặt cao hơn thùng lên men chính ít nhất là 1m ( do quá trình lên men chính xảy ra mạnh lượng bọt nhiều) so với thùng lên men chính

- Quy trình lên men:

* Giai đoạn 1:

 Chuẩn bị men giống ở 2 thùng lên men cấp 1 trong 3-4 giờ

 Khi đạt yêu cầu tháo giống ở thùng xuống thùng cấp 2

 Lúc này vệ sinh thùng lên men cấp I (thanh trùng, tẩy acid 1,8-2,4 H2SO4 trong lít nước) làm sạch

 Tiếp tục lên men ở thùng vừ làm sạch bằng cách lây 25-30% men giống ở thùng bên trộn tiếp với dịch đường

 Lượng men từ thùng men còn laijdduowcj cho xuống thùng cấp 2 Lúc này vệ sinh thùng

 Tiếp tục lên men ở thùng vừa vệ sinh bằng cách lấy 25-30% men giống tại thùng còn lại trộn tiếp với dịch đường Lượng men còn lại cho xuống thùng cấp 2

 Lặp lại quy trình

 Thùng lên men chính thứ nhất giữ ở nhiệt độ 25-27*C

 Thùng lên men chính thứ 2 và 3 giữ ở nhiệt độ 27-30*C

 Các thùng lên men chính còn lại giữ ở 27-28*C

 Quy trình này kết thúc sau đó 60-62h

Ưu điểm: Dùng một lượng lớn men giống trong thùng len men chính nên lên

men xảy ra rất nhanh, hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn Tiết kiệm thời gian

5. Chưng cất và tinh chế cồn.

5.1. Chưng cất

Khái niệm: Chưng cất là quá trình tách rượu và hợp chất bay hơi khỏi giấm

chín Kết quả thu được rượu thô hay cồn khô Tinh chế hay tinh luyện là quátrình tách các hợp chất khỏi cồn thô và nâng cao độ cồn Sản phẩm thu được làcồn tinh chế hay cồn thực phẩm có nồng độ khoảng 95,5- 96,5 % V Cồn thựcphẩm có chưa rất ít tạp chất

 Chưng luyện gián đoạn và liên tục

Theo sơ đồ ở hình 1, giấm chín được bơm vào thùng chưng cất 1 sau đó mở hơiđun cho tới sôi, hơi rượu bay lên theo chiều cao tháp 2 được nâng cao nồng độ

ra khỏi tháp vào thiết bị ngưng tụ và được làm lạnh 3 rồi vào thùng chứa

- Chưng gián đoạn có ưu điểm là đơn giản, dễ thao tác nhưng nhược điểm

của phương pháp này là thời gian chưng cất lâu từ 6-8h, năng suất thấp, tốn

năng lượng, nồng độ không ổn định Tổn thất rượu theo bã nhiều gấp 3-4 lần

so với chưng cất liên tục

- Chưng cất liên tục khắc phục được những nhược điểm của gián đoạn và

đảm bảo hiệu quả kinh tế cao hơn

5.2. Tinh chế cồn

Cồn thô sau khi được chưng cất chứa rất nhiều tạp chất do đó cần tinh chế nhằmloại tạp chất và nâng cao chất lượng cồn và đảm bảo an toàn cho người tiêudùng

 Tinh chế gián đoạn

- Đối với cồn thô cần chưng cất, thì nếu đem tinh chế gián đoạn thì cần xử lí bằnghóa chất như sau:

RCOOC2H5 + NaOH = RCOONa + C2H5OH

R1COOH + NaOH =R1COONa + H2O

- Để giảm lượng aldehyt và hợp chất không no người ta sử dụng KMnO4 làm chấtoxy hóa Phản ứng có thể xảy ra trong môi trường kiềm có PH= 8-9 Trong quátrình đó KMnO4 sẽ giải phóng 3 phân tử oxy để tham gia phản ứng oxy hóa.KMnO4 + CH3CHO + NaOH = R1COOK + CH3COONa +MnO2 + H2O