ỨNG DỤNG VI SINH vật TRONG CÔNG NGHỆ sản XUẤT cồn từ NGUYÊN LIỆU TINH bột

Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột và giải thích quy trình III.Đặc điểm của vi sinh vật ứng dụng trong quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột IV.Các yếu t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thùy Dương

Nội dung bài thuyết trình

I Giới thiệu về cồn sản xuất từ tinh bột

II Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ

nguyên liệu tinh bột và giải thích quy trình III.Đặc điểm của vi sinh vật ứng dụng trong

quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột

IV.Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản

phẩm

I Giới thiệu về cồn sản xuất từ tinh bột:

Cồn hay còn được gọi là Ethanol (etyl alcohol) là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic Là chất

lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu và là thành phần trong các loại đồ uống có cồn

1.Khái quát

A Giới thiệu về Ethanol

2 Tính chất của Ethanol

a Tính chất vật lý

Là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi đặc trưng, có khả năng hút ẩm trong không khí Khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời

b Tính chất hóa học

• Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ

• Phản ứng este hóa: phản ứng giữa Ethanol và axit ở môi

trường axit sunfuric đặc tạo ra Este

• Phản ứng tách nước trong một phân tử tao thành olefin trong môi trường axit sunfuric đặc ở 170 độ C

• Ethanol có phản ứng tách nước giữa 2 phân tử Ethanol tạo

thành Ete

3 Ứng dụng của Ethanol

- Ethanol được sử dụng để làm đồ uống có cồn

- Được dùng trong sản xuất loại xăng sinh học E5, E10, E15 thân thiện với môi trường

- Ethanol được dùng trong ngành y tế làm cồn sát trùng,

thuốc diệt khuẩn

- Ngoài ra Ethanol còn là thành phần tạo nên thuốc tẩy rửa, cồn công nghiệp Methanol, các loại mĩ phẩm như sơn móng tay…

Một số sản phẩm làm từ Ethanol

Cồn sát trùng

Sơn móng tay

B Cách sản xuất cồn Ethanol

Ethanol được sản xuất

thông qua 2 phương

pháp chính: phương

pháp hydrat hóa etylen và phương

pháp sinh học bằng

cách lên men đường

hay ngũ cốc kết hợp

cùng men rượu

1 Phương pháp hydrat hóa Etylen tạo thành Ethanol

Ethanol thông thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu

mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat hóa eylen bằng xúc tác acid Cho etylen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid wolframic (H2WO4) hoặc acid

phosphoric (H3PO4)

2 Phương pháp lên men cồn Ethanol

Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng làm nhiên liệu sẽ được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định chuyển hóa đường trong điều kiện yếm khí để sản xuất ra Ethanol và khí CO2

II Quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu

tinh bột

A Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột

1 Sơ chế nguyên liệu tinh bột

Nghiền nguyên liệu mục đích nhằm phá vỡ cấu trúc màng

tế bào thực vật để giải phóng các hạt tinh bột khỏi các

mô Ví dụ: với sắn khô khi nấu ở áp suất thường thì

2 Mục đích quá trình nấu

 Phá vỡ màng tế bào của tinh bột để

biến chúng thành dạng hoà tan

trong dung dịch Có 2 xung hướng

về nhiệt độ nấu là 145- 155°C

trong thời gian dài hoặc 170-180°C

trong thời gian ngắn Trong quá

trình nấu tinh bột sẽ được trưng nở

và hồ hóa

 Nguyên liệu tinh bột sau khi được

hồ hóa được làm nguội ở nhiệt độ

60°C ( để thực hiện quá trình

đường hóa

Nồi nấu nguyên liệu tinh bột

3 Quá trình đường hóa

Quá trình đường hóa sử dụng enzyme amylaza chuyển hóa tinh bột hòa tan thành đường có thể lên men được quá

trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu

Có 2 phương pháp đường hóa tinh bột chủ yếu:

 Đường hóa bằng chế phẩm amilase của nấm mốc

 Đường hóa bằng acid

Đường hóa bằng chế́ phẩm Amilase của nấm

• Phương pháp Mucomalt: thủy

phân bằng 1 lượng amylase đã

chuẩn bị đủ từ nấm Aspergillus

niger hoặc A.oryzae

Mucor rouxii

Nấm Aspergillus niger

Nhược điểm của phương pháp này

là dễ bị nhiễm trùng và chu kỳ sản

xuất quá dài

Đường hóa bằng Acid:

₋ Có thể đường hóa các nguyên liệu bọt bằng H2SO4 hay HCl

₋ Nguyên liệu được tán nhỏ và trộn với lượng nhất định acid

đã pha loãng và nung bằng hơi dưới áp suất Sau khi thủy phân xong người ta điều chỉnh pH= 4-4,5 bằng dung

dịch , NaOH, hay Trong đó NH3 ưa dùng đối với nấm men

₋ Nếu thủy phân bằng thì trung hòa bằng , cặn tách ra bằng cách lọc hay đứng cặn rồi lọc

4 Lên men dịch đường

Quá trình lên men là quá trình chuyển đường đơn thành Ethanol, khí CO2 và các sản phẩm trung gian khác

Có thể thực hiện bằng 2 phương pháp:

• Lên men gián đoạn

• Lên men liên tục

Phương pháp lên men gián đoạn:

• Quá trình lên men từ đầu đến

cuối được thực hiện trong

cùng 1 thiết bị: thời gian lên

men khoảng 68-80h ở nhiệt

độ 36-37°C Đặc điểm của

phương pháp này là giai đoạn

lên men chính thực hiện liên

tục và xảy ra trong nhều thùng lên và thời gian kéo dài 60-

62h

• Ưu điểm: dễ làm,khi nhiễm

tạp khuẩn dễ sử lý tuy nhiên

năng suất thu được từ 1 thiết

bị thấp

Phương pháp lên men liên tục:

Rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai đoạn đó được thực hiện

trong 1 hoặc nhiều thiết bị lên men lên hệ với nhau Hệ thống lên

men liên tục thường có 11-12 thùng được nối với nhau bằng các

ống chảy chuyền và van chỉnh Kết thúc quá trình lên men ta thu

được giấm chín với nồng độ rượu khoảng 7-9%

Ưu điểm: do dùng một lượng lớn men giống ở thùng lên men

chính nên lên men xảy ra nhanh,hạn chế được phát triển của tạp

khuẩn.

Thiết kế nhà máy bia sử dụng phương pháp lên men liên tục

Quá trình lên men Ưu điểm Nhược điểm

Lên men liên tục - Tận dụng được toàn bộ

tăng trưởng của nấm men

- Chi phí đầu tư thấp

- Có nguy cơ nhiễm khuẩn cao

- Không vệ sinh bồn được

Lên men gián đoạn - Vệ sinh được bồn lên

men

- Có khả năng ngăn chặt sự nhiễm khuẩn

- Sử dụng nhiều lao đông hơn

- Có 20% thể tích bồn lên men không được dùng

- Chi phí đầu tư cao

Ưu điểm và nhược điểm của 2 phương pháp lên men:

5 Chưng cất và tinh chế

Để thu được cồn tinh chế ,

người ta thực hiện 2 quá trình :

chưng cất và tinh chế Hai quá

trình này được thực hiện trên

các tháp chưng cất và tháp tinh

luyện

Chưng cất là quá trình tách

rượu và các tạp chất dễ bay hơi

khỏi giấm chín Kết quả ta

nhận được rượu thô hay cồn

thô

Tinh chế là quá trình tách tạp

chất ra khỏi cồn thô và cuối

cùng ta thu được cồn tinh chế

Tháp chưng cất cồn thực phẩm theo dây chuyên lớn

III Đặc điểm của vi sinh vật ứng dụng trong quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột

1 Đặc điểm chủng loại

Nấm men Saccharomyces cerevisiae dùng trong công nghiệp sản xuất thường có tế bào lớn, có dạng hình cầu hay hình trứng, đường kính ít nhất 7-11 mm Sinh sản bằng cách tạo chồi và

tạo bào tử Nguồn dinh dưỡng chủ yếu của chúng là sử dụng

đường glucose,galactose, saccharose, maltose như nguồn

carbon, chúng sử dụng axit amin và muối amon như nguồn nitơ Hoạt tính chủ yếu là maltase, có hoạt lực làm dậy bột Thường 100% bền vững với rỉ đường

Điều kiện môi trường ảnh hưởng khá lớn tới tốc độ tăng sinh khối của nấm men Saccharomyces cerevisiae Chúng phát

triển tốt ở nhiệt độ 28-30 °C Độ pH tối ưu của môi trường là 4,5 – 5,5 Ảnh hưởng của cường độ không khí và khuấy trộn cũng tác động lớn lên tốc độ tăng trưởng của nấm men.Chủng men Saccharomyces Cerevisiae này sản sinh ra cồn hiệu quả nhất, độ cồn sau lên men > 70 độ

Nấm men Saccharomyces cerevisiae

Nấm men Saccharomyces cerevisiae dùng

trong lên men Ethanol theo phương pháp

chu kỳ bằng nấm men cố định: Yêu cầu về

dinh dưỡng của nấm men: Tất cả các

chủng của S cerevisiae có thể phát triển

trên glucose, maltose và trehalose, không

phát triển trên lactose và cellobiose Khả

năng sử dụng các loại đường khác nhau

của nấm men có thể khác nhau phụ thuộc

vào môi trường hiếu khí hoặc kỵ khí Tất

cả các chủng sử dụng ammoniac và urê là

nguồn nitơ duy nhất, nhưng không thể

dùng nitrat, vì chúng thiếu khả năng phân

giải nitrat thành các ion amoni Chúng có

thể sử dụng hầu hết các amino axit, peptit

ngắn mạch, và đạm cơ bản như nguồn nitơ

Một số chủng S cerevisiae không có

enzyme protease vì vậy không thể chuyển

hóa được protein ngoại bào.

Sơ đồ chiết xuất nấm men

2 Con đường biến đổi cơ chất thành sản phẩm

Chuẩn bị dịch đường lên men:

nghiền và nấu nguyên liệu để

thu được dịch cháo chứa tinh

bột hoà tan, dường hoá dịch

cháo để biến tinh bột hoà tan

thành đường rồi làm lạnh đến

nhiệt độ lên men

Chuẩn bị men giống và tiến hành lên men dịch đường nhằm chuyển hoá đường thành rượu và CO 2 dưới tác dụng của Enzyme nấm men

Xử lý dịch lên men nhằm tách rượu

và các chất dễ bay hơi khỏi giấm chín Sau đó đem tinh luyện cồn thô

để được cồn tinh luyện

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

1 Nhiễm khuẩn

 Khâu tuyển chọn nấm men, nấm mốc chưa đạt yêu cầu về mặt kĩ thuật (thường bị nhiễm một số VSV khác) dẫn đến khi đưa và sử dụng thường làm hư hỏng nguyên liệu hoặc quá trình lên men không triệt để hay làm sản phẩm có nhiều tạp chất

 Một số thiết bị không đảm bảo về mặt kĩ thuật cũng dẫn đến nguyên liệu bị hư hỏng

 Nguyên liệu đưa vào sản xuất chưa vô trùng triệt để

THE END