BÁO CÁO THỰC HÀNH SẢN XUẤT CỒN

Do tấm còn chứa cả phôi và cám gạo nên khi nấu cơm tấm thường rất ngon và nhiều dinh dưỡng  Nguồn gốc: mua ở chợ Gò Vấp thành phố Hồ Chí Minh  Tính chất: Để sản xuất cồn, người ta c

BÀI 3: SẢN XUẤT CỒN 3.1 Tổng quan nguyên liệu

3.1.1 Gạo tấm

 Mô tả:

Gạo tấm: là phần đầu của hạt gạo trong quá trình xay xát bị vỡ ra, những mẩu bị vỡ đấy, người ta gọi là tấm Do tấm còn chứa cả phôi và cám gạo nên khi nấu cơm tấm thường rất ngon và nhiều dinh dưỡng

 Nguồn gốc: mua ở chợ Gò Vấp thành phố Hồ Chí Minh

 Tính chất:

Để sản xuất cồn, người ta có thể sử dụng gạo tấm vì loại hạt này có hàm lượng tinh bột cao, cho năng suất sản xuất tốt

béo

Gluxit Xenluloz

o

Tro

3.1.2 Nấm men

 Mô tả:

- Nấm men đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất cồn Men là một vi sinh vật đơn bào, kích thước khoảng 5-10µm, hình bầu dục, sinh sản bằng hình thức nảy chồi, sinh dưỡng thông qua con đường hấp thu chọn lọc trên bề mặt tế bào sau đó khuyếch tán vào bên trong Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào

- Nấm men có khả năng sử dụng các loại đường để lên men và hô hấp Quá trình lên men hiếu khí, nấm men sử dụng oxi với nguồn cơ chất là các loại đường, các chất hữu cơ, aldehyde, cồn để tạo thành nước và CO2 Quá trình lên men yếm khí, quá trình oxy hóa xảy ra không hoàn toàn làm sinh ra cồn và CO2

- Một số dạng chế phẩm của men được sử dụng hiện nay:

Dạng men Ưu điểm Nhược điểm

Lỏng Sản xuất đơn giản, hạ giá thành, chất lượng

sản phẩm tốt hơn so với 2 loại men còn lại

Dễ bị nhiễm các vi sinh vật

lạ, nhiễm các sản phẩm trao đổi chất của nấm men Khó bảo quản chỉ dụng trong vòng 24h sau khi sản xuất Paste Có thể kéo dàu thời gian bảo quản và thuận

tiện trong di chuyển

Thường có hoạt lực kém hơn dạng lỏng do quá trình

ly tâm và thời gian gian kéo dài làm cho nhiều tế bào nấm men chết

Khô Thời gian bảo quản lâu, dễ vận chuyển Hoạt lực kém

Tốn thời gian hoạt hoá men

 Nguồn gốc:

Trong sản xuất rượu etylic, người ta thường dùng chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae [Nguyễn Thanh Hằng (2005), Chọn chủng nấm men thích hợp cho lên men

rượu cồn từ nguyên liệu tinh bột sắn, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn kì 1

tháng 7: 71 – 74]

 Tính chất:

- Tốc độ lên men nhanh chóng

- Tạo độ cồn cao do sử dụng đường hiệu quả

- Khả năng sống sót cao → có thể tái sử dụng

- Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxi, nhiệt độ và nồng độ CO2 phù hợp

3.1.3 Syrup

 Mô tả:

Là đường Saccharose đã được chuyển hóa về dạng đường khử, dịch đặc sệt được bổ sung vào môi trường lên men nhằm điều chỉnh độ đường cần thiết cho quá trình lên men

 Nguồn gốc: mua đường tinh luyện Biên Hòa rồi nấu thành syrup

 Tính chất của đường:

- Tinh thể trong suốt, tỷ trọng 1,5897 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy = 186-188 ℃, cỡ hạt không đều dễ tan trong nước, tan trong dung môi phân cực, không tan trong dung môi không phân cực

- Độ quay cực: quay phải, góc quay + 66,5℃

- Dưới tác dụng của các chất oxy háo thì không bị khử, dưới tác dụng của nhiệt độ (200℃) bị caramen hóa

- Trong môi trường nhiệt độ và acid thì bị chuyển thành đường nghịch đảo: glucoza

và fructoza

- Dễ hòa tan trong nước, nhiệt độ sôi phụ thuộc vào nồng độ

3.1.4 Nước

 Mô tả:

- Chỉ tiêu cảm quan: nước trong suốt, không màu, không có vị lạ

- Chỉ tiêu hóa lý:

+ Độ cứng: < 2mg/l

+ Chất khô hòa tan: < 850mg/l

+ Sắt, mangan, nhôm: < 0.1mg/l

+ Clo: âm tính

- Chỉ tiêu vi sinh: tổng vi khuẩn hiếu khí: < 75 CFU/ml

- Đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nước: dựa trên hai khái niệm

+ Chuẩn số E.coli: là thể tích nước ít nhất cho phép phát hiện một vi trùng đường ruột

+ Chỉ số E.coli: là số vi trùng đường ruột E.coli tối đa cho phép trong 1 lít nước Hai chỉ số này phụ thuộc vào quy định của từng nước, vì nó phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật

và yêu cầu của đời sống xã hội

- Đối với nước dùng pha chế nước giải khát yêu cầu tổng số VSV không quá 20 tế bào/ 1ml và đảm bảo đạt tiêu chuẩn.[ CITATION TCV \l 1033 ]

 Nguồn gốc:

Sử dụng nước đóng chai tinh khiết Aquafina

 Tính chất:

- Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hidro giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua

- Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể hiểu đơn giản khi một oxit axit hoặc một oxit bazơ tác dụng với nước sẽ tạo ra dung dịch axit hay bazơ tương ứng Ở

7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyd (OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+) Khi phản ứng với một axit mạnh hơn ví dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl

-Với amoniac nước lại phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH

- Vai trò:

Nước dùng để xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha loãng dung dịch và vệ sinh thiết bị…

3.1.5 Enzyme termamyl

[http://luanvan.net.vn/luan-van/bao-cao-enzyme-amylase-va-cac-ung-dung-8082/]

- Enzyme termamyl được mệnh danh là enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu Các sản phẩm nông sản có chất lượng về dinh dưỡng, thành phần hóa học, tính chất cảm quan phụ thuộc nhiều vào: giống, loại nông sản, điều kiện canh tắc, điều kiện canh tác, điều kiện thu hái và vận chuyển, điều kiện bảo quản, do vậy chất lượng sản phẩm được tạo ra từ nguyên liệu dao động rất lớn trong thực tế nếu chất lượng nguyên liệu quá kém thì người ta phải điều khiển các phản ứng xúc tác bởi enzyme để tạo nên các thành phần thiếu hụt trong nguyên liệu đưa vào sản xuất

- Alpha-amylase được sử dụng trong sản xuất ethanol để phá vỡ tinh bột trong hạt thành đường lên men Một alpha-amylase được gọi là "Termamyl", có nguồn gốc từ vi

khuẩn Bacillus licheniformis.

[https://vi.wikipedia.org/wiki/Alpha-amylase#Amylase_n.C6.B0.E1.BB.9Bc_b.E1.BB.8Dt_.28ptyalin.29]

3.1.6 Enzyme glucoamylase (γ- amylase)γ- amylase)

 Mô tả:

Glucoamylase được các nhà khoa học Nhật tách ra lần đầu tiên từ Aspergillus awamori năm 1996 Sau đó được tìm thấy ở Rihzopus delemar, Asp.niger, Asp Oryzae và các nhóm vi sinh vật khác cũng như ở mô động vật Glucoamylase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Da, tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme Các glucoamylase chủ yếu được tạo nên từ 2 iso enzyme I và II, khác nhau ở khả năng thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng

 Tính chất:

- Thường hoạt động mạnh trong môi trường acid (pH hoạt động tối ưu là 3.5 – 5.5), ngoài ra còn có thể hoạt động ở môi trường trung tính (pH khoảng 6.6- 7.5) Nhiệt độ tối

ưu khoảng 55- 60 0C, mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 700C

3.1 Quy trình sản xuất

3.2.1 Sơ đồ quy trình

un sô i

Dị

ch hó a

L à

m ng uộ i

Đ ư ờn

g hó a

V

ào ta nk

P hố

i tr ộn

N gu yê

n liệ u

L à

m sạ ch

L

ên

m

en

C

hư

ng

cấ

t

Sả

n

ph

ẩ

m

Dị

ch

lê

n

m

en

3.2.2 Thuyết minh quy trình

Làm sạch

 Mục đích:

Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên liệu Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất, thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

 Tiến hành:

Gạo mang đi rửa sơ với nước để loại bỏ bụi bẩn, đất cát, tạp chất

Nấu- đun sôi:

 Mục đích:

Gia tăng nhiệt độ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa diễn ra dễ dàng

 Tiến hành:

Cho gạo và nước vào nồi rồi bật bếp đun cho đến khi sôi, trong quá trình nấu phải liên tục khuấy đều tránh cháy khét dưới đáy nồi, ảnh hưởng đến chát lượng sản phẩm tạo thành, tỉ lệ nước: gạo tấm = 9:1

Dịch hóa:

 Mục đích:

Mục đích của quá trình dịch hóa là nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trong nội nhũ của hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ emzym amylase dễ dàng tác dụng khi đường hóa, biến tinh bột thành đường lên men càng triệt để càng tốt

 Tiến hành:

Trong quá trình nấu lúc cháo sôi thì bổ sung 0.05 % enzyme termamyl (so với nguyên liệu gạo) chia làm 2 lần:

- Lần 1: bổ sung 0.01 % trong khoảng 30 phút

- Lần 2: bổ sung 0.04 % khoảng 1 giờ

 Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu

- Sự trương nở và hòa tan tinh bột trong quá trình dịch hóa, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối lượng Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ

hồ hóa

- Sự biến đổi Xenluloza và Hemixenluloza Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C5) một phần có thể bị thủy phân Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác dụng của men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động của ion H+) tạo ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza, arabinoza)

- Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu Khi nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành dextrin và đường maltoza Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu Dưới tác dụng của nhiệt độ cao đường sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,…gây sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi trong quá trình nấu

Đường hóa

 Mục đích:

Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa thành đường lên men được, cắt mạch amylose pectin , chuyển đường đa thành đường glucose, quyết định hiệu suất lên men, khâu này là khâu then chốt trong sản xuất cồn Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa

 Tiến hành:

Hạ nhiệt độ xuống 650C thì cho 0.3% enzyme glucoamylase vào, giữ nguyên nhiệt độ

và đun trong 90 phút

Làm nguội

 Mục đích:

Hạ nhiệt độ xuống, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men

 Tiến hành:

Có thể làm nguội ở nhiệt độ phòng hoặc ngâm nồi dịch trong thau đá

Phối trộn

 Mục đích:

Phân bố đều men trong dung dịch

 Tiến hành:

Pha 50 ml dịch lên men và trộn đều với dịch cháo

Vào tank:

 Mục đích:

Là nơi diễn ra quá trình lên men, giúp quá trình lên men diễn ra dễ dàng hơn, hạn chế nhiễm vi sinh vật lạ làm ảnh hưởng đến thành phẩm

 Tiến hành:

Cho dịch sau khi phối trộn vào khoảng 2/3 thể tích của tank

Lên men:

 Mục đích:

Chuyển hóa đường thành rượu ethylic

C6H12O6 -> C2H5OH + CO2 + Q

 Tiến hành:

Để tank ở nhiệt độ phòng khoảng 2 ngày thì kết thúc quá trình lên men

Chưng cất:

 Mục đích:

Chưng cất: Chưng cất là quá trình tách cồn cùng các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn thô và bã rượu

 Tiến hành:

Sử dụng máy chưng cất để tách bã và thu được cồn

3.3 Kết quả thí nghiệm

 Bảng thống kê khối lượng nguyên liệu

Nấm men Saccharomyces cerevisiae 0.05 g

 Thành phẩm:

Độ cồn của thành phẩm sau cùng là: 50

Chỉ tiêu cảm quan

Màu sắc Không màu hoặc trắng trong

Mùi vị Đặc trưng của nguyên liệu và đặc trưng cho từng loại

sản phẩm, không có mùi vị lạ Trạng thái Dạng lỏng, không vẫn đục, không có cặn

 Phân tích, biện luận:

Tính chất của cồn

- Tỉ trọng trung bình 0.8 g/cm3

- Là một chất lỏng không màu, trong suốt, dễ bay hơi

- Có mùi thơm đặc trưng của rượu: dễ chịu, cay

- Rất dễ cháy, khi cháy với ngọc lửa màu xanh màu xanh da trời, không khói tạo thành carbon dioxide và nước

- Là một loại rượu đơn chức Nó có độ nóng chảy ở -117,30Cvà sôi ở 78.50C

- Có độ nhớt và ít bay hơi so với các hợp chất hữu cơ cùng trọng lượng phân tử

- Là một dung môi linh động, có thể hòa tan với nước và một số hợp chất chất hữu

cơ khác với mọi tỉ lệ

- Với liên kết hydro làm cho ethanol tinh khiết có khả năng hút ẩm trong không khí

Nguyên nhân và cách khắc phục sự cố trong quy trình công nghệ

- Bị nhiễm khuẩn hàng loạt trong quá trình lên men do đây là quá trình lên men liên tục nên khi một mẻ bị nhiễm khuẩn thì tất cả quá trình sẽ bị nhiễm Để quá trình này không bị nhiễm thì khi lên men liên tục cần tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phù hợp

- Nồng độ cồn thấp, bị đục hoặc có màu xanh da trời do bình ngưng tụ hoặc bình làm lạnh bị dò bởi nước có lẫn amoniac Để khắc phục cần kiểm tra và sửa chữa ngay thiết bị, cần xử lí nước dùng cho nồi hơi

- Cồn có mùi lạ, khó chịu do nguyên liệu quá bẩn hoặc do mật rỉ bị nhiễm khuẩn quá nặng Vì vậy không nên đưa các nguyên liệu quá xấu vào sản xuất, nếu cần phải sản xuất thì nên sản xuất riêng và kèm theo chế độ công nghệ phù hợp, thường xuyên kiểm tra nguồn nước nấu cũng như nước dùng cho nồi hơi

- Qúa trình lên men diễn ra chậm do nhiệt độ không phù hợp, dưỡng chất không đủ với lượng men giống Để quá trình diễn ra đúng thời gian cần giữ quá trình ở nhiệt độ phù hợp, dưỡng chất đầy đủ

- Cồn có vị đắng do nguyên liệu chứa nhiều tecpen hoặc do bị mọt Dùng hệ thống 4 tháp, có tháp làm sạch để khắc phục sự cố này

3.4 Các phương pháp kiểm tra

3.4.1 Phương pháp đo độ Brix

 Nguyên lý hoạt động: Brix kế đo độ khúc xạ của ánh sáng khi qua mẫu, dựa trên nguyên lý tuyến tính giữa nồng độ và chiết xuất (khúc xạ) tức có nghĩa góc khúc

xạluôn nhỏ hơn góc tới và tia khúc xạ hướng xuống so với tia tới Từ đó máy sẽ tính toán và hiển thị chính xác nồng độ Brix (nồng độ đường hay nồng độ chất tan trong 100g nước)

 Ưu điểm: Brix kế cho kết quả nhanh và khá chính xác

 Nhược điểm: Kết quả đo độ Brix phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng chỉ số khúc xạ giảm Đó là lý do tại sao bạn cũng phải tham chiếu nhiệt độ mà tại đó các phép đo chỉ số khúc xạ được thực hiện hoặc được chuyển đổi sang Hầu hết các máy đo khúc xạ sử dụng nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn của 68 °F (20 °C) Đối với các máy đo khúc xạ, nhiệt độ của thiết bị là yếu tố quan trọng Điều này là do thực

tế đó là đối với các phép đo chỉ số khúc xạ, chỉ có một giọt mẫu được yêu cầu Khối lượng của số lượng mẫu là quá nhỏ để nó sẽ gần như ngay lập tức thừa nhận nhiệt độ của thiết bị Nhiệt độ của thiết bị này là phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ của môi trường mà nó được sử dụng

Đối với môi trường phòng thí nghiệm để cho sinh viên hiểu được nguyên lý của bài thực hành thì sự sai số này là chấp nhận được

3.4.2 Phương pháp đo độ cồn

 Nguyên lý hoạt động:Dựa trên nguyên lý tỷ trọng của nước càng thấp khi độ cồn trong nước càng cao, độ chìm của cồn kế trong dung dịch sẽ cho biết độ cồn của dung dịch

 Ưu điểm: Cho kết quả nhanh và khá chính xác

 Nhược điểm: chỉ số độ cồn chỉ chính xác ở một nhiệt độ thích hợp (18-20 °C), còn trên hoặc dưới nhiệt độ đó, độ cồn trên cồn kế không chính xác tuyệt đối và được gọi là độ cồn biểu kiến

Cũng có những phương pháp khác nhau cho phép quy đổi độ cồn biểu kiến thành

độ cồn thực tế Khi đó, thông thường người ta sử dụng thêm một nhiệt kế cắm ngập vào rượu, cồn cần đo để lấy nhiệt độ của rượu, cồn và kết hợp với độ cồn biểu kiến trên cồn kế để tính toán bằng công thức cho ra độ cồn thực tế

3.5 Kết luận

 Sau khi chưng cất sản phẩm thu được có độ cồn là 5o, sản phẩm có màu đục và có lợn cợn

 Lý do sản phẩm có độ cồn thấp có thể là do khi cho Enzyme glucoseamylase vào dịch nấu, có thể là do nhiệt độ dịch còn quá nóng (khoảng 70oC) làm mất hoạt tính của enzyme-> hiệu suất phân giải tinh bột thành đường glucose- cơ chất cho nấm men khá thấp khiến hiệu suất lên men không đạt yêu cầu và độ cồn nhỏ

 Sản phẩm sau chưng cất có màu đục, lợn cợn là do trong quá trình thực hiện không

có công đoạn tinh chế, làm sạch cồn thành phẩm

=> Kiến nghị: Trong phòng thí nghiệm nên có những thiết bị nấu có thể kiểm soát chính xác được nhiệt độ khi nấu chứ không phải là chỉnh ngọn lửa bằng bếp gas và nhiệt kế để kiểm soát nhiệt độ

Và nên có công đoạn tinh sạch cồn sau chưng cất để thu được sản phẩm có chất lượng hơn