BÀI 3: SẢN XUẤT CỒN 3.1 Tổng quan nguyên liệu 3.1.1 Gạo  Mô tả: Gạo tấm: phần đầu hạt gạo trình xay xát bị vỡ ra, mẩu bị vỡ đấy, người ta gọi Do chứa phơi cám gạo nên nấu cơm thường ngon nhiều dinh dưỡng  Nguồn gốc: mua chợ Gò Vấp thành phố Hồ Chí Minh  Tính chất: Để sản xuất cồn, người ta sử dụng gạo loại hạt có hàm lượng tinh bột cao, cho suất sản xuất tốt Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenluloz o Tro Gạo giã 12,6 0,5 77 0,4 0,5 Gạo xay 11,6 9,1 2,45 74,79 0,65 1,4 Tấm 11,8 8,9 77,38 0,6 0,7 Cám 12,5 13,17 10,12 72 14,05 11,14 14 11 1,7 69,6 1,9 1,8 Mì đen 3.1.2 Nấm men  Mơ tả: - Nấm men đóng vai trò quan trọng q trình sản xuất cồn Men vi sinh vật đơn bào, kích thước khoảng 5-10µm, hình bầu dục, sinh sản hình thức nảy chồi, sinh dưỡng thơng qua đường hấp thu chọn lọc bề mặt tế bào sau khuyếch tán vào bên Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khơ tế bào - Nấm men có khả sử dụng loại đường để lên men hơ hấp Q trình lên men hiếu khí, nấm men sử dụng oxi với nguồn chất loại đường, chất hữu cơ, aldehyde, cồn để tạo thành nước CO Quá trình lên men yếm khí, q trình oxy hóa xảy khơng hồn toàn làm sinh cồn CO2 - Một số dạng chế phẩm men sử dụng nay: Dạng men Ưu điểm Nhược điểm Lỏng Sản xuất đơn giản, hạ giá thành, chất lượng Dễ bị nhiễm vi sinh vật sản phẩm tốt so với loại men lại lạ, nhiễm sản phẩm trao đổi chất nấm men Khó bảo quản dụng vòng 24h sau sản xuất Paste Có thể kéo dàu thời gian bảo quản thuận Thường có hoạt lực tiện di chuyển dạng lỏng trình ly tâm thời gian gian kéo dài làm cho nhiều tế bào nấm men chết Khô Thời gian bảo quản lâu, dễ vận chuyển Hoạt lực 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 ngun liệu tinh bột sắn, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nơng thơn kì tháng 7: 71 – 74]  Tính chất: - Tốc độ lên men nhanh chóng - Tạo độ cồn cao sử dụng đường hiệu - Khả sống sót cao → tái sử dụng - Có khả chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxi, nhiệt độ nồng độ CO2 phù hợp 3.1.3 Syrup  Mô tả: Là đường Saccharose chuyển hóa dạng đường khử, dịch đặc sệt bổ sung vào môi trường lên men nhằm điều chỉnh độ đường cần thiết cho trình lên men  Nguồn gốc: mua đường tinh luyện Biên Hòa nấu thành syrup  Tính chất đường: - Tinh thể suốt, tỷ trọng 1,5897 g/cm 3, nhiệt độ nóng chảy = 186-188 , cỡ hạt khơng dễ tan nước, tan dung môi phân cực, không tan dung môi không phân cực - Độ quay cực: quay phải, góc quay + 66,5 - Dưới tác dụng chất oxy háo khơng bị khử, tác dụng nhiệt độ (200) bị caramen hóa - Trong mơi trường nhiệt độ acid bị chuyển thành đường nghịch đảo: glucoza fructoza - Dễ hòa tan nước, nhiệt độ sơi phụ thuộc vào nồng độ 3.1.4 Nước  Mô tả: - Chỉ tiêu cảm quan: nước suốt, không màu, vị lạ - Chỉ tiêu hóa lý: + Độ cứng: < 2mg/l + Chất khơ hòa tan: < 850mg/l + Sắt, mangan, nhơm: < 0.1mg/l + Clo: âm tính - Chỉ tiêu vi sinh: tổng vi khuẩn hiếu khí: < 75 CFU/ml - Đánh giá mức độ nhiễm bẩn nước: dựa hai khái niệm + Chuẩn số E.coli: thể tích nước cho phép phát vi trùng đường ruột + Chỉ số E.coli: số vi trùng đường ruột E.coli tối đa cho phép lít nước Hai số phụ thuộc vào quy định nước, phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật yêu cầu đời sống xã hội - Đối với nước dùng pha chế nước giải khát yêu cầu tổng số VSV không 20 tế bào/ 1ml đảm bảo đạt tiêu chuẩn.[ CITATION TCV \l 1033 ]  Nguồn gốc: Sử dụng nước đóng chai tinh khiết Aquafina  Tính chất: - Nước hợp chất hóa học oxy hidro, có cơng thức hóa học H 2O Cấu tạo phân tử nước tạo nên liên kết hidro phân tử sở cho nhiều tính chất nước Nước tinh khiết khơng dẫn điện Mặc dù vậy, có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường muối, tạo ion tự dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua - Về mặt hóa học, nước chất lưỡng tính, hiểu đơn giản oxit axit oxit bazơ tác dụng với nước tạo dung dịch axit hay bazơ tương ứng Ở pH (trung tính) hàm lượng ion hydroxyd (OH -) cân với hàm lượng hydronium (H3O+) Khi phản ứng với axit mạnh ví dụ HCl, nước phản ứng chất kiềm: HCl + H2O ↔ H3O+ + ClVới amoniac nước lại phản ứng axit: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH Vai trò: Nước dùng để xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha loãng dung dịch vệ sinh thiết bị… 3.1.5 Enzyme termamyl [http://luanvan.net.vn/luan-van/bao-cao-enzyme-amylaseva-cac-ung-dung-8082/] - Enzyme termamyl mệnh danh enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên nguyên liệu Các sản phẩm nơng sản có chất lượng 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 vận chuyển, điều kiện bảo quản, chất lượng sản phẩm tạo từ nguyên liệu dao động lớn thực tế chất lượng nguyên liệu người ta phải điều khiển phản ứng xúc tác enzyme để tạo nên thành phần thiếu hụt nguyên liệu đưa vào sản xuất - Alpha-amylase sử dụng sản xuất ethanol để phá vỡ tinh bột hạt thành đường lên men Một alpha-amylase gọi "Termamyl", có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus licheniformis [https://vi.wikipedia.org/wiki/Alphaamylase#Amylase_n.C6.B0.E1.BB.9Bc_b.E1.BB.8Dt_.28ptyalin.29] 3.1.6 Enzyme glucoamylase (γ- amylase)  Mô tả: Glucoamylase nhà khoa học Nhật tách lần từ Aspergillus awamori năm 1996 Sau tìm thấy Rihzopus delemar, Asp.niger, Asp Oryzae nhóm vi sinh vật khác mơ động vật Glucoamylase từ nấm mốc protein có khối lượng phân tử dao động lớn từ 27.000 đến 112.000 Da, tùy thuộc vào nguồn gốc enzyme Các glucoamylase chủ yếu tạo nên từ iso enzyme I II, khác khả thủy phân tinh bột trạng thái rắn độ bền chúng  Tính chất: - Thường hoạt động mạnh môi trường acid (pH hoạt động tối ưu 3.5 – 5.5), ngồi hoạt động mơi trường trung tính (pH khoảng 6.6- 7.5) Nhiệt độ tối ưu khoảng 55- 60 0C, hoạt tính nhiệt độ 700C 3.1 Quy trình sản xuất 3.2.1 Sơ đồ quy trình L àN m gu sạ yê ch n liệ u Đ P L Đ Dị V hố àch un ờn im sô ghó ta tr ng hó nk ộn uộ a i C L hư Dị ên Sả ng ch m n cấ lê en ph tn ẩ m m en 3.2.2 Thuyết minh quy trình  Làm  Mục đích: Q trình làm để tách tạp chất đất, đá có kích thước lớn kim loại có nguyên liệu Quá trình đảm bảo nguyên liệu sạch, khơng lẫn tạp chất, thuận lợi cho q trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm  Tiến hành: Gạo mang rửa sơ với nước để loại bỏ bụi bẩn, đất cát, tạp chất  Nấu- đun sơi:  Mục đích: Gia tăng nhiệt độ, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình dịch hóa diễn dễ dàng  Tiến hành: Cho gạo nước vào nồi bật bếp đun sơi, q trình nấu phải liên tục khuấy tránh cháy khét đáy nồi, ảnh hưởng đến chát lượng sản phẩm tạo thành, tỉ lệ nước: gạo = 9:1  Dịch hóa:  Mục đích: Mục đích q trình dịch hóa nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột nội nhũ hạt hay phần thịt củ, để phân tán mạch tinh bột tự nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ emzym amylase dễ dàng tác dụng đường hóa, biến tinh bột thành đường lên men triệt để tốt  Tiến hành: Trong q trình nấu lúc cháo sơi bổ sung 0.05 % enzyme termamyl (so với nguyên liệu gạo) chia làm lần: - Lần 1: bổ sung 0.01 % khoảng 30 phút - Lần 2: bổ sung 0.04 % khoảng  Những biến đổi lý hóa xảy nấu nguyên liệu - Sự trương nở hòa tan tinh bột trình dịch hóa, tác động đồng thời nước nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước nhanh, tinh bột sau hút nước trương nở, tăng thể tích khối lượng Tinh bột giải phóng mơi trường thành tinh bột tự thu hồ tinh bột Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi nhiệt độ hồ hóa - Sự biến đổi Xenluloza Hemixenluloza Trong trình nấu môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân Hemixenluloza tạo thành gốc đường pentoza (C5) phần bị thủy phân Sự thủy phân bắt đầu xảy nấu nguyên liệu chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác dụng men xitaza) tiếp tục xảy trình nấu (dưới tác động ion H+) tạo dextrin, hợp chất cao phân tử (rất ít), đường pentoza (xyloza, arabinoza) - Sự biến đổi đường, tinh bột số chất khác Sự biến đổi tinh bột đường có ý nghĩa quan trọng sản xuất rượu Khi nấu, phần tinh bột bị thủy phân tác động enzyme amylaza thành dextrin đường maltoza Đường glucoza, frutoza, saccaroza đường chủ yếu có sẵn ngun liệu, đường maltoza tạo thành trình nấu Dưới tác dụng nhiệt độ cao đường bị thủy phân tạo thành melanoidin, sản phẩm caramen hóa,…gây sẫm màu giảm chất lượng khối nấu Protit chất béo khơng bị thay đổi q trình nấu  Đường hóa  Mục đích: Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán dịch hồ hóa thành đường lên men được, cắt mạch amylose pectin , chuyển đường đa thành đường glucose, định hiệu suất lên men, khâu khâu then chốt sản xuất cồn Muốn đạt hiệu cao trình thủy phân tinh bột vấn đề quan trọng trước tiên chọn tác nhân đường hóa  Tiến hành: Hạ nhiệt độ xuống 650C cho 0.3% enzyme glucoamylase vào, giữ nguyên nhiệt độ đun 90 phút  Làm nguội  Mục đích: Hạ nhiệt độ xuống, tạo điều kiện thuận lợi cho trình lên men  Tiến hành: Có thể làm nguội nhiệt độ phòng ngâm nồi dịch thau đá  Phối trộn  Mục đích: Phân bố men dung dịch  Tiến hành: Pha 50 ml dịch lên men trộn với dịch cháo  Vào tank:  Mục đích: Là nơi diễn trình lên men, giúp trình lên men diễn dễ dàng hơn, hạn chế nhiễm vi sinh vật lạ làm ảnh hưởng đến thành phẩm  Tiến hành: Cho dịch sau phối trộn vào khoảng 2/3 thể tích tank  Lên men:  Mục đích: Chuyển hóa đường thành rượu ethylic C6H12O6 -> C2H5OH + CO2 + Q  Tiến hành: Để tank nhiệt độ phòng khoảng ngày kết thúc q trình lên men  Chưng cất:  Mục đích: Chưng cất: Chưng cất trình tách cồn chất dễ bay khỏi giấm chín để thu cồn thô bã rượu  Tiến hành: Sử dụng máy chưng cất để tách bã thu cồn 3.3 Kết thí nghiệm  Bảng thống kê khối lượng nguyên liệu Nguyên liệu Khối lượng/ thể tích Gạo 500 g Enzyme termamyl 0.25 g Enzyme glucoseamylase 1.5 g Nấm men Saccharomyces cerevisiae 0.05 g Nước 4.5 lít  Thành phẩm: Độ cồn thành phẩm sau là: 50 Chỉ tiêu cảm quan Chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Không màu trắng Mùi vị Đặc trưng nguyên liệu đặc trưng cho loại sản phẩm, khơng có mùi vị lạ Trạng thái Dạng lỏng, khơng đục, khơng có cặn  Phân tích, biện luận: Tính chất cồn - Tỉ trọng trung bình 0.8 g/cm3 - Là chất lỏng khơng màu, suốt, dễ bay - Có mùi thơm đặc trưng rượu: dễ chịu, cay - Rất dễ cháy, cháy với ngọc lửa màu xanh màu xanh da trời, khơng khói tạo thành carbon dioxide nước - Là loại rượu đơn chức Nó có độ nóng chảy -117,30Cvà sơi 78.50C - Có độ nhớt bay so với hợp chất hữu trọng lượng phân tử - Là dung mơi linh động, hòa tan với nước số hợp chất chất hữu khác với tỉ lệ - Với liên kết hydro làm cho ethanol tinh khiết có khả hút ẩm khơng khí Ngun nhân cách khắc phục cố quy trình cơng nghệ - Bị nhiễm khuẩn hàng loạt trình lên men trình lên men liên tục nên mẻ bị nhiễm khuẩn tất trình bị nhiễm Để q trình khơng bị nhiễm lên men liên tục cần tính tốn cẩn thận có biện pháp công nghệ phù hợp - Nồng độ cồn thấp, bị đục có màu xanh da trời bình ngưng tụ bình làm lạnh bị dò nước có lẫn amoniac Để khắc phục cần kiểm tra sửa chữa thiết bị, cần xử lí nước dùng cho nồi - Cồn có mùi lạ, khó chịu nguyên liệu bẩn mật rỉ bị nhiễm khuẩn q nặng Vì khơng nên đưa nguyên liệu xấu vào sản xuất, cần phải sản xuất nên sản xuất riêng kèm theo chế độ công nghệ phù hợp, thường xuyên kiểm tra nguồn nước nấu nước dùng cho nồi - Qúa trình lên men diễn chậm nhiệt độ không phù hợp, dưỡng chất không đủ với lượng men giống Để trình diễn thời gian cần giữ trình nhiệt độ phù hợp, dưỡng chất đầy đủ - Cồn có vị đắng nguyên liệu chứa nhiều tecpen bị mọt Dùng hệ thống tháp, có tháp làm để khắc phục cố 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 ánh sáng qua mẫu, dựa nguyên lý tuyến tính nồng độ chiết xuất (khúc xạ) tức có nghĩa góc khúc xạ  ln nhỏ góc tới tia khúc xạ hướng xuống so với tia tới Từ máy tính tốn hiển thị xác nồng độ Brix (nồng độ đường hay nồng độ chất tan 100g nước)  Ưu điểm: Brix kế cho kết nhanh xác  Nhược điểm: Kết đo độ Brix phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng số khúc xạ giảm Đó lý bạn phải tham chiếu nhiệt độ mà phép đo số khúc xạ thực chuyển đổi sang Hầu hết máy đo khúc xạ sử dụng nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn 68 °F (20 °C) Đối với máy đo khúc xạ, nhiệt độ thiết bị yếu tố quan trọng Điều thực tế phép đo số khúc xạ, có giọt mẫu yêu cầu Khối lượng số lượng mẫu nhỏ để gần thừa nhận nhiệt độ thiết bị Nhiệt độ thiết bị phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ mơi trường mà sử dụng Đối với mơi trường phòng thí nghiệm sinh viên hiểu nguyên lý thực hành sai số chấp nhận 3.4.2 Phương pháp đo độ cồn  Nguyên lý hoạt động: Dựa nguyên lý tỷ trọng nước thấp độ cồn nước cao, độ chìm cồn kế dung dịch cho biết độ cồn dung dịch  Ưu điểm: Cho kết nhanh xác  Nhược điểm: số độ cồn xác nhiệt độ thích hợp (18-20 °C), nhiệt độ đó, độ cồn cồn kế khơng xác tuyệt đối gọi độ cồn biểu kiến Cũng có phương pháp khác cho phép quy đổi độ cồn biểu kiến thành độ cồn thực tế Khi đó, thơng thường người ta sử dụng thêm nhiệt kế cắm ngập vào rượu, cồn cần đo để lấy nhiệt độ rượu, cồn kết hợp với độ cồn biểu kiến cồn kế để tính tốn cơng thức cho độ cồn thực tế 3.5 Kết luận  Sau chưng cất sản phẩm thu có độ cồn o, sản phẩm có màu đục có lợn cợn  Lý sản phẩm có độ cồn thấp cho Enzyme glucoseamylase vào dịch nấu, nhiệt độ dịch q nóng (khoảng 70 oC) làm hoạt tính enzyme-> hiệu suất phân giải tinh bột thành đường glucose- chất cho nấm men thấp khiến hiệu suất lên men không đạt yêu cầu độ cồn nhỏ  Sản phẩm sau chưng cất có màu đục, lợn cợn q trình thực khơng có cơng đoạn tinh chế, làm cồn thành phẩm => Kiến nghị: Trong phòng thí nghiệm nên có thiết bị nấu kiểm sốt xác nhiệt độ nấu chỉnh lửa bếp gas nhiệt kế để kiểm soát nhiệt độ Và nên có cơng đoạn tinh cồn sau chưng cất để thu sản phẩm có chất lượng Tài liệu tham khảo PGS,TS Nguyễn Đình Thường, TS Nguyễn Thanh Hằng, Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic, NXB Khoa học-Kĩ thuật Nội dung TCVN 3217 Nguyễn Thanh Hằng (2005), Chọn chủng nấm men thích hợp cho lên men rượu cồn từ nguyên liệu tinh bột sắn, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nơng thơn kì tháng 7: 71 – 74 Nguyễn Thế Trang (2007), Nghiên cứu khả lên men rượu chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae môi trường dịch chiết me rừng (Phyllanthus emblyca L), Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nông thôn, 12 +13: 113 – 115 Trường đại học công nghiệp thực phẩm TP.HCM, 2014, Quy trình sản xuất sinh khối nấm men < http://luanvan.co/luan-van/quy-trinh-san-xuat-sinh-khoi-nam-men58482/