Công nghệ sản xuất cồn etylic

11 COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT COÀN ETYLIC 2 NGUYEÂN LIEÄU Nguyeân taéc: nguyeân lieäu chöùa polysaccharide ñeàu coù theå söû duïng trong coâng ngheä saûn xuaát coàn. Yeâu caàu:
Ñaûm baûo ñuû löôïng döôõng chaát phuïc vuï cho söï phaùt trieån cuûa vi sinh vaät.
Haøm löôïng ñöôøng hoaëc tinh boät cao, coù khaû naêng ñem laïi hieäu quaû kinh teá.
Saün coù, giaù thaønh thaáp.
Vuøng nguyeân lieäu taäp trung vaø ñuû cho nhu caàu saûn xuaát. 2 loaïi nguyeân lieäu phoå bieán: - Tinh boät - Ræ ñöôøng 23 RÆ ÑÖÔØNG (MAÄT RÆ) Pheá lieäu trong coâng nghieäp ñöôøng mía hoaëc ñöôøng cuû caûi. Laø loaïi ñöôøng khoâng keát tinh ñöôïc. Thöôøng chieám khoaûng 3 – 5% löôïng mía. 4 Thaønh phaàn: Nöôùc chieám 15 – 20% Haøm löôïng chaát khoâ chieám 80 – 85 %. Trong ñoù: – 60% laø ñöôøng leân men ñöôïc vôùi: – 35 – 40% saccharoza – 20 – 25% ñöôøng khöû – 40% chaát phi ñöôøng, vôùi – 20 – 32 % chaát höõu cô – 8 – 10 % chaát voâ cô Maät ræ coù ñoä pH töø 6,8 – 7,2. 36 Ưu điểm của việc sử dụng rỉ đường • Giá rẻ • Khối lượng lớn, dồi dào • Sử dụng tiện lợi • Nguồn cung cấp khá phổ biến 7 NGUYÊN LIỆU CHỨA TINH BỘT Saén, ngoâ, khoai vaø moät phaàn gaïo hoaëc taám.  Saén : Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Tro Sắn tươi Sắn khô 70,25 13,12 1,102 0,205 0,41 0,41 26,58 74,74 1,11 1,11 0,54 1,69 48 Khoai Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Tro Khoai tây tươi Khoai lang tươi Khoai lang khô 74,9 68,1 12,9 1,99 1,6 6,1 0,15 0,5 0,5 20,8 27,9 76,7 0,98 0,9 1,4 1,09 1,00 2,4 10  Các loại hạt khác - Để sản xuất các loại rượu đặc biệt. - Các loại hạt này có hàm lượng tinh bột cao, sản xuất rượu tốt Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Tro Gạo giã Gạo xay Tấm Cám Mì đen 12,6 11,6 11,8 12,5 14 9 9,1 8,9 13,17 11 0,5 2,45 1 10,12 1,7 77 74,79 77,38 72 69,6 0,4 0,65 0,6 14,05 1,9 0,5 1,4 0,7 11,14 1,8 511  Tinh boät thöôøng ñöôïc thuûy phaân:
Thuûy phaân tinh boät baèng acid vaø nhieät ñoä: thu ñöôïc glucoza→ hieäu xuaát khoâng cao vaø gaây oâ nhieãm moâi tröôøng.
Duøng amylaza cuûa maàm ñaïi maïch ta seõ thu ñöôïc 70 – 80% laø maltoza vaø 30 – 20% laø dextran.
Duøng amylaza cuûa naám moác ta seõ thu ñöôïc 80 – 90% laø glucoza.
Celluloza döôùi taùc duïng cuûa acid voâ cô loaõng, nhieät ñoä cao vaø aùp suaát cao seõ bò phaân huûy thaønh glucoza.
Hemicelluloza (baùn xô): deã bò thuûy phaân hôn celluloza ñeå taïo thaønh glucoza 13 NƯỚC Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: • Xử lý nguyên liệu • Nấu nguyên liệu • Pha loãng dung dịch • Vệ sinh thiết bị, 615 Sơ đồ tổng quát công nghệ sản xuất cồn Etylic NGUYÊN LIỆU Xử lý – Nấu Pha loãng – Xử lý Đường hóa Chuẩn bị dịch lên men Lên men Chưng cất Lên men Chưng cất Tinh chế Tinh chế CỒN TINH LUYỆN O2Mengiống Men giống PP Amylo PP Mycomalt Chỉnh pHDinh dưỡng Chất khô 23 XÖÛ LYÙ NGUYEÂN LIEÄU TINH BOÄT NGUYÊN LIỆU NGHIỀN HỒ HÓA DỊCH HÓA ĐƯỜNG HÓA 724 XÖÛ LYÙ NGUYEÂN LIEÄU TINH BOÄT 1. NGHIEÀN NGUYEÂN LIEÄU Mục đích: • Phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng hạt tinh bột khỏi các mô. • Khi nấu ở nhiệt độ và áp suất phù hợp, tinh bột chuyển thành dạng hòa tan. -Thiết bị nghiền: Thiết bị nghiền búa, thiết bị nghiền trục. 25  Tuøy theo cheá ñoä naáu maø raây coù kích thöôùc khaùc nhau.  Naêng suaát cuûa maùy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä nghieàn vaø kích thöôùc raây. Thiết bị nghiền búa 827 Muïc ñích:
Phaù vôõ maøng teá baøo cuûa caùc haït tinh boät, giuùp cho amylaza tieáp xuùc ñöôïc vôùi tinh boät.
Taïo ñieàu kieän đưa tinh boät veà traïng thaùi hoøa tan trong dung dòch. 2. HỒ HÓA TINH BỘT 3. DỊCH HÓA Mục đích: • Thủy phân tinh bột thành dextrin + maltoza + 1 ít glucoza→ độ nhớt của dịch cháo giảm nhanh. 30 931 CHỨC NĂNG CỦA ENZYM TRONG QUÁ TRÌNH DỊCH HÓA α - amylaza: (enzym dịch hóa) - Tác dụng lên liên kết α – 1,4 glucozit ở vị trí bất kì, nhưng tập trung vào giữa mạch amyloza và amylopectin. Nhieät ñoä hoaït ñoäng cuûa enzym: - α – amylaza cuûa vi khuaån hoaït ñoäng toát ôû t0 toái öu = 95– 1000C - α –amylaza cuûa maàm thoùc hoaït ñoäng toát ôû: t0 toái öu = 73– 760C - α –amylaza cuûa Asp.ozyzae hoaït ñoäng toát ôû: t0 toái öu = 50–550C pH cuûa moâi tröôøng vaø t0 toái öu cuõng phuï thuoäc vaøo nhau: t0 taêng → pH taêng 32 4. ÑÖÔØNG HOÙA DÒCH CHAÙO  Mục đích: laø quaù trình duøng enzym amylase ñeå chuyeån hoùa tinh boät thaønh ñöôøng deã leân men. • Quaù trình naøy quyeát ñònh phaàn lôùn hieäu suaát thu hoài röôïu.  Coù 2 loaïi amylase: töø maàm ñaïi maïch vaø töø vi sinh vaät. 10 33 Enzym ñöôøng hoùa β - amylase  Coù taùc duïng leân noái α - 1,4 – glucozit, baét ñaàu töø voøng khoâng coù nhoùm khöû vaø caét theo 2 goác glucoza moät trong phaân töû cuûa amyloza vaø amylopectin. Döôùi taùc duïng cuûa α vaø β - amylaza ta thu ñöôïc dòch chöùa 78 – 80% maltoza vaø glucoza, 22 – 20% dextrin Glucose amylase : chuyển tinh bột thành đường glucose 34 Có thể tiến hành đường hóa theo 2 phương pháp: gián đoạn hoặc liên tục. Nhưng luôn bao gồm: _ Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa _ Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ thích hợp trong thời gian xác định để amylase chuyển hóa tinh bột thành đường. _ Làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men Sơ đồ chung 11 35 VÒ TRÍ TAÙC ÑOÄNG CUÛA AMYLASE LEÂN MAÏCH TINH BOÄT 49 Taïi thuøng naáu nguyeân lieäu:
Nguyeân lieäu ñöôïc nghieàn mòn tôùi kích thöôùc laø 1mm, hoøa vôùi nöôùc ôû 30 – 400C theo tyû leä nöôùc : boät laø 4 : 1.
Khuaáy ñeàu, cho 20-30% löôïng α - amylaza chòu nhieät (thöôøng söû duïng Termamyl 120L cuûa haõng Novo – Ñan maïch vôùi tyû leä 0,02 – 0,03% so vôùi khoái löôïng tinh boät)
Ñun trong 40 – 50 phuùt, ñaït tôùi 85 – 870C. Giöõ ôû nhieät ñoä naøy 15 – 20 phuùt.
Ñun soâi trong voøng 50 – 60 phuùt nhaèm hoøa tan caùc haït tinh boät coù kích thöôùc lôùn chöa kòp hoà hoùa heát.
Chuyeån sang thuøng ñöôøng hoùa. Một phöông phaùp öùng duïng taïi Vieät Nam 12 50 Taïi thuøng ñöôøng hoùa:
Dòch boät ñöôïc laøm nguoäi ñeán 90 – 930C roài cho heát 70- 80% löôïng enzym coøn laïi vaøo.
Laøm nguoäi ñeán 55 – 560C, ñeå trong 30 phuùt.
Làm nguội dịch cháo về 28 – 30oC 54 XÖÛ LYÙ NGUYEÂN LIEÄU MAÄT RÆ Pha loaõng vaø xöû lyù dòch maät ræ
Pha loaõng dòch maät ræ 50% (mật rỉ : nước =1 : 1)
H2SO4 cho vaøo theo tæ leä 0,4 – 0,6% (tuøy theo ñoä chua cuûa ræ ñöôøng)
Cho chaát saùt truøng vaøo: fluosilicat natri (2%o trong toång soá).
Nguoàn nitô theo tyû leä 1g (NH4)2SO4 hoaëc 0,4 – 0,5g ure trong 1 lít dòch leân men
Sau ñoù khuaáy troän ñeàu, ñeå yeân 1 – 4h.
Bôm dòch trong leân thuøng chöùa roài loïc loaïi taïp chaát (chuû yeáu laø CaSO4, caùc keát tuûa keo).
Cho vaøo thuøng chöùa giöõ ôû nhieät ñoä 85 – 900C trong 1giôø, vôùi muïc ñích CaSO4 keát tuûa nhieàu hôn, giuùp cho hieäu suaát leân men taêng khoaûng 1%
pH = 4,5 – 5 töông ñöông ñoä chua: 1 – 1,5 g H2SO4/ lít 13 55 Pha loaõng tôùi noàng ñoä gaây men: 1. Leân men theo sô ñoà moät noàng ñoä:  Noàng ñoä chaát khoâ 20 – 22%, töông ñöông 15 – 16% ñöôøng.  pH dòch ñöôøng 4,5 – 5,0, töông ñöông ñoä chua 1 – 1,5g H2SO4/lit  Ure caàn boå sung laø 0,5 g/l  Noàng ñoä fluosilicat natri: 2‰ 2. Leân men theo sô ñoà hai noàng ñoä:  Noàng ñoä chaát khoâ: 12 – 14%  pH: 4,5 – 5,0  Ure caàn boå sung laø 0,5 g/l  Noàng ñoä fluosilicat natri: 2‰  Dòch leân men cuõng coù caùc chæ tieâu töông töï chæ khaùc laø noàng ñoä chaát khoâ töø 30 ñeán 32%. 57 LEÂN MEN DÒCH ÑÖÔØNG Caùc giai ñoaïn caàn thöïc hieän:
Chuaån bò moâi tröôøng dinh döôõng
Nhaân gioáng trong phoøng thí nghieäm
Nhaân gioáng trong saûn xuaát
Leân men 14 58 Yêu cầu của nấm men dùng trong sản xuất cồn Etylic • Năng lực lên men mạnh: biến đường thành rượu nhanh và hoàn toàn, tạo ít các sản phẩm trung gian và phụ • Ổn định và chịu được những biến đổi của canh trường 59 CHUẨN BỊ MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG Malt đại mạch nghiền nhỏ Phối trộn H2O (5:1) Nấu-Đường hóa Tiệt trùng Phân phối vào dụng cụ Điều chỉnh pH Lọc -To= 48 -53oC, t=20-30 -To= 60 - 62oC, t=30’ -To= 70 - 72oC, t=20’ pH = 4.5 – 5.0 15 60
Nhaân gioáng trong phoøng thí nghieäm Löôïng dòch trong bình Noàng ñoä, % pH Nhieät ñoä, oC Thôøi gian, giôø Trong oáng nghieäm 10 ml 90 ml trong bình 250 ml 900 ml trong bình 2 lit 9 lit trong bình 15 lit 13 ÷14 13 ÷ 14 13 ÷ 14 15 ÷ 18 4,5 ÷ 5,0 4,5 ÷ 5,0 4,5 ÷ 5,0 4,8 ÷ 5,2 30 ± 1 30 ± 1 30 ± 1 30 - 32 24 18 ÷24 18 ÷24 15 ÷18 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lên men • Nhiệt độ • pH • Hàm lượng đường • O2 • Nitơ • Chất sát trùng 77 16 Các sự cố xảy ra trong quá trình lên men • Lên men chậm: nhiệt độ, dưỡng chất, men giống • Độ acid tăng nhanh: vi khuẩn sinh acid • Sinh màng: vi khuẩn sinh màng • Lên men quá nhanh: nhiệt độ, vi khuẩn 78 79 XÖÛ LYÙ DÒCH LEÂN MEN
Hoãn hôïp thu ñöôïc sau leân men goïi laø giaám chín. Trong giaám chín coù raát nhieàu thaønh phaàn: chuû yeáu laø coàn etylic. Ngoaøi ra coøn coù este, aldehyd, moät soá alcol cao phaân töû (daàu fusel), tinh boät, dextrin, acid höõu cô, khoaùng.
LỌC: thu lấy dịch.
CHÖNG CAÁT THÔ: thu ñöôïc coàn thoâ, coàn saûn phaåm vaø daàu fusel
TINH LUYỆN: Loại các taïp chaát khaùc nhau coù nhieät ñoä bay hôi cao hay thaáp hôn coàn.