TIỂU LUẬN THIẾT bị lên MEN BIẾN đổi NGUYÊN LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH

1.4 Các thiết bị lên men công nghiệp 1.4.1 Phân loại thiết bị lên men a Thiết bị lên men cổ điển Những thiết bị lên men có dạng hình trụ đứng nằm ngang làm từ loại vật liệu gỗ, thép không rỉ Hiện nhà máy nước nước sử dụng thiết bị lên men cổ điển Hình 1.4.1a: Thiết bị lên men cổ điển b Thiết bị lên men đại Hình 1.4.1b: Thiết bị lên men đại download by : skknchat@gmail.com Thiết bị có dạng hình trụ đứng làm thép khơng rỉ Lớp vỏ áo sử dụng để hiệu chỉnh nhiệt độ có hệ thống đường dẫn xoắn nằm bên thân trụ thiết bị Ngoài ra, bên thiết bị cịn có phận sục khí, cánh khuấy hệ thống cảm biến để đo điều khiển yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men nhiệt độ, pH, lượng Oxy hoà tan pha lỏng Các thông số nhiệt độ pH thực hồn tồn nhờ chương trình phần mềm bơm điều khiển Hiện thiết bị lên men trang bị thêm cảm biến đo nồng độ sinh khối, chất sản phẩm suốt trình lên men 1.4.2 Thiết bị lên men ethanol a Thiết bị lên men tĩnh Hình 1.4.2a: Thiết bị lên men sản xuất ethanol 1- Bộ phận làm lạnh; 2- Cửa vệ sinh thiết bị; 3- Cửa nạp môi trường; 4- Cửa nạp chất cho nấm men; 5- Cửa khí CO2; 6- Ống dẫn hoá chất để vệ sinh thiết bị; 7- Đèn quan sát; 8- Cửa quan sát; 9- Nhiệt kế; 10- Cửa hông; 11Cửa dẫn tác nhân điều chỉnh nhiệt độ trình lên men Thiết bị lên men làm thép khơng rỉ, có dạng hình trụ đứng có nắp đậy phía Để hiệu chỉnh nhiệt độ, thiết bị có hai lớp vỏ áo bảo ôn cách nhiệt tốt download by : skknchat@gmail.com Thiết bị gắn cảm biến định mức để xác định phần thể tích sử dụng, cảm biến nhiệt độ pH Trên thân thiết bị có gắn van lấy mẫu cửa để vệ sinh Trên nắp có gắn đèn quan sát phận xịt hóa chất vệ sinh nước rửa Thiết bị có hai cửa để tháo dịch lên men Cửa tháo bã kết thúc q trình lên men có kích thước lớn, nằm mặt đáy b Thiết bị lên men có khuấy trộn Hình 1.4.2b: Thiết bị lên men có khuấy trộn 1- Bộ phận khuấy; 2- phần thiết bị; 3-vỏ áo cách nhiệt; 4-pH kế; 5-nhiệt kế; 6-áp kế; 7-van an tồn; 8-van xả khí; 9- van rót; 10-cửa; 12- van lấy sản phẩm; 13- van lấy mẫu Thiết bị lên men có dạng hình trụ đứng Xung quanh thân lớp vỏ áo để hiệu chỉnh nhiệt độ Bên thiết bị có cánh khuấy để đảo trộn cần Ngồi thiết bị cịn có phận kiểm tra yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men pH kế, nhiệt kế áp kế giúp cho việc giám sát đánh giá chất lượng trình lên men 1.5 Các biến đổi nguyên liệu trình lên men ethanol - Sinh học: Xảy trao đổi chất sinh trưởng nấm men download by : skknchat@gmail.com - Hoá sinh hoá học: Sự chuyển hoá glucose thành ethanol khí carbon dioxide Đường với chất dinh dưỡng khác môi trường lên men, trước tiên hấp thụ bề mặt sau khuếch tán qua màng tế bào vào bên tế bào nấm men, nấm men sử dụng chất để phát triển sinh ethanol Số lượng nấm men thay đổi theo giai đoạn: + Giai đoạn tiền phát: Số lượng nấm men tăng chậm giai đoạn nấm men tiến hành thích với mơi trường + Giai đoạn tăng trưởng: số lượng nấm men tăng nhanh chóng theo cấp số nhân Hàm lượng chất khơ giảm nấm men sử dụng pH canh trường giảm có vận chuyển ion H+ qua màng hình thành nên acid hữu + Giai đoạn cân bằng: tốc độ sinh trưởng nấm men giảm lại giữ ổn định + Giai đoạn suy vong: Số lượng nấm men giảm chết đi, hàm lượng chất không thay đổi Sự chuyển hoá đường thành ethanol tế bào nấm men xảy qua chuỗi phản ứng phức tạp với tham gia nhiều loại enzyme khác nhau, điều kiện yếm khí NAD+ cần thiết cho trình đường phân tiếp tục tái tạo q trình chuyển hố pyruvate thành ethanol Đầu tiên pyruvate chuyển thành acetaldehyde (bởi pyruvate decarboxylase) sau thành ethanol (bởi alcohol dehydrogenase) Q trình lên men tạo sản phẩm trung gian sản phẩm phụ chia thành bốn nhóm chính: Aldehyde ketone (nhiều aldehyde acetic), Rượu (đáng ý methanol, dầu fusel với thành phần gồm propanol, butanol pentanol), acid hữu ester (Ethyl acetate chiếm hàm lượng cao nhất) - Vật lý: nhiệt độ canh trường tăng lên phần lượng từ trình trao đổi chất nấm men thải dạng nhiệt - Hố lý: phần khí carbon dioxide nấm men sinh hoà tan vào canh trường, số chất keo bị kết tủa thay đổi pH download by : skknchat@gmail.com AI Sản xuất rượu brandy quy mô công nghiệp 2.1 Giới thiệu chung brandy Brandy loại rượu sản xuất cách chưng cất dịch lên men ethanol loại trái cây, đại đa số loại brandy ủ thùng gỗ sồi sau chưng cất nên có màu cánh gián đặc trưng Vì sản phẩm chưng cất dịch lên men ethanol nên brandy có độ rượu cao dịch lên men thường có độ rượu rơi vào khoảng 40 độ cao hơn, brandy xếp vào nhóm rượu mạnh (spirit) Brandy dùng đồ uống dùng nấu ăn, gồm mặn Về mặt cảm quan, brandy chất lượng cao cần thể rõ hương vị đặc trưng nguồn nguyên liệu trái sử dụng để sản xuất nên, cần phải có hương vị đặc trưng gỗ sồi, có vị cân bằng, cảm giác mượt lưỡi, không gắt vị cồn số loại rượu khác thường phải có màu cánh gián Hình 2.1 Một số chai brandy tiếng (từ trái sang phải) BERTOUX Brandy, HINE Homage Cognac, Hennessy X.O Cognac download by : skknchat@gmail.com Dịch lên men để sản xuất brandy lên men từ loại trái nào, phổ biến nho, táo, tiếp kể đến đào, mận, lê, mơ, anh đào, loại mọng việt quất, phúc bồn tử, … Trái chọn để sản xuất brandy cần phải đạt độ chín tối đa để có hàm lượng đường cao hàm lượng acid thấp hàm lượng đường thấp không tạo nhiều alcohol nồng độ cao acids thường khơng mang lại giá trị cảm quan đặc trưng brandy Các loại brandy cao cấp Cognac hay Armagnac sản xuất thủ công bán thủ công với nguồn nguyên liệu từ địa phương sản xuất lựa chọn với tiêu chuẩn cao Brandy sản xuất quy mô công nghiệp thường không đạt chất lượng cảm quan loại brandy cao cấp, nhiên đáp ứng công dụng brandy có chất lượng đồng Chất lượng brandy công nghiệp đánh giá nhiều thông số độ rượu, thời gian ủ thùng gỗ sồi, hàm lượng chất khơ hịa tan, pH, màu, hàm lượng tannin, … đánh giá cảm quan mùi vị thiếu Các tiêu chất lượng brandy khác nhà sản xuất quy định độ cồn thời gian ủ với gỗ sồi brandy khác quốc gia 2.2 Quy trình sản xuất brandy cơng nghiệp Dưới sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất rượu brandy quy mô công nghiệp download by : skknchat@gmail.com Hình 2.2 Sơ đồ quy trình sản xuất rượu brandy công nghiệp download by : skknchat@gmail.com Rửa Trái rửa với nước hệ thống bể rửa sục khí có băng tải Mục đích q trình để loại bỏ bụi bẩn, sỏi cát, hay vật chất khác không mong muốn Hình 2.3 Hệ thống bể nước rửa trái có sục khí kèm băng tải Nghiền Trước nghiền, loại có hạt cứng lớn đào, mơ, mận cần phải bỏ hạt để không làm tắc nghẽn gây hư hỏng máy nghiền Trái sau rửa bỏ hạt cần nghiền nhuyễn để q trình ép sau diễn có hiệu Những loại mềm mọng nho, anh đào nghiền máy nghiền trục vít, cịn loại to cứng táo, lê nghiền máy nghiền búa để đảm bảo nhuyễn download by : skknchat@gmail.com Hình 2.4 Một mẫu máy nghiền trái dùng công nghiệp Ép lấy dịch Dịch từ sau nghiền ép để loại bỏ bã lấy dịch ép, ngun liệu cho q trình Trước ép, nghiền xử lí với pectinase cần thiết để làm tăng hiệu suất q trình ép Máy ép băng chuyền dùng để ép lấy dịch Trên máy ép băng chuyền, nghiền trải thành lớp chuyền, độ dày lớp thường nhỏ cm điều chỉnh để đạt hiệu ép cao Sau đó, băng chuyền khác ép lên lớp này, lúc lớp kẹp lớp chuyền Quả lớp chuyền lăn qua hệ thống trục xoay cách chặt căng để ép dịch khỏi bã, dịch bã thấm qua lỗ nhỏ lớp chuyền chảy xuống máng hứng chảy vào bể thu dịch Máy ép băng chuyền gặp trục trặc hạt đào, mận hay mơ không loại bỏ trước vướng vào máy ép download by : skknchat@gmail.com Hình 2.5 Sơ đồ máy ép băng chuyền Lên men Dịch sau ép lên men bồn lên men có vỏ áo điều nhiệt Tùy vào loại chất lượng mong muốn brandy mà loại nấm men khác sử dụng Nhiệt độ bồn lên men điều chỉnh để tối ưu cho loại nấm men chọn để sản xuất loại brandy khác nhau, ấm khoảng 30 oC mát 15oC Thời gian lên men thường rơi vào khoảng tuần đến 10 ngày, số trường hợp kéo dài đến tháng download by : skknchat@gmail.com Hình 2.6 Các bể bồn lên men rượu nhà máy Lọc Dịch sau lên men chứa nhiều sinh khối nấm men, phần sinh khối phần thịt cịn sót lại cần phải lọc bỏ để thiết bị chưng cất hoạt động hiệu mà khơng cần bảo trì nhiều Thiết bị lọc khung với màng lọc microfiltration thể hiệu trình Dịch sau lên men bơm đầy vào khung bọc màng lọc, xếp xen kẽ bản, khung sau ép chặt với nhau, dịch lọc thoát vật chất không mong muốn giữ lại bên khung màng lọc download by : skknchat@gmail.com Hình 2.6 Thiết bị lọc khung Chưng cất Chưng cất trình quan trọng quy trình sản xuất brandy, trình chưng cất giúp thu dung dịch ethanol với nồng độ cao với hợp chất hữu tạo nên mùi vị đặc trưng cho brandy Hệ thống chưng cất công nghiệp đại gồm tháp rectifier (tháp gia nhiệt – làm mát) tháp analyzer (tháp chưng cất) Các thiết bị hệ thống chưng cất rượu brandy làm hoàn toàn đồng thép không gỉ với số chi tiết đồng Trong sản xuất rượu, ion đồng biết tới với tác dụng loại bỏ số hợp chất hữu chứa lưu huỳnh gây hương vị không mong muốn brandy mùi trứng ung, mùi bắp cải Các hợp chất hữu chứa đồng không bay nên không xuất sản phẩm cuối Một số nhà download by : skknchat@gmail.com sản xuất không sử dụng chi tiết kim loại đồng bể đun mà bổ sung muối đồng (AI) sulfat vào dịch sau lên men, cách sử dụng ion đồng để loại bỏ hợp chất chứa lưu huỳnh Dịch sau lên men đưa vào tháp rectifier từ đỉnh tháp Bên tháp rectifier, dịch sau lên men dẫn đường ống xoắn gấp khúc nhiều để tăng thời gian trao đổi nhiệt Hơi nóng từ tháp analyzer dẫn sang tháp rectifier vào tháp rectifier từ đáy Khi bay lên cao, trao đổi nhiệt với dịch lên men làm nóng dịch Khi tới đáy tháp rectifier, dịch lên men bơm sang tháp analyzer vị trí mâm cao chạy xuống đáy tháp qua mâm Ở đáy tháp analyzer, nước nóng dẫn vào, trao đổi nhiệt với dòng dịch sau lên men làm ethanol cấu tử tạo hương vị cho brandy bay Hơi nước bị nhiệt, ngưng tụ lại dẫn theo đường ống đáy tháp analyzer Hơi ethanol cấu tử khác dẫn khỏi tháp analyzer đỉnh dẫn vào tháp rectifier đáy, nguồn nóng dùng để gia nhiệt dịch sau lên men ban đầu Khi phần lỏng phần tiếp xúc với nhau, xảy trao đổi nhiệt chuyển pha: nhiệt độ phần lỏng nóng lên làm cấu tử có nhiệt độ sôi thấp phần lỏng bay hơi, đồng thời nhiệt độ phần giảm làm chất có nhiệt độ sôi thấp phần ngưng tụ lại Khi đó, lên cao tháp, có nhiều cấu tử dễ bay hơi, xuống đáy tháp, có nhiều cấu tử khó bay Thiết kế hệ thống chung cất nhà máy khác khác có mục đích để phân tách thành phần dễ bay khó bay có dịch sau lên men Phần dung dịch thu đỉnh tháp rectifier gọi “head” Phần head chứa nồng độ ethanol cao nhất, chứa nước chứa nhiều cấu tử dễ bay nhất, nhiên số cấu tử dễ bay có chứa nhiều chất mang hương vị download by : skknchat@gmail.com không mong muốn brandy, nên head không thu nhận Head bơm ngược trở lại (hồn lưu) vào tháp rectifier để tiếp tục tham gia trình chưng cất Phần dung dịch thu đáy tháp chưng cất gọi “tail”, chủ yếu chứa nước, ethanol cấu tử tạo hương nên tail không thu nhận mà bơm trở vào tháp analyzer để giúp ổn định nhiệt độ, sau dẫn ngồi đáy Sản phẩm thu nhận từ tháp chưng cất phân đoạn lỏng lấy từ mâm tháp chưng cất, nơi mà dung dịch thu có độ cồn cao (khoảng 70 độ cao hơn) chứa phong phú cấu tử tạo hương vị đặc trưng nguyên liệu trái ban đầu Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống chưng cất rượu brandy download by : skknchat@gmail.com Loại tháp chưng cất phù hợp để sản xuất rượu tháp mâm chóp (bubble cap) lưu lượng tháp tương đối so sánh với ứng dụng cơng nghiệp khác nhiệt độ chưng cất rượu tương đối thấp Khi lưu lượng thấp, tháp mâm lỗ mâm van cho phần lỏng chảy xuống nhanh tiếp xúc với phần bay lên nên đạt hiệu chưng cất khơng cao Trái lại, với tháp mâm chóp, chất lỏng giữ mâm ngập phần chóp, phần từ muốn bay lên buộc phải thổi qua rãnh phần chóp, đảm bảo ln có nhiều tiếp xúc phần lỏng phần Ủ thùng gỗ sồi Những phân đoạn rượu lỏng lấy từ tháp chưng cất bơm vào thùng gỗ sồi ủ thời gian dài Khi ủ, bên rượu thùng xảy biến đổi: - Những cấu tử mang hương vị đặc trưng cho gỗ sồi chiết vào rượu Có nhiều cấu tử gỗ sồi quan trọng kể đến tannins vanillin - Những cấu tử có rượu gỗ sồi oxi hóa tạo thành cấu tử mang hương vị khác, làm tăng phong phú hương vị brandy - Những cấu tử phản ứng với tạo thành hợp chất hữu mới, đem lại thêm nhiều tầng hương vị cho brandy Với nhà sản xuất brandy cao cấp, thời gian ủ brandy thùng gỗ sồi phải vài năm, chí vài chục năm, với sản xuất cơng nghiệp quãng thời gian dài phi thực tế Nên cơng nghiệp, nhiều phương pháp vật lí hóa học thí nghiệm áp dụng để làm giảm thời gian ủ đảm bảo phần lớn mục đích mà q trình ủ mang lại Ví dụ việc xử lí gỗ sồi kiềm loãng ngày, kết hợp với việc chủ động bổ sung oxy vào thùng rượu ủ giúp brandy ủ từ tới tháng có giá trị cảm quan tương đương ủ từ tới năm download by : skknchat@gmail.com Hình 2.8 Các thùng gỗ sồi ủ brandy nhà máy Phối trộn Brandy thu từ thùng gỗ sồi có độ cồn q cao khơng để sử dụng để làm thức uống, nên cần phải pha với nước để đạt độ cồn phù hợp Brandy sản xuất từ mẻ trái khác nhau, chưng cất từ tháp khác ủ thùng gỗ sồi khác có chất lượng hương vị khác Trong cơng nghiệp, để ln có chai brandy có chất lượng đồng đều, sản phẩm brandy sau hỗn hợp nhiều thùng brandy Thêm vào đó, mà cơng nghiệp, nguồn nguyen liệu trái có chất lượng khơng đồng thời gian ủ thùng gỗ sồi thường bị rút ngắn, số chất tạo hương vị (tự nhiên tổng hợp) thêm vào để mang thêm hương vị trái gỗ sồi cho brandy, caramel thêm vào để tạo màu cánh gián đặc trưng brandy download by : skknchat@gmail.com ủ thời gian ngắn, cuối đường thêm để làm bật lên hương vị sẵn có làm dịu vị gắt ethanol Đóng chai dán nhãn Brandy thường chứa chai thủy tinh với nút gỗ bần để đảm bảo kín khí Chai rượu brandy nên ln đứng để tránh rượu tiếp xúc với nút gỗ bần, thu hương vị từ gỗ bần làm giảm hương vị đặc trưng brandy Máy đóng chai dán nhãn tự động trở thành thiết bị phổ biến nhà máy rượu nói chung TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dhiman, A and S Attri, Production of Brandy 2011 p 60 [2] Lambrechts, M., et al., Brandy and Cognac: Consumption, Sensory and Health Effects, in Encyclopedia of Food and Health, B Caballero, P.M Finglas, and F Toldrá, Editors 2016, Academic Press: Oxford p 456-461 [3] Rankine, B.C 1989 Making good wine: a manual of winemaking practice for Australia and New Zealand Melbourne: Sun Books [4] Bekker, M., Espinase Nandorfy, D., Kulcsar, A., Faucon, A., Smith, P., Krstic, M 2021 Choosing the best remediation strategy to remove ‘reductive’ aromas Wine Vitic J 36(1): 42-45 [5] Kreitman, G.Y., Danilewicz, J.C., Jeffery, D.W., Elias, R.J 2016 Reaction mechanisms of metals with hydrogen sulfide and thiols in model wine Part 1: Coppercatalyzed oxidation J Agric Food Chem 64(20): 4095−4104 download by : skknchat@gmail.com ... Hiện thiết bị lên men trang bị thêm cảm biến đo nồng độ sinh khối, chất sản phẩm suốt trình lên men 1.4.2 Thiết bị lên men ethanol a Thiết bị lên men tĩnh Hình 1.4.2a: Thiết bị lên men sản xuất... sinh nước rửa Thiết bị có hai cửa để tháo dịch lên men Cửa tháo bã kết thúc q trình lên men có kích thước lớn, nằm mặt đáy b Thiết bị lên men có khuấy trộn Hình 1.4.2b: Thiết bị lên men có khuấy... Bên thiết bị có cánh khuấy để đảo trộn cần Ngồi thiết bị cịn có phận kiểm tra yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men pH kế, nhiệt kế áp kế giúp cho việc giám sát đánh giá chất lượng trình lên men