NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÊN MEN CÒN TỪ MẬT RỈ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÊN MEN CỒN TỪ MẬT RỈ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Công nghệ sinh học Chuyên ngành: Nông nghiệp SVTH : PHẠM QUANG THẮNG MSSV: 810332S GVHD: TS TRẦN THỊ DUNG Th.S PHAN THỊ PHƯƠNG DUNG TP.HỒ CHÍ MINH – 01/2009 MỤC LỤC Chương 1: Mở Đầu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích yêu cầu .1 1.2.1 Mục đích 1.2.2 Yêu cầu .1 Chương TỔNG QUAN 2.1 Nguyên liệu trình lên men 2.1.1 Lịch sử trình lên men 2.1.1.1 Việt Nam: 2.1.1.2 Thế giới: 2.1.2 Nguyên liệu trình lên men 2.1.2.1 Yêu cầu nguyên liệu: 2.1.2.2 Nguyên liệu chứa đường: 2.1.2.3 Nguyên liệu chứa tinh bột 2.2 Xử lý nguyên liệu 12 2.21 Tầm quan trọng nguyên liệu: 12 2.2.2 Các biến đổi xử lý nguyên liệu tinh bột: 12 2.3 Chủng nấm men sử dụng lên men .18 2.3.1 Nấm mốc 18 2.3.2 Nấm men: 22 2.4 Cơ chế lên men: .25 Chương PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 28 3.1 Khảo sát chọn chủng nấm men 29 3.2 Khảo sát chọn chất dinh dưỡng 29 3.3 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng 30 3.3.1 PH 30 3.3.2 Khảo sát MgSO4 30 3.3.3 Chất sát khuẩn 31 3.3.4 Khảo sát thời gian chờ tiệt trùng 32 3.4 Quy trình lên men 34 Chương KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .35 4.1 Kết 35 4.1.1 Kết khảo sát .35 4.1.2 Kết quy trình lên men .38 4.2 Nhận xét 39 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42 5.1 kết luận 42 5.2 Đề nghị 42 PHỤ LỤC 43 Tài liệu tham khảo .52 Chương 1: Mở Đầu 1.1 Đặt vấn đề Mật rỉ phế phẩm trình sản xuất đường, thường loại bỏ Trong năm gần với phát triển mạnh mẽ công nghệ lên men, mật rỉ tái sử dụng làm chất cho trình lên men chủ yếu lên men bột ngọt, hướng lên men sản xuất cồn Cồn chất lỏng khơng màu, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm, ứng dụng rộng rải + Cồn công nghiệp: Được sử dụng nhiều phịng thí nghiệm, y tế, tạo cồn khơ, làm nhiên liệu đốt ( xăng pha cồn ), làm dung mơi hịa tan, sử dụng gián tiếp trực tiếp để sản xuất acid axetic, andehid axetic… + Cồn thực phẩm: Sử dụng chủ yếu để sản xuất rượu rượu đế, rượu mùi, rượu trái cây, sản xuất thức ăn … Với ứng dụng đa dạng vậy, cồn xem nguồn nhiên liệu thay tương lai bước đệm để thúc đẩy công nghệ lên men cồn từ mật rỉ phát triển mạnh mẽ 1.2 Mục đích yêu cầu 1.2.1 Mục đích Lên men mật rỉ tạo cồn với hiệu suất lên men cao nhằm thu tỉ lệ cồn nhiều 1.2.2 Yêu cầu - Xác định loại chất dinh dưỡng tỉ lệ lên men - Xác định chủng nấm men - Xác định yếu tố nhiệt độ pH - Xác định thời gian sử dụng chất diệt khuẩn trước lên men Chương TỔNG QUAN 2.1 Nguyên liệu trình lên men 2.1.1 Lịch sử trình lên men 2.1.1.1 Việt Nam: Với tảng quốc gia có sản xuất nơng nghiệp, sản phẩm ngũ cốc dồi dào, phong phú tạo nên đa dạng nguồn nguyên liệu cung cấp cho ngành sản xuất rượu Lịch sử nghề nấu rượu Việt Nam có từ chưa rõ biết sử sách cịn ghi lại thấy xuất vào khoảng năm thứ 100 trước công nguyên Vào thời kỳ rượu nếp người Dao coi đặc sản độc đáo mà người Hán ưa thích Các rượu dân tự nấu theo tập quán cổ truyền, mang tính chất tự cung tự cấp Ở đồng bằng, miền núi nhân dân thường sử dụng men giống loại bánh men sản xuất theo phương pháp cổ truyền để lên men rượu từ nguyên liệu khác có chứa tinh bột gạo nếp, gạo tẻ, ngô, sắn Một số loại rượu dùng để uống không qua chưng cất rượu cần đồng bào dân tộc thiểu số; số chưng cất thu rượu trắng với chất lượng khác nhau, có loại rượu ngon tiếng Men giống sản xuất từ vị thuốc bắc với bột gạo gọi bánh men thuốc bắc, men giống sản xuất từ loại lá, củ, rừng bột gạo gọi men lá; loại lá, củ, rừng thu hái theo kinh nghiệm cổ truyền Việt Nam có nhiều ưu mà thiên nhiên ban tặng hệ tài nguyên sinh học phong phú vùng nhiệt đới, giá trị văn hoá truyền thống ẩm thực tinh tế Con người Việt Nam biết chắt lọc tinh hoa đất trời để tạo nên loại rượu độc đáo cho Rượu cần nét văn hố đặc sắc dân tộc thiểu số vùng cao Ra đời tập quán sinh hoạt công đồng, rượu cần mang lại cho người khơng khí vui tươi đầm ấm, đậm đà sắc dân tộc Rượu cần nét văn hoá riêng người Tây Bắc, Tây Nguyên loại đồ uống riêng Việt Nam Rượu Làng Vân có từ thời Triệu Quang Phục (thế kỷ thứ VI) nấu từ gạo nếp thơm, men gia truyền với vị thuốc quý kỹ thuật riêng người kinh Bắc Rượu trở thành niềm tự hào người dân nơi với tên “Vân hương mỹ tửu” Hàng ngày khoảng 15.000-20.000 lít rượu lò cung cấp cho khắp vùng lân cận Rượu đế Bến Lức Gò Đen sản xuất từ gạo nếp với men Cần Giuộc, Mỹ Tho công nghệ riêng người dân Long An trở thành nét ẩm thực riêng người Nam Bộ Người Quy Nhơn có rượu Bầu đá tiếng gắn với nét văn hoá thượng võ dân Tây Sơn - Bình Định Cứ người dân địa phương tạo cho loại rượu đặc trưng cho nét văn hố cần phải nâng niu giữ gìn Nghề sản xuất rượu Việt Nam bắt đầu phát triển mạnh vào khoảng kỷ thứ X phong phú chủng loại chất lượng từ mà sinh tên rượu tiếng vùng Ngành sản xuất rượu mang tính công nghiệp bắt đầu phát triển nước ta từ năm 1898, với xưởng sản xuất rượu xây dựng Hà Nội, Hải Dương, Sài Gòn quản lý độc quyền người Pháp Trong chiến tranh chống Pháp nhà máy rượu không sản xuất Từ ngày hồ bình lập lại, năm 1955, Nhà nước ta bắt đầu khôi phục lại ngành cơng nghiệp có ngành cơng nghiệp rượu Đến năm 1956, Nhà máy Rượu Hà Nội bắt đầu sản xuất trở lại, sản lượng, chất lượng nâng lên thay đổi công nghệ sản xuất, đầu tư tháp cất tinh chế, nghiên cứu dùng nhiều loại nguyên liệu thay gạo để sản xuất rượu, cồn Năm 1962 - 1963 ta bắt đầu xuất rượu, chủ yếu sang nước Đông Âu, Nhất Liên Xô cũ, sản xuất tăng dần, xuất năm nhiều Nhà máy Rượu Hà Nội từ năm 1975 - 1978 sản xuất triệu lít cồn/năm, rượu mùi khoảng 12 triệu lít/năm, rượu xuất đạt triệu lít/năm Vào năm 1970, số nhà máy xây dựng với cơng suất nhỏ trung bình từ 100 đến 500 nghìn lít cồn/năm, hầu hết tỉnh như: Đường mía Lục Ngạn, Việt Trì, Sơng Lam, Hà Tây Năm 1975 đất nước thống nhiều nhà máy tỉnh phía Nam xây dựng thêm phát triển Chất lượng rượu tiến trang bị tháp tinh chế cồn tốt Hiện nay, nước ta có hai doanh nghiệp có cơng suất sản xuất cồn, rượu lớn nước: Cơng ty Rượu Hà Nội có cơng suất thiết kế 10 triệu lít/năm nhà máy Rượu Bình Tây (Tp Hồ Chí Minh) có cơng suất thiết kế 20 triệu lít cồn, rượu/năm Nhưng năm 1997, hai nhà máy sản xuất 3,28 triệu lít rượu Năm 1998 Cơng ty Rượu Hà Nội, nâng sản lượng lên 4,2 triệu lít rượu 1,7 triệu lít cồn Sản xuất bắt đầu có lợi nhuận, nộp ngân sách Nhà nước tăng: kết đạt việc cải tiến công nghệ sản xuất, đặc biệt công nghệ sản xuất cồn tinh chế có sử dụng chế phẩm Enzyme vào đường hố tinh bột thay nấm mốc, nâng cao chất lượng sản phẩm, nghiên cứu công nghệ sản xuất mặt hàng Các sản phẩm nhà máy có chất lượng cao, có uy tín thị trường nước đạt tiêu chuẩn xuất Nhà máy Rượu Bình Tây khôi phục lại sản xuất khoảng triệu lít/năm Ngồi ra, nước cịn 26 doanh nghiệp quốc doanh địa phương với công suất thiết kế khoảng 25,8 triệu lít/năm Tuy nhiên năm 1997 sản xuất được: 13,53 triệu lít Trong 26 doanh nghiệp có doanh nghiệp có cơng suất 1,8 triệu lít/năm trở lên là: Cơng ty Rượu NGK Thăng Long, Cơng ty Rượu Đồng Xn, Cơng ty Đường Rượu Việt Trì Công ty Rượu Nước giải khát Thăng Long: thành lập năm 1993 có cơng suất thiết kế triệu lít/năm, sản lượng thực tế năm 1997 đạt 4,8 triệu lít Sản phẩm chủ yếu loại rượu Vang, rượu Champagne Công ty Rượu Đồng Xuân: thành lập từ năm 1965 Cơng suất thiết kế: 0,6 triệu lít cồn/năm ( tương đương 1,8 triệu lít rượu/năm) Sản lượng cồn sản xuất thực tế hàng năm khoảng 700.000 lit - 800.000 lít, vượt cơng suất thiết kế Sản phẩm chủ yếu công ty loại rượu pha chế, rượu vang, rượu Champagne Do thường xuyên cải tiến công nghệ sản xuất, nên chất lượng sản phẩm công ty tốt, khách hàng ưa chuộng, đặc biệt thị trường phía Bắc Các sở sản xuất tư nhân cổ phần: tổng công suất thiết kế sở khoảng 4,55 triệu lít/năm Vốn đầu tư khoảng 6,9 tỷ đồng Sản lượng thực tế sản xuất: năm 1995 khoảng 1,63 triệu lít, năm 1996: 1,84 triệu lít, năm 1997: 2,53 triệu lít Các sở chủ yếu thành lập từ đầu năm 1990, thiết bị phần lớn chế tạo nước, thường có vốn đầu tư thấp, cơng suất nhỏ nên thiết bị thường chấp vá, khơng đồng bộ, lao động hồn tồn thủ cơng, cơng nghệ sản xuất nước, sản phẩm chủ yếu tập trung vào sản xuất loại rượu pha chế, số sở sản xuất rượu vang Champagne, tuỳ theo nhu cầu thị trường Một số sở có đầu tư thường xuyên cho công nghệ thiết bị nên sản phẩm tương đối tốt ổn định, phần lớn sở khác sản xuất theo thời vụ, đối tượng bán hàng chủ yếu tập chung vùng nông thôn, miền núi, chất lượng sản phẩm kém, không ổn định giá thành thấp, nên kinh doanh có hiệu Các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngồi: sách mở cửa Nhà nước, năm gần đối tác nước sang Việt Nam liên doanh để sản xuất rượu Sản lượng rượu mùi rượu trắng sở có vốn đầu tư nước tăng nhanh năm 1995 đến 2000 - năm 2000 đạt 1,6 triệu lít/năm Các sản phẩm sản xuất quy mô công nghiệp chủ yếu rượu pha chế từ cồn tinh luyện, đa số hương vị sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào hương liệu chất phụ gia đưa từ ngồi vào; chưa có sản phẩm đặc trưng cho Việt Nam Từ năm 1990 trở lại đây, với phát triển kinh tế thị trường Rượu dân tự nấu có chất lượng tốt bung sản xuất ngành nghề, tạo nên làng nghề nấu rượu Tổng sản lượng Rượu dân tự nấu lớn, theo báo cáo Tỉnh số liệu thống kê đạt: 242,412 triệu lít/năm Trong loại rượu nấu địa phương có truyền thống khoảng 82,412 triệu lít/năm Sản lượng rượu dân tự nấu rải rác địa phương cịn lại khơng thống kê được, ước cịn khoảng: 160 triệu lít Ngồi hàng năm ta cịn nhập lượng lớn loại rượu ngoại để đáp ứng nhu cầu nước Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ cơng có từ ngàn xưa chưa có tài liệu cho biết điểm khởi đầu Theo kinh nghiệm cổ truyền, nghề nấu rượu thủ công thực sau: Gạo tẻ nếp nấu chín thành cơm, dỡ nong sạch, để nguội, sau trộn men giống với lượng 1.5 – 2.5% so với gạo ( thường nắm men cho 1kg gạo ) Sauk hi trộn đều, cơm đưa vào rổ rá sạch, lót chuối, đậy kín phía phủ vải bao tải, đặt vào chổ thoáng mát vào mùa nắng chổ ấm vào mùa đông Sau – ngày ta nhận cơm ủ có mùi thơm dể chịu, ăn ngon, có vị cay mềm Tiếp cho cơm vào chum hay vại thêm nước với lượng – lít cho 1kg gạo đem nấu ( thường dùng nước sôi để nguội ), khuấy lên men tiếp 2,5 – ngày Nếu ủ men tốt đa số hạt gạo nấu giữ nguyên dạng bề lên mặt chum vại, dịch lên men thường gọi “cơm hèm”, đổ cơm hèm vào nồi đậy vung, trát kín bắt đầu chưng cất cồn Chất lượng rượu thu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nguyên liệu: gạo nếp hay gạo tẻ - Cơm: khô hay nhão - Men: tốt hay xấu - Nhiệt độ ủ lên men - Cách tiến hành chưng cất thu sản phẩm Quan trọn men giống, mổi vùng có cách làm men khác nhau, đa số dựa kinh nghiệm truyền lại người trước “cha truyền nối” Cồn nhà máy nước ta làm nói chung chưa đạt TCVN -71, thân TCVN -71 cồn rượu thuộc loại thấp so với nước tiên tiến giới Hiện lãnh thổ Việt Nam có ba sở làm cồn loại I thoả mãn TCVN -71 Đó Cơng ty rượu bia Đồng Xn Phú Thọ; Hà Nội Bình Tây Ngồi ba sở trên, sỏ sản xuất lại đạt cồn loại II thấp hầu hết cồn từ rỉ đường Muốn có cồn tinh khiết chất lượng cao phải có hệ thống chưng luyện tốt biết sử dụng 2.1.1.2 Thế giới: Braxin: Là nước sản xuất cồn lớn gới nay, năm 2004 đạt 14.72 triệu m3 Trong vòng 10 năm, từ 1994 đến 2004, sản lượng cồn Etanol tăng không đáng kể dao động mức 10 triệu m3 Năm 1998 năm bội thu nhất, đạt 15.4 triệu m3, lại giảm xuống 10,59 triệu m3 vào năm 2001 Sau lại phục hồi dần năm 2004 đạt 14.72 triệu m3 chưa sản lượng năm 1998 Với trình dộ công nghệ ngày cải tiến, xuất điều chế cồn Etanol từ mía nâng dần từ 4200 lít / hecta vào năm 1980, lên 5800 lít / hecta năm 1998 đạt 6350 lít / hecta vào năm 2003 Mỹ: Là nước sản xuất etanol lớn giới với chương trình etanol nhiên liệu cụ thể Tổng công suất sản xuất etanol nhiên liệu Mỹ đến năm 2003 đạt 3,5 tỷ galon, tương đương 13 tỷ lít, tăng 1,5 tỷ galon so với năm 2001 Tương lai, Mỹ vượt Braxin, nước sản xuất etanol lớn giới vào năm 2004 lệnh cấm sử dụng MTBE vào năm 2003 làm tăng mạnh nhu cầu etanol nhiên liệu Mỹ Tây Ban Nha: Sẽ trở thành nhà sản xuất etanol sinh học lớn châu âu vào năm 2004, nhà máy thứ nhà máy lớn nước vào hoạt động vào năm 2004 Trung Quốc: Chính phủ nước vừa cơng bố dự án tăng cường công suất sản xuất etanol nhiên liệu tới 1,6 triệu tấn, tương đương tỷ lít/năm Ngoài ra, nhà máy sản xuất etanol tổng hợp xây dựng vào hoạt động vào năm 2005 Thái Lan: Chính phủ nước có kế hoạch tăng sản lượng etanol nhiên liệu lên tới 650 triệu lít vào năm 2003 từ nguyên liệu sắn, ngơ, mía đường Ấn Độ: Là nước thứ khu vực châu Á bắt đầu sản xuất etanol nhiên liệu Hiện nay, công nghiệp etanol nước đạt 1.8 tỷ lít Ấn Độ phụ thuộc chủ yếu vào lượng du nhập Số liệu tiến sĩ Christoph Beng báo cáo "Công nghiệp sản xuất etanol giới năm 2001" cho biết: Tổng nhu cầu etanol nhiên liệu ấn Độ ước tính khoảng 3,2 tỷ lít/ năm Theo dự đốn, sản lượng etanol nhiên liệu tồn cầu đạt 31 tỷ lít vào năm 2006 (năm 2001 đạt gần 20 tỷ lít) tất dự án etanol nhiên liệu nêu thực 2.1.2 Nguyên liệu trình lên men 2.1.2.1 Yêu cầu nguyên liệu: + Về nguyên liệu sử dụng tất loại nguyên liệu chứa đường để lên men, nguyên liệu chứa gluxit chuyển hóa thành đường để lên men sản xuất cồn Dựa đó, người ta chia thành nhóm nguyên liệu - Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: gạo, ngô, khoai, sắn… - Nguyên liệu chứa đường: rỉ đường, nước mía, trái chín… - nguyên liệu chứa nhiều cellulose: rơm rạ, gổ vụn, mùn cưa… Bảng 4.7 Chọn thời gian tiệt trùng có sử dụng chất sát khuẩn Bình Bình Bình Bình pH 4.4 4.36 4.30 4.34 Bx 7.6 7.4 7.4 7.6 Balling 4.1 4.2 4.1 %V cồn 5.9 6.3 6.3 6.2 Theo khảo sát chất sát khuẩn nhiệt độ, có giá trị %V = 6.3 ứng với thời gian đun sôi 40 phút 60 phút Nhận giá trị ứng với số phút 40, với số phút 60 có cung cấp thêm nhiệt lượng khơng cần thiết để kéo dài thời gian đun kết không thay đổi, gây nên lãng phí hao tốn lượng Thơng qua khảo sát giảm bớt chi phí cho quy trình lên men 4.1.2 Kết quy trình lên men Từ quy trình lên men Giải thích quy trình: Mật rỉ có nồng độ chất khơ ban đầu cao 80, nồng độ khơng có vi sinh vật phát triển cần phải pha lỗng Từ Bx > 80 đưa Bx = 12 sử dụng nước cất để pha lỗng Tại Bx = 12 có pH = 5.01 nên để đưa PH = 4.8 dùng H2SO4 1N để làm tăng pH dung dịch lên, số ml sử dụng 6,2ml Dung dịch pha tích 1lít Sau đưa dung dịch Bx = 12 pH = 4.8, bổ sung dinh dưỡng vào dung dịch gồm (NH4)2HPO4 = 1g/l MgSO4 = 2mg/l Sau bổ sung dinh dưỡng hòa tan, cho chất sát khuẩn Na2SiF6 = 2mg/l vào, hòa tan Để theo khảo sát chất sát khuẩn Sau để giờ, cấy men vào với lượng 1g/l, nấm men sử dụng men khô cung cấp từ cơng ty rượu Bình Tây Sau cấy men, để lên men ngày, đem đo Balling độ cồn cơng ty rượu Bình Tây - Đo Balling: sử dụng balling kế, dụng cụ dạng thước đo độ cồn, có ghi vạch từ -5 đến 30 38 Balling: số gam đường có 100 ml dung dịch so với nước Nếu lượng đường nước lượng đường dung dịch biểu thị số âm sử dụng triệt để Balling âm %V cồn cao, vào khoảng ± - Đo độ cồn: sử dụng thiết bị đo độ cồn nhanh, nước độ cồn 0, lên men xong ta đem đo nhiệt độ tối đa mà dung dịch đạt rùi đem so sánh thang chia độ Tại nhiệt độ tương ứng với độ cồn có dung dịch Thiết bị đo nhanh độ xác khơng cao, dịch lên men ngồi cồn cịn có yếu tố khác củng làm giảm nhiệt độ dung dịch lên men Sau lên men, ta chưng cất thu cồn kiểm tra thành phần cịn có cồn Kết Bảng 4.8 Kết lên men từ quy trình lên men pH 4.3 Bx 6.8 Balling 2.5 %V 6.9 %V thu 6.9 Sau kiểm tra nhanh, dịch lên men đem chưng cất thu cồn thơ, sau kiểm tra thành phần có cồn Trong quy trình không sử dụng yếu tố nhiệt độ, việc khảo sát chọn lọc nhiệt độ chủ yếu ứng dụng nhân giống Trong lên men công nghiệp không sử dụng nhiệt độ cho lên men tiêu tốn lượng nhiên liệu lớn, kéo dài thời gian trình lên men làm giảm hiệu kinh tế, tăng chi phí sản xuất, tốn thiết bị cho q trình đun nóng tác động gây hại cho dịch lên men thay đổi pH, nồng độ chất khô nitơ cần cho lên men 4.2 Nhận xét * Trong khảo sát chọn chủng nấm men, lượng balling lại dung dịch cao tức chưa có lên men triệt để Tỉ lệ chất dinh dưỡng cho vào lấy 39 từ cơng ty rượu Bình Tây, chưa qua khảo sát nên kết bị sai khác thay đổi tỉ lệ chất dinh dưỡng khác * Kết khảo sát chọn chất dinh dưỡng cho thấy, lượng định có ưu lên men cao nhất; chất dinh dưỡng cho nhiều hiệu khơng phụ thuộc vào điều mà hiệu nằm tỉ lệ chất có dung dịch * Khảo sát pH để tìm giá trị tối ưu mà nấm men hoạt động tốt hạn chế phát triển chủng vi khuẩn gây hại * Khảo sát MgSO4, mật rỉ MgSO4 có hàm lượng thấp nên cần xác định lượng bổ sung để tìm ưu lên men Ngồi ra, cịn khảo sát lượng K+ mật rỉ lượng K2O có tỉ lệ cao nên không cần khảo sát * Chất sát khuẩn yếu tố then chốt thúc đẩy lên men Thời gian chờ sau cho chất sát khuẩn yếu tố quan trọng Nếu cho nấm men vào sớm bị tiêu diệt, cho vào muộn chủng vi khuẩn gây hại phát triển trở lại làm giảm hiệu suất cần có thời gian hợp lý ổn định để lên men đạt hiệu suất cao * Quy trình lên men chưa giảm Balling dung dịch không, độ cồn chưa đạt cao Mặc dù nâng độ cồn lên 6.9 cịn thấp so với mà rỉ đường đem lại, với Bx = 12 tức balling = 15 đưa balling = độ cồn đạt 9.0 Trong quy trình lên men + pH từ 4.8 tăng lên 4.5 tức có tạo thành acid dịch lên men Nguyên nhân: - Có tạo thành acid vi khuẩn sinh acid, tức vi khuẩn tồn chưa bị tiêu diệt hồn tồn - Sự giải phóng H+ từ muối amoni phosphate làm cho dịch dinh dưỡng chua đi, thực tế tác dụng H+ ổn định pH môi trường, không làm chua mơi trường tức lúc H+ có vai trị đệm pH cho dung dịch + Trong quy trình lên men chính, kết %V cải thiện với nồng độ 6.9, hàm lượng balling mẫu cao, chưa thể hạ thấp xuống Nguyên nhân: 40 - Thời gian lên men chưa đủ để lên men hồn tồn lượng đường có mẫu, cần khảo sát thêm thời gian lên men - Lượng dinh dưỡng bổ sung không đủ để lên men hoàn toàn, càn khảo sát bổ sung thêm dinh dưỡng - Tác động yếu tố bên vi khuẩn, nhiệt độ lên men… làm ức chế q trình lên men, hiệu lên men không đạt tối đa + Nồng độ cồn thấp, chưa nâng cao Nguyên nhân: - Chủng nấm men khơng phù hợp cho lên men cồn từ mật rỉ, nấm men cung cấp từ cơng ty rượu Bình Tây Mà cơng ty rượu Bình Tây chủ yếu sản xuất cồn từ tinh bột, chưa sản xuất từ rỉ đường chưa có cơng nghệ xử lý nước thải Cần tìm chủng nấm men phù hợp hơn, nấm men có ưu lên men với loại mật rỉ khác cơng ty đường khác nên cần có thời gian khảo phân lập khảo sát - Trong dung dịch cịn tồn vi khuẩn có hại, chưa tiêu diệt hoàn toàn Các vi khuẩn phát triển làm ức chế hạn chế phát triển nấm men, làm hao tổn hàm lượng chất dinh dưỡng có dịch lên men Nhất khuẩn lactic lên men tạo axit axetic, làm tăng PH gây ức chế phát triển nấm men Tại nhiệt độ 90 – 95oC cịn có vi khuẩn cịn tồn tai Fluosilicat natri chất độc khơng thể tiêu diệt hồn tồn, tốc độ lên men nhanh yếu tố hạn chế phần tổn thất tác nhân gây hại - Chưa xác định hết nấm men cần sử dụng chất dinh dưỡng với tỉ lệ Có số nồng độ tỉ lệ sử dụng theo chuẩn cơng ty rượu Bình Tây, chưa xác định có phù hợp hay khơng? 41 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 kết luận Trong lên men công nghiệp, với hiệu suất lên men đạt %V = 6.9 sản xuất quy mơ lớn khơng đạt yêu cầu Khi lên men công nghiệp cần giảm balling cách tối đa quy trình chưa thành công vấn đề này, với balling = giảm nâng độ cồn lên 9.0, giảm xuống vào khoảng -1 đạt 9.5, lên men cơng nghiệp đạt hiệu có lợi nhuận 5.2 Đề nghị Cần khảo sát thêm chất dinh dưỡng khác - Super phosphate nguồn dinh dưỡng đa năng, chưa thử nghiệm quy mơ thí nghiệm khơng đủ thời gian - Trong chế lên men, hầu hết có tham gia từ hợp chất phosphor, hàm lượng cung cấp vào môi trường phù hợp? Và có mặt phosphor có làm thúc đẩy lên men vi khuẩn khác không? Đây vấn đề nan giải từ trước đến cịn nằm bóng tối 42 PHỤ LỤC Kiểm tra sau lên men Cồn sau chưng cất thành phần ln có nhiều chất khác nhau, cần kiểm tra để xác định lượng chất có cồn Nồng độ rượu: Hay dùng rượu kế thủy tinh gọi thước đo độ rượu; rượu kế củng thiết lập theo định luật Archimedes có nhiều loại với mức độ chia xác khác Sau lên men, kiểm tra độ cồn giấm ( dịch sau lên men ) Để xác định cần phải chưng cất để tách cồn khỏi chất hòa tan Theo tiêu chuẩn Việt Nam thiết lập 20oC thước đo lại chia từ đến 100%, khoảng cách hẹp nên thiếu xác, đo dung dịch có nồng độ thấp Muốn đo phải rót cồn vào ống đo thẳng đứng Ống đo phải sạch, khô phải tráng qua dung dịch định đo Nhiệt độ đo cần làm lạnh gia nhiệt đến xấp xỉ 20oC Từ từ nhúng thước đo vào, buông tay để thước tự đọc kết Đọc đến lần để lấy kết trung bình Khi đọc phải đặt mắt ngang tầm mức chất lỏng khơng dọc phần lồi lõm Ngồi xác định nồng độ rượu dựa theo phương pháp đo tỉ trọng tra bảng để tìm % thể tích % khối lượng Hàm lượng axit este cồn: Trong cồn chứa nhiều loại axit khác nhau, tạo thành trình lên men, chủ yếu axit axetic Vì người ta thường biểu diễn độ axit cồn theo axit axetic tính theo mg lít cồn khan ( cồn không nước) Phương pháp: Dùng ống hút 100 ml cồn chưng cất cho vào bình tam giác 250 Tiếp theo làm lạnh tới nhiệt độ phòng rùi cho – giọt phenolphthalein, dùng dung dịch NaOH 0.1N chuẩn xuất màu hồng nhạt Hàm lượng axit tính theo cơng thức sau: V*6*10*100 C ( mg/l ) 43 Với: V: Số ml dung dịch NaOH 0.1N tiêu tốn định phân 6: Số mg axit exetic tương ứng với 1ml NaOH 0.1N tiêu tốn 10: Hệ số chuyển thành lít 100: Hệ số chuyển thành cồn 100% C: Nồng độ cồn dung dịch đem phân tích Sau chuẩn hàm lượng axit, ta thêm vào hổn hợp ml NaOH 0.1N nối bình với hệ thống làm lạnh ngược đun sôi để tạo điều kiện cho phản ứng: CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH Đun xong đem làm nguội tới nhiệt độ phòng rùi củng cho ml H2SO4 0.1N vào bình, sau chuẩn lại H2SO4 dư dung dịch NaOH 0.1N tới xuất màu hồng nhạt Chú ý: Không làm tắt cách dùng H2SO4 0.1N để chuẩn lượng NaOH 0.1N dư sau phản ứng, dẩn tới sai số ( xuất màu hồng nhạt rùi làm màu hồng ) Hàm lượng este cồn tính sau: E = V*8.8*10*100 C mg/l Với: V: Số ml NaOH 0.1N tiêu hao chuẩn lượng H2SO4 dư 8.8: Lượng este ứng với 1ml NaOH 0.1N theo mg Chú ý: Muốn nhận kết xác hơn, ta dùng dung dịch NaOH có nồng độ 0.05N để chuẩn lần cuối cùng, lúc 1ml NaOH 0.05N tương đương 4.4 mg este Xác định lượng aldehyt theo phương pháp iod: Trong cồn chủ yếu aldehyt axetic Để xác định ta dùng nhiều phương pháp khác Ở ta xác định theo TCVN – 71 Cơ sở phương pháp dựa phản ứng 44 CH3CHO + NaHSO3 CH3CHOHNaSO3 HCl NaHSO3 + I2 + H2O CH3CHOHNaSO3 NaHCO3 NaHSO4 + 2HI CH3CHO + NaHSO3 NaHSO3 + I2 + H2O NaHSO4 + 2HI Hóa chất: Dung dịch NaHSO3 1.2% Dung dịch NaHCO3 1N ( 42 g/l ) Dung dịch HCl 1N Dung dịch iod 0.1N 0.01N Chỉ thị hồ tinh bột Cách tiến hành: Lấy 50 ml cồn sau chưng cất cho vào bình tam giác, sau cho thêm 25 ml NaHSO3 1.2% lắc để Tiếp cho vào – ml HCl 1N dùng dung dịch I2 0.1N để oxi hóa lượng NaHSO3 dư với thị dung dịch hồ tinh bột, ( cuối giai đoạn nên dùng I2 0.01N để lượng I2 không dư nhiều ) Lượng I2 0.1N 0.01N tiêu hao giai đoạn không tính đến Tiếp theo ta thêm vào bình phản ứng 25 ml NaHCO3 để giải phóng lượng NaHSO3 aldehyt Sau phút ta dùng dung dịch I2 0.01N để chuẩn lượng NaHSO3 vừa giải phóng kết hợp với aldehyt lúc ban đầu Phản ứng cho kết thúc xuất màu tím nhạt Song song với thí nghiệm này, ta làm thí nghiệm kiểm chứng, khác thay 50 ml cồn 50 ml nước cất Hàm lượng aldehyt tính theo mg/l xác định theo công thức: (V-Vo)*0.22*1000*100 50*C Với: V Vo: Số ml dung dịch I2 0.01N tiêu hao thí nghiệm thực thí nghiệm kiểm chứng 0.22: Số mg aldehyt tương ứng với 1ml dung dịch I2 0.01N 45 Xác định hàm lượng alcol cao phân tử: Ở alcol cao phân tử alcol có số cacbon lớn Alcol cao phân tử sản phẩm trung gian trình lên men Trong thành phần chứa chủ yếu alcol amylic alcol butylic Các alcol thường gặp dạng izo, phân tích người ta đem so sánh với hổn hợp izobutylic izoamylic 1:3 Alcol amylic (CH3)2CHCH2CH2OH CH3CH2CH(CH3)CH2OH 3-metyl-butanol 2-metyl-butanol Alcol butylic (CH3)2CHCH2OH CH3CH2CH2CH2OH Để xác định alcol cao phân tử, người ta dựa vào phản ứng màu chúng với aldehyt salixilic Trong môi trường axit sunfuric, alcol etylic phản ứng với aldehyt salixilic (OHC6H4CHO) có màu vàng, rượu có chứa alcol cao phân tử màu hỗn hợp biến thành đỏ - da cam Cường độ màu phụ thuộc vào hàm lượng alcol cao phân tử chứa hỗn hợp etylic, ngồi cịn phụ thuộc vào hàm lượng aldehyt Nếu cồn không chứa 0.00025% aldehyt theo thể tích ( tương đương mg/l ) đổi màu aldehyt xem khơng đáng kể Nếu hàm lượng aldehyt lớn 0.00025% dung dịch mẫu củng phải chứa aldehyt với nồng độ khác Hóa chất: - Dung dịch aldehyt salixilic 1% thể tích ( nhiệt độ sơi 196-197oC ) Dung dịch pha alcol 50% không chứa aldehyt lẫn alcol cao phân tử Pha xong cần bảo quản chỗ tối - Axit sunfuric đậm đặc, tinh khiết, không màu - Các dung dịch mẫu có nồng độ khác alcol izoamylic izobutylic 3, 4, 15, 20 mg/l Ngoài dung dịch mẫu chứa aldehyt axetic với nồng độ khác Tất dung dịch mẫu pha cồn khơng có chứa aldehyt axetic alcol cao phân tử - Dung dịch mẫu tốt cục tiêu chuẩn chất lượng đo lường nhà nước cấp Tiến hành: 46 Dùng số ống đo 50 ml hay 25 ml có nút nhám rửa sạch, sấy khơ Sau cho vào ống thứ 10 ml cồn thí nghiệm, ống khác chứa 10 ml dung dịch mẫu có hàm lượng aldehyt axetic tương đương mẫu thí nghiệm Dùng ống hút cho vào ống đong 0.4 ml dung dịch aldehyt salixilic 1% 20 ml H2SO4 đậm đặc ( cho theo thành ống đong ) Nút ống đong lắc để yên 30 phút Sau dem so màu mắt thường, màu ống thí nghiệm phù hợp với màu ống mẫu hàm lượng alcol cao phân tử cồn thí nghiệm hàm lượng alcol cao phân tử mẫu Hàm lượng alcol cao phân tử tính theo cồn khan: a*100 C mg/l hay % a: hàm lượng dầu fusel mẫu; C: nồng độ cồn mẫu thí nghiệm Chú ý: Nếu dùng ống đong 25 ml dung dịch đưa vào lấy nửa Xác định hàm lượng alcol metylic (CH3OH) Alcol metylic chất lỏng linh động khơng màu, hịa tan nước theo tỉ lệ Nhiệt độ sôi 64.7oC Alcol metylic chất độc thể Nếu uống từ – 10 gam bị ngộ độc, mắt bị rối loạn bị mù Nếu uống nhiều gây tử vong Người ngửi lâu alcol metylic bị ngộ độc Theo tiêu chuẩn nước tiên tiến ta áp dụng, hàm lượng alcol metylic cồn thô không 0.13% Đối với cồn tinh chế không 0.05% cồn hảo hạng không 0.03% Phương pháp xác định alcol metylic dựa sở sau: môi trường axit, tác dụng KMnO4, alcol metylic bị oxi hóa theo phản ứng: CH3OH + 2KMnO4 + 3H2SO4 5HCHO + 8H2O + K2SO4 + 2MnSO4 Sau aldehyt formic tác dụng với sunfit fucxin để tạo phản ứng màu Hóa chất: - Dung dịch axit oxalic bão hòa ( 8g/100ml ) - Dung dịch KMnO4 1% 47 - Axit sunfuric đậm đặc ( D = 1.83 – 1.84 ) - Dung dịch sunfit fucxin: cân 0.1g fucxin hịa với 20 – 30 ml nước nóng 80oC, song chuyển tồn vào bình định mức 100 ml thêm nước cất tới ngấn bình Tiếp chuyển dung dịch vào bình khơ khác lớn hơn, them vào 2.5 mldung dịch NaHSO3 vừa pha ( D = 1.262 ) Lắc để yên – Khi dung dịch trở nên màu hồng nhạt khơng màu thêm 0.5 ml H2SO4 đậm đặc Lắc để bình ngồi chỗ sang – ngày màu dung dịch trở nên vàng đem dung chuyển vào bình nâu bảo quản nơi tối mát - Dung dịch mẫu có nồng độ metylic khác pha cồn etylic 96% không chứa alcol metylic Lấy ml alcol metylic tinh khiết cho vào bình định mức 100 ml dung cồn etylic không chứa metylic đổ đầy đến ngấn bình Từ dung dịch ta pha thành dung dịch có nồng độ metylic khác nhau: + 0.13% xác định hàm lượng metylic cồn thô; + 0.05% 0.03% xác định cồn tinh chế; Tiến hành: Lấy ống nghiệm to ( 18 x 180 ) khơ sạch, cho vào 0.1 ml dung dịch cồn cộng ml KMnO4 0.1N 0.4 ml H2SO4 đậm đặc lắc nhẹ để yên, sau phút thêm vào ml axit oxalic bão hòa để khử KMnO4 dư: 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5(COOH)2 10CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O Khi dung dịch có màu vàng thêm vào ml H2SO4 đậm đặc, màu dùng ống hút cho vào ml dung dịch fucxin Lắc nhẹ để khoảng 25 – 30 phút Song song với thí nghiệm ta làm thí nghiệm với dung dịch mẫu chứa alcol metylic biết trước Sau 25 – 30 phút màu ống chứa cồn thí nghiệm nhạt màu dung dịch mẫu xem cồn đạt tiêu chuẩn hàm lượng alcol metylic Nếu màu thí nghiệm đậm hơn, nghĩa khơng đạt Xác định thời gian oxy hóa Cồn tinh khiết khử chất oxi hóa KMnO4 chậm, cồn chứa hợp chất khơng no bị oxi hóa nhanh rút ngắn thời gian 48 Ví dụ: Nếu cồn chứa aldehyt khơng no acrolein ( CH2=CH-CHO ) aldehyt crotonovic ( CH3CH=CH-CHO ) làm tăng q trình oxy hóa màu KMnO4 bị nhanh Cịn aldehyt axetic furfurol khơng làm tăng phản ứng oxi hóa Việc xác định thời gian oxi hóa thực sau: dùng ống đo 50 ml cồn thí nghiệm đặt vào nồi giữ nhiệt độ 20oC sau 15 phút dùng ống hút cho vào ml KMnO4 0.02% Đậy nút nhám lắc đặt vào nồi giữ tiếp nhiệt độ 20oC Màu KMnO4 thay đổi đạt tới màu dung dịch mẫu rót đầy vào ống đong khác Thời gian từ cho KMnO4 vào kết thúc xem thời gian oxi hóa Khi so sánh màu cần đặt ống đong sứ trắng giấy Thời gian dài chứng tỏ cồn có chất lượng cao - Dung dịch mẫu: cân xác 0.25g CoCl2 0.28g UO2(NO2)2 hồ tan thành 100 ml Dung dịch cần bảo quản bình màu nâu nơi thoáng mát Nên dùng mẫu cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Việt Nam Xác định hàm lượng furfurol (C5H4O2) Xác định furfurol dựa sở: cồn chứa furfurol phản ứng với anilin (C6H5NH2) mơi trường HCl, dung dịch có màu hồng - da cam; cường độ màu tỉ lệ thuận với hàm lượng furfurol Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN – 71, cồn tinh chế không chứa furfurol Tiến hành xác định: Lấy ống nghiệm ống đong 25 ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt anilin tinh khiết vào ống đong giọt HCl ( d=1.19 ) Tiếp cho 10 ml cồn lắc để yên, sau 10 phút hỗn hợp phản ứng khơng màu cồn xem đạt tiêu chuẩn, xuất màu hồng xem cồn có chứa furfurol nghĩa khơng đạt Tổn thất sản xuất hiệu suất rượu Hiệu xuất rượu thường tính theo đơn vị trọng lượng tinh bột hay đường lên men chứa nguyên liệu Trong sản xuất, hiệu xuất rượu thường tính theo dal tinh bột chứa nguyên liệu hàm lượng đường rỉ đường củng tính theo tinh bột 49 Hiệu xuất lý thuyết hiệu xuất lớn tính từ phương trình hóa sinh học lên men rượu C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 Đây cách viết đơn giản để dễ tính tốn cho q trình lên men Từ phương trình trên, ta tính 100 kg đường hexoza ( glucoza fructoza ) nhận 51.14 kg cồn etylic 48.86 kg CO2 Biết trọng lượng riêng cồn tuyệt đối ( cồn khan – không nước ) nhiệt độ tiêu chuẩn 20oC là: d4 = 0.78927 Như 100 kg đường hexoza qua lên men theo lý thuyết nhận 64.79 lít cồn khan ( 51.14/0.78927 ), đường hexoza nhận 64.79 dal cồn khan Hiệu xuất rượu tính theo đường đơi – disaccarit ( sacaroza, maltoza ) tăng lên tương ứng với tăng trọng lượng phân tử thủy phân C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6 342 360 Do đó, hiệu suất rượu tăng lên theo hệ số 1.0526 lần ( 360/342 ) 100 kg đường disaccarit nhận 68.21 lít cồn tuyệt đối ( 64.79*1.0526 ), đường disaccarit nhận 68.21 dal cồn tuyệt đối ( quy 100% g ) Đối với polysaccarit ( tinh bột, inulin ), hệ số tăng hiệu suất rượu tính theo phản ứng thủy phân sau: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6 162n 180n Hệ số tăng hiệu suất rượu 1.11104 ( 180/162 ) tinh bột nhận 71.98 dal cồn tuyệt đối ( 64.79*1.11104 ) Khi sản xuất cồn etylic từ rỉ đường saccaroza rỉ đường thường tính theo lượng tinh bột tương đương Phương trình thủy phân tinh bột thành disaccarit sau: 2(C6H10O5)n + 3nH2O = nC12H22O11 324n 342n Từ phương trình trên, nhận thấy phân tử gam disaccarit ( 342g ) cần phân tử gam tinh bột ( 324g ), hệ số chuyển đường saccaroza sang tinh bột là: 0.9474 (324/342 ) 50 Khi tính tốn thường lấy trịn 0.95 Hiệu suất rượu thực tế + Hiệu suất lên men Hiệu suất lên men = = Số chử rượu ( nồng độ ) giấm chín * 100 Số chữ rượu ( nồng độ ) tạo thành theo lý thuyết = V lít giấm chín * nồng độ rượu ( % khối lượng ) giấm chín * 100 V lít nước đường * % đường nước đường * 0.647 + Hiệu suất cất Hiệu suất cất = = * 100 số lượng rượu cất Số lượng rượu giấm chín V lít sản phẩm * độ rượu ( % khối lượng ) sản phẩm * 100 V lít giấm chín * độ rượu ( % khối lượng ) giấm chín + Hiệu suất thực tế Hiệu suất thực tế = hiệu suất lên men * hiệu suất cất = * 100 số rượu cất Số rượu tạo thành theo lý thuyết Thường hiệu xuất lên men khoảng 86%, hiệu suất cất khoảng 98% hiệu suất thực tế 80 – 85% 51 Tài liệu tham khảo - Bùi Ái - Công nghệ lên men ứng dụng công nghệ thực phẩm - Nhà xuất ĐHQG TP.HCM, 2005 - Trần Thị Thanh - Công nghệ vi sinh - nhà xuất Giáo dục, 2007 - Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng - Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic – Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 52 ... Chất lượng rượu thu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nguyên liệu: gạo nếp hay gạo tẻ - Cơm: khô hay nhão - Men: tốt hay xấu - Nhiệt độ ủ lên men - Cách tiến hành chưng cất thu sản phẩm Quan trọn... ≤0,03 0,05 0,05 - Hàm lượng axit theo axetic ( mg/l ) ≤12 15 20 - Thời gian oxy hóa ( phút ) ≥20 15 10 - Nồng độ ( %V ) - Hàm lượng aldehyt tính theo aldehyt acetit ( mg/l ) - Hàm lượng este... lên men khoảng sau: - Nồng độ chất khô: 20 – 22%, tương đương 15 – 16% đường 16 - pH dung dịch: 4,5 – tương đương độ chua - 1,5 gH2SO4/l - Nồng độ fluosilicat natri: 2%o - Ure cần bổ sung: 0,5