TỔNG QUAN
Sản phẩm rượu vang nho
1.1.1 Giới thiệu về rượu vang nho:
Rượu là một loại thức uống có cồn có lịch sử lâu đời trên toàn cầu Mỗi loại rượu được đặc trưng bởi quy trình sản xuất và nguyên liệu riêng biệt Rượu vang nho, ví dụ, được tạo ra từ quá trình lên men dịch ép từ trái nho mà không cần chưng cất.
Rượu vang nho không chỉ là đồ uống khai vị lý tưởng cho các bữa tiệc mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Uống từ 1-2 ly rượu vang mỗi ngày có thể cải thiện tiêu hóa, tăng cường cảm giác thèm ăn, giảm nguy cơ mắc bệnh tim, bệnh thiếu máu, bệnh hen suyễn và đặc biệt là giúp ngăn ngừa ung thư tuyến tiền liệt (theo Health Day).
Rượu vang là một trong những sản phẩm được sản xuất với quy mô lớn ở nhiều quốc gia Tại Pháp, trung bình mỗi người tiêu dùng khoảng 123 lít rượu vang mỗi năm, trong khi Nga sở hữu hơn 2000 nhà máy rượu vang, sản xuất từ 1 đến 1,5 triệu lít mỗi ngày.
Theo Hiệp hội Bia, Rượu-Nước Giải Khát Việt Nam, cả nước hiện có hơn 15 nhà máy sản xuất và đóng chai rượu vang, với tổng sản lượng khoảng 3 triệu lít mỗi năm Trong số đó, nhà máy Ladofood tại Lâm Đồng-Đà Lạt và Vang Việt Thái ở Hà Nội nổi bật là những cơ sở sản xuất rượu vang chất lượng và uy tín nhất, có năng suất cao nhất trong nước.
1.1.2 Phân loại rượu vang nho.
Rượu vang nho được phân loại thành hai nhóm chính dựa trên công nghệ sản xuất: vang có gas (CO2) và vang không có gas.
Nhóm rượu vang nho không có gas:
− Vang phổ thông: không bổ sung ethanol trong quy trình sản xuất.
− Vang cao độ: có bổ sung ethanol trong quá trình sản xuất.
Nhóm rượu vang có gas:
− Rượu vang có gas tự nhiên: CO2 sinh ra được giữ lại trong quá trình lên men phụ.
− Rượu vang có gas nhân tạo: có nạp thêm CO2 vào sản phẩm.
Tại Việt Nam sản xuất phổ biến nhóm rượu vang nho phổ thông, nhóm này gồm 2 loại: rượu vang trắng và rượu vang đỏ.
Rượu vang trắng được sản xuất từ quá trình lên men dịch nho đã được tách bã, thường sử dụng nho xanh Sau khi lên men, dịch được lắng trong và bảo quản để tạo ra sản phẩm hoàn thiện.
Rượu vang đỏ được sản xuất từ quá trình lên men dịch quả nho đỏ, bao gồm cả xác quả Trong xác quả nho đỏ chứa nhiều tanin và chất màu, những chất này sẽ được trích ly vào dịch quả trong quá trình lên men Tùy thuộc vào màu sắc và độ chát của sản phẩm, quá trình trích ly chất màu và chất chát sẽ được điều chỉnh, do đó rượu vang đỏ còn được gọi là rượu chát, với màu sắc đặc trưng và vị chát đa dạng ở nhiều mức phẩm cấp chất lượng khác nhau.
1.1.3 Thành phần hóa học của rượu vang.
Thành phần hóa học của rượu vang rất đa dạng và phụ thuộc vào nguyên liệu, thiết bị, quy trình và kỹ thuật sản xuất.
Bảng 1-1 Thành phần hóa học của rượu vang:
Rượu bậc cao, mg/L 100 ÷ 750 Đường, % 0,3 ÷ 3
Ethyl acetate có nồng độ 150 ppm Trong rượu vang, đường chủ yếu là glucose và fructose, với một lượng nhỏ galactose Nếu saccharose được bổ sung trước khi lên men, nó sẽ bị thủy phân thành đường khử trong quá trình lên men.
Acid trong rượu vang được hình thành từ nguyên liệu và tăng lên trong quá trình lên men, chủ yếu là các acid hữu cơ như acid malic, acid citric, acid tartaric, acid lactic và acid oxalic Những acid này có tác dụng tích cực, tạo nên vị đặc trưng cho sản phẩm Tuy nhiên, cũng tồn tại các acid tiêu cực như acid formic và acid acetic, có thể ảnh hưởng xấu đến mùi vị của rượu vang.
Polyphenol là hợp chất phức tạp phong phú trong vỏ quả nho, đặc biệt tập trung nhiều ở rượu vang đỏ, trong khi rượu vang trắng chứa lượng polyphenol không đáng kể.
Polyphenol bao gồm nhiều hợp chất khác nhau:
Anthocyane làm cho rượu có màu đỏ.
Tanin: dễ kết lắng với protein trong nước quả, đồng thời dễ bị oxi hóa làm màu sẫm hơn.
Resveratrol là một polyphenol chống oxi hóa có mặt chủ yếu trong vỏ và hạt nho, với hàm lượng cao gấp 100 lần so với thịt quả Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng resveratrol có tác dụng tích cực đối với sức khỏe, giúp ngăn ngừa ung thư, bệnh tim mạch và thoái hóa thần kinh.
Hương vị của rượu vang được quyết định bởi loại nho nguyên liệu và các hợp chất sinh ra từ quá trình lên men và ủ rượu do nấm men.
Trong dịch quả nho có các vitamin A, B, C, Nghiên cứ khoa học chứng minh rằng vitamin có lợi cho sức khỏe, kéo dài tuổi thọ, ngăn ngừa ung thư,
Bảng 1-2: Hàm lượng vitamin trong nước nho và rượu vang nho
Vitamin Đơn vị Nước nho Loại rượu
Acid pantothenic mg/L 0,5 – 1,4 0,55 – 1,2 0,44 – 1,9 Pyridoxin (B 6 ) mg/L 0,16 – 0,5 0,12 – 1,67 0,13 – 0,68 Acid Nicotinic mg/L 0,68 – 2,6 0,44 – 0,13 0,79 – 1,7
1.1.4 Các chỉ tiêu của sản phẩm rượu vang: Ở Việt Nam, các sản phẩm rượu vang được đánh giá theo TCVN 7045:2002
Bảng 1-3: Các chỉ tiêu cảm quan của rượu vang
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
Màu sắc Đặc trưng cho từng loại sản phẩm Mùi Thơm đặc trưng của nguyên liệu và các sản phầm lên
Vị menChua, chát, có hoặc không có vị ngọt, không có vị lạ Trạng thái Trong, không vẩn đục
Bảng 1-4: Điểm đánh giá chất lượng của rượu vang theo TCVN 3215-79
Tên chỉ tiêu Điểm chưa có trọng lượng Yêu cầu Độ trong và màu sắc 5
Chất lỏng trong suốt, không vẩn đục, không có vật thể lạ nhỏ, màu hoàn toàn đặc trung cho sản phẩm.
Chất lỏng trong suốt không vẩn đục và có ít vật
Trong suốt, có khá nhiều cặn mịn ở đáy chai.
Cặn thấy rất rõ, màu không đặc trưng.
Vẩn đục màu bẩn, sản phẩm bị hỏng
Hòa hợp, hoàn toàn đặc trung cho sản phẩm.
Chưa hoàn toàn hòa hợp, thơm đặc trưng cho sản phẩm nhưng khó nhận biết.
Hơi nồng, thoảng mùi phụ, mùi ít đặc trưng.
Không có mùi đặc trưng cho sản phẩm.
Mùi ethanol rõ rệt, không đặc trưng cho sản phẩm.
Có mùi lạ khó chịu và sản phẩm bị hỏng
Hài hòa, dịu, hậu vị tốt, hoàn toàn đặc trưng cho sản phẩm.
Chưa hoàn toàn phù hợp, hậu vị vừa phải đặc trưng cho sản phẩm bình thường.
Chưa hài hòa, hơi gắt và sốc, hậu vị yếu, ít đặc trưng cho sản phẩm. Đắng, sốc, thoảng vị lạ, rất ít đặc trưng
Vị lạ, không đặc trưng cho sản phẩm.
Có vị lạ khó chịu của sản phẩm bị hỏng
Bảng 1-5: Quy định đánh giá mức chất lượng rượu vang.
Số thứ tự Mức chất lượng Số điểm chung Yêu cầu tối thiểu về điểm trung bình chưa có trọng lượng của hội đồng cảm quan
Bảng 1-6: Chỉ tiêu hóa học của rượu vang
Hàm lượng methanol trong 1 lít ethanol 100 0 , g/L ≤ 3,0
Hàm lượng acid bay hơi tính theo acid acetic, g/L ≤ 1,5
Hàm lượng xianua và cỏc phức xianua, àg/L ≤ 0,1
Hàm lượng CO2 Theo tiêu chuẩn đã được công bố của nhà sản xuất
1.1.4.3 Chỉ tiêu giới hạn hàm lượng kim loại nặng
Bảng 1-7: Giới hạn hàm lượng nặng
Tên chỉ tiêu Giới hạn tối đa
1.1.4.4 Chỉ tiêu sinh vật trong rượu vanh
Bảng 1-8: Chỉ tiêu vi sinh vật trong rượu vang
Tên chỉ tiêu Giới hạn tối
Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẩn lạc trong 100mL sản đa phẩm 10 2
E Coli, số vi khuẩn trong 1mL sản phầm 0
Coliform, số vi khuẩn trong 1mL sản phầm 10
Cl Perfringen, số vi khuẩn trong 1mL sản phầm 0
S aureus, số vi khuẩn trong 1mL sản phầm 0 Tổng số nấm men, nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1mL sản phẩm 10
Nguyên liệu sản xuất vang nho
Nho có nguồn gốc từ các miền ôn đới khô Âu, Á, (Acmeni-Iran) và một số loài có nguồn gốc Châu Âu.
Cây nho du nhập vào Việt Nam từ những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ
20, được trồng chủ yếu ở miền Nam Tuy sản lượng chưa cao nhưng chất lượng không kém các giống cây khác.
Cây nho thích hợp với khí hậu khô ráo, nhiều nắng và độ ẩm không khí thấp, thường được trồng ở những vùng có mùa khô kéo dài từ 4-5 tháng Điều này giúp tránh tình trạng úng nước trong mùa mưa, vì rễ nho rất nhạy cảm với thiếu oxy Ngoài ra, vùng có gió to có thể gây hại cho lá và chùm nho, vì vậy cây nho nên được trồng ở những nơi có ánh nắng tốt nhưng được che chắn kỹ lưỡng.
Trồng nho rượu là một quá trình đơn giản, không yêu cầu kỹ thuật phức tạp Chỉ cần chọn giống nho tốt, đảm bảo mật độ trồng hợp lý và tuân thủ các kỹ thuật canh tác để sản phẩm đạt chất lượng cao, không chứa dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Hiện nay, lợi nhuận từ việc trồng nho rượu cao gấp 2 đến 3 lần so với nho ăn quả truyền thống.
Trên toàn cầu, diện tích trồng nho lên tới khoảng 75.866 km², trong đó 71% được sử dụng để sản xuất rượu vang Tại Việt Nam, tỉnh Ninh Thuận nổi bật với quy mô trồng nho lớn nhất, với diện tích khoảng 1.700 ha, bao gồm 400 ha trồng giống nho mới Ninh Thuận sản xuất từ 60.000 đến 65.000 tấn nho mỗi năm, cung cấp khoảng 2.500 tấn nho rượu.
1.2.1.2 Nho nguyên liệu sản xuất rượu vang
1.2.1.2.1Thành phần hóa học của nho
Thành phần hóa học của nho khác nhau tùy thuộc vào từng giống nho, và hàm lượng của các thành phần này cũng biến đổi ở các phần khác nhau của quả nho.
Bảng 1-9: Thành phần hóa học trong 100 gam nho
Thành phần Nho tươi Nho khô Dịch nho
Năng lượng 71 Kcal 296 Kcal 40 Kcal
Nguồn: USDA Nutrient data base
Bảng 1-10: Thành phần của quả nho
Vỏ của nho chứa nước, cellulose, polyphenol và acid hữu cơ, trong đó tanin hòa tan trong nước (chiếm 1,5÷2%) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị của sản phẩm Bên cạnh đó, vỏ nho cũng chứa các chất màu, là yếu tố quyết định màu sắc của rượu vang đỏ.
Hạt chứa dầu, acid bay hơi, chất nhựa là những chất gây đắng khi chúng xuất hiện trong rượu, vì vậy trong khi nghiền tránh làm vỡ hạt.
Thịt quả là phần chính trong quá trình chế biến rượu vang Thành phần hóa học được trình bày trong Bảng 1-11:
Bảng 1-11: Thành phần hóa học của thịt quả
Acid hữu cơ tự do 0,2 ÷ 0,5
Acid hữu cơ liên kết 0,3 ÷ 1
Chất thơm Đường trong thịt quả gồm glucose, fructose, saccharose, là nguyên liệu cho nấm men chuyển hóa thành rượu.
Acid hữu cơ trong rượu vang bao gồm acid tartaric và acid malic, tồn tại dưới dạng tự do hoặc dạng liên kết như muối natri và kali Tỷ lệ giữa acid tự do và acid liên kết phụ thuộc vào pH, ảnh hưởng trực tiếp đến hương vị của rượu vang thành phẩm.
Bảng 1-12: Thành phần % của acid tự do và liên kết theo pH pH dịch nho 3,0 3,3 3,7 4,0
Các hợp chất của nitơ một phần là amoniac (10 ÷ 20%) được đồng hóa bởi nấm men Phần khác tồn tại dưới dạng nitơ hữu cơ.
Hợp chất chứa pectin tồn tại dưới dạng keo khá bền trong dịch nho.
Trong quá trình lên men vang, nồng độ đường trong dịch nho thay đổi theo giống nho, thời vụ thu hoạch và độ chín của nho, ảnh hưởng đến nồng độ cồn và hàm lượng đường sót cuối cùng Do đó, cần thực hiện hiệu chỉnh hàm lượng đường trước khi lên men, sử dụng saccharose tinh luyện làm đường hiệu chỉnh.
Bảng 1-13: Chỉ tiêu chất lượng của đường RE
Tên chỉ tiêu Hàm lượng
Saccharose, %CK ≥ 99,8 Độ ẩm, %KL ≤ 0,05 Đường khử, %KL ≤ 0,03
Tro, %KL ≤ 0,03 Độ màu, (độ Stame 0 ST) ≤ 1,2
Tinh thể đường có hình dạng đồng đều, tơi khô và không bị vón cục Cả tinh thể và dung dịch đường trong nước cất đều mang vị ngọt đặc trưng, không có mùi lạ.
Lượng SO2 (E220 hoặc E224) được sử dụng có thể ở dạng lỏng nguyên chất hoặc dưới dạng muối sunfit, nhằm làm trong dịch nho và ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật có hại trong quá trình sản xuất, từ đó tránh tình trạng lên men tự phát.
Hàm lượng SO2 trong dịch nho không được vượt quá tiêu chuẩn cho phép để đảm bảo sức khỏe người tiêu dùng Thông thường, mức SO2 an toàn được khuyến cáo là từ 100 đến 200 mg/lít dịch nho.
Nấm men Saccharomyces cerevisiae được sử dụng trong sản xuất rượu vang chủ yếu để chuyển đổi đường thành rượu Loài nấm men này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại khác.
− Kết lắng tốt, dễ tách sinh khối ra khỏi dịch men và tái sử dụng
− Tạo mùi thơm đặc chưng cho rượu vang
− Bền vững trong môi trường rượu, acid
Lượng giống cấy là 2 ÷ 3 triệu tế bào/mL Thể tích dịch nấm men cho vào chiếm 2 ÷ 3% thể tích dịch nho.
1.2.5 Chất hỗ trợ cho các quá trình
Để điều chỉnh pH, nếu pH cao, có thể sử dụng acid tartaric hoặc acid citric để hạ pH Ngược lại, nếu pH thấp, có thể trung hòa bằng kali tartrat trung tính hoặc natri carbonat.
Bổ sung tanin để tủa protein nếu dịch nho có nhiều protein.
Chất hỗ trợ cho quá trình lắng: sử dụng bentonit, gelatin, tanin, đất sét trắng Trong nhà máy được thiết kế, ta sử dụng gelatin làm chất trợ lắng.
Nước trong quá trình lên men chiếm khoảng 80% khối lượng dung dịch, nước là nguyên liệu chính trong sản xuất rượu vang nho Nước sử dụng dự kiến
17 sẽ do nhà máy nước Tháp Chàm cung cấp Nước dùng trong sản xuất rượu vang phải đạt tiêu chuẩn nước uống.
Bảng 1-14: Chỉ tiêu chất lượng của nước uống
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức, không lớnhơn
2 Mùi, vị – Không có mùi, vị
5 Độ cứng, tính theo CaCO 3 mg/L 300
6 Hàm lương oxy hòa tan, tính theo oxy mg/L 6
7 Tổng chất rắn hòa tan mg/L 1000
8 Hàm lượng amoniac tính theo nitơ mg/L 3
17 Hàm lượng hydro sulfua mg/L 0,05
20 Hàm lượng nitrat, tính theo nitơ mg/L 10
21 Hàm lượng nitrit, tính theo nitơ mg/L 1,0
22 Hàm lượng sắt tổng số (Fe 2+ + Fe 3+ ) mg/L 0,5
23 Hàm lượng thủy ngân mg/L 0,001
25 Chất hoạt động bề mặt, tính theo Linear Ankyl benzen Sufonat (LAS) mg/L 0,5
27 Phenol và dẫn xuất phenol mg/L 0,01
28 Dẫu mỏ và các hợp chất của dầu mỏ mg/L 0,1
29 Hàm lượng thuốc trừ sâu lân hữu cơ mg/L 0,01
30 Hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ mg/L 0,1
32 E.Coli và Coliform chịu nhiệt MNP/
1)NTU (Nephelometric Turbidity Unit): đơn vị đo độ đục 2)MPN/100 mL (Most Probable per 100 mililiters): mật độ khuẩn lạc trong
3)pCi/l (picocuries per liter): đơn vị đo độ phóng xạ Picocuri treân lít.
Công nghệ sản xuất rượu vang nho
Quy trình sản xuất rượu vang trắng
Hình 2-1: Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất rượu vang trắng
2.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 2.1.2.1 Nguyên liệu
Nguyên liệu sản xuất rượu vang trắng là giống nho xanh Sauvignon Blanc như đã trình bày trong mục 1.2.1.2.2.
Yêu cầu thành phần hóa lý của nguyên liệu: Độ ẩm: 80%
Loại bỏ những trái cây hư hỏng do quá chín và dập nát trong quá trình vận chuyển là rất quan trọng, vì những quả này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật biển.
Tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm.
Biến đổi: không có biến đổi đáng kể.
Nho được phân loại theo độ chín và loại bỏ những quả hư, dập hoặc bị sâu bệnh Quá trình phân loại bắt đầu ngay tại vườn ngay sau khi hái, sau đó nho sẽ được đưa vào nhà máy để phân loại lần thứ hai Công việc này được thực hiện thủ công bởi công nhân.
Mục đích: làm sạch các tạp chất, thuốc trừ sâu và một số vi sinh vật bám trên nho.
Biến đổi: khối lượng giảm do một số chất hòa tan và chất bẩn thoát ra từ quả
Cách tiến hành: nho được xếp trên các băng tải, đi vào thiết bị rửa khí thổi Không khí được quạt gió thổi vào bồn ngâm nguyên liệu giúp
Để làm sạch các tạp chất bám trên quả nho, cần ngâm nho trong 21 cho nước và nguyên liệu đảo trộn đều Giai đoạn này nên được thực hiện nhanh chóng nhằm bảo toàn các chất hòa tan có trong nho, tránh để chúng bị mất vào nước rửa.
2.1.2.4 Nghiền, xé và tách cuống
Mục đích: giảm kích thước quả nho, giải phóng dịch nho, loại bỏ cuống và hạt khỏi dịch, trộn đều hôn hợp, giúp hòa tan các hợp chất thơm.
Hóa lý: nhiệt độ tăng do ma sát.
Hóa sinh: hàm lượng chất dinh dưỡng bị thất thoát, vi sinh vật gây hại sẽ xâm nhập.
Cách tiến hành: nho sau khi rửa được đưa vào máy đánh dập nho, các quá trình nghiền, xé và tách cuống thực hiện trong cùng thiết bị.
Mức độ làm dập quả nho phụ thuộc vào độ chín của nho và cần thực hiện nhanh chóng để tránh oxy hóa Khi nghiền nho xanh, cần chú ý không băm quá nát cuống và quả nho, cũng như không làm dập hạt để tránh gia tăng chất chát trong dịch nho Tuy nhiên, thịt nho cần được nghiền kỹ để thu được nhiều dịch nho nhất.
2.1.2.5 Quá trình sunfit hóa lần 1
Mục đích: thu hồi các chất chiết trong bã.
Cách tiến hành: dịch nho sau khi sunfit hóa sẽ được đưa qua thiết bị ép trục vít.
2.1.2.6 Quá trình ép tách bã:
Cách tiến hành: dịch nho sau khi sunfit hóa sẽ được đưa qua thiết bị ép trục vít.
2.1.2.7 Quá trình ép tận thu dịch nho
Mục đích: tận thu dịch nho có trong bã ướt.
Cách tiến hành: phần bã thu được tiếp tục cho qua thiết bị ép trục vít nhằm tận thu dịch nho.
2.1.2.8 Quá trình sunfit hóa lần 2
Mục đích: tiêu diệt hay ức chế hệ vi sinh có trong nguyên liệu, làm trong dịch nho, làm chậm sự oxy hóa, acid hóa nhẹ do dịch nho.
Quá trình sunfit hóa dịch nho bắt đầu bằng việc bơm hỗn hợp dịch nho qua thiết bị chuyên dụng Lượng SO2 được thêm vào khoảng 160mg/mL dịch nho Sau 20 giờ, các phần tử cặn sẽ từ từ lắng xuống đáy bồn.
Mục đích: giúp quá trình lắng cặn diễn ra dễ dàng hơn.
Để làm lạnh dịch nho, tiến hành sử dụng tác nhân lạnh glycol qua các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm, giúp giảm nhiệt độ dịch nho xuống còn 4 đến 5 độ C.
2.1.2.10 Quá trình lắng cặn (lần 1)
Mục đích của việc làm trong dịch nho là loại bỏ cặn thô, nhằm nâng cao chất lượng rượu vang thành phẩm Việc loại bỏ cặn không chỉ giúp cải thiện hương vị mà còn hạn chế tình trạng tắc nghẽn màng lọc trong quá trình lọc, từ đó đảm bảo quy trình sản xuất rượu diễn ra suôn sẻ hơn.
Tiến hành: dịch nho sau khi làm lạnh được bơm vào bồn lắng tiến hành lắng gián đoạn
Để tăng cường tốc độ lắng các phần tử lơ lửng, ta cho thêm chất trợ lắng, các chất trợ lắng thường dùng:
+ Tanin: trích từ thực vật hàm lượng 0,05 ÷ 0,1% khối lượng dịch nho.
+ Gelatin: hàm lượng 0,03 ÷ 0,3 g/l Hàm lượng gelatin sử dụng phụ thuộc vào lượng tanin Gelatin kết hợp tạo keo lắng xuống kéo các chất lơ lửng.
2.1.2.11.1 Quá trình bổ sung saccharose
Mục đích: nhằm hiệu chỉnh nồng độ đường trong dung dịch trước khi lên men.
Trong quá trình sản xuất, saccharose được thêm từ từ vào bồn phối chế hình trụ đứng có cánh khuấy, kết hợp với việc bơm dịch nho Sau khi saccharose hoàn toàn tan, dịch nấm men sẽ được bổ sung vào bồn phối chế.
2.1.2.11.2 Quá trình bổ sung nấm men
Mục đích: bổ sung lượng nấm men cần thiết để chuẩn bị cho quá trình lên men.
Tiến hành: nấm men sau khi nhân giống được bơm vào bồn phối chế sau quá trình bổ sung đường và quá trình bơm dịch nho
Mục đích: chuyển đổi lượng đường trong hỗn hợp dịch nho thành cồn, CO2 và một số sản phẩm trao đổi chất khác.
Yêu cầu: nhiệt độ trong suốt quá trình lên men phải giữ ổn định.
Cách tiến hành: sau khi đã phối trộn xong, cần bơm nhẹ nhàng phần dịch qua các bồn để lên men.
Giống nấm sử dụng là Sacharomyces cerevisiae với hàm lượng 2 ÷ 3 triệu tế bào/lít (khoảng 2 ÷ 3% thể tích dịch lên men).
Bổ sung khoảng 10g tanin cho mỗi 100 lít dịch nho giúp kết tủa các protein có trong nước nho, từ đó nâng cao độ trong của rượu vang thành phẩm một cách hiệu quả.
Hỗn hợp dịch được khuấy đảo trong khi lên men để sự tự lên men diễn ra đồng đều và quá trình trích ly diễn ra nhanh.
Thời gian lên men chính dự kiến là 10 ngày Nhiệt độ tốt cho quá trình lên men vang trắng là 18 ÷ 22 0 C.
Quá trình lên men diễn ra trong các bồn hình trụ bằng thép không gỉ, với dịch lên men chiếm tới 80% không gian của thiết bị.
Mục đích: loại bã khỏi dịch lên men.
Sau khi quá trình lên men hoàn tất, dịch sẽ được chuyển đến bồn lắng để thu được dịch lắng và bã ướt Việc tách bã cần được thực hiện ngay lập tức nhằm ngăn ngừa sự nhiễm khuẩn Để tăng tốc độ lắng, có thể sử dụng chất trợ lắng tương tự như trong quá trình trước đó.
2.1.2.14 Quá trình ép tận thu rượu vang
Mục đích: tận thu rượu vang non còn lại trong bã.
Cách tiến hành: bã ướt sau khi lắng sẽ được đưa qua máy ép để tận thu rượu vang non.
Mục đích: giúp quá trình lên men triệt để, nâng cao chất lượng cảm quan cho sản phẩm (màu, mùi, vị, độ trong, độ bền keo,…).
+ Hóa học: hình thành một số sản phẩm phụ như aldehyde acetic, diacetyl aceton, 2,3-butandiol, acid hữu cơ, ester, hợp chất cao phân tử.
+ Hóa lý: sự hòa tan CO 2 vào dịch men và sự kết tủa cặn do sự thay đổi pH.
+ Vật lý: sự thay đổi nhiệt độ, thay đổi tỷ trọng và hàm lượng chất khô.
+ Hóa sinh: một số phản ứng diễn ra trong quá trình trao đổi chất.
Để tiến hành quá trình lên men, dịch được chuyển vào các bồn trữ nhằm lắng đọng các chất không hòa tan, đặc biệt là xác nấm men Các thùng trữ nên được làm bằng thép không gỉ, với thời gian lưu trữ kéo dài 3 tháng ở nhiệt độ 12 độ C.
Mục đích: loại bỏ cặn tạo ra trong quá trình tàng trữ, nhằm hoàn thiện sản phẩm trước khi đưa vào quá trình chiết rót.
Cách tiến hành: sau khi tàng trữ sẽ đi qua thiết bị lọc khung bản, gồm các khung và bản xếp kế tiếp nhau qua các trục nằm ngang.
2.1.2.17 Quá trình chiết chai và đóng nắp
Mục đích: hoàn thiện sản phẩm, tăng thời gian bảo quản, dễ dàng vận chuyển và tiêu thụ.
Trước khi tiến hành chiết, chai cần được rửa sơ bộ bằng nước lạnh ở nhiệt độ 8°C và kiểm tra chất lượng Sau đó, chai sẽ được đưa vào máy chiết, quá trình chiết diễn ra ở nhiệt độ phòng Cuối cùng, chai sẽ được kiểm tra độ dày và độ kín trước khi hoàn tất quá trình đóng nắp.
Mục đích: tiêu diệt nấm men, ức chế hoạt động của vi sinh vật, tránh hiện tượng rượu chua khi để thời gian dài.
Các chai sau khi chiết sẽ được xử lý qua thiết bị thanh trùng, sử dụng hệ thống tunel với nước phun tự động Thời gian thanh trùng được thực hiện trong vòng 60 phút.
2.1.2.19 Quá trình dán nhãn và in hạn sử dụng
Mục đích: hoàn thiện sản phẩm, cung cấp cho người tiêu dùng một số thông tin về sản phẩm.
Các tiến hành: chai rượu sau khi thanh trùng sẽ được đưa qua máy dán nhãn và máy in hạn sử dụng.
2.1.2.20 Quá trình đóng hộp và xếp thùng
Mục đích: tạo đơn vị cho sản phẩm, dễ dàng vận chuyển và phân phối
Cách tiến hành: chai rượu sau khi in nhẵn được đưa qua các máy đóng hộp và xếp thùng.
Cân bằng vật chất
2.2.1 Tính cân bằng vật chất trong sản xuất rượu vang trắng:
Bảng 2-15: Yêu cầu nguyên liệu sản xuất rượu vang trắng
2.2.2 Tính cân bằng vật liệu cho 500kg nguyên liệu sản xuất rượu vang trắng:
Bảng 2-16: Tổn thất trong các quá trình dối với sản xuất rượu vang trắng
Sunfit hóa lần 1 0,3 Ép, tách bã 3
Tàng trữ và lắng cặn 0,5
Khối lượng nguyên liệu ban đầu: G = 500 Kg.
Quá trình phân loại: tổn thất 2% (khối lượng) Lượng nguyên liệu còn lại: G 1 =G ×( 1−0,02)I0 Kg
Lượng nguyên liệu tiêu hao: G 1 ' Kg
Quá trình rửa: tổn thất 0,5% (khối lượng) Lượng còn lại: G 2 =G 1 ×(1−0,0049)H7,6 Kg Lượng tiêu hao: G 2 ' =2,4 Kg
Quá trình nghiền, xé, tách cuống: tổn thất 5% (khối lượng)
Quá trình sunfit hóa lần 1: tổn thất 0,3% (khối lượng) Lượng còn lại: G 4 =G 3 × (1−0,003)F2,51 Kg
Quá trình tách ép bã: ép lần đầu tổn thất 3% (khối lượng), ép tận thu tổn thất 2% (khối lượng).
Lần ép đầu tiên: thu được 80% (khối lượng) dịch nho và 17% (khối lượng) bã ướt.
Lượng dịch nho thu được: G 5.1 =G 4 × 0,870,008 Kg
Lượng bã ướt sau ép: G bư =G 4 ×0,17x,6267 Kg
Lượng tiêu hao: G 5.1' =G 4 × 0,03,8753 Kg Ép tận thu: bổ sung 8% nước, thu được 60% (khối lượng) dịch nho và 39% (khối lượng) bã khô.
Lượng dịch nho tận thu: G 5.2 =G bư × ( 1+ 0,08)× 0,6 P,95 Kg Lượng bã khô sau khi ép: G bk =G bư ×(1+0,08 ) × 0,382,27 Kg Lượng tiêu hao: G 5,2' =G bư ×(1+0,08 )× 0,02=1,70 Kg
Lượng dịch nho thu được: G 5 =G 5.1 +G 5.2 B0,96 Kg Lượng tiêu hao cả quá trình: G 5' =G 5.1' + G 5.2' ,58 Kg
Quá trình sunfit hóa lần 2: tổn thất 0,2% (khối lượng) Lượng còn lại: G 6 =G 5 ×(1−0,002)= 420,12 Kg
Quá trình làm lạnh: tổn thất 0,1% (khối lượng) Lượng còn lại: G 7 =G 6 × (1−0.001)= 419,7 Kg Lượng tổn thất: G 7 ' =0,42 Kg
Quá trình lắng cạn lần 1: tổn thất 2% (khối lượng) Lượng còn lại: G 8 =G 7 × (1−0,02)A1,31 Kg
Khối lượng dịch nho trước lên men: G 8 = 411,31 Kg
Nồng độ chất khô trong dịch nho ban đầu đạt 15 Bx, với khối lượng riêng của dịch nho tại nồng độ này là d 15 = 1,06103 (kg/lít) Giả định rằng quá trình bổ sung nước trong quá trình ép không làm thay đổi nồng độ chất khô.
Thể tích dịch nho trước lên men: V = d G 8
Thể tích nấm men cho vào dịch nho:
Mật độ nấm men cho vào dịch nho sau khi cấy là 3 triệu tế bào nấm men/lít.
Mật độ canh trường giống: 150 triệu tế bào nấm men/lít.
Cần bổ sung Vdnm (lít) vào V (lít) dịch nho Lượng tế bào nấm men tính như sau:
( V +V dnm ) ×3.10 6 =V dnm ×150 10 6 =¿ V dnm =7,91(lít ) Lượng tế bào nấm men cho vào dịch nho chiếm 2,04% thể tích dịch nho. Lượng đường bổ sung vào dịch nho:
Sản phẩm rượu vang thu được có độ cồn 11%V, đường sót 3%.
Phương trình lên men đường thành rượu cho thấy sản phẩm đạt độ cồn 11% với khối lượng riêng 0,78 Kg/lít Từ đó, có thể tính khối lượng C2H5OH trong 1 lít sản phẩm.
Giả sử lượng đường sót: 3%
Khối lượng đường sót trong 1 lít sản phẩm: m 2 =1 ×0,03 × D sp =1× 0,03 ×1,012=0,03036 Kg
Dsp = 1,012 (Kg/lít): khối lượng riêng của sản phẩm.
Trong quá trình lên men đường hao hụt đi bớt 5%
Khối lượng đường cần thiết trong quá trình lên men: m 0 =m 1 × 180
Khối lượng đường trong một lít dịch nho: m 3 =D 15 ×C dn =1,06103× 0,15=0,1592( Kg)
Với Cdn = 15% nồng độ đường của dịch nho (xem như bằng nồng độ chất khô).
Khối lượng đường C 6 H 12 O 6 bổ sung:
Khối lượng đường quy về saccharose: m=m ' × 342
Giả sử đường bổ sung có thể tích không đáng kể, thể tích dịch nho trước lên men:
Quá trình lên men tổn thất 2% thể tích Lượng còn lại: V 2 =V 1 ×(1−0,02)87,65(lít ) Lượng tiêu hao: V2’= 7,91 (lít)
Quá trình lắng và ép tận thu:
+ Quá trình lắng thể tích rượu non thu được là 80%V, bã ướt chiếm 17%V, tiêu hao 3%.
Thể tích rượu vang non thu được là : V 3.1 =V 2 × 0,810,12(lít ) Thể tích bã ướt thu được: V bư =V 2 × 0,17e,9(lít )
Thể tích tiêu hao: V3.1’ = 11,63 (lít)
Quá trình ép tận thu, thể tích rượu tận thu là 60%, bã khô chiếm 38%, tiêu hao 2%.
Thể tích rượu tận thu: V 3.2 =V bư ×0,6 9,54(lít ) Thể tích bã khô: V bk =V bư × 0,38%,04 (lít ) Thể tích tiêu hao: V3.2’= 1,32 (lít)
Tổng thể tích rượu non: V 3 =V 3.1 +V 3.2 49,66(lít ) Thể tích tiêu hao: V 3' =V 3.1' +V 3.2' +V bk 7,99 (lít )
Quá trình tàng trữ và lắng cặn: tổn thất 0,5%V Thể tích còn lại: V 4 =V 3 ×( 1−0.005 )47,912 (lít ) Thể tích tiêu hao: V4’ = 1,748 (lít)
Quá trình lọc tinh: tổn thất 0,5%V Thể tích còn lại: V 5 =V 4 ×( 1−0.005 )46,172 (lít ) Thể tích tiêu hao: V 5' =1,74 (lít )
Quá trình chiết rót tổn thất 1%
Thể tích tiêu hao: V 6' =3,462(lít )
Quá trình thanh trùng: tổn thất 0,05%V Thể tích còn lại: V 7 =V 6 × (1−0,005 )40,997 lít ¿ Thể tích tiêu hao: V 7 ' =1,713 (lít )
Bảng 2-17 Bảng tính cân bằng vật chất cho 500kg nguyên liệu
Quá trình Đầu vào Tổn thất (%) Đầu ra
Phân xưởng sơ chế (đơn vị Kg)
Thể tích trước lên men: 386,68 (lít) Phân xưởng lên men (đơn vị lít)
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
3.1.1 Đường kính và chiều cao thiết bị.
Tank lên men bằng thép không gỉ có thiết kế trụ hình với lớp vỏ áo bên ngoài Đáy tank được thiết kế với góc nghiêng 30 độ và nắp chỏm cầu Cửa nạp liệu được bố trí trên nắp, giúp quá trình lên men diễn ra hiệu quả.
D: đường kính thiết bị. d: đường kính ống thoát dịch. h1 : chiều cao nắp. h2 : chiều cao thân hình trụ. h3 : chiều cao đáy thùng Thể tích thùng lên men là:
Thể tích nắp thiết bị là:
VN Thể tích thân trụ:
VT Thể tích đáy thiết bị:
Vlm Khối lượng nguyên liệu đưa vào tank lên men là:
Ta chọn 1 thùng lên men, thể tích mỗi tank là:
D = √ 3 0,5+ 1,311 0,000076 = 0,73 (m) Làm tròn 0,8 m h1 = 1 7 ¿ D = 1 7 ¿ 0,8 = 0,114 (m) h2 = 1,5 ¿ D = 1,5 ¿ 0,8 = 1,2 (m) h3 = D−d 2 ¿ tg30 = 0,8−0,1 2 ¿ tg30 = 0,16 (m) Chiều cao thiết bị:
H = h 1 + h 2 + h 3 = 0,114+1,2+0,16 =1,5 (m) Lấy tròn : h = 1,5(m) khi đó thể tích thiết bị được thiết kế được là
3.1.2 Chiều dày thiết bị phản ứng
Khi đưa nguyên liệu vào thiết bị phản ứng, áp suất trong thiết bị gần như đạt 1 at trong quá trình lên men Do đó, thân hình trụ của thiết bị lên men phải chịu áp suất nội bộ Chiều dày của thân hình trụ chịu áp suất P được xác định theo một công thức cụ thể.
D t Đường kính trong thiết bị phản ứng (m) [φ ] Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc
C Hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m)
P Áp suất trong của thiết bị phản ứng (N/ m 2 ) σ Ứng suất đối với thành thiết bị phản ứng ( N/ m 2 )
3.1.3 Áp suất trong của thiết bị phản ứng Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng được xác định theo công thức sau:
Chiều cao cột chất lỏng (H) và khối lượng riêng của hỗn hợp chất lỏng (p1) được tính bằng kg/m³, với gia tốc trọng trường (g) là 9,81 m/s² Trong thiết bị phản ứng, khối lượng riêng của nước được xác định là σ nước = 1000 kg/m³.
Các thành phẩn trong nho chủ yếu là nước và các thành phần khác coi như không đáng nhể
Vậy khối lượng riêng của hỗn hợp được tính bằng khối lượng riêng của nước nho ở nhiệt độ 20 ° C là: σ 1 = 1000 (kg/ m 3 )
Chiều cao cột chất lỏng lấy bằng 80% chiều cao làm việc của tháp và bằng
H1=1,5 0,8 = 1,2 (m) Khi đó áp suất của cột chất lỏng:
P 1 = 1000 9,81 1,2= 11730,736 ( N / m 2 ) Áp suất của môi trường làm việc trong tháp lấy bằng 1 (at)
Từ các số liệu trên ta tính được áp suất trong thiết bị phản ứng :
3.1.4 Hệ số bổ sung do ăn mòn, hao mòn và dung sai về chiều dày Đại lượng bổ sung C trong công thức tính chiều dày thiết bị phản ứng ở trên phụ thuộc vào độ ăn mòn và dung sai của chiều dày, được xác định theo công thức
C 1 Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị (m).
Vật liệu chọn làm việc phản ứng bền vừa (0,05-0,1) mm/năm) do đó có thể lấy C 1 = 0,5 mm (tính theo thời gian làm vật liệu từ 15- 20 năm).
Đại lượng bổ sung cho hao mòn chỉ được xem xét khi nguyên liệu chứa các hạt rắn di chuyển nhanh trong thiết bị Tuy nhiên, do hỗn hợp phản ứng là chất lỏng, nên có thể bỏ qua đại lượng này.
C 3 Đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày phụ thuộc vào chiều dày của tấm vật liệu
Theo ¿9] chọn vật liệu làm thiết bị phản ứng là thép cán loại dầy khi đó C 3 0,22 mm
3.1.5 Hệ số bền của thành thiết bị theo phương dọc
Thiết bị được hàn theo phương pháp bằng tay hồ quang điện Tra trong số tay quá trình thiết bị tập 2 ta được φ = 0,95
Do môi trường phản ứng có môi trường axit nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ IX 13.
Khi tính toán sức bền của thiết bị, việc xác định ứng suất cho thép là điều cần thiết Ứng suất của thép phụ thuộc vào các yếu tố như dạng ứng suất đặc trưng bền của vật liệu, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất Công thức tính ứng suất được biểu diễn là σ k = σ k , n k n.
Trong quá trình tính toán, hệ số an toàn n k và n c được xác định theo giới hạn bền và giới hạn chảy, với σ k và σ c lần lượt là giới hạn bền khi kéo và khi chảy Theo tài liệu tham khảo, n được xác định là 0,9, n k là 2,6 và n c là 1,5 Thông qua bảng số liệu, giá trị σ k được tra cứu là 400.10^6 (N/m^2) Sau khi thay thế các số liệu, ta có σ k = 400.10^(2,6) * 0,9 = 138,46.10^6 (N/m^2) Cuối cùng, ứng suất được chọn là giá trị nhỏ hơn, do đó ta xác định ứng suất là [σ] = 139.10^6 (N/m^2).
P = 109730,736 139.10 6 0,95 = 1266,74 > 50, do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số của công thức tính chiều dày thiết bị phản ứng.
Từ các số liệu đã được ở trên ta tính được chiều dày thiết bị phản ứng theo công thức:
Lấy chiều dày thiết bị phản ứng S = 2mm
3.1.6 Xác định chiều dày đáy
Như đã tính ở phần thân thiết bị: áp suất P = 108645,2 ( N /m 2 )
Xét [ σ P ] k φ h = 109730,736 139 10 6 0,9 0,95 = 1083,06 > 30 [9- tr 386] Nên ta có thể bỏ qua P ở mẫu số
S - C = 1,23 (mm) < 10 mm do đó tăng thêm cho hệ số hao mòn C lên 2mm
Tóm lại nắp và đáy của thiết bị phản ứng là: loại đáy và nắp elip có gờ
Thể tích đáy V đ = π 4 ¿ )^2 h d Trong đó:
Suy ra V đ = 3,14 4 ( 0,73 ) 2 0,16 = 0,067 ( m 3 ) Tra [9- tr 384] được khối lượng đáy và nắp 30,2(kg)
Hình 3-2Mặt bích Áp suất P y = 1 10 6 ( N / m 2 ¿
Bu lông: db = M43 z = 56 cái (số bu lông cần dùng) hE (mm)
3.1.8 Cánh khuấy, động cơ cánh khuấy
Khuấy trộn trong môi trường lỏng là một quá trình quan trọng, thường được áp dụng trong ngành hóa chất và thực phẩm để tạo ra các dung dịch huyền phù và nhũ tương Quá trình này không chỉ giúp cải thiện sự đồng nhất của sản phẩm mà còn tăng cường hiệu quả trong các quá trình truyền nhiệt, chuyển khối và phản ứng hóa học.
Có nhiều phương pháp khuấy trộn chất lỏng, bao gồm khuấy trộn bằng cơ khí, khí nén (sục khí), và bằng tiết lưu hay tuần hoàn chất lỏng Mỗi phương pháp có phạm vi ứng dụng riêng, trong đó khuấy trộn bằng cơ khí được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
Cánh khuấy mái chèo: để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ, thường dùng để hòa tan chất rắn có khối lượng riêng không lớn lắm
Cánh khuấy chân vịt được sử dụng để điều chế huyền phù và nhũ tương, nhưng không phù hợp cho chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khi khuấy trộn hỗn hợp chứa pha rắn có khối lượng riêng lớn.
Cánh khuấy tua bin: Loại này dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao
( μ=5.10 5 cP) để điều chế huyền phù mịn, để hòa tan nhanh nhất chất rắn hoặc để khuấy trộn chất lỏng đã lắng cặn có nồng độ pha rắn 80%.
Cánh khuấy đặc biệt được sử dụng khi không thể áp dụng các loại cánh khuấy thông thường, phù hợp cho việc khuấy bùn nhão hoặc các chất lỏng có độ nhớt cao Quá trình khuấy trộn đặc trưng bởi cường độ khuấy và năng lượng tiêu thụ.
Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy người ta thường chú ý những yếu tố sau đây:
+ Chọn cánh khuấy+ Thời gian khuấy+ Công suất tiêu tốn+ Số vòng quay+ Độ nhớt của bề mặt truyền nhiệt
Trong đồ án này, do độ nhớt của hỗn hợp không lớn, chúng tôi đã chọn sử dụng cánh khuấy hình mỏ neo hoặc hình chữ U cho thiết bị phản ứng Cấu tạo của cánh khuấy mỏ neo được minh họa như hình dưới đây.
Hình 3-3: Cơ cấu cánh khuấy mỏ neo
D – Đường kính thiết bị phản ứng (m) d - Đường kính cánh khuấy (m) b – Chiều rộng cánh khuấy (m) h – Khoảng cách từ biên cánh khuấy đến phía trong thiết bị phản ứng (m)
Ht – Chiều cao giữa hai thanh ngang của cánh khuấy (m)
Hnc – Chiều cao của mực chất lỏng (m)
Hkh – Chiều cao của cánh khuấy (m) de – Đường kính ngoài của trục cánh khuấy trên thanh cánh khuấy (m)
Hệ số H kh được tính bằng 0,56, dẫn đến H = 0,56 x 1,5 = 0,84 m Chiều cao h được quy đổi từ mm sang m là 0,1 m Độ dày dM tính từ D và HM là 0,6 m Chiều cao ht là 0,5 m, b = 0,1 m, s = 0,02 m, và d = 0,1 m Độ nhớt của hỗn hợp gần giống với độ nhớt của nước ở 20°C, với giá trị μ = 1,005 x 10^-3 N.s/m² Đặc trưng của môi trường khuấy trong thiết bị phản ứng là độ nhớt.
= 1,005 10 -3 (N.s/ m 2 ) , khối lượng riêng ρ = 1000 (kg/m 3 ) do đó tra mạng [8-tr750] được :
Số vòng quay của cánh khuấy là n = 0,6 vòng/s Công suất của cánh khuấy là N = 4(kw)
3.1.9 Công suất của động cơ
Công suất mở máy: khi mở máy cần có công để thắng lực quán tính
Nc = Ng + Nm [ST-tr747]