rượu bia xử lí nguyên liệu rỉ đường trong san xuat con etylic

LỜI MỞ ĐẦURỉ đường là một trong những nguồn nguyên liệu ổn định và có giá thành thấptrong ứng dụng lên men cồn etylic, nhưng trước khi đưa vào lên men thì phải cần quaxử lí và để tìm hiể

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-o0o MÔN:CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU, BIA, NƯỚC GIẢI KHÁT

ĐỀ TÀI:

XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU RỈ ĐƯỜNG TRONG SẢN XUẤT

CỒN ETYLIC

Nhóm SVTH: Nhóm 8 GVHD: Nguyễn Thị Thu Huyền

Tp Hồ Chí Minh tháng 10, năm 2022

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-o0o MÔN:CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU, BIA, NƯỚC GIẢI KHÁT

ĐỀ TÀI:

XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU RỈ ĐƯỜNG TRONG SẢN XUẤT

CỒN ETYLIC

GVHD: Nguyễn Thị Thu Huyền

Nhóm SVTH: Nhóm 8

Nguyễn Phúc Kiều Ngọc Trâm – 2005202165

Nguyễn Thị Thu Hằng – 2005200695

Lâm Thị Thanh Duy – 2005201204

Lê Thị Yến Nhi – 2005203011

Tp Hồ Chí Minh tháng 10, năm 2022

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

thành (%)

Nguyễn Phúc Kiều Ngọc

Chủ động, tích cực

Nguyễn Thị Thu Hằng Phần 1, 2 Chủ động, tích cực

Lâm Thị Thanh Duy Phần 1 Chủ động, tích cực

Lê Thị Yến Nhi Phần 3 Chủ động, tích cực

i

LỜI MỞ ĐẦU

Rỉ đường là một trong những nguồn nguyên liệu ổn định và có giá thành thấp trong ứng dụng lên men cồn etylic, nhưng trước khi đưa vào lên men thì phải cần qua

xử lí và để tìm hiểu rõ hơn về cách thức xử lý cũng như các tiêu chuẩn của rỉ đường

nhóm chúng em chọn đề tài: “Xử lý nguyên liệu rỉ đường trong sản xuất cồn etylic”.

Trong bài tiểu luận này nhóm chúng em sẽ tìm hiểu về 3 nội dung:

 Thứ nhất, tổng quan về nguyên liệu rỉ đường và cồn etylic

 Thứ hai, qui trình xử lí rỉ đường

 Cuối cùng là tiêu chuẩn chất lượng của rỉ đường

ii

MỤC LỤC

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ i

LỜI MỞ ĐẦU ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

PHẦN NỘI DUNG 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỒN ETYLIC VÀ NGUYÊN LIỆU RỈ ĐƯỜNG 1

1.1 Cồn etylic 1

1.1.1 Các tính chất nổi bật 1

1.1.2 Độ cồn là gì? 1

1.2 Rỉ đường 2

1.2.1 Thành phần hóa học của rỉ đường 2

1.2.2 Độ Ph 2

1.2.3 Bảo quản rỉ đường trong sản suất cồn etylic 3

1.2.4 Ưu điểm của nguyên liệu rỉ đường trong sản xuất cồn etylic 4

Chương 2: QUI TRÌNH XỬ LÍ RỈ ĐƯỜNG TRONG SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 5

2.1 Mục đích của xử lí rỉ đường trước khi lên men cồn etylic 5

2.2 Qui trình xử lí rỉ đường 5

2.2.1 Sơ đồ qui trình xử lí rỉ đường 5

2.2.2 Giải thích quy trình 7

Chương 3: TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CỦA RỈ ĐƯỜNG ĐƯA VÀO SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 9

3.1 Tổng độ đường 9

3.2 Độ Brix 9

3.3 Hàm lượng Cl - (độ nhiễm mặn) 9

3.4 Số lượng CFU (Số lượng vi sinh vật/g) 10

KẾT LUẬN 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Cồn etylic 1

Hình 2: Rỉ đường 2

Hình 3: Bồn chứa rỉ đường 3

Hình 4: Lượng VSV có trong mật rỉ 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Hàm lượng trung bình của các chất vô cơ có trong chất khô của mật rỉ 2 Bảng 2: Thành phần chất hữu cơ của mật rỉ (%) 9

PHẦN NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỒN ETYLIC VÀ NGUYÊN LIỆU RỈ

ĐƯỜNG 1.1 Cồn etylic

Cồn là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu, đây là chất được

sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm hay các ngành công nghiệp khác như: y tế, in

ấn, dệt may, điện tử, với công thức hóa học: C2H6O hay C2H5OH

Hình 1: Cồn etylic 1.1.1 Các tính chất nổi bật

 Cồn là một chất không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, khi cháy không có khói và xuất hiện ngọn lửa có màu xanh da trời

 Tỷ trọng: 0.8 g/cm3

 Hóa rắn: Ở -114.15 độ C

 Điểm sôi: 78.39 độ C

 Tan vô hạn trong nước và tan trong một số hợp chất hữu cơ khác

1.1.2 Độ cồn là gì?

Độ cồn là số ml etanol nguyên chất (hàm lượng cồn) có trong 100ml dung dịch rượu ở mức nhiệt tiêu chuẩn 20o C – tính bằng % thể tích; có thể đo bằng cồn kế

Công thức tính độ cồn

Đr = V V r

hh x 100

Đr: Độ rượu

Vr: Thể tích rượu etylic (ml)

Vhh: Thể tích hỗn hợp rượu và nước (ml)

1

1.2 Rỉ đường

Mật rỉ hay còn gọi là rỉ đường đường là thứ phẩm của ngành công nghệ sản xuất đường, chiếm từ 3 – 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất.

Hình 2: Rỉ đường 1.2.1 Thành phần hóa học của rỉ đường

Lượng chất khô trong mật rỉ chiếm 80÷85%, nước chiếm 15÷20% Trong số các chất khô thì đường chiếm tới 60% Thành phần chất khô còn lại gọi chung là chất phi đường (gồm 30÷32% là hợp chất hữu cơ và 8÷10% là chất vô cơ)

Bảng 1: Hàm lượng trung bình của các chất vô cơ có trong chất khô của mật rỉ

K2O

Na2O

CaO

MgO

76,4 11,1 3,5 5,0

SO3

CL

-Các oxyt khác

0,4 2,8 0,8

Hợp chất hữu cơ gồm các chất chứa nitrogen, carbon, oxygen và hydro Các chất hữu cơ không chứa nitrogen gồm có pectin, chất nhầy furfurol và oxymetyl furfurol, acid Ngoài ra, còn chứa các chất khử nhưng không lên men được như caramel, chất màu Lượng nitrogen chứa trong mật rỉ khoảng 0.5÷1% Do chứa ít nitrogen nên khi lên men dịch rỉ đường ta phải bổ sung nguồn nitrogen từ ure hoặc amoni sulfat

1.2.2 Độ Ph

Bình thường, pH của mật rỉ từ 6,8÷7,2 Rỉ đường mới sản xuất ra có thể có pH

=7,2÷8,9 Độ kiềm của rỉ khoảng 0,5÷20 (1 độ kiềm tương đương 1ml H2SO4 1N trung

hòa hết 100g mật rỉ) Độ kiềm gây ra bởi các muối calcium của acid carbonic và các acid hữu cơ khác

1.2.3 Bảo quản rỉ đường trong sản suất cồn etylic

Rỉ đường được bảo quản trong các bồn chứa hình trụ bằng thép hoặc bằng bêtông cốt thép, thể tích bình chứa được tính toán sao cho đủ sản xuất ít nhất được 3 tháng Thông thường, bồn chứa có thể tích khoảng 600 ÷ 5000m3 Bồn chứa rỉ đường phải đủ các thiết bị như: thiết bị báo mức rỉ đường cho bồn, thiết bị đo nhiệt độ, hệ thống ống dẫn hơi nước để gia nhiệt, ống dẫn rỉ đường giúp cho rỉ đường dễ di chuyển trong trường hợp rỉ đường bị sánh lại khi trời lạnh Ngoài ra, cũng nên có hệ thống bơm đảo trộn rỉ đường trong bồn chứa để cho rỉ đường đồng nhất, đảm bảo chất lượng

rỉ đường đồng đều trước khi đưa vào sản xuất

Hình 3: Bồn chứa rỉ đường

Trong quá trình bảo quản thì khối lượng rỉ đường giảm xuống, nguyên nhân chủ yếu là do sự bay hơi nước Bình quân giảm 0,2%/tháng Khi hàm lượng chất khô trong

rỉ đường đạt trên 75% thì lượng nấm men dại, vi khuẩn tạp thành acid rất ít, chất lượng

rỉ đường giảm không đáng kể trong suốt thời gian bảo quản Nếu hàm lượng chất khô trong rỉ đường dưới 70% thì sự tổn thất đường lên tới 1,3% khối lượng rỉ đường Tổn thất đường tăng mạnh khi nồng độ chất khô dưới 40%

Ngoài ra trong quá trình bảo quản cũng xảy ra phản ứng giữa các acid amin và đường khử tạo thành melanoidin Phản ứng này xảy ra vừa làm mất đường vừa làm hao hụt acid amin, ảnh hưởng không tốt đến sự phát triển của nấm men sau này Để tránh hiện tượng vi sinh vật phát triển, quá trình bảo quản cần giữ cho rỉ đường không

bị pha loãng Muốn vậy, bồn chứa rỉ đường phải đậy kín không để nước mưa bên

ngoài xâm nhập và hạn chế dung nước rửa Đồng thời dùng các chất sát trùng như formol, Na2SiF6 với tỉ lệ 0,015 ÷ 0,02% so với khối lượng rỉ đường

1.2.4 Ưu điểm của nguyên liệu rỉ đường trong sản xuất cồn etylic

 Giá rẻ

 Luôn đảm bảo được nguồn cung cấp

 Sử dụng tiện lợi

 Không sai phạm chính sách lương thực

Chương 2: QUI TRÌNH XỬ LÍ RỈ ĐƯỜNG TRONG SẢN XUẤT CỒN

ETYLIC 2.1 Mục đích của xử lí rỉ đường trước khi lên men cồn etylic

 Loại bỏ tạp chất

Hàm lượng Canxi trong mật rỉ đường cao (1%) Canxi ảnh hưởng trực tiếp đến

sự phát triển của hệ vi sinh vật Xử lí rỉ đường giúp loại bỏ thành phần Canxi còn lại Bên cạnh đó xử lí rỉ đường giúp loại bỏ các chất màu bao gồm caramel, melanoidin và các vi sinh vật có trong rỉ đường

 Thủy phân các đường đa thành đường đơn

Rỉ đường chứa chủ yếu là đường đa, khoảng 46 – 54% saccharose Thủy phân giúp phân giải đường saccharose thành các đường đơn làm cơ chất cho nấm men

 Giảm độ nhớt

Giảm độ nhớt giúp cho các vi sinh vật tiếp cận với cơ chất được tốt hơn

2.2 Qui trình xử lí rỉ đường

2.2.1 Sơ đồ qui trình xử lí rỉ đường

Nguyên liệu rỉ đường

Pha loãng sơ bộ

Acid hóa

Gia nhiệt 85- 90o C trong 1h

Lắng, tách cặn

Dịch lên men

Pha chế Dịch trong

Cặn

Chất diệt

khuẩn, chất

dinh dưỡng

2.2.2 Giải thích quy trình

 Pha loãng sơ bộ

Mục đích: Pha loãng sơ bộ rỉ đường để đảm bảo hiệu quả quá trình acid hóa

Nếu để ở nồng độ cao thì tặp chất sẽ lớn nên khả năng diệt khuẩn và loại tạp chất kém, tuy nhiên nếu ở nồng độ thấp thì sẽ tốn nhiều thiết bị nhưng diệt được nhiều tạp khuẩn và tách được nhiều tạp chất hơn Thông thường rỉ đường được pha loãng đến nồng độ chất khô khoảng 50o Bx thì hiệu quả xử lí là cao nhất

Trong rỉ đường có chứa hàm lượng chất khô và hàm lượng đường cao nên các tạp khuẩn không sinh trưởng và phát triển, nhưng chúng vẫn duy trì sự sống Khi pha loãng đến nồng độ thấp thì tạp khuẩn trong rỉ đường bắt đầu phát triển và làm tiêu hao đường trong mật rỉ, do đó phải tiến hành xử lí Rỉ đường được pha loãng đến 50o Bx

để đảm bảo hiệu quả quá trình acid hóa

Dung môi pha loãng: thông thường sử dụng acid

 Acid hóa

Mục đích chính của việc acid hóa là phân gải các đường đa thành đường đơn đồng thời loại bỏ Canxi trong nguyên liệu rỉ đường

Thông thường ngày nay người ta thường xử lí rỉ đường bằng phương pháp hóa học, mà cụ thể là sử dụng acid H2SO4 98%, bởi:

- Rỉ đường chứa chủ yếu là đường đa

- Thành phần rỉ đường có chưa Canxi – thành phần cần loại bỏ Chọn H2SO4 vừa tạo được kết tủa CaSO4 với Canxi vừa đảm bảo cắt đường đa thành đường đơn và ức chế, tiêu diệt vi sinh vật có trong rỉ đường

 Phương trình phản ứng:

C12H22O11 + H2O H +¿

→¿ C6H12O6 + C6H12O6

Ca2+ + SO42-  CaSO4

 Thông số quá trình acid hóa

- Nhiệt độ: 50o C

- Thời gian: 1 - 4h

- pH = 5.5, điều chỉnh pH bằng H2SO4 98%

 Tăng nhiệt độ

Tăng nhiệt độ lên trong khoảng từ 85 – 90o C trong 1h

Mục đích chính của việc tăng nhiệt độ là đẩy nhanh tốc độ phản ứng, rút ngắn thời gian kết tủa CaSO4

 Lắng, tách cặn

Mục đích chính là loại bỏ cặn bả và thu được dịch trong để tiến hành lên men Thực hiện lắn cặn trong vòng 4h sau đó đung thiết bị ly tâm để tách cặn

Sau khi tách cặn xong thu được dịch trong

 Pha chế dịch lên men

Mục đích chính là diệt khuẩn, bổ sung chất dinh dưỡng cho nấm men để tăng hiệu quả lên men

Dịch trong được đem đi pha loãng đến nồng độ thích hợp Sau đó dịch trong được tiến hành bổ sung chất diệt khuẩn Natri fluorosilicate (Na2SiF6) vào dịch lên men

để diệt khuẩn trước khi cấy nấm men vào Mặt khác, rỉ đường là nguyên liệu nghèo dinh dưỡng, đặc biệt là nguồn N và P Để nấm men phát triển tốt, người ta thường bổ sung N từ các nguồn Ure ((NH2)2CO), muối amoni phosphate ((NH4)2SO4) Đối với P,

có thể bổ sung các nguồn diphospho pentaoxit (P2O5), acid phosphoric (H3PO4), các muối phosphate

Chương 3: TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CỦA RỈ ĐƯỜNG ĐƯA VÀO

SẢN XUẤT CỒN ETYLIC

Các khía cạnh của môi trường lên men ảnh hưởng đến quá trình lên men nấm men bao gồm sự sẵn có về dinh dưỡng, sự hiện diện của các nguyên tố vi lượng và các yếu tố tăng trưởng như vitamin, nếu không có sự tăng sinh của nấm men sẽ bị ức chế

Áp suất thẩm thấu cao có ảnh hưởng bất lợi đến quá trình lên men Ngoài ra, nồng độ cao của muối vô cơ và cường độ ion trong môi trường lên men công nghiệp có liên quan đến ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình lên men

3.1 Tổng độ đường

Thông thường tổng độ đường trong mật rỉ từ 46 – 55%

Các loại gluxit hoà tan (đường đôi và đường đơn) là thành phần dinh dưỡng chính của mật rỉ, trong đó sacharoze là chủ yếu

Bảng 2: Thành phần chất hữu cơ của mật rỉ (%) Thành phần Tỉ lệ % có trong Mật rỉ

3.2 Độ Brix

Mật rỉ thường có độ Brix từ 72% đến 80% Nếu xác định bằng giác quan thì đó chính là độ đậm đặc của Mật rỉ (độ brix càng cao thì mật rỉ càng đậm đặc)

3.3 Hàm lượng Cl - (độ nhiễm mặn)

Hàm lượng Cl- thể hiện độ nhiễm mặn của mật rỉ, nếu hàm lượng Cl- >1,5% sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình lên men Nếu mật rỉ có dư lượng Cl- cao có thể ức chế khả năng lắng của nấm men và khi Cl- >500mg/l có thể gây kéo dài thời gian gây giống nấm men

3.4 Số lượng CFU (Số lượng vi sinh vật/g)

Mật rỉ luôn chứa một lượng vi sinh vật nhất định, nguy hiểm nhất là vi khuẩn lactic và acetic, thông thường 1g mật rỉ chứa đến 100.000 vi sinh vật không nha bào và khoảng 9.000 - 10.000 con vi sinh vật tự bào tử, số lượng vi khuẩn sẽ tăng nhanh khi

bị nhiễm khuẩn (nguyên nhân chủ yếu là do vật chứa mật rỉ không được vệ sinh sạch

sẽ hoặc mật rỉ bị pha với nước không tinh khiết)

Hình 4: Lượng VSV có trong mật rỉ

KẾT LUẬN

Ngày nay trong xu thế toàn cầu hóa thị trường, các sản phẩm thục phẩm trở thành một bộ phận quan trọng trong thương mại dẫn đến cạnh tranh trong thương mại tăng cao, do đó việc yêu cầu giá thành nguyên liệu phù hợp mà không ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm là rất quan trọng Chính vì lí do đó mà việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu có thể thay thế trong sản xuất cồn etylic là rất quan trọng Rỉ đường là một trong các nguồn nguyên liệu giá rẻ, tiện lợi có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực thực phẩm đặc biệt là trong công nghệ sản xuất cồn etylic Trong bài tiểu luận này nhóm chúng em đã đưa ra qui trình xử lí rỉ đường trước khi đưa vào sản xuất cồn etylic cũng như các tiêu chuẩn của rỉ đường để mang lại hiệu quả lên men tốt nhất, nhằm đáp ứng nhu cầu của thị trường hiện nay

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Pradeep P., Reddy O High gravity fermentation of sugarcane molasses to produce ethanol: effect of nutrients Ind J Microbiol 2010;50:82–87

[2] Cazetta M., Celligoi M., Buzato J., Scarmino I Fermentation of molasses by Zymomonas mobilis: effects of temperature and sugar concentration on ethanol production Bioresour Technol 2007;98:2824–2828

[3] Muhammad Arshad, Tariq Hussain, Munawar Iqbal, Mazhar Abbas Enhanced ethanol production at commercial scale from molasses using high gravity technology

by mutant S cerevisiae Braz J Microbiol 2017 Jul-Sep; 48(3): 403–409

[4] TS Lê Thị Hồng Ánh chủ biên Năm 2017 Giáo trình CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU BIA NƯỚC GIẢI KHÁ

[5] 06/01/2021 CỒN LÀ GÌ? VÌ SAO CỒN ĐƯỢC SỬ DỤNG RỘNG RÃI HIỆN NAY? Truy cập 01/10/2022, từ https://vietchem.com.vn/tin-tuc/con-la-gi.html

[6] 21/08/2021 Chỉ tiêu chất lượng mật rỉ đường (Molasses) Truy cập 01/10/2022, từ http://molasses.com.vn/san-xuat-va-phan-phoi/chi-tieu-chat-luong-mat-ri-duong-molasses.html