Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành công nghệ sản xuất cồn từ bột gạo

Mục đích thí nghiệm Xác định các chỉ tiêu sau của nguyên liệu bột gạo : - Xác định hàm lượng tinh bột - Xác định hàm lượng đường khử - Xác định độ ẩm II.. Xác định hàm lượng tinh bột 1.1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN TỪ BỘT GẠO

GVHD : TS Nguyễn Văn Hưng

MSSV : 20190424

Hà Nội, tháng 2 năm 2023

Bài 1 : GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN TỪ BỘT

GẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU

I Mục đích thí nghiệm

Xác định các chỉ tiêu sau của nguyên liệu bột gạo :

- Xác định hàm lượng tinh bột

- Xác định hàm lượng đường khử

- Xác định độ ẩm

II Trình tự tiến hành thí nghiệm

1 Xác định hàm lượng tinh bột

1.1 Nguyên tắc

Đây là phương pháp được áp dụng nhiều nhất trong các nhà máy rượu ở nước ta Phương pháp này chỉ chính xác khi xác định hàm lượng tinh bột trong dung dịch tinh khiết, còn đối với bột thô thì kết quả nhận được thường cao hơn so với thực tế

Vì trong điều kiện thủy phân sẽ có một phần pentoza và hemixenluloza bị thủy phân thành đường pentoza, nhưng đường này lại không thể chuyển hóa thành rượu bởi nấm men khi lên men Do đó, trên thực tế đáng lẽ phải trừ bớt lượng pentoza

có trong dịch thủy phân, nhưng các nhà máy của ta chưa làm điều này Một phần

do xác định lượng đường pentoza mất khá nhiều thời gian (4-5 giờ) Mặt khác, do nhiều người chưa hiểu đúng, chưa quan tâm đúng mức đến công tác phân tích tinh bột

Thủy phân tinh bột thành đường trong dung dịch HCl 2% ở điều kiện đun sôi trong bình cách thủy trong thời gian 2 giờ Dịch đã thủy phân được làm nguội và trung hòa bằng NaOH với chỉ thị methyl da cam Hàm lượng đường trong dung dịch được xác định theo phương pháp Graxianop,…

1.2 Dụng cụ

 Bình định mức dung tích 100, 250 ml

 Bình tam giác dung tích 250ml

 Cốc thủy tinh 100, 250 ml

 Phễu thủy tinh

 Ống đong dung tích 100ml

 Ống sinh hàn khí

 Nồi cách thủy

 Bếp điện

 Cân phân tích có độ chính xác 0,001g

 Nhiệt kế đo được đến 1000C

1.3 Hóa chất

 Axit clohydric đặc

 Dung dịch hydroxyt natri 10%

 Metyl da cam 1%

1.4 Tiến hành

Cân khoảng 2g bột rồi chuyển toàn bộ vào bình tam giác hoặc bình cầu có dung tích 250ml Tiếp theo cho thêm 100ml HCl 2%, đậy nút cao su và nối với ống sinh hàn khí Lắc nhẹ rồi đặt vào nồi đun cách thủy, đun tới sôi và cho sôi khoảng 2 giờ Mức nước ở nồi cách thủy phải luôn cao hơn mức nước ở trong bình thủy ngân, phái chuẩn bị nước sôi để bổ sung vào Sau 2 giờ thủy phân toàn bộ lượng tinh bột

đã chuyển hóa thành glocoza, làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi thêm 4-5 giọt metyl da cam, dùng NaOH 10% để trung hòa axit đến đổi màu Chú ý chỉ trung hòa khi đã làm nguội đến 30oC, vì ở nhiệt độ cao và kiềm cục bộ thì glucoza sẽ bị phân hủy làm kết quả kém chính xác Trung hòa xong ta chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 250ml, tráng bình và thêm nước cất đến ngấn bình rồi đem lọc

Dịch đường thu được có thể xác định theo phương pháp Graxianop.

1.5 Kết quả

Hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu TB (%) được tính thoe công thức sau:

TB (%) = a∗250∗100b ∗m * 0,9 Trong đó:

a: số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua kali

b: số mililit dịch đường loãng tiêu hao khi định phân m: số gam bột ở mẫu thí nghiệm

0,9: hệ số chuyển glucoza thành tinh bột

2 Xác định đường khử bằng phương pháp Graxianop

2.1 Nguyên tắc

Đường khử khi đun nóng với dung dịch kiềm cùng với ferixyanua sẽ khử

ferixyanua thành feroxyanua và đường khử chuyển thành axit đường Dùng

metylen xanh làm chất chỉ thị sẽ mất màu xanh khi phản ứng kết thúc Phản ứng chính như sau:

2 K3Fe(CN )6 + 2KOH + CH2OH(CHOH )4CHO 2K4Fe(CN )6 + 2H2O +

COOH(CHOH )4COOH

2.2 Dụng cụ

 Bình tam giác

 Pipet

 Bếp điện

2.3 Hóa chất

 Dung dịch ferixyanua kali: 11 g K3Fe(CN )6 hòa tan trong nước cất và định mức tới 1L

 Dung dịch KOH 2,5N: cân 140 g KOH hòa tan trong 1 lít nước cất

 Dung dịch xanh metylen 0,5%

2.4 Tiến hành

Xử lý dịch lên men:

Dịch lên men được lọc (hoặc đem ly tâm) để thu dịch trong, dịch trong này được đem sử dụng để xác định lượng đường khử bằng phương pháp Graxianop

Phân tích đường khử:

Dùng pipet lấy đúng 20ml dung dịch ferixyanua kali cho vào bình tam giác 250ml, thêm vào đó 5ml dung dịch KOH 2,5N và 3-4 giọt xanh metylen (nếu nồng độ dịch đường thấp hơn 0,25% thì lấy 10ml ferixyanua kali và lấy 2,5 ml dung dịch KOH) Lắc nhẹ và đặt trên bếp điện hoặc bếp gas, đun sao cho sau 1-2 phút thì sôi Tiếp

đó dùng dung dịch đường loãng để chuẩn tới mất màu xanh metylen Màu của hỗn hợp phản ứng sẽ thay đổi từ xanh sang phớt hồng và cuối cùng là màu vàng da cam thì kết thúc Nếu để nguội màu của hỗn hợp sẽ trở lại tím hồng do bị oxy hóa Khi trong hỗn hợp phản ứng còn ferixyanua thì khi nhỏ dịch đường vào, đường sẽ khử Feryxianua kali, khi vừa hết ferixyanua thì ngay lập tức một giọt đường dư sẽ khử và làm mất màu của xanh metylen – chất chỉ thị của phản ứng

2.5 Kết quả

Hàm lượng đường trong dung dịch pha loãng tính theo công thức:

ξ= a x * 100g/100ml

Cách xác định chỉ số a:

Cân 0,5g glucoza tinh khiết, đem đi sấy đến khối lượng không đổi, hòa tan trong nước cất rồi chovào bình định mức 100ml, tráng sạch bằng nước cất rồi thêm đến

ngấn bình Câm chính xác và thao tác cẩn thận ta sẽ có dung dịch glucoza chuẩn chứa 5mg/ml

Muốn xác định xem 20 ml ferixyanua kali tương ứng với bao nhiêu gam glucoza,

ta làm thí nghiệm như trên nhưng dung dịch chuẩn là dung dịch glucoza đã biết trước nồng độ

3 Xác định độ ẩm

3.1 Nguyên tắc

Thông thường độ ẩm trong nguyên liệu được xác định theo phương pháp sấy

nhưng chỉ cho kết quả gần đúng Vì khi sấy ở nhiệt độ cao một số chất hữu cơ của nguyên liệu sẽ bị phân hủy và bay hơi cùng với nước, khi đó lại có một lượng nhỏ nước liên kết không bay hơi hết Để hạn chế sai số người ta chỉ sấy ở 100 - 1050 C và kéo dài 3 – 4 giờ Đôi khi muốn rút ngắn thời gian sấy người ta thực hiện ở 130oC

trong 40 phút

3.2 Dụng cụ

 Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ ở 105 - 150oC

 Cân phân tích có độ chính xác 0,001 g

 Hộp cân

 Bình hút ẩm

3.3 Tiến hành

Cân khoảng 5g bột đã được nghiền nhỏ trong hộp nhôm đã biết trọng lượng Mở nắp và đặt hộp nhôm vào tủ sấy có nhiệt độ 1050 C, sau 3 giờ sấy đậy nắp và làm nguội trong bình hút ẩm, sau đó cân lại, ghi số cân Sấy tiếp 30 – 60 phút Sau đó đem làm nguội và cân lại lần 2 Nếu sai số giữa 2 lần không quá 0,001 gam thì xem như quá trình tách nước kết thúc

3.4 Kết quả

Độ ẩm của nguyên liệu (%) được tính theo công thức sau:

W (% m/m) = m1m −m2

1 * 100 Trong đó:

m1: Khối lượng mẫu trước khi sấy, g

m2: Khối lượng mẫu sau khi sấy, g

III Kết quả thí nghiệm

1 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng tinh bột

*Xác định a:

- Định phân 20ml ferixyanua 1% cần số ml dd glucose 5g/l là:

 V1= 5 ml

 V1’ = 5 ml

 v=5+52 =5 ml

 a=5x5=25 mg = 0,025 g

- Số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân là:

 V2= 4,3 ml

 V2’=4,2 ml

 v=b=4 ,3 +4 ,22 =4 ,25 ml

Hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu TB (%):

TB (%) = a∗250∗100b ∗m * 0,9 = 0,025∗250∗1004 ,25∗2,05 * 0,9 = 64.56 (%)

2 Kết quả thí nghiệm xác định đường khử bằng phương pháp Graxianop

Hàm lượng đường trong dịch đường pha loãng:

ξ= a x * 100g/100ml = b ∗m a

250

* 100g/100ml =

0,025

4 ,25∗2,02

250 * 100g/100ml = 0,752 * 100g/100ml

3 Kết quả xác định độ ẩm

Độ ẩm của nguyên liệu (%):

W1 (%m/m) = m1−m2

m1 * 100 = 5,1538−4,44445.1538 * 100 = 13,764(%m/m)

W2 (%m/m) = m1m −m2

1 * 100 = 5,31075,3107−4,6028 * 100 = 13,33 (%m/m)

Trung bình W=W 1 +W 22 =13,547(% m/m)

Bài 2 : CHUẨN BỊ DỊCH ĐƯỜNG LÊN MEN VÀ TIẾN HÀNH

LÊN MEN

Nguyên liệu bột gạo được nấu và dịch hóa dưới tác dụng của enzym dịch hóa, tinh bột sẽ được chuyển thành các dextrin, từ đó sử dụng cho quá trình đường hóa

và lên men đồng thời dưới tác dụng của enzym đường hóa và nấm men Cung cấp nito vào dịch đường hóa và điều chỉnh pH

I Mục đích thí nghiệm

- Chuẩn bị dịch đường phục vụ cho quá trình lên men cồn

- Theo dõi sự thay đổi các chỉ số hóa học của dịch dường trong quá trình lên

men

II Tiến hành thí nghiệm

1 Chuẩn bị dụng cụ

- Cốc thủy tinh 1000 ml/cốc nhôm loại nhỏ

- Bể điều nhiệt

- Đũa khuấy( hoặc cánh khuấy)

- Micropipet

- Cân

- pH mét

2 Chuẩn bị hóa chất

- Enzyme dịch hóa ( Spezyme XTRA và Optimash TBG nên pha loãng 100 lần)

- Enzyme đường hóa ( Distillase ASP pha loãng 100 lần)

- Iot

- NaOH

- H3PO4

3 Tiến hành dịch hóa:

- Cân 150 g bột gạo vào 500ml nước cất , sử dụng đũa thủy tinh đảo trộn

- Bổ sung enzyme XTRA 0.1 ML/ kg sản phẩm nguyên liệu, Optimash TBG 0.2 ML/kg nguyên liệu,

- Tiến hành nâng nhiệt lên 85 °C ở bể ổn nhiệt , khuấy đảo liên tục, giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 60 phút

4 Tiến hành đường hóa, lên men đồng thời

- Làm nguội dịch xuống nhiệt độ 30°C bằng sử dụng nước làm mát bên ngoài

- Điều chỉnh pH 4,5 bằng dung dịch H3PO4 10% (kiểm tra bằng giấy quỳ hoặc máy đo pH)

- Bổ sung Ure 0.4 g/L dịch

- Bổ sung nấm men sử dụng dịch hoạt hóa sao cho mật độ tế bào nấm men khoảng 10 triệu tế bào/ml dịch lên men

- Lấy mẫu dịch lên men khoảng 10 ml để xác định các chỉ tiêu như nồng

độ chất khô (đo bằng chiết quang kế), pH (dùng giấy quỳ hoặc máy đo pH), độ chua (bằng phương pháp chuẩn độ)

- Tiến hành giữ dịch lên men ở nhiệt độ 30oC trong thời gian 72 h , định

kỳ sau 24h một lần lấy 10 ml dịch lên men để xác định các chỉ tiêu trên

- Lập đồ thị biểu diễn sự biến thiên các chỉ tiêu trên theo thời gian lên men

III Kết quả

1 Chuẩn bị dịch lên men

Thành phần Khối lượng

Độ Brix 18

2 Biểu đồ thay đổi Bx và pH theo thời gian lên men :

- Nhận xét biểu đồ :

+ Độ Bx dịch đường giảm mạnh trong 48 giờ đầu, hơi chững lại trong 24 giờ cuối

+ pH dịch giảm mạnh trong 24 giờ đầu tiên, giảm nhẹ trong 48 giờ tiếp theo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 4 5 6 7

Biểu đồ diễn biến pH và Bx theo thời gian lên men

Bx pH Thời gian lên men (giờ)

BÀI 3: KIỂM TRA CÁC CHỈ TIÊU SAU QUÁ TRÌNH LÊN MEN

I Mục đích thí nghiệm

- Xác định lượng đường sót và tinh bột sót lại trong dịch trong quá trình

lên men

- Xác định nồng độ chất khô của dịch lên men

- Xác định độ chua của dịch dấm chín.

- Xác định độ rượu

II Tiến hành thí nghiệm

1 Xác định đường sót, tinh bột sót

Nguyên tắc : Sử dụng axit thủy phân tinh bột và các đường phức thành các đường đơn giản, sau đó xác định đường khử bằng phương pháp Granxianop

- Tiến hành

+ Lấy 50 ml giấm chín cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vào đó 50 ml nước cất và 6 ml HCl đậm đặc (hoặc 10 ml HCl 25%), nối bình với ống sinh hàn khí dài ít nhất 50 cm Mặt khác lấy 50 ml dịch lọc giấm chín rồi cho vào một bình khác, cũng thêm nước và axit như mẫu giấm chưa lọc Sau khi nối ống sinh hàn khí, đặt cả hai bình tam giác vào nồi cách thuỷ và đun sôi 2 giờ Tiếp đó làm nguội tới nhiệt độ phòng rồi trung hoà bằng NaOH 10% tới khi màu của giấy quì chuyển sang xanh lơ Chuyển toàn bộ dịch vào hai bình định mức 250 ml rồi thêm nước tới ngấn bình, đem lọc qua giấy vào hai bình khô khác nhau + Dịch lọc của hai bình dùng để xác định đường theo phương pháp Graxianop

2 Xác định nồng độ chất khô của dịch lên men

Đo bằng chiết quang kế cầm tay

3 Độ chua của giấm chín

- Nguyên tắc

Độ chua của giấm chín cho biết mức độ nhiễm tạp khuẩn trong quá trình lên men

và có thể biểu diễn theo 2 cách:

- Biểu diễn theo số gam axit H2SO4 chứa trong 1 lít dịch giấm như các nhà máy rượu của ta vẫn làm

- Biểu diễn theo độ: Một độ chua là số ml NaOH có nồng độ 1N cần thiết để trung hòa axit tự do chứa tron 20 ml giấm Nếu ml NaOH quy về 1N là bằng 1, ta nói giấm chín có độ chua bằng 1 độ Một độ chua tương đương 2,45g H2SO4/lít

- Tiến hành

Lấy 1ml dịch lọc của giấm chín cho vào bình tam giác 250ml với 20ml nước cất Tiếp theo dùng dung dịch NaOH 0,1N để chuẩn đến xuất hiện màu hồng nhạt với chỉ thị phenolphtalein

4 Xác định độ rượu

- Tiến hành chưng cất

Sau lên men trước hết ta cần kiểm tra nống độ rượu trong giấm Muốn xác định nồng độ rượu trong dung dịch bất kì trước hết phải tách rượu khỏi các chất hòa tan khác bằng chưng cất, rồi đo nồng độ rượu bằng phương pháp đo nhiệt độ sôi

Lấy 100ml dịch chưa lọc vào bình cầu, sau đó thêm 100ml nước cất Nối bình cầu với ống sinh hàn, tiến hành chưng cất tới khi nước ngưng ở bình còn 2-3ml nữa thì tới ngấn 100ml Cất xong thêm nước cất đến ngấn bình, đậy kín và chuẩn bị đo độ rượu bằng phương pháp đo nhiệt độ sôi

III Kết quả

1 Xác định hàm lượng đường sót tinh bột sót

Tùy theo phương pháp xác định đường khử mà ta có cách tính toán kết quả khác nhau

- Nếu xác định đường theo phương pháp Ferixianua ta có:

x(g/100ml)=m a x 100

Trong đó a- số gam glucoza tương ứng với 20 ml ferixianua kali

m- số ml dịch lên men ở mẫu thí nghiệm

- Số ml giấm chín chưa lọc ở mẫu thí nghiệm m=25050 x b

- Số ml giấm chín lọc ở mẫu thí nghiệm m=25050 x b0

Với b, b0 – số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân ở mẫu giấm chín chưa lọc và đã lọc

- Tổng tinh bột và đường sót là:

x(g/100ml)=0 , 02 x 250 17 ,5 x 50 ∗100= ¿0,71 g/100ml -Lượng đường sót trong 100ml giấm chín đã lọc là:

0,025 x 250

22 ,7 x 50 x 100=0,55g/100ml -Hàm lượng tinh bột sót:

(0 ,73−0 ,55)∗0 ,9=0,144( g/100 ml)

2 Xác định nồng độ chất khô của dịch lên men

- Nồng độ chất khô dịch lên men là : 6 độ Bx

3 Độ chua của giấm chín

- Số ml NaOH 0.1 là 9 ml; độ chua là 9*2,45=22.05(g/ml)

4 Độ cồn

- Hàm lượng cồn có trong dịch dấm chín là 12.5% (v/v)