TÌM HIỂU VỀ MẬT RỈ PHỤ PHẨM TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nhiều vùng đất đai từ Bắc đến Nam rất thuận tiện cho phát triển trồng mía, nhất là các tỉnh ven biển miền Trung và Đông Nam bộ. Vì thế ngành sản xuất đường mía có tiềm năng rất lớn. Sau năm 1975, sản xuất đường mía được khuyến khích phát triển. Đến năm 1994, cả nước có 150.000 ha trồng mía, sản lượng 6,5 triệu tấn mía, sản xuất được 0,32 triệu tấn đường quy ra đường thô, trong đó 0,11 triệu tấn được sản xuất ở 14 nhà máy đường. Phát triển sản xuất đường mía là một định hướng đúng đắn, quan trọng. Tuy nhiên, sản xuất đường sử dụng một lượng lớn nước và cũng thải ra một lượng không nhỏ nước thải giàu chất hữu cơ dễ chuyển hóa, gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước. Đã có một vài nghiên cứu về xử lý nước thải và tái sử dụng các chất thải của sản xuất đường. Song việc ứng dụng và triển khai rộng rãi một cách có hiệu quả còn nhiều hạn chế. Đặc biệt việc xử lý nước thải còn nhiều bất cập. Nhiều hệ thống xử lý được xây dựng với vốn đầu tư lớn nhưng hoạt động không hiệu quả hoặc không hoạt động được gây tốn kém và làm nản lòng các nhà sản xuất. Trong tình hình đó, việc đầu tư nghiên cứu để kế thừa và lựa chọn quy trình công nghệ xử lý khả thi là rất cần thiết.

Trường ĐH Công Nghiệp TPHCM

Bùi Thùy Mai Trang Đinh Thị Hiền Trang Đặng Thị Ngọc Vi Trần Thị Thanh Huyền Đậu Huy Thọ

Lớp: ĐHTP5LT

TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2011

thuận tiện cho phát triển trồng mía, nhất là các tỉnh ven biển miền Trung và Đông Nam bộ.

Vì thế ngành sản xuất đường mía có tiềm năng rất lớn

Sau năm 1975, sản xuất đường mía được khuyến khích phát triển Đến năm 1994, cảnước có 150.000 ha trồng mía, sản lượng 6,5 triệu tấn mía, sản xuất được 0,32 triệu tấnđường quy ra đường thô, trong đó 0,11 triệu tấn được sản xuất ở 14 nhà máy đường

Phát triển sản xuất đường mía là một định hướng đúng đắn, quan trọng Tuy nhiên,sản xuất đường sử dụng một lượng lớn nước và cũng thải ra một lượng không nhỏ nước thảigiàu chất hữu cơ dễ chuyển hóa, gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước

Đã có một vài nghiên cứu về xử lý nước thải và tái sử dụng các chất thải của sản xuấtđường Song việc ứng dụng và triển khai rộng rãi một cách có hiệu quả còn nhiều hạn chế.Đặc biệt việc xử lý nước thải còn nhiều bất cập Nhiều hệ thống xử lý được xây dựng vớivốn đầu tư lớn nhưng hoạt động không hiệu quả hoặc không hoạt động được gây tốn kém vàlàm nản lòng các nhà sản xuất Trong tình hình đó, việc đầu tư nghiên cứu để kế thừa và lựachọn quy trình công nghệ xử lý khả thi là rất cần thiết

Bảng: Thành phần hóa học của chất thải rắn từ sản xuất đường

% Khối lượng

Như vậy ta thấy nếu công suất thực ép 7,2 triệu tấn ở 40 nhà máy đường tổng lượngmật rỉ thu được khoảng 324.000 tấn Như vậy, việc xử lý rỉ đường và sử dụng rỉ đường phếphụ phẩm là cần thiết cho các nhà máy sản xuất đường

1.1 SƠ LƯỢC VỀ MẬT RỈ

Mật rỉ là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường, sản phẩm cuối cùng của quátrình sản xuất đường mà từ đó đường không còn có thể kết tinh một cách kinh tế nữa bởi cáccông nghệ thông thường Số lượng và chất lượng của mật rỉ phụ thuộc vào giống mía, điềukiện trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường

Khoảng 75% tổng mật rỉ thế giới được sản xuất từ mía (Saccharum officinarum) và

đa phần còn lại có từ củ cải đường (Beta vulgaris) Mía được trồng ở các nước nhiệt đới

(châu Á và Nam Mỹ), còn củ cải đường có nguồn gốc ở các vùng ôn đới (Châu Âu và BắcMỹ) Thành phần chính của mật rỉ là đường, chủ yếu là sucroza với một ít glucoza vàfructoza Sản lượng mật rỉ bằng khoảng 1/3 sản lượng đường sản xuất Cứ khoảng 100 tấncây mía đem ép thì có 3 - 4 tấn mật rỉ được sản xuất

1.1.1 Thành phần mật rỉ

Rỉ đường chiếm từ 3 – 3,5% trọng lượng mía đường ép Thông thường 10 triệutấn mía cho ra 250.000 tấn rỉ đường Ngoài việc có hàm lượng đường saccharose cao, rỉđường còn chứa một lượng đáng kể nitrogen, vitamin, các muối vi lượng

Thành phần rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, phương phápsản xuất đường, điều kiện vận chuyển bảo quản rỉ đường

Thông thường rỉ đường có tới 80 - 85% chất khô, trong đó chủ yếu là đường

tổng 0,45 - 2,88% và chất khoáng 3 - 4% Các chất hữu cơ có trong rỉ đường là các acid,rượu, acid amin, purine và các vitamin

Bảng 1.1: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của rỉ đường

 Đường

Đường nghịch đảo của mật rỉ bắt nguồn từ mía và từ sự thuỷ phân saccharoza trongquá trình chế biến đường Tốc độ phân giải tăng lên theo chiều tăng của nhiệt độ và độ giảmhay tăng của pH tuỳ theo thuỷ phân bằng acid hay kiềm

Sự phân giải saccharoza thành glucoza và fructoza vừa là sự mất mát saccharoza vừa

là sự yếu kém về chất lượng bởi vì glucoza và fructoza sẽ biến thành acid hữu cơ và hợp chất

màu dưới điều kiện thích hợp Trong môi trường kiềm, fructoza có thể biến thành acid lactic,

còn tác dụng với acid amin, peptit bậc thấp của dung dịch đường để tạo nên hợp chất màu.Tốc độ tạo melanoidin phụ thuộc và pH mật rỉ rất thấp ở pH = 4,9 và mật rỉ rất cao ở pH = 9.Trong mật rỉ còn có trisaccharit hay polysaccharit Trisacarit gồm 1 mol glucoza và 2 molfructoza Polysaccharit gồm dextran và levan

Những loại đường này không có trong nước mía và được các vi sinh vật tạo nên trongquá trình chế biến đường

Nitơ tổng số trong mật rỉ mía của Mỹ xê dịch trong khoảng 0,4 ÷1,5% trung bình là0,7% trọng lượng của mật rỉ Theo Matubara và cộng sự, mật rỉ mía có tất cả các acid aminnhư trong mật rỉ củ cải Trong quá trình chế biến, lượng đáng kể glutamin và acid glutamic

bị biến thành pyrolidoncacbonic Nếu thủy phân bằng acid hoặc kiềm mạnh thì acidpyrolidoncacbonic sẽ biến trở lại thành L-AG

Hợp chất phi đường không chứa Nitơ bao gồm pectin, araban, galactan hoặc các sảnphẩm thuỷ phân của chúng là arabinoza và galactoza, chất nhầy, chất màu và chất thơm.Pectin bị kết tủa trong quá trình chế biến đường nhưng các chất vừa nói không kết tủa và gầnnhư toàn vẹn đi vào mật rỉ (1,22 ÷1,56%)

Các chất màu của mật rỉ bao gồm các chất caramen, melanoit, melanin và phức

gốc sâu xa từ sự biến đổi của saccharoza Có thể chia các hợp chất màu thành nhiều nhóm:

Xuất hiện nhờ quá trình nhiệt phân saccharoza kèm theo loại trừ nước và không chứamột chút Nitơ nào Khi pH không đổi, tốc độ tạo chất caramen tỷ lệ thuận với nhiệt độ phảnứng

 Phức chất polyphenol-Fe +2

nước mía và đi vào mật rỉ

Đây là sản phẩm ngưng tụ của đường khử và acid amin mà chủ yếu là acid aspartic.Sản phẩm ngưng tụ quen biết nhất là acid fuscazinic đóng vai trò quan trọng làm tăng độmàu của mật rỉ.

Được trùng hợp từ 66 ÷ 68 các đơn vị cấu tạo của acid amin Từ đó phân tích ra đượckhoảng 52÷53 gốc acid aspartic, 5 gốc acid amino - β - butyric, 2 gốc acid glutamic, 2 gốc β-amino propionic và 1 gốc acid p - butyric, 2 gốc acid - p - amino - izovaleric Ngoài ra mật

rỉ còn chứa hợp chất màu nâu có công thức cấu tạo C17-18H26-27O10N

Có trong mật rỉ chủ yếu là pectin, chất sáp và chất nhầy Các chất này ảnh hưởng rấtnhiều đến sự phát triển của vi sinh vật tạo thành màng bao bọc quanh tế bào ngăn cản quátrình hấp thụ các chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất của tế bào ra ngoài môitrường

Ngoài ra các chất keo là nguyên nhân chính tạo ra một lượng bọt lớn trong môitrường cấy vi sinh vật, giảm hiệu suất sử dụng thiết bị

Bảng 1.2: Thành phần tro so với chất khô của mật rỉ mía và mật rỉ củ cải (%)

do muối Kali được dùng để bón cho mía, còn muối canxi và gốc sunfat được thêm vàogiai đoạn xử lý nước mía và đường tinh luyện

Bảng 1.4: Phân loại mật rỉ theo số lượng vi sinh vật tạp nhiễm

Loại rỉ đường Số lượng vi sinh vật trong

Na2SO4) và các acid hữu cơ tự do

Qua đó pH của mật rỉ bị thay đổi rất ít khi tiếp tục thêm acid HCl hay H2SO4 Lựcđệm của rỉ đường biểu hiện mạnh nhất ở pH = 3,0 ÷ 5,0; trung bình ở pH = 5,0 ÷ 6,0; rất ít ở

pH = 6,0 ÷ 7,07

1.1.5 Một số phương pháp xử lý mật rỉ mía

chất màu, acid hữu cơ dễ bay hơi và vi sinh vật tạp nhiễm Yoshii và cộng sự đã nghiên cứu

cố định invertaza để thuỷ phân saccharoza Điều kiện tối ưu cho phản ứng là pH = 5,5 và

men và thủy phân saccharoza theo phương pháp liên tục trong thiết bị có cánh khuấy vàkhẳng định 95% saccharoza của mật rỉ mía nồng độ 55% đã được chuyển hoá thành glucoza

và fructoza ở 500C trong 7 giờ

1.2 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT RỈ ĐƯỜNG

Rỉ đường là một phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất đường Do vậy để tìmhiểu phương pháp sản xuất rỉ đường ta đi tìm hiểu về quy trình sản xuất đường

Quá trình sản xuất đường gồm 3 giai đoạn chủ yếu: Lấy nước mía, làm sạch dungdịch nước mía, kết tinh tinh thể saccharose và xử lý thành đường thành phẩm Trong đó làmsạch nước mía là khâu quan trọng quyết định chất lượng đường thành phẩm Dựa vào đó cóthể phân loại các phương pháp sản xuất đường: Sản xuất theo phương pháp vôi, phươngpháp SO2 hoặc phương pháp CO2

1.2.1.2 Thuyết minh quy trình

Mía cây sau khi thu hoạch được tập trung ở bãi mía Thời gian để ở bãi nhiều nhất là2-3 ngày để tránh tổn thất đường cho mía, tốt nhất là được ép ngay Mía cây từ bãi mía đượccẩu lên bục xã mía Từ bục xã mía được chuyển xuống băng tải mía, qua máy san bằng đi

vào máy băm mía và đi vào máy đánh tơi Mía sau khi qua hai máy băm mía và máy đánh tơi

độ xé tơi của mía có thể đạt 80-85% Mía tiếp tục qua máy san bằng, máy khử sắt rồi đi vào

hệ máy ép Nước mía đi ra từ hệ máy ép được gọi là nước hỗn hợp và chuyển sang bộ phậnlọc cảm, vụn mía

Nước mía hỗn hợp qua cân nước mía được ra vôi sơ bộ đến pH = 6.8 - 7.0 có thể bổ

được hấp thụ vào nước mía Sau đó, nước mía được gia nhiệt lần thứ 2 đến nhiệt độ từ

100-1040C và đi vào thiết bị lắng

Nước mía sau khi lắng được gọi là nước mía trong hoặc chè vàng, còn nước bồn đưa

đi lọc chân không hoặc lọc ép được nước lọc trong hỗn hợp với nước mía trong

đi qua hệ thống xử lý lắng nồi để loại các tạp chất lơ lửng sau đó đi xông SO2 để tẩy màu vàđược mật chè tinh

Mật chè tinh đưa đi nấu đường và thực hiện chế độ nấu với 3 loại đường non A, B,C.Đường non A sau khi trợ tinh, phân mật được đường A là đường thành phẩm và mật nguyên

non B qua trợ tinh, phân mật được đường B và mật B Đường B hỗn hợp với mật chè hoặcnước nóng tạo đường hồ làm giống nấu đường non A, còn mật B dung để nấu đường non C.Đường C hoà tan nấu lại đường non A và mật rỉ (mật cuối) hay là rỉ đường mà chúng ta đangtìm hiểu

Sơ đồ nấu đường 3 hệ:

Đường A sau khi ly tâm được đưa đi sấy khô trong thiết bị sấy đứng hoặc sấy ngang,sấy sàng rung Sau sấy thu được đường thành phẩm Một phần đường non C không thể kếttinh ta thu được phụ phẩm là rỉ đường

1.3 CÔNG NGHỆ LÀM TRONG RỈ ĐƯỜNG BẰNG POLIME

Trong công nghệ sản xuất lên men từ rỉ đường, khâu quan trọng đầu tiên là xử lý rỉđường, ở nước ta vẫn xử lý theo phương pháp cổ điển, phương pháp này có khá nhiều nhượcđiểm: thời gian tách cặn kéo dài không triệt để, hao tổn điện, hơi nước, nước cao, không antoàn lao động, chi phí cao Để khắc phục các nhược điểm trên, năm 1998 ông Phạm Tuấn Tài

đã nghiên cứu đưa vào ứng dụng trong sản xuất phương pháp xử lý cặn rỉ đường bằngpolime cho kết quả tốt

1.3.1 Lựa chọn polime

Quá trình nghiên cứu thăm dò đã thử nghiệm dùng 45 loại polime thuộc cả 3 nhómđiện tính AN và C: Loại polime mang điện tính dương có khả năng kết lắng rỉ đường tốt hơn;Phối hợp giữa polime có điện tích dương thấp và polime có điện tích âm cao cho kết quả táchcặn rỉ đường tốt nhất

1.3.2 Phương pháp tiến hành

Dùng nước sạch hoà tan hoàn toàn C510H ở nồng độ 0,2% - 0,5% sau 1h đến 24h.Dùng để lắng trong rỉ đường tốt nhất là sau 12 giờ đến 24giờ Rỉ đường pha loãng 2 lầnthường có nồng độ 35 độ Bx - 38 độ Bx Cho từ từ dịch pha loãng C510H quấy đều lượng sửdụng từ 1,5 x 10 mũ -5 C5H10 so với rỉ đường đặc trong 5 phút rồi để lắng từ 1-2giờ, táchcặn Phần cặn được tách ra cho tiếp 1% lượng C510H so với lượng cặn dưới dạng dung dịch1% cặn sẽ đóng bánh Có thể đem chế biến phân hữu cơ tận thu lượng dịch còn trong cặn

1.3.3 Kiểm tra kết quả ảnh hưởng của phương pháp

Xét về cấu trúc của polime cũng thấy không ảnh hưởng gì xấu đến quá trình lên men.

Để thận trọng hơn đã cho thử quá trình lên men theo cả 3 phương pháp đều cho kết quả khảquan hơn là: hiệu suất tăng 4-8%

Ưu điểm của CN/TB: Thao tác đơn giản; an toàn lao động và thiết bị, chi phí điệnthấp không dùng hơi nhiệt, nước làm mát nên chi phí thấp, làm giảm lượng đường, giảm độnhớt và áp suất thẩm thấu của dung dịch lên men, men hoạt động triệt để, hiệu suất lên mentăng, tận dụng cặn làm phân vi sinh hiệu quả lớn

1.4 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ

1.4.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tại Việt Nam

Nước ta có nhiều vùng trồng mía rất tốt Ở miền Bắc, mía được trồng nhiểu ở các tỉnhdọc sông Hồng, sông Đáy, sông Mã và sông Lambda Ở miền Nam, mía được trồng nhiều ởcác tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Phú Yên, Khánh Hòa, Tây Ninh Chúng ta có một sốnhà máy đường tương đối hiện đại sản xuất đường từ mía như nhà máy đường Việt Trì (PhúThọ), sông Lambda (Nghệ An), Lam Sơn (Thanh Hóa) và một số nhà máy đường ở QuảngNgãi, Phú Yên, Đồng Nai, Bình Dương, Đồng Tháp

Để sản xuất đường, hằng năm Việt Nam phải trồng được từ 10 đến 12 triệu tấn míacây với diện tích canh tác từ 250.000 đến 300.000 ha chủ yếu là đất bạc màu và vùng nhiễmphèn nặng (không trồng được các loại cây khác) Chế biến 10 triệu tấn mía để làm đườngsinh ra 250.000 tấn mật rỉ

Hằng năm, nhà máy đường Sông con sản xuất từ 19.000 đến 20.000 tấn đường và từ7.600 đến 8.000 tấn mật rỉ, Nhà máy đường liên doanh sản xuất ra từ 110.000 đến 120.000tấn đường và từ 44.000 đến 48.000 tấn mật rỉ, là nguyên liệu chính để sản xuất cồn

Lượng mật rỉ trong nước làm ra tương ứng với 40-50% sản lượng đường, nhưng nhucầu của nhiều ngành công nghiệp chế biến trong nước sử dụng để làm ra nhiều loại hóa chất,cồn, phân bón, thức ăn chăn nuôi hiện rất lớn

Trước khi thực hiện chương trình 1 triệu tấn đường, mật rỉ được xem như là chất thải,giá rất bán rẻ Nhưng những năm gần đây, trong vụ ép chính, các nhà máy đường bán thuđược từ 600 đến 700 đồng/kg mật rỉ Từ đầu năm 2008 đến nay trên thị trường miền Trunggiá mật rỉ đường liên tục tăng, đến nay đã đạt mức kỷ lục 1.500 – 1.600 đ/kg, thậm chí có nơilên 1.900 đ/kg (năm trước giá chỉ nằm ở mức 250 – 300 đ/kg)

Lượng rỉ đường của Nhà máy đường Cam Ranh và Ninh Hòa tập trung bán cho Nhàmáy sản xuất bột ngọt Vedan, do chi phí vận chuyển bằng đường bộ khá cao nên giá rỉđường ở khu vực phía Nam là 500 đồng/kg nhưng tại Khánh Hòa giá chỉ 380 đồng/kg , ngoài

ra trong năm 2003 Nhà máy sản xuất bột ngọt Vedan đã nhập 2 tàu rỉ đường của các nước

trong khu vực, với hình thức vận chuyển bằng đường thủy Hàng năm công ty Vedan cần tới

500000 tấn rỉ đường để sản xuất

1.4.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tại thế giới

Ngành công nghiệp sản xuất đường càng phát triển thì lượng rỉ đường thải ra càngnhiều Lượng rỉ đường thải bỏ hằng năm trên toàn cầu vào khoảng 30 triệu tấn Tuy nhiênhầu hết các công ty đều không chú trọng đến việc đầu tư chế biến rỉ đường Ở một số nơi thìbán đi với giá rẻ cho các ngành công nghiệp như sản xuất cồn, mì chính, nấm men côngnghiệp, thức ăn chăn nuôi, thậm chí có nơi còn bỏ đi không dùng đến

Brazil là nước sản xuất đường lớn nhất trên thế giới, tiếp theo là các nước Pakistan,Trung Quốc, Thái Lan…Tại khu vực Trung- Nam Brazil các nhà máy đường đã thu hoạchđược 214,3 triệu tấn mía tính đến ngày 31/7/2008, tăng 11,6% so với mức 192 triệu tấn củacùng kỳ năm trước Riêng 2 tuần cuối tháng 7/2008, các nhà máy đường đã thu hoạch đượckhoảng 38 triệu tấn mía Như vậy lượng rỉ đường sản xuất ra là rất lớn Các nhà máy đườngvẫn tiếp tục ưu tiên cho việc tận dụng rỉ đường để sản xuất ethanol, với khoảng 60% sảnlượng mía thu hoạch đã dùng để sản xuất nhiên liệu ethanol, thay vì đường

Sản lượng mì chính toàn cầu sản xuất theo phương pháp lên men dự tính khoảng 1,25triệu tấn/năm Nguyên liệu chính dùng để sản xuất mì chính là rỉ đường khoảng 4 tấn rỉđường cho 1 tấn mì chính, do vậy lượng rỉ đường cần cho việc phát triển ngành công nghiệpnày là vô cùng lớn

Hiện nay đường sản xuất trên thế giới đang ở tình trạng tồn đọng và bị ép giá Tuynhiên, tiềm năng về mặt năng lượng và các sản phẩm phụ của ngành mía đường đang mở cho

nó một số triển vọng lâu dài sáng sủa hơn

Đây là thông tin hết sức tốt đẹp đối với ngành mía đường toàn cầu, là ngành có thểtạo ra những lượng lớn "năng lượng xanh" và vô số sản phẩm phụ mà phần lớn trong đó hiệnđang được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch

Sản xuất rượu cồn từ rỉ đường hiện đang rất được quan tâm và quy trình công nghệđược cải tiến để ngày một hoàn chỉnh hơn

Sản lượng mì chính toàn cầu sản xuất theo phương pháp lên men dự tính khoảng 1,25triệu tấn/năm, trị giá khoảng 1,5 tỷ USD Nguyên liệu sản xuất mì chính phổ biến nhất theocông nghệ lên men là rỉ đường Khoảng 4 tấn rỉ đường cho 1 tấn mì chính Rỉ đường có một

số ưu điểm chính: rẻ, sẵn có và có hàm lượng hyđrat-cacbon cao, không cần phải xử lý trước

Đường củ cải, đường mía là nguyên liệu đầu để sản xuất hàng loạt các hợp chất tinhkhiết có tính chất bồi bổ/dinh dưỡng cao hoặc dùng trong công nghệ như các aminoacid,steroit và hormon v.v Rồi đây ngành sản xuất đường mía sẽ trở nên một ngành công nghệsinh học ít gây ô nhiễm và có năng lực sản xuất lớn

2.1 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT CỒN

Cồn là một sản phẩm vô cùng quan trọng trong công nghệ lên men rỉ đường Cồnđược sử dụng trong y tế để sát trùng, sử dụng trong công nghệ nhẹ như một hoá chất hoặcdung môi Ngoài ra còn được sử dụng thử nghiệm như một nhiên liệu

2.1.1 Quy trình sản xuất

2.1.2 Thuyết minh quy trình

Rỉ đường: Nguyên liệu chính quyết định chất lượng cồn và hiệu suất thu hồi có hàmlượng saccharose 30-33%, đường khử 16-18%, các chất hữu cơ 6-7%, vô cơ 7-9%

với tỷ lệ xác định Lượng acid cho vào phụ thuộc tính acid của rỉ đường

Rỉ đường sau khi pha loãng và acid hoá, ta tiếp tục bổ sung các chất dinh dưỡng cầnthiết cho sự sinh trưỏng và phát triển của nấm men trong quá trình lên men

Nấm men sử dụng để lên men dịch đường: Sacharomyces cerevisiae.

Nấm men này có khả năng biến các loại đường có trong mật rỉ thành rượu nhanh,triệt để và chịu được áp suất thẩm thấu cao, đồng thời tạo ít các sản phẩm trung gian và sản

Sục khí

Cồn dầu

Bã hèmPhát triển men

phẩm phụ Tế bào thường có hình tròn hoặc ovan, chu kỳ sinh trưỏng của một thế hệ rấtnhanh.

Tiêu chuẩn của dấm chín:

- Độ chua của dịch khoảng 2,8 – 4,0, tương đương pH = 3,5 – 4,8

- Hàm lượng đường sót khoảng 1,75 – 1,8%

- Hàm lượng rượu: đạt khoảng 6,5 – 8%V

hệ thống đường ống dẫn đến hệ thống thu nén làm sạch

Quá trình chưng cất và tinh chế:

- Chưng cất: là quá trình tách rượu cùng các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín, kếtthúc quá trình ta thu được cồn thô

- Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ, kết thúcquá trình ta thu được cồn tinh chế

Hệ thống chưng cất và tinh chế gồm 3 tháp và các thùng làm lạnh ngưng tụ cồn, trong

đó gồm 3 tháp chính:

- Tháp thô: có tác dụng tách rượu khỏi dấm chín để thu cồn thô

- Tháp trung gian: chủ yếu tách andehyt ra khỏi cồn thô và thu một phần cồn đầu

- Tháp tính chế: tách các tạp chất còn lại và nâng cao độ cồn đạt tiêu chuẩn

2.1.3 Ứng dụng trong đời sống

Năm 2007, Ngành Nông nghiệp và Phát triển nông thôn có nguồn nguyên liệu là550.000 tấn rỉ mật, có thể sản xuất được 155 triệu lít cồn/năm Các cơ sở sản xuất cồn nhiênliệu từ rỉ mật có tổng công suất là 60 triệu lít/năm, bao gồm: Lam Sơn công suất 6 triệulít/năm, Quảng Ngãi công suất 3 triệu lít/năm, Tuy Hòa công suất 6 triệu lít/năm, Hiệp Hòacông suất 6 triệu lít/năm, Long Mỹ Phát công suất 6 triệu lít/năm, Sơn Hà công suất 6 triệulít/năm,…Các nhà máy cồn Lam Sơn và Tuy Hòa có công nghệ thiết bị hiện đại, hệ thốngchưng cất bao gồm 5 tháp, sản xuất cồn thực phẩm, còn các nhà máy khác tùy theo yêu cầuthị trường cung ứng các loại cồn thực phẩm, nhiên liệu hoặc làm nguyên liệu để sản xuất cồnthực phẩm Nhà máy có công suất lớn nhất là nhà máy cồn Lam Sơn thuộc công ty cổ phầnmía đường Lam Sơn có công suất 25 triệu lít/năm, phát huy 60% công suất, do thiếu nguyênliệu Mặt khác, việc xử lý môi trường do sản xuất cồn từ dích hèm, bã hèm cũng rất tốn kém

và triệt để cũng là khó khăn cho nhà sản xuất Về giá, giá thành sản xuất cồn tại các nhà máysản xuất đường cũng thường xuyên biến động phụ thuộc vào giá mật rỉ cà chi phí nhiên vậtliệu Tuy nhiên, nếu sản xuất cồn tinh luyện giá thành bình quân khoảng 6.000 đ/lít và cồn

thô khoảng 3.500 đ/lít Có năm giá bán cồn nâng lên khoảng 7.900 đ/lít cồn tinh luyện vàcồn thô vào khoảng 5.000 đ/lít Cá biệt có những năm giá bán cồn nâng lên khoảng 10.000 –11.000 đ/lít (năm 2005) và sản lượng do các nhà máy sản xuất ra không đáp ứng nhu cầu(chủ yếu la nhập khẩu) Việc xuất khẩu cồn tập trung vào các thị trường như Hàn Quốc, NhậtBản và Đài Loan Việc xuất khẩu cồn đã đem lại việc làm cho các đơn vị sản xuất thùng phi,lực lượng vận tải, cho thuê kho xitec tại các cảng biển Đối với tiêu dùng nội địa, lượng cồnsản xuất đã đáp ứng các nhu cầu cho y tế, phục vụ công nghiệp bảo quản, chế biến gỗ….

2.2 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC

Rượu etylic được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau Nó được làm dungmôi trong sản xuất cao su tổng hợp, sản xuất este, để pha chế rượu uống và làm chất sáttrùng trong y học Trên thế giới đa số đều sản xuất rượu theo phương pháp lên men, chỉ ít làsản xuất rượu theo phương pháp tổng hợp Rượu etylic là sản phẩm chủ yếu trong quá trìnhlên men rượu

2.2.1 Quy trình sản xuất

2.2.2 Thuyết mình quy trình sản xuất

 Chuẩn bị nguyên liệu

Rỉ đường được pha loãng đến nồng độ 50-55% chất khô Gia nhiệt rỉ đường ở

lên tới 10-18% Đây là nồng độ thích hợp nhất cho quá trình lên men Nếu cao hơn năng lựclên men giảm và nếu nồng độ đường quá thấp sẽ không tạo điều kiện cho quá trình lên menxảy ra Trong thực tế, ở nồng độ 30-35% thì sư lên men bị đình chỉ cho dù có loại nấm menkhả năng lên men ở nồng độ đường lên đến 60%

 Lên men

Phương trình tổng quát của quá trình lên men:

C6H12O6 + 2 ADP +2 H3PO4 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Chuẩn bị nguyên liệu

Lên men

Chưng cất dịch lên men

Đóng chai

Đây là sự lên men rượu thông thường Sự lên men rượu thông thường xảy ra ở điều

Trong quá trình này, đường được chuyển hoá thành acid Pyruvic theo chu trình EMP,

ở giai đoạn chuyển hoá từ Glyxeraldehit-3 photphat đến acid 1,3diphotphoglyxeric sẽ có 3

andehit axetic thành rượu etylic Quá trình lên men chia thành 2 thời kỳ:

NDH2 NAD+

- Thời kỳ tĩnh:

Khi aldehyt axetic tạo thành được một lượng nhất định, nó trở thành chất nhận Hydro

và tạo thành rượu etylic

- Chưng cất dịch lên men:

Dịch lên men chứa 4.5- 6% rượu tách lấy nấm men và cất trên thiết bị cất có thiết bịngưng tụ hồi lưu và thiết bị làm lạnh

- Pha loãng dung dịch chưng cất có độ rượu cao khoảng 60%:

Tùy theo mục đích sử dụng mà ta có thể pha loãng thành các độ rượu khác nhau Vídụ: Để uống thì thì pha loãng độ rượu xuống 30-35%, để sát trùng thì yêu cầu độ rượu caohơn hoặc để sản xuất dấm thì độ rượu rất loãng

2.2.3 Ứng dụng trong đời sống

Etanol có thể sử dụng như nhiên liệu cồn (thông thường được trộn lẫn với xăng) vàtrong hàng loạt các quy trình công nghệ khác) Etanol cũng được sử dụng trong các sản phẩmchống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó Tại Hoa Kỳ, Iowa là bang sản xuất etanolcho ôtô với sản lượng lớn nhất

Nó dễ dàng hòa tan trong nước theo mọi tỷ lệ với sự giảm nhẹ tổng thể về thể tích khihai chất này được trộn lẫn nhau Etanol tinh chất và etanol 95% là các dung môi tốt, chỉ ítphổ biến hơn so với nước một chút và được sử dụng trong các loại nước hoa, sơn và cồnthuốc Các tỷ lệ khác của etanol với nước hay các dung môi khác cũng có thể dùng làm dungmôi Các loại đồ uống chứa cồn có hương vị khác nhau do có các hợp chất tạo mùi khácnhau được hòa tan trong nó trong quá trình ủ và nấu rượu Khi etanol được sản xuất như là

đồ uống hỗn hợp thì nó là rượu ngũ cốc tinh khiết

Dung dịch chứa 70% etanol chủ yếu được sử dụng như là chất tẩy uế Etanol cũngđược sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ khoảng 62% Khảnăng khử trùng tốt nhất của etanol khi nó ở trong dung dịch khoảng 70%, nồng độ cao hơnhay thấp hơn của etanol có khả năng kháng khuẩn kém hơn Etanol giết chết các vi sinh vậtbằng cách biến tính protein của chúng và hòa tan lipid của chúng Nó là hiệu quả trong việcchống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus, nhưng không hiệuquả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn

P

Rượu vang chứa ít hơn 16% etanol không tự bảo vệ được chúng trước vi khuẩn Dođiều này, vang Bordeaux thông thường được làm nặng thêm bằng etanol tới ít nhất 18%etanol theo thể tích để ngăn chặn quá trình lên men nhằm duy trì độ ngọt và trong việc phachế để lưu trữ, từ thời điểm đó nó trở thành có khả năng ngăn chặn vi khuẩn phát triển trongrượu, cũng như có thể lưu trữ lâu năm trong các thùng gỗ có thể 'thở', bằng cách này vangBordeaux có thể lưu trữ lâu năm mà không bị hỏng Do khả năng sát khuẩn của etanol nêncác đồ uống chứa trên 18% etanol theo thể tích có khả năng bảo quản lâu dài.

Nhóm hydroxy trong phân tử etanol thể hiện tính acid cực yếu, nhưng khi xử lý bằngkim loại kiềm hay các bazơ cực mạnh, ion H+ có thể bị loại khỏi để tạo ra ion ethoxit C2H5O-

2.2.4 Tìm hiểu về thực tế sản xuất rượu Vạn Phát – tỉnh Phú Yên

Có thể nói, tất cả các khâu trong quá trình sản xuất rượu đều được tuân thủ theo mộtquy trình khép kín Đầu tiên là khu trộn mật, nơi chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình sản xuấtrượu Mật mía (rỉ đường) được chọn lọc, acid hóa tạo độ pH phù hợp, hòa loãng, và lên mentrong nhưng chiếc bồn chứa lớn được đặt trên cao, thời gian ủ lên men là 36 giờ

Hình 2.1: Những chiếc bình trộn mật mía

Rỉ đường sau khi ủ xong thành dấm chín sẽ được đưa vào các bể chứa, sau đó là được

đưa vào làm nguyên liệu cho hệ thống gồm 4 tháp, nơi thực hiện các phản ứng hóa học tiếptheo

Hình 2.2: Các bể chứa Hình 2.3: Hệ thống tháp phản ứng – chưng cất

Dấm chín được đưa vào tháp thứ nhất (tháp thô), và sản phẩm thu được từ tháp nàygồm bã hèm và một hỗn hợp dung dịch gồm nhiều chất được đưa sang tháp tiếp theo là tháp

chưng Cồn dầu là sản phẩm thu được tại tháp chưng, thực chất vẫn còn chứa nhiều chất độc

hại Sản phẩm từ tháp chưng lại là nguyên liệu cho hệ thống tháp tinh chế Từ đây, bằngphương pháp chưng cất phân đoạn, thu được dầu fusel, và sản phẩm cuối cùng là cồn thựcphẩm Tất nhiên để đảm bảo chất lượng và an toàn, các tháp đều được làm bằng nhôm vàtuyệt đối kín vì áp suất và nhiệt độ trong tháp rất cao, nếu có rò rỉ nhỏ đều có nguy cơ dẫnđến nổ tháp

Hình 2.4: Rượu thành phẩm (mẫu)

Tuy nhiên, nhằm góp phần tận dụng tối đa sản phẩm thừa, vừa góp phần làm giảm

các ứng dụng khác: Bã hèm thì được dùng làm thức ăn chăn nuôi, phân vi sinh - hữu cơ

vực luyện kim,…

Hình 2.5: Hệ thống nén CO 2 Hình 2.6: Tuyết khô (CO 2 )

Và cũng góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường, hệ thống xử lý nước làm mát, làmsạch thiết bị là một hệ thống nước tuần hoàn Nước được lấy từ trên núi xuống để sử dụng,sau đó thải ra rồi tập trung vào một ống dẫn đưa đến hệ thống làm mát Nước sau khi xử lýlại được bơm vào bể chứa rồi lại được đưa vào sử dụng

2.3 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT RƯƠU RUM

Rum là một loại đồ uống có độ rượu, có mùi thơm dễ chịu

Rum được sản xuất từ rỉ đường và cả từ nước cất mía Tuy nhiên giá thành Rum chếbiến từ rỉ đường thấp hơn nhiều so với việc chế biến từ nước ép Ngoài ra nó còn có vị vàhương thơm đặc trưng, chu kỳ sản xuất ngắn hơn

Rượu Rum là loại đồ uống được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới

2.3.2 Thuyết mình quy trình

 Chuẩn bị nguyên liệu

Để sản xuất Rum quan trọng nhất là tỷ lệ đường so với tro của rỉ đường Theo tínhtoán tỷ lệ tốt nhất là lường đường : tro là 6.5 : 1 Rỉ đường được pha loãng đến nồng độ 55%

lên men đến 12-14%

 Lên men

Để sản xuất Rum người ta dùng nấm men Sizo sacharomyces (5-10% so với dung

hàm lượng đường trong dịch lên men giảm xuống còn 5.5-6 g/ml thì cho vi khuẩn Butylic

granulobacter vào 2-3% thể tích dịch và giữ nhiệt độ lên men ở 29-300C trong 4 ngày

 Chưng cất dịch lên men

Dịch lên men chứa 4.8-5.8%, tách lấy nấm men và cất trên thiết bị cất có tháp tinhchế, thiết bị ngưng tụ hồi lưu và thiết bị làm lạnh

 Tàng trữ và để ngấu

Rum thô có độ đậm đặc 60% được pha loãng đến 50% rồi được chuyển vào thùng gỗ

Cấy nấm menCho vào thùng nuôi cấy

Phối trộn

Rỉ đường mía

ÉpThành phẩm

2.4.2 Thuyết minh quy trình

 Nguyên liệu

 Vi sinh vật

Để sản xuất nấm men bánh mì người ta sử dụng chủ yếu là các chủng Saccharomyces

cerevisiae Chủng này bền nhiệt, có thể sinh sản nhanh đồng thời kéo dài hoạt tính enzim của

mình ở nhiệt độ cao

môi trường nuôi cấy:

+ Nồng dộ glucoza: trong sự sinh trưởng hiếu khí của men bánh mì với nồng độ 20

+Đường: Nồng độ đường là nhân tố cơ bản quy định sự sinh trưởng và tốc độ lênmen của nấm men Nồng độ đường quá thấp thì không đủ cho nấm men phát triển còn nếuquá cao sẽ dẫn đến sự tạo thành rượu Đây là kết quả không có lợi cho nuôi cấy Để hạn chếhiện tượng này cần nuôi cấy nấm men ở nồng độ đường rất thấp

Hàm lượng chất chứa nitơ: 2-4%

Ngoài những thành phần có ích cho sự sinh trưởng của nấm men, rỉ đường cũng cóthể chứa các hợp chất có hại có thể làm hỏng quá trình sản xuất nấm men:

Rỉ đường có màu tối nên men làm ra tối màu

Có thể dễ dàng nhiễm vi sinh vật có thể gây nên những vấn đề trong lên men và sựxếp loại chất lượng dựa vào nồng độ các vi sinh vật tạp nhiễm Rỉ đương bị nhiễm tạp mạnh

có đặc điểm chất khô nằm dưới 75%, pH dưới 7.0 và một hàm lượng đường chuyển hoá cao

 Xử lý rỉ đường

một số chất vô cơ chìm xuống kéo theo một số chất lơ lửng Sau đó trung hòa lượng acid dư

trong ta thu được rỉ đường trong

 Phối trộn dung dịch nuôi cấy

(20-21% nitơ) có thể dùng muối nitrat, ure Bổ sung thêm phốt pho ở dạng muối hoặcoctophotphoric Thêm nước sạch (nước chỉ được phép chứa ít vi khuẩn và rất ít sắt), điềuchỉnh pH = 4-5 Sau đó đun dung dịch trên vào bể trung gian, từ đây dung dịch được bơmvào thùng lên men

 Cấy nấm men

men( 50% dung dịch so với thể tích thùng) Để cho nấm men sinh trưởng, cứ sau 1h lại bơmthêm dung dịch Đây là phương pháp bổ sung định kì: dịch rỉ đường được đưa vào theo mộtchương trình theo đó sự bổ sung dịch lên men tăng đồng bộ theo sự tăng sinh khối tế bào ởtrong nồi lên men Bằng cách đó đường có mặt trong dịch nuôi có thể chuyển hoá toàn bộthành nguyên liệu tế bào mà không bị hao hụt do hiện tượng tạo thành etanol

Dùng máy ép lọc khuôn để ép thành bánh nấm men trong các thùng gỗ hoặc thùngnhôm để tách không khí xâm nhập.

 Bảo quản men bánh mì thành phẩm

Men ép chứa 67-71% độ ẩm được nén trong các thùng gỗ hoặc nhôm để tránh khôngkhí xâm nhập và giữ lạnh Nhiệt toả ra do hô hấp của nấm men trong quá trình bảo quản phảiđược loại bỏ ngay, nếu không độ bền của men ép sẽ bị giảm rõ rệt Khi xuất xưởng, hàmlượng nước của nấm men được nâng lên 72-75% và nấm men được đóng gói Bằng cách sấykhô bằng không khí nóng người ta thu được men khô có trọng lượng khô 95-96% có hoạttính lên men cao

Tiêu chuẩn nấm men bánh mì:

- Không bị nhiễm vi sinh vật khác như: vi khuẩn lactic, butiric

Hoàn nguyên phi đối xứng acetoaetatetil bằng nấm men bánh mì

2.5 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT ACID

2.5.1 Sản xuất aicd lactic

Đây là quá trình chuyển hoá yếm khí Gluxit thành acid lactic nhờ hoạt động sống của

vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic Mật rỉ được dùng làm nguồn nguyên liệu Cacbonchủ yếu trong phương pháp sinh hoá acid lactic

2.5.1.1 Quy trình sản xuất

Thuỷ phân Pha loãng

Rỉ đường

Nguyên liệu khác

2.5.1.2 Thuyết minh quy trình

Các phân đoạn chính trong quy trình:

 Chuẩn bị dịch lên men

Với nguyên liệu là mật rỉ Đầu tiên pha loãng mật rỉ theo tỷ lệ nước/rỉ = 3/1, sau đódùng than hoạt tính để khử màu và làm sạch Tiếp theo pha thêm nước để dịch pha loãng đạtnồng độ 10-12% Sau đó acid hóa bằng acid sunfuric với lượng acid bằng 5% so với lượng

tích và cho lên men trong thùng lên men ở nhiệt độ ổn định là 50oC

Để trung hoà acid tạo ra trong thùng lên men tới pH 6,3-6,5 Quá trình lên men đượckhuấy liên tục, sau 7-8 ngày thì kết thúc, dịch lên men lúc này chúa 11-14% lactat canxi

 Tiến hành lên men

Lượng men giống chiếm khoảng 3-5% thể tích thùng lên men Thùng có cánh khuấy

hoặc bột phấn để trung hoà acid tạo thành Mặt khác bổ sung dịch đường trong dịch lên menkhoảng 10-12% Lượng đường lên men trung bình trong ngày vào khoảng 1-1,5 % và kéodài khoảng 7-10 ngày Đường sót lại có thể đạt 0,1-0,2%, đôi khi tăng lên 0,5-0,7% Cuối lênmen dung dịch có thể chứa 12-14% lactat canxi

 Xử lý dịch lên men và thu acid lactic

10-11 Để yên trong 3-5 giờ để lắng và tách các chất keo, protit và cacbonat canxi dư Dịch

vào trong thùng để kết tinh lactat canxi ở nhiệt độ phòng Khối tinh thể được lọc qua máy lọc

ép khung bản, rồi được chuyển vào thùng để phân giải bằng acid sunfuric ở nhiệt độ

60-70oC Ở đây xảy ra phản ứng:

Ca(C3H5O3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2C3H6O3

feroxyanua 20% và than hoạt tính để khử màu, hóa chất thích hợp khác để loại bỏ các kimloại, cuối cùng đem cô đặc đến nồng độ 25%

Để điều chế acid lactic tinh khiết làm dược phẩm., acid lactic thô được cất trong môitrường chân không nhờ hơi nuớc Acid lactic thô nồng độ 25% được cho vào nồi cất bằngđồng rồi đun nhẹ Hơi đi vào nồi theo ống ruột gà và được ngưng tụ trong 2 máy làm lạnh

lấy riêng và đem đi cô đặc đên 80-90% trên tháp cất Máy lạnh thứ hai thu được nước cất cóchứa 0,2-0,5% acid lactic

Với cách trên sẽ thu được acid lactic sạch với hiệu suất đạt 75-90%

2.5.1.3 Ứng dụng trong đời sống

Acid lactic có nhiều trong rau quả muối chua và các sản phẩm lên men chua như sữachua, bánh bao, bánh mì, bún, nước giải khát lên men,…do quá trình chuyển hóa đườngthành acid lactic dưới tác dụng của vi khuẩn Acid này tham gia vào quá trình tạo vị, có tácdụng ức chế vi sinh vật gây thối làm tăng khả năng bảo quản sản phẩm Đối với các sảnphẩm lên men từ thịt như thịt thính, nem chua,…do tác dụng của các enzyme có trong tế bàothịt chuyển hóa glycozen thành acid lactic Trong công nghiệp acid lactic được sản xuất bằngcon đường lên men lactic

Acid lactic có vị chua dịu nên được dùng trong công nghiệp bánh kẹo, ứng dụngtrong lên men rau quả và bảo quản rau quả.

2.5.2 Sản xuất acid citric

Nguyên liệu chính để sản xuất acid citric là rỉ đường Vi sinh vật biến đường thành

acid là nấm mốc Asp Niger Chúng sinh ra chủ yếu bằng con đường tạo ra bào tử Quá trình

phân huỷ đường thành acid cũng giống như đối với sản xuất acid lactic

2.5.2.1 Quy trình sản xuất

Thủy phân

Tinh chế

Kết tinh

Nấm mốc

Acid citric

2.5.2.2 Thuyết minh quy trình

 Chuẩn bị dịch lên men

Ngoài rỉ đường để cho vi khuẩn phát triển và tạo acid thì môi trường cần có: 0,07%

đã coi rằng K, Mg, S, F và Nitơ có đầy đủ trong rỉ đường do đó không cần phải bổ sung vào

 Chuẩn bị dịch nấm giống và lên men

Chuẩn bị dịch nấm giống từ các dịch vô trùng, chuẩn bị dịch lên mem chứa 3-4%đường Sau đó hoạt hoá giống trong 5 giờ bằng cách cho vào dung dịch một lượng bào tửtheo tỷ lệ 1g/lít canh trường

Tuỳ theo thùng gây giống mà ta cho dịch bào tử vào, cánh khuấy làm việc liên tụcvà

trong giai đoạn đầu là 9-10m3/ giờ với thùng dung tích 50m3

Chất lượng nấm giống cần được thường xuyên kiểm tra qua thời gian là: 12, 24, 36giờ kể từ khi cấy Sau 36 giờ dùng áp suất không khí vô trùng đẩy nấm vào thùng lên men.Lượng nấm giống chiếm khoảng 10-12% thể tích thùng lên men Dịch lên men cũng đượcchuẩn bị tương tự và chứa 3-4% Theo thời gian phát triển, nồng độ đường sẽ giảm, do đốcần bổ sung dịch đường đặc với tốc độ 0,5-0,8m3/giờ

0,1-0,2 kg/cm2

Lên men được coi là kết thúc khi độ chua không thay đổi trong khoảng 4-6 giờ lênmen cuối Tuỳ thuộc vào hoạt độ và khả năng lên men của nấm mốc, thời gian lên men cóthể kéo dài từ 5-10 ngày Lượng acid thu được trong 1m3 canh trường phải đạt 7,5 kg trở lên,

pH sẽ giảm từ 3-4 xuống còn 2,2

và tập trung vào thùng chứa

Giai đoạn hai là hoà tan citrat canxi ở nhiệt độ 60-65oC theo phản ứng :

cô đặc Nồng độ acid trong dung dịch khoảng 16%.

Cô đặc được thực hiện trong hai thiết bị : Thiết bị thứ nhất cô tới tỷ trọng 1,24-1,26,sau đó lọc để loại bỏ tiếp CaSO4 Ở thiết bị thứ hai sẽ cô tiếp đến tỷ trọng 1,35-1,36 tươngđương 80% acid citric

trong 12-48 giờ Kết tinh xong đem đi ly tâm dể tách nước và cái Tinh thể nhận được đemsấy khô ở nhiệt độ 35oC, sau đó đóng vào bao bì

Nước cái còn lại chứa nhiều acid, được xử lý, cô đặc và kết tinh lại Acid citric phải

có độ kết tinh 99,5% trở lên

2.5.2.3 Ứng dụng trong đời sống

Acid citric có nhiều trong các loại họ citrus Trong nguyên liệu thực vật acid citric

và acid malic thường đi kèm với nhau, có vị ngọt dịu nên thường được dùng để điều vị trongcác sản phẩm rau quả và bánh kẹo Trong công nghiệp, trước kia acid citric được sản xuất từchanh, ngày nay được sản xuất từ rỉ đường bằng phương pháp lên men acid citric

Acid citric được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm (Nước giải khát,bánh, kẹo, mứt, sữa,…), trong công nghiệp hóa chất, trong công nghiệp nhuộm, công nghiệpluyện kim,

2.6 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BỘT NGỌT

2.6.1 Lịch sử của bột ngọt

Lịch sử của bột ngọt đã có hơn 100 năm Vào năm 1860 nhà khoa học Ritthaussen ởHamburg (Đức) xác định thành phần các protein động vật, đặc biệt là thành phần các acidamin, trong đó có một acid amin với tên gọi là acid glutamic và muối Natri của nó gọi là

glutamat Natri, tiếp theo Ritthaussen là Woff, nhà hóa họcthuần túy, xác định sự khác nhau của các acid amin vềtrọng lượng phân tử và cấu trúc cùng những hằng số về lýhóa tính của chúng

Lịch sử bột ngọt có thể cắm mốc đầu tiên là ngày chàngthanh niên ở Tokyo có tên là Ikeda theo học tại Viện đạihọc Tokyo tốt nghiệp cử nhân hóa học năm 1889 Tốt

nghiệp xong Ikeda đi dạy tại trường trung học, rồi sang Đức tu nghiệp May mắn sao Ikedađược làm việc với Woff, tham gia nghiên cứu hóa học protein Chính thời gian này Ikeda đãhọc được cách nhận biết và tách từng axit amin riêng rẽ Trở lại Nhật Bản, Ikeda làm việc tạikhoa hóa Viện đại học Hoàng gia ở Tokyo Trong bữa ăn gia đình, vợ ông khi chế biến thức

ăn thường cho loại rong biển mà các đầu bếp Nhật Bản vẫn thường dùng Quả là khi chothêm rong biển thì vị của thức ăn đặc sắc hẳn lên, ngọt hơn, có vị thịt hấp dẫn Tại phòng thínghiệm riêng của mình, Kikunae Ikeda tìm hiểu rong biển có chất nào mà làm cho thức ănthêm đậm đà vị thịt Ông không ngờ công trình nhận biết hoạt chất trong rong biển của ônglại mở đường cho một ngành công nghiệp hùng mạnh ở thế kỷ 20

Từ nghiên cứu cơ bản Ikeda tánh được acid glutamic từ rong biển Laminaria Japonicarồi chuyển thành Natri glutamat Ikeda đã gọi bạn hùn vốn lập một công ty sản xuất glutamatNatri mà ông đặt tên cho thương phẩm này là Ajinomoto theo nghĩa tiếng Nhật là “tinh chấtcủa vị ngon”

Ngày 21 tháng 4 năm 1909, Ikeda đã đăng ký bản quyền sáng chế số 9440 tại Anhquốc với nhan đề: sản xuất chất tạo vị Thực ra người ta biết acid glutamic trước khi biếtmuối Natri glutamate là một chất điều vị Tên acid glutamic xuất phát từ thuật ngữ Glutencủa bột mì Tách gluten, thủy phân nó bằng acid và cuối cùng thu được một lượng lớn acidamin, trong đó acid glutamic chiếm 80 lượng các acid amin Năm 1920, bí mật về công nghệsản xuất mononatri glutamat (MSG) cũng được khám phá Người cạnh tranh với Ajinomotolại chính là người láng giềng châu á khổng lồ, đó là các doanh nghiệp Trung Quốc Bắt đầu

từ năm 1920 đến năm 1930, hãng Vị Tinh (ViTsin) mà dân miền Bắc gọi chệch đi là “mìchính” sản xuất hằng năm 200 tấn, còn Nhật lúc đó sản xuất hằng năm được 4000 tấn KhiNhật mở cuộc chiến tranh xâm lược Trung Quốc, các nhà sản xuất bột ngọt của Trung Quốc

bị dẹp bỏ

Mãi đến năm 1968 công ty Ajinomoto của Nhật Bản mới hoàn thiện quá trình sảnxuất bột ngọt thương phẩm bằng phương pháp tổng hợp dựa vào chất chủ yếu là acrylonitrile(CH2=CH - CN) Khi đó, công ty này mới chỉ sản xuất bột ngọt bằng phương pháp tổng hợp

Tại thành phố Thượng Hải trong suốt những năm đầu của thế kỷ 20 ngành côngnghiệp sản xuất bột ngọt đã phát triển khá nhanh và nó đã trở thành một sản phẩm thôngdụng với hầu hết người dân Châu Á Mặc dù vậy lúc này bột ngọt là một sản phẩm khá đắt,năm 1952: 1kg bột ngọt giá khoảng 3,5 đôla

Năm 1956 các quy trình lên men dùng tinh bột làm nguyên liệu ban đầu đã phát triểnmạnh làm giảm giá thành bột ngọt, sau đó năm 1964 người ta sử dụng rỉ đường mía làmnguyên liệu để sản xuất bột ngọt làm cho giá bột ngọt tiếp tục giảm, điều này tạo tiền đề cho

việc sản xuất bột ngọt trên qui mô thương mại, cho dến năm 1968 giá bột ngọt khoảng 0,9đôla/1 kg.

NH2

Ngày nay, việc sản xuất acid glutamic rồi chuyển thành MSG (monosodiumglutamate – bột ngọt) không như buổi ban đầu Người ta không tách acid glutamic có sẵntrong tự nhiên như từ gluten của bột mì, hoặc từ rong biển mà dùng công nghệ vi sinh Từtinh bột (chủ yếu là tinh bột sắn - để cung cấp hydratcacbon) với giống vi sinh vật và nguồnNitơ tạo thành acid glutamic rồi chuyển mononatri glutamat

Theo các nhà kinh tế mỗi năm Việt Nam tiêu thụ lượng bột ngọt khoảng 50 triệuUSD Theo tờ China Post (10/3/993 - Đài Loan) hầu như các hãng bột ngọt Đài Loan chuyển

ra nước ngoài sản xuất, nếu sản xuất ở Đài Loan thì giá 1 tấn phải chi từ 1200 ÷ 1300 USD,còn sản xuất ở nước ngoài thì chi phí thấp hơn, khoảng 800 ÷ 900 USD

Theo tiếng Việt là Natri glutamat

Theo tiếng Anh là Monosodium glutamate monohydrate, viết tắt là MSG

Các tên IUPAC: 2-aminopentanedioic acid, 2-aminoglutaric acid, 1,3-dicarboxylic acid

1-aminopropane- Tên quốc tế và cộng đồng châu Âu

INS 621, EEC 621 (thường gọi là chất điều vị 621) Bột ngọt chính là chất điều vị

621

- Công thức phân tử là: C5H8NO4Na

- Trọng lượng phân tử: 187,13

- Công thức cấu tạo của axit glutamic là:

- Công thức cấu tạo của natri glutamat là:

Trong thực tế sản xuất, người ta dùng mật rỉ làm môi trường lên men thay cho caobắp Mật rỉ thường pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men

Pha chế dịch lên men

Trung hòa 2 và khử sắt

Ép lọc 2

Bã 2

Trung hòa 3 và tẩy màu

Ép lọc

Bã than

Thùng chứaNồi cô đặc chân không

Ly tâm

Thùng chứa kết tinhThùng chứa

SấySàngBao gói

SấyNghiềnSàng

Mì chính 80%

Mì chính 99%

Chủng vi sinh

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất acid glutamic, chủng vi sinh thường sử

dụng là: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus

Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum (loại vi khuẩn

này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện từ 1956, có khả năng lên men từtinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra acid glutamic)

Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữgiống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng (như đã nói ở phầntrên) Khối lượng sinh khối đuợc nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đạitrà Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng phải được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur

Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều acid glutamic, tốc độ sinhtrưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ acid cao,môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất.

2.6.3.2 Thuyết minh quy trình

 Công đoạn thuỷ phân

Mục đích của công đoạn này là tạo điều kiện để thực hiện phản ứng thuỷ phân thànhđường lên men được

Yêu cầu quá trình:

 Ép lọc

Tách các phần bã và các chất không hoà tan, được dịch đường glucoza 16 ÷18%

 Công đoạn lên men

Đây là khâu có tính chất quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất Trongcông đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là: nuôi giống cấp I, giống cấp II và lên men lớn Ngoài racòn có những công đoạn phụ phục vụ cho quá trình lên men như: dây chuyền lọc khí, xử lýurê, xử lý dầu khử bọt

 Công đoạn trao đổi ion

Mục đích của công đoạn này là tách lấy acid glutamic ra khỏi dịch lên men Người talợi dụng tính chất hạt nhựa polyetylen sunfuric (ta quen gọi là refin) sau khi đã được cationhoá (tức tái sinh) có khả năng giữ lại trên bề mặt của nó anion, ở đây chủ yếu là acidglutamic Sau đó lại dùng NaOH để tách anion ra khỏi hạt nhựa

Ngoài ra còn có một số quá trình hấp thụ khác

 Tách acid glutamic

pha mẻ sau nhưng đồng thời phải liên tục kiểm tra pH và độ Baumé, vì acid glutamic theo

dịch ra tăng lên nhanh chóng, khi độ Baumé đạt 00 thì lập tức thu hồi acid glutamic; chỉ 4 ÷ 5phút sau độ Baumé đạt cực đại (khoảng 405 ÷ 50 Be), lúc này thôi cho NaOH Sau khi đạt cực

được thu hồi làm nước chấm

 Công đoạn trung hòa kết tinh

Mục đích chính của công đoạn này là chuyển từ acid glutamic thành glutamat natritheo phản ứng: C5H9NO4 + Na2CO3 = C5H8NO4Na + CO2 + H2O

Đồng thời còn có các phản ứng khử sắt và tẩy màu Yêu cầu:

- pH = 6,5 ÷ 6,7

- Sắt phải được khử hết

- Kiểm tra Na2S quá lượng không còn vết kết tủa đen

- Dịch thải trong suốt

 Cô đặc kết tinh

Trong dây chuyền sản xuất nếu yêu cầu sản phẩm hoàn toàn là bột ngọt tinh thể nên

cô đặc kết tinh là một trong mấy khâu kĩ thuật phức tạp nhất

lượng dịch, cô ở nhiệt độ 700C chân không 600 mmHg, áp suất hơi ≤ 1 kg/cm2

- Ly tâm: Khi ly tâm phải dùng một ít nước ấm, sạch, tia nhẹ vào khối bột ngọt đểhòa tan những hạt kết tinh nhỏ bám ngoài tinh thể, làm cho tinh thể được sáng, bóng Qua lytâm ta được bột ngọt tinh thể và nước cái Bột ngọt tinh thể được đưa đi sấy còn nước cái phavào cô với mẻ sau

 Sấy bột ngọt

Bột ngọt hút ẩm rất nhanh nên sau khi ly tâm, ta phải xử lý ngay Tãi bột ngọt ra khaynhôm đưa vào tủ sấy, bề dầy lớp bột ngọt trong khay là 2 ÷ 3 cm Mở hơi nâng nhiệt độ tủsấy lên ≤ 800C, cứ 30 phút đảo trộn 1 lần, đến khi độ ẩm bột ngọt còn lại ≤ 0,5% thì kết thúcsấy Thường sấy mất khoảng gần 2 giờ

 Sàng bột ngọt và phân loại

Người ta dùng các loại mặt sàng 12 lỗ, 24 lỗ, 36 lỗ/1 tấc vuông Anh để phân loại:

- Loại trên sàng 12 lỗ là loại vón cục hoặc quá to, có thể hòa ra nước đưa vào cô mẻsau

- Loại trên và dưới sàng 24 lỗ, trên và dưới sàng 36 lỗ đều là chính phẩm

- Loại dưới sàng 36 lỗ dùng làm mầm tinh thể cho mẻ sau

 Bao gói