Mật rỉ đường mía : là một hỗn hợp khá phức tạp chứa đựng nhiều đường không kết tinh, chứa các hợp chất Nitơ, vitamin, các hợp chất vô cơ, chất kích thích sinh trưởng,chất kìm hãm sự sinh
Trang 1CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU
1.1. Giới thiệu về rượu Rum:
Rum là loại rượu có nồng độ cao và có mùi thơm gây ấn tượng mạnh nhất Mùithơm vừa đặc trưng cho nguyên liệu đầu, vừa là tập hợp những este thơm từ những acidhữu cơ như acid axetic, acid butilic, acid caproic, acid valeric, acid heptylic…
Rum được thu nhận bằng cách chưng cất dịch lên men từ dịch đường mía hoặc mật đường mía
Lịch sử của rượu rum bắt đầu cùng với các cuộc phiêu lưu xâm chiếm thuộc địacủa Đế quốc Tây ban nha,tại vùng đảo West Indies (tức vùng biển Caribbean, nằm giữaTrung và Bắc Mỹ) Nguyên nhân: mía là loại nông sản đầu tiên họ khám phá ra ở vùngnày
Giới uống rum đầu tiên là các nhà phiêu lưu mạo hiểm, nhất là hải tặc Vì thế, thời đóngười ta thường gọi rượu rum là “rượu của hải tặc” Về sau rum đã trở thành thức uốngphổ biến trên thế giới
1.2. Nguyên liệu sản xuất rum:
Rum thường được sản xuất từ mật rỉ đường mía
Mật rỉ đường mía : là một hỗn hợp khá phức tạp chứa đựng nhiều đường không kết tinh, chứa các hợp chất Nitơ, vitamin, các hợp chất vô cơ, chất kích thích sinh trưởng,chất kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật ( SO2, hydro oxymethylfurfurol), vi sinh vậttạp nhiễm …
Mật rỉ đường có màu nâu sậm, mầu này rất khó bị phá huỷ trong quá trình lên men.Màubám vào sinh khối và sản phẩm do đó việc tách màu khó khăn và tốn kém Tuy nhiênđây lại là môi trường giàu nguồn Cacbon, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vậtphát triển và là loại nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm
1.2.1. Thành phần hoá học của mật rỉ đường mía:
Chất khô (%khối lượng mật rỉ) 80-85
Đường tổng (%khối lượng chất khô) 48-56
Trang 2Chất hữu cơ khác (%khối lượng chất khô) 9-12
Sucrose (%khối lượng chất khô) 32-45
Glucose (%khối lượng chất khô) 5-11
Frutose (%khối lượng chất khô) 6-15
Nitơ tổng (%khối lượng chất khô) 0.3-0.5
Tro (%khối lượng chất khô) 7-11
pH 4.5-6.0
Thành phần tro rỉ đường mía (% tổng khối lượng tro) : K2O 30-50; Na2O 0.3-9.0; CaO7-15; MgO 2-14; P2O5 0.5-2.5; SiO2 1-7 và các khoáng khác
Ngoài ra trong rỉ đường còn có một số vitamin (tính theo microgam trên một gam
rỉ đường) như sau:
Thiamine : 8.3 Folic acid : 0.038
- Nguồn cung cấp khá phổ biến
- Đặc biệt ở nước ta không phạm đến chính sách lương thực
1.2.3. Chỉ tiêu chất lượng mật rỉ đường:
Dịch đường lên men Rum cần thoả mãn:
- Chỉ tiêu hóa học : độ đường : 14-160 (S), chất khô không ít hơn 75% khối lượng
hàm lượng saccharose từ 31- 50%, pH 4.5- 6.0 , hàm lượng Nitơ tổng không ít hơn1.4%, số lượng vi sinh vật không quá 15000 VSV/ 1g nguyên liệu
Trang 3- Chỉ tiêu hóa lý : pha rắn trong dịch mật rỉ giảm đáng kể
- Chỉ tiêu sinh học: lượng vi sinh vật: ít tốt
- Chỉ tiêu cảm quan: độ sệt, màu vàng
1.3. Chủng vi sinh vật lên men Rum:
Trong sản xuất rượu Rum, người ta dùng nấm men được phân lập từ mía Thường
sử dụng: Schizosaccharomyces và Saccharomyces cerevisiae Ngoài ra, loài nấm menchìm Saccharomyces carlsbergensis cũng thường được sử dụng kết hợp với vi khuẩnbutyric để lên men rum
Rượu Rum nặng thường được sản xuất từ nấm men Schizosaccharomyces Loạinấm men này thường lên men trong dịch đường <10%, ngoài rượu etylic, còn tạo đượcnhiều axit hữu cơ, este, aldehide và rượu bậc cao
Trang 4chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào.Sau đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất đểchuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên mencủa nấm men được tiến hành S cerevisiae không chứa enzyme melibiase do đó khôngchuyển hoá được đường melibioza, lên men được 1/3 lượng đường Raffinose do cóenzyme invertase
Raffinoza Galactoza - Glucoza + Fructoza
Nấm men sử dụng trong sản xuất là nấm men thuần khiết và được nuôi cấy trongmôi trường dịch đường 10%, bổ sung 0,2% (NH4)2SO4
Trang 5Loài nấm men chìm S carlsbergensis cũng thường được sử dụng trong sản xuấtrum truyền thống Ở loài S carlsbergensis có chứa các gen MEL Các gen này tạo raenzym ngoại bào là a- galactosidaza (hay còn gọi là melibiaza) có khả năng chuyển hoáđường melibioza Do đó chúng có khả năng lên men toàn bộ lượng đường raffinose
Nấm men chìm thường lên men ở nhiệt độ từ 7 – 150C Khi kết thúc quá trình lênmen chúng kết lắng xuống đáy thiết bị, do đó dễ tách sinh khối nấm men để tái sử dụngcho những mẻ tiếp theo
Môi trường nuôi vi khuẩn: nồng độ 7-80 (Saccharomet), độ axit 0,250 Kết thúckhi đạt 5-60 (Saccharomet) và độ axit là 10 Nhiệt độ lên men 35-37 0C, thời gian 48 giờ.Lượng vi khuẩn giống bổ sung là 2-3% khi hàm lượng đường giảm xuống 5,5-6g/100ml
Tiêu chí chọn giống :
Trang 6- Không cố khả năng sinh tổng hợp độc tố
- Có khả năng sinh tổng hợp sản phẩm chính cao
- Có khả năng thích nghi cao.Tốc độ sinh trưởng càng nhanh càng tốt, rút ngắn
thời gian lên men, cho hiệu quả kinh tế cao
- Điều kiện nuôi cấy đơn giản, dễ dàng thích ứng với môi trường nguyên liệu mật rỉ.
Trang 7
CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH LÊN MEN
2.1 Cơ sở khoa học của quá trình lên men
Là quá trình lên men đường thành rượu, là sự phân giải các chất đường thành rượu
và CO2 dưới tác dụng của chất men do nấm men tiết ra
Sự lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp , có sự tham gia của nấm men Saccharomyces, trải qua hàng loạt các phản ứng phức tạp với sự tham gia của nhiều men xúc tác
Phương trình tổng quát của sự lên men rượu:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 27 Kcal
2.2 Các điều kiện chính của quá trình lên men:
Nấm men chỉ có khả năng lên men monose và disaccharide Với gỉ đường thành phần chủ yếu là monose và disaccharide nên rất thuận lợi cho quá trình lên men
Nồng độ đường: Ảnh hưởng đến hiệu suất lên men Nấm men chỉ có khả năng lên
men đường thành rượu trong khoảng nồng độ đường phụ hợp từ 10 – 15 % nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men, và khả năng lên men rượu giảm
Ảnh hưởng của oxy: Nấm men là loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện
yếm khí nó sẽ lên men đường tạo thành rượu và CO2 Do đó trong sản xuất rượu thì giai đoạn đầu cần điều kiện hiếu khí để nấm men sinh sản tăng sinh khối, phát triển đủ lượng
tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu và sau đó phải yếm khí cho quá trình lên men rượu Tiếp đến phải yếm khí tuyệt đối để nấm men chuyển hóa đường thành rượu
Ảnh hưởng của pH : Như trên đã nói, pH có ảnh hưởng lớn đến quá trìn lên men,
tạo sản phẩm chính và phụ khác nhau Nếu pH 4-5 lên men rượu bình thường tạo sản phẩm chính là etanol Đây là điều kiện cần thiết trong quá trình lên men rượu ở các nhà máy rượu hiện nay Để axit hóa môi trường thường dùng H2SO4 hay axit lactic Nếu pH môi trường kiềm – sản phẩm chính là glyxerin - ứng dụng trong lên men glyxerin
Ảnh hưởng nhiệt độ : nhiệt độ là yếu tố cần thiết ảnh hưởng lớn đến nấm men và
sự lên men Thông thường nhiệt độ phù hợp cho lê men là 28oC - 30oC Nhiệt độ khoảnghơn 50oC và dưới 0oC sự lên men hầu như đình chỉ Ảnh hưởng nồng độ rượu tạo thành : Rượu tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng đến sự lên men Thông thường nấm men lên men đến nồng độ đạt 12 – 14% Một số ít nấm men có thể lên men đạt nồng độ rượu 17 - 20% với nồng độ rượu cao hơn sẽ ức chế nấm men và hầu như kìm hãm lên men rượu
Trang 8Hiện nay, cơng nghệ sản xuất cồn từ gỉ đường đã được phổ biến một số nước trên thế giới Sản phẩm cồn được chưng cất này là kết quả của quá trình lên men sử dụng nấmmen ép hoặc men gốc thuần khiết.
CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
3.1 Nguyên liệu:
Nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất rượu rum là dùng mật rỉ đường mía, chất lượng mật rỉ lại tùy thuộc rất nhiều ở công nghệ sản xuất đường mía Vì vậy việc sử dụng đường mía của mỗi nhà sản xuất không giống nhau, cũng có những nhà sản xuất lại phối trộn mật rỉ cùng với nước mía theo những tỷ lệ thích hợp để cho ra những sản phẩm rum khác nhau
3.2 Lọc:
Mục đích công nghệ :
- Chuẩn bị : Làm cho môi trường mật rỉ “ sạch” hơn, độ thuần khiết cao hơn, có thể loại bỏ một phần lớn vi sinh vật có sẵn trong mật
rỉ - Quá trình này sẽ giúp cho quá trình pha chế và lên men diễn ra tốt hơn
Các biến đổi của nguyên liệu :
- Vật lý: thể tích và tỉ trọng mật rỉ giảm, màu sắc, chất lượng tăng - Hĩa lý: thu được pha lỏng từ dạng huyền phù ban đầu - Hĩa học: sau khi lọc dung dịch hầu như khơng thay đổi về thành phần hĩa học tuy nhiên cĩ thể tổn thất một ít các chất cĩ ích theo cặn như protein, vitamin,chất màu v.v - Sinh học: lọai bỏ một một số vi sinh vật khơng cĩ lợi theo cặn
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình :
- Chất lượng mật rỉ, độ nhớt hay kích thước và tính chất của tạp chất muốn loại bỏ đều
ảnh hưởng đến tốc độ xử lý nguyên liệu
Trang 9- Phương pháp sử dụng và thiết bị xử lý như chất trợ lắng,chất trợ lọc,vải lọc ,màng
xốp…
Thiết bị sử dụng: lọc ly tâm
- Thiết bị ly tâm lọc hoạt động theo nguyên tắc: khi hệ thống quay với tốc độ cao tạo ra
lực ly tâm mạnh và đẩy các thành phần pha lỏng và rắn ra sát thành thiết bị như hình vẽ, thành thiết bị cĩ gắn vải lọc để các cấu tử chất hồ tan đi qua và giữ lại các thành phần pha rắn
3.3 Pha chế dịch lên men:
Mục đích công nghệ :
- Chuẩn bị : giúp cho nấm men phát triển và lên men mạnh mẽ ở bước lên men rum tiếp theo
- Làm cho môi trường mật rỉ giàu chất dinh dưỡng hơn bằng cách bổ sung các chất mà môi trường mật rỉ còn thiếu
Các biến đổi của nguyên liệu :
- Vật lý: khối lượng riệng của mật rỉ thay đổi, độ mềm thay đổi
- Hóa lý : điều chỉnh pH của dịch len men về khoảng 5,5 - 5,8
- Hĩa học:
Dịch lên men đạt nồng độ 15 - 18% chất khô hòa tan, trong đó phải có từ 12 - 14% là chất đường lên men được
Bổ sung nitơ,can xi dưới dạng các muối vơ cơ cho mơi trường mật rỉ
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình :
- Thành phần và tính chất các cấu tử trong dịch mật rỉ Nếu mật
rỉ có chứa tương đối đầy đủ các thành phần cần thiết cho sự lên men thì lượng chất cho vào để pha chế dịch lên men ít và tiến hành quá trình nhanh
Phương pháp thực hiện :
Trang 10- Bổ sung nguồn Nitơ dưới dạng câc muối vô cơ nhö DAP-diaminophotphat,
SA-sulfatamino,urí vôùi haøm löôïng töø 1 - 3 g/l dòch leđn men (maôt rư
thöôøng ngheøo chaẫt dinh döôõng coù nguoăn goâc nitô) Urí lă nguồn thức ăn trung tính về mặt sinh lý Khi bị phđn giải bởi enzym urease, urí sẽ được phđn giải thănh NH3 vă CO2 Phần NH3 được vi sinh vật sử dụng mă không lăm chua môi trường như câc loại muối amon khâc :
- Bổ sung nguồn canxi: Canxi đóng vai trò lă chất đệm trong quâ trình lín men Nguồn cung cấp Canxi thường sử dụng lă CaCO3
Thiết bị :
- Sử dụng thùng có cânh khuấy nhằm mục đích đảo trộn để được hỗn hợp đồng nhất
- Tốc độ cânh khuấy lă 150 – 200 rpm (vòng/phút) _tốc độ khấy trộn văo độ nhớt , …
>lấy sâch tập 5 nguyện bin “phần ktpu để tra”
- Mật rỉ được bổ sung câc thănh phần vă khuấy trộn để tạo hỗn hợp đồng nhất
3.4 Leđn men rum :
Múc ñích cođng ngheô :
- Cheâ bieân : Chuyeơn hoùa dòch leđn men thaønh röôïu ,táo höông ñaịc
tröng cụa röôïu rum ( höông thôm raât mánh,ñaịc tröng hay höông thôm eđm dòu, haøi hoøa vaø ’sađu laĩng’ hôn)
- Quaù trình leđn men quyeât ñònh chaât löôïng sạn phaơm rum
Caùc bieân ñoơi cụa nguyeđn lieôu :
- Sinh hóc : vi sinh vaôt (naâm men vaø vi khuaơn ) sinh tröôûng, dieên ra quaù trình trao ñoơi chaât cụa naâm men vaø vi khuaơn
- Hoùa hóc vaø hoùa sinh:
Trang 11Chuyển hóa đường thành ethanol theo chu trình đường phân (chu trình EMP) :
- Thu được axit pyruvic sau 10 phản ứng hóa học và hóa sinh
- Thu được ethanol sau 2 phản ứng tiếp theo
Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian:
- Aldehyde và keton
- Axit hữu cơ
- Rượu cao phân tử
- Vật lý : Nhiệt độ lên men tăng do sinh khí trong quá trình lên men
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình :
- Lên men ở nhiệt độ : 25 - 27o C
- Thời gian lên men : 4 - 5 ngày
- Vi sinh vật dùng để lên men :
Nấm men S.cerevisiae kết hợp với vi khuẩn butyric-granulobacter cùng phát triển cộng sinh trong dịch lên men Trong rum thành phẩm thường có hương thơm rất mạnh, phong phú và rất đặc trưng
Nấm men chìm S.carlsbergensis kết hợp với vi khuẩn butyric để lên men rum, cho ra những loại rum có hương thơm êm dịu, hài hòa và
“sâu lắng “hơn
- Điều kiện kỵ khí : nấm men chuyển CO2 thành cồn và nước
- Khi kết thúc lên men thường phải có từ 6_7%V etanol trong dịch đã lên men
Trang 12Ø - Khi đã kết thúc lên men, ta cần phân tách hết xác nấm men ra rồi mới đưa đi chưng cất
Thiết bị và các yếu tố thông số công nghệ :
Sử dụng thiết bị thùng lên men cĩ cánh khuấy Trên nắp bình cĩ đường ống để cấp lượnggiống,cĩ cửa kính để quan sát Thân thiết bị cĩ gắn bộ phận dị nhiệt độ, pH nối với máy tính
3.5 Chưng cất phân đoạn :
- Dịch sau lên men rum sẽ được đưa đi chưng cất phân đoạn làm hai
lần; lần thứ nhất, ta thu lấy sản phẩm giữa( cồn rum), sản phẩm đầu và sản phẩm cuối trộn lẫn để có chữ rượu khoảng 20%V etanol Tiếp tục chưng cất phân đoạn lần hai, lại thu lấy sản phẩm giữa rồi đưa về nhập chung với sản phẩm giữa ở lần thứ nhất để được cồn rum có 55 - 62%V Sản phẩm đầu và cuối ở lần hai phải bỏ
- Chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào
sự khác nhau về độ bay hơi của chúng ( Δ to sơi ) bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi và ngưng tụ
- Trong quá trình chưng cất, các cấu tử được đun đến nhiệt độ sơi, chúng bay hơi sau đĩ lại được ngưng tụ từ đĩ ta nhận được chất lỏng Ở các nhiệt độ sơi khác nhau ta tách đượccác cấu tử riêng biệt
Mục đích công nghệ :
- Làm sạch ethanol từ dung dịch dấm chín (dung dịch đã lên men )
- Khai thác: tách rượu và các chât dễ bay hơi khỏi dấm chín,tách bỏ tạp chất,nâng cao độ cồn.Chưng cất thu được cồn rum có 55_62%V etanol
Các biến đổi của nguyên liệu :
- Hóa lý :
Trang 13Diễn ra quá trình chưng cất phân đoạn rượu rum,cĩ sự thay đổi pha
Dung dịch đường đã lên men được đun nĩng để tách rượu nhờ hiện tượng rượu bay hơi ở nhiệt đđộ thấp hơn nước
- Hóa học: Sau 2 lần chưng cất phân đoạn , thu được cồn rum có chữ rượu 55_62%V Trong cồn này thường có chứa các thành phần:
Axit: 235_250 mg/l cồn tuyệt đối
Ester: 450_500 ma/l cồn tuyệt đối
Aldehyde: 20_25mg/l cồn tuyệt đối
Fufurol:1_1.5 mg/l cồn tuyệt đối
- Vật lý: nhiệt độ tăng, thay đổi tỉ trọng, khối lượng, thể tích
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình :
-Thành phần ( nồng độ ) của một số cấu tử trong dịch lên men -Nhiệt độ : chú ý nhiệt dộ sôi của một số cấu tử của dịch lên men
Trang 14Dọc phần trên rồi coi phần tính toán thử đúng hok, xem phần thể tích, tính dùng vỏ áo ,với đường kính ống nhập liệu tháo liệu lun”phải chỉnh sữa chữ lại nha chưa,1 số là fontvni time khi in sẽ nhận ra=>phải đánh lại những chỗ đó nha”.cú ý những chỗ bôi đỏ.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH LA THIẾT BỊ LÊN MEN
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
A THIẾT BỊ CHÍNH:
tập 1).Đây là cách ghi đúng tiêu chuẩn [1,tr 58,ST2]
Trang 15Thể tích dịch đường 15% ở 200C : 1413,7073
34,1061
lên men và ta coi sự tăng thể tích này cũng là sự tăng thể tích riêng của nước theo nhiệt
1034,10047073
75,141865
,0
6 12 6
trung không lớn vì thế có thể thể khần tăng cứng cho nắp và để phù hợp với yêu cấu của
đề nên chon nắp elip tiêu chuẩn có gờ sẽ dễ vẽ và tính toán,Sổ tay tập 2 “(B XIII.10/382/[2]).”
D tg d