Ngoài gạo ra, sắn cũng là một nguyên liệu phồ biến trong sản xuất rượucồn. Cây sắn là một cây trồng đóng vai trò quan trọng ở Việt Nam bên cạnh hệ thống các cây lương thực như lúa, ngô và khoai lang. Sắn củ khá giàu năng lượng nên nó là nguyên liệu sử dụng phổ biến trong chăn nuôi lợn, gia cầm và đại gia súc. Có rất nhiều công trình nghiên cứu đã thực hiện về việc sử dụng sắn và phụ phẩm từ cây sắn bằng các phương pháp chế biến khác nhau để sử dụng làm thức ăn cho vật nuôi. Tận dụng phế phụ liệu không những giúp làm tăng giá trị kinh tế mà còn giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường.Đó là lí do nhóm em lựa chọn đề tài: “Tận dụng và xử lý phế phụ liệu trong quy trình sản xuất rượu từ tinh bột sắn”Trong quá trình nghiên cứu, nhóm có tham khảo một số thông tin trên sách, báo, giáo trình, internet và cũng đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của anhchị đi trước cùng giảng viên Viện công nghệ Sinh học và Thực phẩm.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM PHẾ PHỤ LIỆU Đề tài “TẬN DỤNG VÀ XỬ LÝ PHẾ PHỤ LIỆU TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU TỪ TINH BỘT SẮN” GVHD: Lê Hương Thủy Nhóm: 13 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Từ xa xưa người biết sản xuất rượu etylic làm đồ uống Ngày nghề làm rượu-cồn phát triển chiếm tỷ lệ lớn ngành kinh tế quốc dân Một ngành công nghiệp phát triển, đóng góp vào ngân sách nhà nước khoản không nhỏ ngành sản xuất sản phẩm lên men Trong số phải kể đến ngành công nghiệp sản xuất rượu cồn Ngoài gạo ra, sắn nguyên liệu phồ biến sản xuất rượu-cồn Cây sắn trồng đóng vai trò quan trọng Việt Nam bên cạnh hệ thống lương thực lúa, ngô khoai lang Sắn củ giàu lượng nên nguyên liệu sử dụng phổ biến chăn nuôi lợn, gia cầm đại gia súc Có nhiều công trình nghiên cứu thực việc sử dụng sắn phụ phẩm từ sắn phương pháp chế biến khác để sử dụng làm thức ăn cho vật nuôi Tận dụng phế phụ liệu giúp làm tăng giá trị kinh tế mà giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường Đó lí nhóm em lựa chọn đề tài: “Tận dụng xử lý phế phụ liệu quy trình sản xuất rượu từ tinh bột sắn” Trong trình nghiên cứu, nhóm có tham khảo số thông tin sách, báo, giáo trình, internet nhận giúp đỡ nhiệt tình anh/chị trước giảng viên Viện công nghệ Sinh học Thực phẩm Bài làm không tránh khỏi sai sót, mong cô góp ý bỏ qua Chân thành cảm ơn cô! NỘI DUNG I.Khái quát chung 1.1.Giới thiệu sản phẩm rượu Công nghệ sản xuất rượu công nghệ chuyên nghiệp lâu đời nhiều nước giới Phương pháp truyền thống dựa vào kinh nghiệm Nhưng ngày nay, thiết bị tự động hóa dần thay đồng thời kiểm soát chất lượng cải thiện vấn đề vệ sinh trình sản xuất Nguyên liệu để làm rượu cuốc lủi, rượu đế đơn giản gồm nguyên liệu loại ngũ cốc có hàm lượng tinh bột cao thông dụng gạo tẻ, gạo nếp, gạo lứt, gạo nương lúa mạch, ngô hạt, mầm thóc, sắn, hạt mít, hạt dẻ, hạt bo bo… Rượu sắn làm từ củ sắn Cũng rượu gạo làm từ gạo Nhưng rượu sắn thường làm với số lượng lớn giá thành rẻ Tuy nhiên, chất lượng, rượu sắn (nếu nấu người có tay nghề) không thua rượu gạo hay Vodka Quả thật, dù nguyên liệu nữa, bí khâu chế biến Với người nấu rượu giỏi, sản phẩm họ làm ra, người uống phân biệt đâu rượu sắn đâu rượu gạo chí rượu nếp hay Vodka Có thể nói rượu sắn sản phẩm Việt Nó làm bàn tay người nông dân Việt, từ sản phẩm ruộng đồng Nên cách đó, gần gũi quen thuộc với người dân Ở quê tôi, vùng lân cận, từ lâu, không đám cưới, đám hỏi, đám ma, đám giỗ mà lại thiếu chai rượu sắn bàn tiệc Ngay bữa cơm ngày, sau lao động mệt mỏi, có chén rượu sắn đưa cơm điều bình thường tự nhiên Rượu sắn trở thành thức uống thân thiết quý chuộng nhiều người, đặc biệt người lao động Bởi có giá phải chăng, an toàn chất lượng Tôi nghĩ, bối cảnh gần xuất biết man rượu giả, rượu độc…với giá cao ngất trời, rượu sắn với tính chân chất vốn có lấy lại vị trí Đối với nhiều người Việt, rượu “tây” rượu “tàu” thứ hương hoa, uống chơi cho biết, để uống thật phải chơi thằng “quốc lủi” “chắc”, đủ “đô” Còn chua loét, không hợp! Vâng Rượu sắn uống không bị nhức đầu mà lại giúp lưu thông huyết mạch quan trọng hợp với tửu vị người Việt ta Tuy nhiên, với điều kiện ta phải uống có điều độ Như lời khuyên người xưa rằng: “Tửu hành huyết tửu đa, bất khả hư vô bất khả đa.” Nghĩa rượu làm lưu thông máu huyết, không nên không uống, không nên uống nhiều 1.2.Nguyên liệu sắn quy trình sản xuất rượu sắn 1.2.1.Thành phần hóa học sắn Cây sắn – sắn (Manihot esculenta Crantz), tiếng Anh cassava hay gọi tapioca manioc, số loại có củ mọc 80 quốc gia có khí hậu nhiệt đới ẩm giới Cây sắn loài sinh trưởng lâu năm, có chiều cao từ 1-3m, thân có lõi đơn phân nhánh, có thùy sâu, dạng chân vịt Củ sắn nở to tế bào tinh bột lắng đọng tạo thành Củ sắn gồm thành phần Vỏ gỗ: chiếm từ 0.5-3% khối lượng củ Lớp vỏ gồm tế bào sít, cấu tạo từ cellulose, tinh có tác dụng bảo vệ củ không bị ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh Vỏ vùi (vỏ thịt): chiếm từ 8-10% khối lượng toàn củ Vỏ cùi gồm tế bào thành dày, cellulose chứa 5-8% tinh bột Trong vỏ cùi có chứa sắc tố, độc tố HCN… Thịt sắn: phần chủ yếu củ sắn bao gồm tế bào nhu mô thành mỏng Thành phần tế bào nhu mô cellulose, pentozan, bên hạt tinh bột nguyên sinh chất Các tế bào nhu mô có tế bào thành cứng không chứa tinh bột, câu tạo từ cellulose nên cứng gỗ Loại tế bào có nhiều đầu cuống củ sắn lưu niên Bảng 1: Tthành phần hóa học sắn Nước 70.25 Tinh bột 21.45 Protein 1.12 Chất béo 0.41 Đường 5.13 Tro 0.54 Xơ 1.11 1.2.2.Quy trình sản xuất rượu sắn Quy trình sản xuất rượu sắn Nấu rượu quy trình phức tạp, đòi hỏi nhiều kinh nghiệm công sức, phải phụ thuộc vào thời tiết Quy trình nấu rượu sau: Sắn khô đem ngâm qua nước đêm, sau rửa sạch, đem đồ chín Sắn đồ chín tãi cho nguội “vào” men Quá trình “vào” men gồm có kỹ thuật rắc men đem ủ, ủ khoảng ngày đêm đem cho vào chum Sắn lên men gọi cơm rượu Cơm rượu để chum khoảng hai ngày đêm chế nước, tiếp tục ngâm chum “được” đem chưng cất Thời gian thường khoảng hai ngày đêm Như vậy, để mẻ rượu phải khoảng tuần Tuy nhiên tùy theo kinh nghiệm bí người mà có thời gian khác như: khoảng vào men, lúc cho cơm vào chum, đem chưng cất… Nhìn chung, để có lít rượu ngon, nghĩa nước rượu trong, thơm, êm, không bị gắt, không nhức đầu, mùi lạ… đòi hỏi người nấu phải có kinh nghiệm công phu Tất điều cho thấy mà nhiều người cố gắng học nghề rượu mà không thành công Một yếu tố định lớn đến chất lượng rượu men Cách làm men kỹ thuật “vào” men lại bí khác dân nấu rượu mà không tiện nói Rượu sắn có đặc điểm: trong, thơm, có vị Nếu ta để rượu lâu chất lượng rượu ngon Thông thường người ta chia rượu sắn làm hai loại rượu “suông” rượu “bọt” Rượu suông “nhẹ” hơn, nồng độ cồn khoảng 30-35%, rượu bọt “nặng” hơn, khoảng 40% trở lên Ta kiểm tra thủ công cách quan sát bọt rượu ta lắc mạnh Chai rượu nhiều bọt nồng độ cồn cao Thông thường người uống dùng loại rượu khoảng 35-40 độ 1.2.3.Thuyết minh quy trình a.Nguyên liệu sắn Sắn tươi qua xử lý, thái lát phơi khô giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể Đặc biệt sản xuất rượu, nấu nhiệt độ cao pha loãng nước nên với hàm lượng chưa ảnh hưởng đến nấm men Hơn muối xyanat chưng cất không bay nên bị loại bã rượu, điều có lợi sản xuất Do sản xuất rượu nguyên liệu tinh bột sắn dung chủ yếu sắn lát khô sắn dui Nghiền nguyên liệu mục đích nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật để giải phóng hạt tinh bột khỏi mô Hiện nước ta thường dung loại máy nghiền búa Với sắn khô nấu áp suất thường nghiền mịn tốt b.Nấu nguyên liệu Mục đích chủ yếu việc nấu ngyên liệu phá vỡ màng tế bào tinh bột để biến chúng thành dạng hòa tan dung dịch Quá trình nấu quan trọng sản xuất cồn tylic, trình kỹ thuật tốt hay xấu phụ thuộc nhiều vào kết nấu nguyên liệu trình nấu nguyên liệu thực gián đoạn, bán liên tục liên tục c.Đường hóa dịch cháo Tinh bột hòa tan dịch cháo sau nấu xong chưa thể lên men trực tiếp để thành rượu Để lên men phải trải qua trình thủy phân tác dụng xúc tác amylaza để thành đường Quá trình gọi đường hóa đóng vai trò quan trọng, định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu giảm bớt gia tăng đường tinh bột xót lại sau lên men Trong trình đường hóa tác nhân đường hóa đóng vai trò quan trọng Quá trình đường hóa dịch cháo nấu thực gián đoạn hay lien tục Tuy nhiên bao gồm công đoạn sau: +Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa +Cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo giữ nhiệt độ thời gian xác định để amylaza chuyển hóa tinh bột thành đường +Làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men +Sau đường hóa nhiệt độ dịch đường 30 độ C hàm lượng đường đạt 80 đến 100g/l d.Lên men dịch đường Đường hóa xong dịch đường làm lạnh đến 28-32 độ C đưa vào thùng lên men (hay gọi thùng ủ) với 10% men giống nấm men phát triển tác dụng nấm men,đường biến thành rượu khí cacbonic nhiều sản phẩm trung gian khác.Đồng thời tác dụng amylaza,dextrin tiếp tục biến thành đường lên men glucoza maltoza Sau lên men xong ta thu hỗn hợp gồm rượu-nước-bã gọi giấm chín - Quá trình lên men thực gián đoạn hay liên tục : Khi lên men gián đoạn,men giống dịch đường lúc đầu bơm song song với vào thùng, lượng men giống chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng lên men,nhưng dịch đường không bơm đầy thùng mà thời gian đổ đầy thùng lên men kéo dài từ 68 để hạn chế phát triển tạp khuẩn Thời gian lên men ngày Lên men gián đoạn có ưu điểm dễ làm,khi nhiễm tạp khuẩn dễ sử lý nhiên suất thu từ 1m3 thiết bị thấp - Lên men liên tục : Đặc điểm trình lên men liên tục dịch đường men cho vào thùng đầu – gọi thùng lên men chính,luôn chứa lượng lớn tế bào 1ml dịch Khi đầy thùng đầu dịch lên men chảy sang thùng bên cạnh cuối thùng chứa giấm chín Quá trình lên men tiến hành sau: Đầu tiên men giống phát triển đưa vào thùng lên men cấp I,sau đưa sang thùng lên men cấp II đưa sang thùng lên men chính,sau đưa sang thùng lên men phụ Vấn đề chủ yếu lên men liên tục phải luôn khống chế số tế bào thùng lên men khoảng 100 đến 120 triệu/ml phải đảm bảo vô trùng - Ưu điểm bật sơ đồ lên men liên tục dùng lượng lớn men giống thùng lên men nên lên men xảy nhanh,hạn chế phát triển tạp khuẩn Đồng thời nhiều men giống áp đảo tạp khuẩn mà tạo rượu nhanh,hạn chế phát triển chúng Mặt khác độ chua dịch đường cao,pH thấp yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn nấm men hoang dại Sau 24 có 78% đường lên men,trong lên men gián đoạn đạt 42% - Tuy nhiên lên men liên tục cần tính toán cẩn thận có biện pháp công nghệ phù hợp,nếu không phản tác dụng,dễ nhiễm khuẩn hàng loạt sử lý tốn giảm hiệu suất - Nhiệt độ lên men khống chế sau : Đối với thùng lên men nên giữ 25 đến 27 độ C thùng lên men phụ từ 27 đến 30 độ C thùng lại 27 đến 28 độ C Trong điều kiện làm việc trình lên men kết thúc sau 60 đến 62 so với lên men gián đoạn 72 Sau trình lên men nhiệt độ dấm 34 đến 35 độ C + Nồng độ rượu đạt đến 8%V + Nồng độ đường sót đến 5g/l + Tinh bột sót đến 6g/l + pH = 4,8 – 5,2 e.Chưng cất tinh chế cồn Chưng cất trình tách rượu tạp chất dễ bay khỏi giấm chín Kết ta nhận rượu thô hay cồn thô Giấm chín bao gồm chất dễ bay : rượu, este, andehyt số ancol có số bon lớn hai, ancol ta gọi ancol cao phân tử hay dầu fusel (còn gọi dầu khét ) 10 4.7.1.Quy trình công nghệ Quy trình sản xuất Biogas 4.7.2.Thuyết minh quy trình Quá trình tạo khí methane diễn theo đường, đường gồm giai đoạn sau: 1.Con đường thứ a/Giai đoạn Sự acid hóa cellulose (c6h10o5)n + h2o 3n ch3cooh Sự tạo muối Các bazo diện môi trường (đặc biệt NH4OH) kết hợp với acid hữu CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O b/Giai đoạn Lên men methane thủy phân muối hữu CH3COONH4 + H2O CH4 +NH4OH + CO2 2.Con đường thứ hai 40 a/Giai đoạn Sự acid hóa cellulose (26H10O5)n + H2O 3n CH3COOH Thủy phân acid tạo CO2 +2H2O CO2 + 4H2 b/Giai đoạn Methane tổng hợp từ số trực khuẩn sử dụng CO2 H2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Như đường suất tạo khí methane phụ thuộc vào trình acid hóa Nếu trình lên men nhanh dịch phân có nhiều chất liên kết phân tử thấp dễ dàng thủy phân nhanh chóng đưa đến tình trạng acid hóa ngưng trệ trình lên men methane 4.8.Ngoài có phụ phẩm từ sắn Cám sắn: Là nguyên liệu đầu vào để sản xuất thức ăn chăn nuôi phân hữu Thông tin sản phẩm: Độ đạm : 10% max Độ trắng : 50% Độ ẩm : 12% max.65 Tinh bột: 50% PH : 5-7 Đóng gói : 25; 50kg/ bao PP : 24-26 tons/40' Bã sắn từ ethanol: 41 Bã sắn ethanol (DDGS), loại bã thu từ nhà máy ethanol, với hàm lượng chất đạm sơ cao, phù hợp để làm thức ăn cho gia súc : trâu, bò, cừu dê nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc ; gia cầm; phân hữu Tiêu chuẩn sản phẩm : Tên sản phẩm Bã sắn sấy khô (DDGS) Xuất xứ Việt Nam Hàm lượng đạm (protein) 10-11 % Độ ẩm 12-13% Hàm lượng tinh bột 2% Xơ 9.6% Tạp chất 3% max Đóng gói 30kg/bao PP, 10-12 MT/20’, 16-18 MT/40’ Bã sắn cục Bã sắn cục, dây loại bã thu từ nhà tinh bột sắn, với hàm lượng tinh bột sơ cao, phù hợp cho gia súc : trâu, bò, cừu dê nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc Tiêu chuẩn sản phẩm : Tên sản phẩm Bã sắn cục Xuất xứ Vietnam Hàm lượng đạm (protein) 5-6 % 42 Độ ẩm 14-15% max Hàm lượng tinh bột 53-57% max Xơ 6% Tạp chất 3% max Đóng gói 30kg/bao PP, 10-12 MT/20’, 16-18 MT/40’ Bột sắn DP1 Bộtsắn 40 mesh (bột sắn DP1), loại bột thu từ nhà máy tinh bột sắn , với hàm lượng chất tinh bột sơ cao, độ nhuyễn phù hợp cho gia súc : trâu, bò, cừu dê nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc Tiêu chuẩn sản phẩm : Tên sản phẩm Bột sắn 40 mesh (bột sắn DP1) Xuất xứ Vietnam Hàm lượng đạm (protein) 5-6 % Độ ẩm 13-14% Hàm lượng tinh bột 68-70% Xơ 3% max Độ trắng 52-54% max Đóng gói 30kg/bao PP, 10-12 MT/20’, 16-18 MT/40’ 43 Bột sắn DP2 Bộtsắn 60 mesh (bột sắn DP2), loại bột thu từ nhà máy tinh bột sắn , với hàm lượng chất tinh bột sơ cao, độ nhuyên phù hợp cho gia súc : trâu, bò, cừu dê nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc Tiêu chuẩn sản phẩm : Tên sản phẩm Bột sắn 60 mesh (Bột sắn DP2) Xuất xứ Vietnam Hàm lượng đạm (protein) 5-6 % Độ ẩm 13-14% Hàm lượng tinh bột 68-70% Xơ 3% max Độ trắng 52-54% max Đóng gói 30kg/bao PP, 10-12 MT/20’, 16-18 MT/40’ 4.9.Biện pháp xử lý nước thải Trên thực tế chia việc xử lý thành quy mô hộ gia đình quy mô công nghiệp 4.9.1.Đối với hộ gia đình Sử dụng lưới chắn(có thể sắt, tre đan) để giữ lại chất thải rắn khó phân hủy như: rơm rạ, cây, vỏ sắn… Xây dựng hệ thống biogas với hộ có quy mô sản xuất chăn nuôi lớn 44 4.9.2.Đối với quy mô công nghiệp *Cải tạo hệ thống rãnh thải, mương thoát, ao hồ… -Rãnh thải: Cải tạo, sửa chữa, xây hệ thống lưu thông nguồn nước thải Rãnh có nắp đậy ô thoáng đảm bảo lưu thông dòng chảy lien tục tạo điều kiện cho hoạt động vi sinh vật hiếu khí -Hồ điều hòa, hồ sinh học: Nạo vét, cải tạo đạt độ sâu khoảng 3m để thực chức điều hòa nước hỗ trợ trình xử lý hiếu khí Cần cải tạo hồ thứ làm chức dự phòng cải tiến thành hệ thống xử lý hiếu khí cưỡng cần thiết Trên mặt hồ cần trồng loại thực vật thủy sinh (bèo hoa dâu, ngổ dại, bèo Nhật Bản…) với mật độ hộp lý -Mương thoát Xây dựng hệ thống mương thoát đáp ứng vấn đề: +Đủ điều kiện vê thời gian khả tiếp xúc oxi đáp ứng trình xử lý hiếu khí tự nhiên +Thoát nước mưa úng -Phương pháp tách nước bùn Tách phương pháp học đánh đống để nước, để lưới cho bùn vào túi… sau sử dụng vào mục đích nông nghiệp 4.9.3.Các chế phẩm sinh học ứng dụng trình xử lý nước thải *Sử dụng loại men vi sinh Biological Là chế phẩm bao gồm vi sinh vật có lợi protaza, lipaza, celluloza, amylaza… giúp phân giải chất hữu có chứa đạm, đường, cellulose khử hết mùi hôi nước thải Loại men Biological không độc hại mặt sinh học, không ăn mòn công trình 45 xây dựng (đã áp dụng có hiệu nhà máy chế biến tinh bột sắn sông Hinh-QB nhà máy tinh bột sắn thuộc công ty thương mại Quảng Trị) *Sử dụng chế phẩm EM (Effective Miroorganisms) EM bổ sung phối trộn theo tỉ lệ EML 1% + rỉ đường 1% + nước 98%, để lên men 5-7 ngày pH