tận dụng và xử lý phế phụ liệu trong công nghệ sản xuất rượu từ tinh tinh bột sắn nhóm sáng thứ 2

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 ThủyNhóm: 13

Tp Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2017

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 2

I.Khái quát chung 2

1.1.Giới thiệu sản phẩm rượu 2

1.2.Nguyên liệu sắn và quy trình sản xuất rượu sắn 3

1.2.1.Thành phần hóa học của sắn 3

1.2.2.Quy trình sản xuất rượu sắn 5

1.2.3.Thuyết minh quy trình 6

II.Tổng quan phế phụ liệu trong quy trình công nghệ 11

2.1.Đánh giá hiện trạng xử lý phế phụ liệu ở nước ta hiện nay 11

2.2.Tình hình sử dụng bã sắn ở Việt Nam và trên thế giới 12

2.3.Vì sao phải xử lý bã sắn 13

2.4.Biến bã sắn thành thức ăn chăn nuôi giá trị cao 14

2.5.Khối lượng phế phụ liệu 14

2.6.Xu hướng tận dụng phế phụ liệu 15

2.7.Một số tiêu chuẩn sản phẩm của Việt Nam về phụ phẩm sắn 15

III.Các Phế phụ liệu trong quy trình sản xuất rượu từ tinh bột sắn 18

3.1.Phân loại phế phụ liệu 18

3.1.1.Rắn 18

3.1.2.Nước thải 19

3.2 Tính chất 20

IV.Quy trình công nghệ sản phẩm từ phế phụ liệu 23

4.1 Sản xuất nấm men gia súc khô 23

4.1.1.Quy trình công nghệ 23

4.1.2.Thuyết minh quy trình 23

4.2.2.Mô tả quy trình 26

4.3.Sử dụng bã sắn để sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản 28

4.4 Sản xuất men bánh mì 29

4.4.1.Quy trình sản xuất 29

4.4.2.Mô tả quy trình 30

4.4.3.Thiết bị nuôi men 31

4.5 Sản xuất etanol sinh học 31

4.6.Lên men acetic (giấm) 34

4.6.1.Quy trình sản xuất 34

4.6.2.Mô tả quy trình 34

4.7.Khí sinh học – Biogas 35

4.7.1.Quy trình công nghệ 37

4.7.2.Thuyết minh quy trình 37

4.8.Ngoài ra còn có các phụ phẩm từ sắn như 38

4.9.Biện pháp xử lý nước thải 42

4.9.1.Đối với hộ gia đình 42

4.9.2.Đối với quy mô công nghiệp 42

4.9.3.Các chế phẩm sinh học có thể ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải .43

4.9.4.Từ nguồn nước thải còn có thể chế tạo phân vi sinh và than bùn 43

4.10.Công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ nông nghiệp từ hèm rượu hoặc nước thải sau chưng cất cồn 45

V.Đề xuất ý tưởng 46

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

Ngoài gạo ra, sắn cũng là một nguyên liệu phồ biến trong sản xuất rượu-cồn Cây sắn

là một cây trồng đóng vai trò quan trọng ở Việt Nam bên cạnh hệ thống các cây lươngthực như lúa, ngô và khoai lang Sắn củ khá giàu năng lượng nên nó là nguyên liệu sửdụng phổ biến trong chăn nuôi lợn, gia cầm và đại gia súc Có rất nhiều công trình nghiêncứu đã thực hiện về việc sử dụng sắn và phụ phẩm từ cây sắn bằng các phương pháp chếbiến khác nhau để sử dụng làm thức ăn cho vật nuôi Tận dụng phế phụ liệu không nhữnggiúp 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, giáotrình, internet và cũng đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của anh/chị đi trước cùng giảngviên Viện công nghệ Sinh học và Thực phẩm

Bài làm không tránh khỏi những sai sót, mong cô góp ý và 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 đã và đang là một công nghệ chuyên nghiệp lâu đời ở nhiềunước trên thế giới Phương pháp truyền thống là dựa vào kinh nghiệm Nhưng ngày nay,những thiết bị tự động hóa đang dần thay thế và đồng thời kiểm soát được chất lượngcũng như cải thiện được vấn đề vệ sinh trong quá trình sản xuất

Nguyên liệu để làm rượu cuốc lủi, rượu đế rất đơn giản gồm nguyên liệu chính là cácloại ngũ cốc có hàm lượng tinh bột cao thông dụng như gạo tẻ, gạo nếp, gạo lứt, gạonương lúa mạch, ngô hạt, mầm thóc, sắn, hạt mít, hạt dẻ, hạt bo bo…

Rượu sắn được làm từ củ sắn Cũng như rượu gạo được làm từ gạo Nhưng rượu sắnthường được làm với số lượng lớn và giá thành rẻ hơn Tuy nhiên, về chất lượng, rượusắn (nếu được nấu bởi người có tay nghề) không hề thua kém rượu gạo hay Vodka Quảthật, dù nguyên liệu là gì đi nữa, bí quyết vẫn là ở khâu chế biến Với một người nấu rượugiỏi, sản phẩm họ làm ra, người uống không thể phân biệt được đâu là rượu sắn đâu làrượu gạo thậm chí rượu nếp hay Vodka

Có thể nói rượu sắn là sản phẩm thuần Việt Nó được làm ra bởi chính bàn tay củanhững người nông dân Việt, từ những sản phẩm của ruộng đồng Nên một cách nào đó,

nó rất gần gũi và quen thuộc với người dân Ở quê tôi, và cả những vùng lân cận, đã từrất lâu, không đám cưới, đám hỏi, đám ma, đám giỗ nào mà lại thiếu chai rượu sắn trênbàn tiệc Ngay cả trong những bữa cơm hằng ngày, sau những giờ lao động mệt mỏi, cóchén rượu sắn đưa cơm là một điều rất bình thường và tự nhiên

Rượu sắn đã trở thành thức uống thân thiết và quý chuộng đối với rất nhiều người,đặc biệt là những người lao động Bởi nó có giá cả rất phải chăng, an toàn và chất lượng.Tôi nghĩ, trong bối cảnh gần đây xuất hiện biết cơn man là rượu giả, rượu độc…với giá

cả cao ngất trời, rượu sắn với tính chân chất vốn có sẽ lấy lại được vị trí của mình

Đối với rất nhiều người Việt, rượu “tây” rượu “tàu” chỉ là thứ hương hoa, uống chơicho biết, chứ để uống thật cứ phải là chơi thằng “quốc lủi” nó mới “chắc”, mới đủ “đô”.Còn mấy cái kia chỉ được cái chua loét, không hợp! Vâng đúng như vậy Rượu sắn uốngkhông bị nhức đầu mà lại giúp lưu thông huyết mạch và quan trọng hơn là nó rất hợp vớitửu vị của người Việt ta Tuy nhiên, với điều kiện ta phải uống có điều độ Như lờikhuyên của người xưa rằng: “Tửu năng hành huyết tửu năng đa, bất khả hư vô bất khảđa.” Nghĩa là rượu làm lưu thông máu huyết, không nên không uống, nhưng không nênuống nhiều.

1.2.Nguyên liệu sắn và quy trình sản xuất rượu sắn

1.2.1.Thành phần hóa học của sắn

Cây sắn – sắn (Manihot esculenta Crantz), tiếng Anh là cassava hay còn gọi là tapiocahoặc manioc, là một trong số những loại cây có củ mọc ở hơn 80 quốc gia có khí hậunhiệt đới ẩm trên thế giới

Cây sắn là một loài cây sinh trưởng lâu năm, cây có chiều cao từ 1-3m, thân có 3 lõiđơn hoặc phân nhánh, các lá có thùy sâu, dạng chân vịt Củ sắn nở to do các tế bào tinhbột lắng đọng tạo thành

Củ sắn gồm 4 thành phần chính

Vỏ gỗ: chiếm từ 0.5-3% khối lượng củ Lớp vỏ gồm các tế bào sít, cấu tạo từcellulose, hầu như không có tinh bộ có tác dụng bảo vệ củ không bị ảnh hưởng bởi điềukiện ngoại cảnh

Vỏ vùi (vỏ thịt): chiếm từ 8-10% khối lượng toàn củ Vỏ cùi gồm các tế bào thànhdày, ngoài cellulose là chính còn chứa 5-8% tinh bột Trong vỏ cùi có chứa các sắc tố,các độc tố như HCN…

Thịt sắn: là phần chủ yếu của củ sắn bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng Thànhphần của tế bào nhu mô là cellulose, pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyênsinh chất

Các tế bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, câu tạo từcellulose nên cứng như gỗ Loại tế bào này có nhiều ở đầu cuống và các củ sắn lưu niên.

Quy trình sản xuất rượu sắn

Nấu rượu là một quy trình phức tạp, đòi hỏi nhiều kinh nghiệm và công sức, đôi khicòn phải phụ thuộc vào thời tiết Quy trình nấu rượu về cơ bản như sau: Sắn khô đượcđem ngâm qua nước một đêm, sau đó được rửa sạch, đem đồ chín Sắn đã đồ chín đượctãi ra cho nguội rồi được “vào” men Quá trình “vào” men gồm có kỹ thuật rắc men vàđem ủ, ủ khoảng một ngày một đêm thì được đem cho vào chum Sắn đã được lên menđược gọi là cơm rượu Cơm rượu được để trong chum khoảng hai ngày đêm thì được chếnước, và tiếp tục ngâm trong chum cho đến khi “được” thì đem chưng cất Thời gian nàythường mất khoảng hai ngày đêm Như vậy, để được một mẻ rượu chúng ta phải mấtkhoảng một tuần Tuy nhiên tùy theo kinh nghiệm và bí quyết của từng người mà cónhững thời gian khác nhau như: khoảng bao lâu thì vào men, lúc nào thì cho cơm vàochum, khi nào thì đem chưng cất… Nhìn chung, để có được những lít rượu ngon, nghĩa lànước rượu trong, thơm, êm, không bị gắt, không nhức đầu, không có mùi lạ… đòi hỏingười nấu phải rất có kinh nghiệm và công phu Tất cả điều ấy cho thấy tại sao mà nhiềungười đã cố gắng học nghề rượu mà không thành công

Một trong những yếu tố quyết định rất lớn đến chất lượng của rượu là men Cách làmmen và kỹ thuật “vào” men lại là một bí quyết khác của dân nấu rượu mà tôi không tiệnnói ở đây

Rượu sắn có đặc điểm: trong, thơm, có vị hơi ngọt Nếu ta để rượu càng lâu thì chấtlượng rượu sẽ càng ngon Thông thường người ta chia rượu sắn làm hai loại là rượu

“suông” và rượu “bọt” Rượu suông “nhẹ” hơn, nồng độ cồn khoảng 30-35%, còn rượubọt “nặng” hơn, khoảng 40% trở lên Ta có thể kiểm tra thủ công bằng cách quan sát bọtcủa rượu khi ta lắc mạnh Chai rượu nào càng nhiều bọt thì nồng độ cồn càng cao Thôngthường người uống dùng loại rượu khoảng 35-40 độ

1.2.3.Thuyết minh quy trình

a.Nguyên liệu sắn

Sắn tươi đã qua xử lý, thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gâyđộc kể trên Đặc biệt trong sản xuất rượu, khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nênvới hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men Hơn nữa các muối xyanat khi chưng cấtkhông bay hơi nên bị loại cùng bã rượu, điều này là rất có lợi trong sản xuất Do đó trongsản xuất rượu nguyên liệu tinh bột sắn dung chủ yếu là sắn lát khô hoặc sắn dui.

Nghiền nguyên liệu mục đích nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật để giảiphóng các hạt tinh bột khỏi các mô Hiện nay ở nước ta thường dung các loại máy nghiềnbúa Với sắn khô khi nấu ở áp suất thường thì nghiền càng mịn càng tốt

b.Nấu nguyên liệu

Mục đích chủ yếu của việc nấu ngyên liệu là phá vỡ màng tế bào của tinh bột để biếnchúng thành dạng hòa tan trong dung dịch Quá trình nấu rất quan trọng trong sản xuấtcồn tylic, các quá trình kỹ thuật tiếp theo tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết quả nấunguyên liệu

quá trình nấu nguyên liệu có thể thực hiện gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục

c.Đường hóa dịch cháo

Tinh bột hòa tan trong dịch cháo sau khi nấu xong chưa thể lên men trực tiếp để thànhrượu được Để lên men được phải trải qua quá trình thủy phân do tác dụng của xúc tácamylaza để thành đường Quá trình này gọi là đường hóa nó đóng vai trò quan trọng,quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bộtcòn xót lại sau khi lên men Trong quá trình đường hóa thì tác nhân đường hóa đóng mộtvai trò quan trọng

Quá trình đường hóa dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay lien tục Tuy nhiên

về cơ bản thì nó bao gồm các công đoạn sau:

+Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa

+Cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong 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 là 30 độ C hàm lượng đường đạt 80 đến 100g/l

d.Lên men dịch đường

Đường hóa xong dịch đường được làm lạnh đến 28-32 độ C và được đưa vào thùnglên men (hay còn gọi là thùng ủ) cùng với 10% men giống ở đây nấm men sẽ phát triển

và dưới tác dụng của nấm men,đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng nhiều sảnphẩm trung gian khác.Đồng thời dưới tác dụng của amylaza,dextrin tiếp tục biến thànhđường và lên men được glucoza và maltoza Sau khi lên men xong ta thu được hỗn hợpgồm rượu-nước-bã còn được gọi là giấm chín

- Quá trình lên men có thể được thực hiện gián đoạn hay liên tục : Khi lên men giánđoạn,men giống và dịch đường lúc đầu được bơm song song với nhau vào thùng, lượngmen giống chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng lên men,nhưng dịch đường khôngbơm đầy thùng ngay mà thời gian đổ đầy một thùng lên men kéo dài từ 68 giờ để hạn chế

sự phát triển của tạp khuẩn Thời gian lên men là 3 ngày Lên men gián đoạn có ưu điểm

là dễ làm,khi nhiễm tạp khuẩn dễ sử lý tuy nhiên năng suất thu được từ 1m3 thiết bị thấp

- Lên men liên tục : Đặc điểm của quá trình lên men liên tục là dịch đường và menđược cho vào thùng đầu – gọi là thùng lên men chính,luôn chứa một lượng lớn tế bàotrong 1ml dịch Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp theo sang các thùng bêncạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín Quá trình lên men được tiến hành như sau:Đầu tiên men giống được phát triển rồi được đưa vào thùng lên men cấp I,sau đó đượcđưa sang thùng lên men cấp II rồi mới được đưa sang thùng lên men chính,sau đó đượcđưa sang thùng lên men phụ Vấn đề chủ yếu của lên men liên tục là phải luôn luônkhống chế số tế bào ở thùng lên men chính khoảng 100 đến 120 triệu/ml và phải đảmbảo vô trùng

- Ưu điểm nổi bật của sơ đồ lên men liên tục là dùng một lượng lớn men giống ởthùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh,hạn chế được phát triển của tạp khuẩn.Đồng thời nhiều men giống không những áp đảo được tạp khuẩn mà còn tạo rượu

nhanh,hạn chế phát triển của chúng Mặt khác do độ chua của dịch đường cao,pH thấpcũng là yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn và nấm men hoang dại Sau 24 giờ đã có78% đường được lên men,trong khi đó ở lên men gián đoạn mới chỉ đạt 42%.

- Tuy nhiên khi lên men liên tục cần tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phùhợp,nếu không sẽ phản tác dụng,dễ nhiễm khuẩn hàng loạt và sử lý sẽ rất tốn kém vàgiảm hiệu suất

- Nhiệt độ lên men khống chế như sau : Đối với thùng lên men chính nên giữ ở 25 đến

27 độ C thùng lên men phụ từ 27 đến 30 độ C các thùng còn lại 27 đến 28 độ C Trongđiều kiện làm việc như vậy quá trình lên men sẽ kết thúc sau 60 đến 62 giờ so với lênmen gián đoạn là 72 giờ

Sau quá trình lên men nhiệt độ dấm 34 đến 35 độ C

Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như : rượu, este, andehyt và một số ancol có

số các bon lớn hơn hai, các ancol này ta gọi là ancol cao phân tử hay dầu fusel (còn gọi

Quá trình chưng cất rượu có thể dựa vào 2 định luật sau (do Cônôvalốp và Vrepskidưa ra):

Định luật I: Thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi ở trạng thái cân

bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng Nếu tathêm cấu tử dễ bay hơi vào dung dịch thì điều đó sẽ dẫn đến làm tăng độ bay hơi của hỗnhợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho Tuy nhiên độ bay hơicủa hỗn hợp chỉ tăng theo nồng độ rượu trong pha lỏng tới một nồng C% nào đó Sau đónếu tiếp tục thêm rượu vào pha lỏng thì độ bay hơi không tăng nữa mà giảm đi Lúc nàyđịnh luật I không còn đúng nữa

Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, ta chỉ có thể nhận được

cồn có nồng độ 97, 2% V Thành phần hơi thoát ra từ dung dịch phụ thuộc vào áp suấtbên ngoài Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi hỏi nhiềunăng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng phí Do đó khichưng cất rượu trong điều kiện chân không thì có lợi hơn và có thể thu được rượu vớinồng độ cao hơn 97, 2%V phụ thuộc vào độ chân không

*Sơ đồ thiết bị tiến cất và tinh chế

Để tách cồn thô khỏi giấm và tinh chế để nhận được cồn tinh chế có chất lượng cao ta

có thể thực hiện theo các phương pháp sau: phương pháp gián đoạn, phương pháp bánliên tục và phương pháp liên tục, trên các sơ đồ thiết bị khác nhau, từ đơn giản đến phứctạp, tuỳ theo điều kiện, vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng của cơ sở sản xuất ở đây tôi chỉxin trình bày về phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục do có tính hiệu quảkinh tế trong sản xuất công nghiệp mà phương pháp gián đoạn không đáp ứng được Hơnnữa đây là phương pháp đang được dùng chủ yếu trong sản xuất trên thế giới

Sơ đồ hệ thống chưng luyện bán liên tục.

* Sơ đồ hệ thống hoạt động như sau:

Lên men xong giấm chín được bơm vào thùng chứa 1 (ở hệ thống này làm việc kiểuchưng gián đoạn, luyện liên tục) Vì ở phần này làm việc gián đoạn nên phải bố trí haithùng làm việc song song nhưng làm việc so le để ổn định phần nào nồng độ cồn thô

trước khi vào tháp tinh chế ở đây thùng chưng cất được đun trực tiếp bằng hơi nước có

áp suất 0, 8 đến 1kg/cm2 Hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở 2 rồi vào thùng chứa 3, tiếp

đó liên tục đi vào tháp tinh chế 4 ở 4 cũng được đun bằng hơi nước trực tiếp Cồn thô đivào tháp tinh chế ở đĩa tiếp liệu (đĩa 16 đến 18 tính từ dưới lên) rồi chảy xuống đáy nồng

độ cồn giảm dần đến đáy tháp còn khoảng 0, 015 đến 0, 03% rồi đi ra ngoài Nhiệt độ đáytháp phải ở 103 đến 105 độ C Hơi rượu bay lên được tăng dần nồng độ phần lớn đượcngưng tụ ở 5 rồi hồi lưu trở lại tháp Một phần nhỏ chưa ngưng tụ còn chứa nhiều tạp

chất đầu được tiếp tục được đưa sang ngưng tụ tiếp ở 6 và lấy ra ở cồn đầu Cồn đầu chỉ

dùng để đốt, sát trùng, làm dung môi để pha vecni hoặc đem cất lại

- Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu (từ trên xuống ) khoảng 3 đến 6đĩa, được làm lạnh ở 7, rồi vào thùng chứa và vào kho Cồn lấy ra ở đây tuy có nồng độthấp hơn (0, 3 đến 0, 5% V) so với hơi ở đỉnh nhưng chứa ít este và aldehyt

- Chất lượng cồn thu được tuỳ thuộc vào chiều cao tháp và cách vận hành Về nguyêntắc có thể đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN-71

II.Tổng quan phế phụ liệu trong quy trình công nghệ

2.1.Đánh giá hiện trạng xử lý phế phụ liệu ở nước ta hiện nay

Trong chế biến, đặc biệt là rau quả, lượng nguyên liệu loại ra chiếm tới 50% khốilượng nguyên liệu rau quả đưa vào chế biến Phế liệu rau quả bao gồm:

Các cá thể rau quả hay bộ phận của nó không đạt quy cách chế biến sản phẩm

Các bộ phận không ăn được hoặc ăn được nhưng có giá trị dinh dưỡng thấp

Các phế thải này chứa các chất dinh dưỡng như tinh bột, đường, protein, lipit,vitamin, tinh dầu… với hàm lượng khác nhau, tùy thuộc vào bộ phận và phương pháp chếbiến

Dưới tác dụng của vi sinh vật tồn tại trong thiên nhiên, phế liệu rau quả bị phân hủylàm ô nhiễm nhà máy, bãi đổ, ruộng đồng, nguồn nước nếu không được sử dụng thíchđáng

Từ các phế thải của công nghiệp chế biến rau quả có thể sản xuất cồn, rượu vang,giấm, tinh dầu, pectin, dầu béo, bánh kẹo, thức ăn gia súc và phân bón Vì vậy tận dụngphế liệu không chỉ đem lại lợi nhuận cho xí nghiệp, của cải cho xã hội mà còn góp phầnbảo vệ sinh quyển được trong sạch và cân bằng là hướng quan tâm ngày càng nhiều củacác nhà kinh tế, kỹ thuật.

Trong những năm gần đây đã có nhiều thành tựu kỹ thuật mới trong lĩnh vực tận dụngphế liệu công nghiệp nói chung, phế liệu rau quả nói riêng Đặc biệt là ứng dụng phươngpháp lên men từ phế liệu rau quả để sản xuất những sản phẩm như acid hữu cơ, giấm,cồn

2.2.Tình hình sử dụng bã sắn ở Việt Nam và trên thế giới

Ở Việt Nam bã sắn chủ yếu được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm sau:

 Thức ăn cho động vật nhai lại

 Sản xuất thức ăn chăn nuôi có giá trị cao từ bã sắn

 Sản xuất etanol sinh học

Vấn đề nghiên cứu nhiên liệu sinh học thay thế cho xăng cũng được nhiều nước trênthế giới quan tâm từ rất lâu Thái Lan là nước đã sản xuất thành công etanol sinh học từ

bã sắn, thành công này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với đất nước này vì Thái Lanphải nhập 2/3 nguồn năng lượng từ nước ngoài

2.3.Vì sao phải xử lý bã sắn

Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thựcthực phẩm

Hiện nay ở Việt Nam có trên 60 nhà máy tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 38triệu tấn củ tươi/năm Theo ước tính một nhà máy chế biến tinh bột sắn có công suất 30 –

100 tấn/ngày sẽ sản xuất được 7, 5 – 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là 12 – 48 tấn bã baogồm hai loại:

- Loại thứ nhất là bã thải do quá trình rửa và bóc vỏ gỗ chiếm tỉ trọng ít và thành phầnchủ yếu là xenluloza, hemixenluloza và cát, sạn Loại này thường được chôn lấp hợp vệsinh hoặc dùng làm phân bón

Loại thứ hai là phần bã còn lại sau khi tách tinh bột sắn được gọi là bã sắn

Bã sắn có độ ẩm trên 80% nên khi phơi dễ bị nhiễm khuẩn, sinh mùi khó chịu và ảnhhưởng đến môi trường xung quanh Tại một số địa phương có nhà máy tinh bột sắn,người dân sinh sống trong khu vực lân cận, hằng ngày, lúc ăn cũng như lúc ngủ, họ phảichịu mùi hôi thối nồng nặc của bã sắn ngâm ủ, phơi và vận chuyển vung vải trênđường phơi bã sắn

Như vậy, vấn đề ô nhiễm tại các nhà máy tinh bột sắn hiện nay là vấn đề cần đượcgiải quyết một cách khẩn trương Bởi lẽ tình trạng này càng kéo dài thì môi trường ngàycàng bị ô nhiễm trầm trọng, sức khoẻ người dân bị giảm sút và cuộc sống của họ bị xáotrộn Hơn nữa, xử lí bã sắn vừa làm tăng giá trị cho bã sắn vừa tạo sản phẩm phụ có íchtrong các nhà máy sản xuất tinh bột sắn

2.4.Biến bã sắn thành thức ăn chăn nuôi giá trị cao

Từ bã sắn mà ngay cả động vật cũng chê, các chuyên gia thuộc Viện Sinh học Nhiệtđới đã tạo ra hai loại thức ăn kích thích tăng trưởng cho mọi vật nuôi, kể cả thuỷ sản.Thông số:

Bã sắn (bã sắn) được thải ra trong quá trình sản xuất tinh bột sắn và tập trung nhiều tạiĐồng Nai, Gia Lai, Tây Ninh và Bình Phước Theo ước tính, một nhà máy chế biến cócông suất 30-100 tấn/ngày thì sẽ sản xuất được 7, 5-25 tấn tinh bột, kèm theo đó là 12-48

tấn bã Thứ phế thải này thường được phơi khô thành từng luống trắng xoá trên đồngruộng và dùng để bổ sung cellulose cho gia súc, gia cầm.

Tuy nhiên, do khó tiêu và không mùi nên bã không hấp dẫn đối với vật nuôi Nếu trờimưa vài ngày thì bã sắn thối rữa, bốc mùi hôi thối Đến khi trời nắng lên thì nấm mốc độchại phát triển và theo gió phân tán khắp nơi, ảnh hưởng tới môi trường và sức khoẻ conngười

Nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm nói trên, từ cuối năm 2000, các nhà khoa họcthuộc Phòng Vi sinh ứng dụng, Viện Sinh học nhiệt đới, đã quyết định sản xuất axít citricbằng cách nuôi một số chủng nấm mốc có lợi trên bã sắn Axít citric được cho vào nướcgiải khát và thực phẩm chế biến Đáng tiếc là giá thành sản xuất quá cao, không thể cạnhtranh với sản phẩm cùng loại của Trung Quốc

Không nản chí, họ quay sang nghiên cứu sử dụng bã sắn làm thức ăn bổ sung cho vậtnuôi Cho đến nay, sau 2 năm nghiên cứu, kỹ sư Lê Thị Bích Phượng và các cộng sự đãsản xuất thành công hai loại sản phẩm lên men từ bã sắn sống: ProBio-S và Bio-E

2.5.Khối lượng phế phụ liệu

Phế phụ liệu từ cây sắn như củ sắn và lá sắn là sản phẩm chính từ cây sắn, là nguồndinh dưỡng có giá trị, tỷ lệ vật chất khô 27, 7%, protein thô 0.9%, lipit thô 0.4%, dẫn xuấtkhông đạm 24.7%, khoáng tổng số 0.7%, canxi 0.05%, photpho 0.04% và năng lượngtrao đổi (ME) 968 Kcal (Viện chăn nuôi, 2001)

Bột củ sắn là nguồn thức ăn giàu năng lượng nhưng nghèo protein, tỷ lệ các acid aminkhông cân đối, nghèo methionine và tryptophan, các chất khoáng, vitamin cũng ít

Phụ phẩm bã sắn từ củ sắn là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất tinh bột của cácnhà máy chế biến tinh bột sắn, chiếm khoảng 45% so với khối lượng sắn nguyên củ.Theo Bùi Quang Tuấn (2005) trong bã sắn chứa khoảng 8% tinh bột, 15-20% xơ thô

2.6.Xu hướng tận dụng phế phụ liệu

Theo Nguyễn Hữu Văn và cs (2008), khi phân tích hàm ượng các chất trong bã sắntươi tính theo hàm lượng vật chất khô như sau: giá trị protein thô 3.6%, lipit thô 0.3%,năng lượng thô 4198Kcal Hàm lượng HCN là 240mg/kg và pH là 4.21 Việc dự trữ vàbảo quản đồng thời làm giảm hàm lượng HCN trong bã sắn để sử dụng trong chăn nuôicần có các biện pháp phù hợp, hiệu quả

2.7.Một số tiêu chuẩn sản phẩm của Việt Nam về phụ phẩm sắn tại vài nhà máy sản xuất phụ phẩm từ bã sắn

Bã sắn từ ethanol

Tiêu chuẩn sản phẩm :

III.Các Phế phụ liệu trong quy trình sản xuất rượu từ tinh bột sắn

Công nghệ sản xuất cồn Ethylic từ sắn, ngoài sản phẩm chính là cồn, nhà sản xuất còn

có thể thu thêm nhiều sản phẩm khác có giá trị kinh tế cao từ những nguồn phế thải

Đó là, lượng khí CO2 lỏng thu được trong quá trình lên men chuyển sang giai đoạnchưng cất cồn 94, 5% Từ nguồn nước thải còn có thể chế tạo phân vi sinh và than bùn.Lượng xác nguyên liệu thải ra sau quá trình chưng cất cũng có thể dùng phương pháp choxúc tác vi sinh kích hoạt quá trình lên men để sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ nuôitrồng thuỷ sản

3.1.Phân loại phế phụ liệu

Chồm có chất thải rắn, nước thải và khí thải công nghiệp

3.1.1.Rắn

Lượng xác nguyên liệu thải ra sau quá trình chưng cất cũng có thể dùng phương phápcho xúc tác vi sinh kích hoạt quá trình lên men để sản xuất chế phẩm sinh học phục vụnuôi trồng thuỷ sản

Những chất thải rắn hữu cơ như: bã thải, vỏ sắn… tạo điều kiện cho ruồi, muỗi, visinh vật phát triển.

Bã sắn:

Để sản xuất được 50 tấn tinh bột sắn phải cần tới 200 tấn củ sắn Quá trình sản xuấttinh bột sắn thải ra một lượng lớn nước thải và hai loại bã thải:Loại thứ nhất là bã thải doquá trình rửa và bóc vỏ gỗ, chiếm tỉ trọng ít vàthànhphầnchủyếulàcellulose,hemicellulosevàcát, sạn.Loạinày thường được chôn lấp hợp vệ sinh hoặc ủ làm phânbón Loại thứ hai là phần bã cũn lại sau khi tách tinh bột sắn và được gọi là bãsắn

Thành phần các chất chứa trong bã sắn thải ra từ các cơ sở sản xuất nhỏ cao hơn trongcác mẫu bã sắn lấy từ các cơ sở sản xuất lớn cho thấy phương pháp thu chiết tinh bột củacác cơ sở sản xuất công nghiệp quy mô lớn hiệu quả hơn Điều đáng lưu ý là thôngthường bã sắn chứa 7, 5-8, 5 mg %HCN

3.1.2.Nước thải

Từ nguồn nước thải còn có thể chế tạo phân vi sinh và than bùn

Trên thực tế, các chất thải như nước rửa các dụng cụ sản xuất rượu, nước trong quátrình ngâm, rửa nguyên liệu

Trong quy trình sản xuất rượu sắn nêu trên, nước thải được thải ra từ các giai đoạnsau:

-Ngâm, rửa nguyên liệu

Sắn được ngâm bằng nước sau đó được rửa sạch, nước thải trong quá trình này đượcthải ra là lớn nhất Thành phần nước thải bao gồm: vỏ sắn, rác, đất cát lẫn trong sắnnguyên liệu…protein, tinh bột, HCN…

-Luộc chín sắn

Nước luộc chin sắn được sử dụng nhiều lần Vì vậy trong thành phần nước thải củaquá trình này bao gồm các chất tiết ra trực tiếp từ sắn như: tinh bột, chất béo, protein,đường…

-Quá trình rửa dụng cụ (chậu, thùng lên men, nồi nấu, bể ngưng tụ…)

Nước thải trong quá trình này gồm các chất: đường, acid, rượu, este… và bã rượuNước thải giàu chất hữu cơ là điều kiện thuận lợi cho rong, tảo, bèo phát triển gâymùi hôi thối làm ô nhiễm môi trường

Nghiên cứu cũng cho thấy hàm lượng COD, BOD, các chất dinh dưỡng, CN trongnước thải khá cao

3.1.3.Khí thải

Lượng khí CO2 lỏng thu được trong quá trình lên men chuyển sang giai đoạn chưngcất cồn 94, 5%

Các loại khí đặc thù: CO, CO2, NO, NO2,… được sinh ra do sự phân giải các chất hữu

cơ có trong nước thải trong điều kiện yếm khí và hiếu khí

Hàm lượng Coliform cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 21.7-31.2 lần và xuất hiện nhiềusinh vật có hại

Polysaccharid khác 4, 0113 8, 4925

Nhìn chung khi sản xuất rượu từ nguyên liệu tinh bột thì chỉ có 1/3 lượng chất khônguyên liệu được chuyển thành rượu, phần chất khô còn lại không được lên men, trong

đó có khoảng 1/3 chuyển vào bã rượu, phần còn lại là protein, chất tro, chất béo…

Số lượng protein được tăng lên nhờ hợp chất nito của nấm men, còn hàm lượng chungcủa protein tính theo chất khô của bã rượu bằng khoảng 2 lần so với hàm lượng proteincủa nguyên liệu đưa vào, trong bã rượu chế biến từ hạt lượng nito ở dạng hoà tan chỉbằng 15-25% lượng nito chung Lượng chất khô trong bã giao động trong khoảng 4-8% Bằng phương pháp sắc kí trên giấy người ta xác định có trên 12 axit amin cụ thể nhưsau (tính bằng % so với hàm lượng protein)

Hiệu suất thu hồi bã rượu.

Hiệu suất sản xuất từ sắn , lương thực phụ thuộc vào độ đặc của dịch giấm chín, muc

độ pha loãng của chúng khi rửa thùng lên men, độ đặc của rượu cất và số lượng hơi nướctiêu thụ khi chưng cất ngưng lại và được tính theo công thức:

Trong đó:

b: hiệu suất

a: độ đặc của dịch giấm chín

e: mức độ pha loãng của dịch giấm chín

A:độ đặc của rượu

p: số lượng hơi nước ngưng tụ

Độ đậm đặc của giấm chín giao động từ 6, 5-8.5% Độ đậm đặc giấm chín càng lớnthì hiệu suất bã rượu càng thấp Khi giảm độ đặc của dịch giấm chín 8.5% xuống6, 5%thì lượng bã rượu trên 1 decalit rượu được tăng lên 4, 4 decalit Lượng nước rửa tiêu thụ

từ 1-2% (e=1.01) Khi tăng nước rửa thì thì độ pha loãng của dịch giấm chín và hiệu suất

bã rượu được tăng lên một cách tương ứng, nhưng hàm lượng chất khô trong nó bị giảm

đi

Khi độ đặc của rượu A=88% ảnh hưởng không dáng kể đến hiệu suất của bãrượu.Lượng hơi nước ngưng tụ tại độ đặc tiêu chuẩn của giấm chín (8, 5%) bằng19l/ 100l dịchgiấm chín

Do vậy hiệu suất của bã rượu khi độ đặc của giấm chín 6% thể tích là 18, 8 decalit/decalit rượu, còn khi độ đặc của dịch lên men 10% thể tích thì l ượng bã là10,88decalit/decalit rượu

Để tiên tính toán, hiệu suất của bã rượu lấy trung bình là 13 decalit/decalit rượu

Để xác định chính xác hơn hiệu xuất bã rượu thì nên tính riêng đối với từng

dạng nguyên liệu đem đi chế biến, phụ thuộc vào lượng tinh bột của chúng

Lượng bã rượu nhận được từ một tấn nguyên liệu đêm đi chế biến được tính

theo công thức:

3.3.Hướng phát triển các sản phẩm tận dụng từ phế phụ liệu:

Việc sản xuất bã rắn làm cồn sinh học và thức ăn chăn nuôi là một hướng phát triểnmới của Việt Nam nói riêng và Thế giới nói chung

Giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, nhiên liệu ngày càng bị thiếu hụt và tạonguồn dinh dưỡng cho vật nuôi

(Cụ thể như trong mục IV)

IV.Quy trình công nghệ sản phẩm từ phế phụ liệu

4.1 Sản xuất nấm men gia súc khô

4.1.1.Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ sản xuất nấm men gia súc khô

4.1.2.Thuyết minh quy trình

a.Chuẩn bị men giống

Môi trường nhân giống phải được thanh trùng và làm nguội trước khi cho giống nấmmen vào hay chuyển từ chu kỳ trước sang chu kỳ sau

Các thông số kỹ thuật

Nhiệt độ lên men là 26-300C

pH dịch nuôi là 4-4.5

Thời gian nuôi là 10-24 giờ

Nuôi trên máy lắc hay sục khí vô trùng tùy theo dung tích bình nuôi

b.Chuẩn bị môi trường nuôi cấy nấm men

Bổ sung ure hay sunfat amoni hàm lượng 0.15 – 0.25% Dap hàm lượng 0.25% cũngnhư các hợp chất vi lượng

Các thông số kỹ thuật

Chỉnh ph vào khoảng 4-4.5

Nhiệt độ 26-300C

c.Nuôi cấy nấm men: 2 phương pháp

Lên men có bổ sung cơ chất

Lên men liên tục

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo sinh khối nấm men:

nhiệt độ: topt = 26-30 0C

pH: pHopt = 4-4.5

Việc cung cấp oxy:

Giai đoạn đầu (giai đoạn thích nghi) cung cấp lượng vừa đủ

Giai đoạn tăng trưởng: giai đoạn nấm men cần nhiều oxy nhất, lượng oxy cần gấp đôigiai đoạn đầu.

Giai đoạn cân bằng: giảm lượng oxy cung cấp