BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT dự án chưng cất rượu hương cà phê

MỤC LỤC Lời cảm ơn… ……………………………… .………………… .2 Lời cam đoan ……………………………… .………………… .3 Mở đầu……………………………………… .………………… .4 Chương 1………………………………… …………………… .6 I.1 Quá trình lên men rượu … I.2 Thành phần hóa học hạt cà phê …………………… .6 I.3 Tính chất CaFFein …………… Chương 2……………………………………………………… 2.1 Xây dựng ý tưởng……………………… 2.2 Dụng cụ thiết bị…………………………………………… .9 2.3 Nguyên tắc chưng cất rượu hương cà phê .………… 10 2.4 Qui trình chưng cất rượu 14 2.5 Máy chưng cất rượu điện .14 2.6 Tận dụng phế phẩm làm phân bón hữu .17 Chương …………………………………………………… 19 3.1 Số liệu …………………………………………………… 19 3.2 Thảo luận …………………………………………………… 19 Kết luận kiến nghị…………………………………………………… 19 Tài liệu tham khảo………………………………………………… 20 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thưởng thức rượu phần tách rời sinh hoạt văn hóa, lễ hội giao tiếp người Việt Nam Rượu nét văn hóa mang đậm sắc riêng dân tộc vùng Tây Nguyên vùng đất sản xuất cà phê tiếng Việt Nam với diện tích sản lượng hàng năm chiếm tới 80 - 90% sản lượng cà phê nước Cà phê Tây Nguyên tiếng giới với hương vị đặc biệt thơm ngon Hiện mặt hàng, sản phẩm làm từ hạt, vỏ cà phê thị trường chưa có nhiều, cà phê sau thu hoạch chủ yếu lấy hạt, nghiền thành bột pha chế làm hương vị loại thực phẩm như: Bánh kẹo, nước uống giải khát cho người, Để khai thác tận dụng hết hương vị cà phê sau pha chế (bã cà phê), với việc đáp ứng nhu cầu người sử dụng loại thức ăn đồ uống mang tính lựa chọn, nhóm chúng em đưa sản phẩm đồ uống có cồn với kết hợp rượu hương cà phê nồng nàng mang đậm nét Tây nguyên đặc trưng Sản phẩm chưng cất máy nấu điện tiện lợi dễ sử dụng phù hợp với hộ gia đình Mục đích nghiên cứu Xây dựng, thiết kế, hoàn thiện máy nấu rượu điện bước đầu nghiên cứu trình lên men rượu kết hợp với bã cà phê đển đưa loại thức uống mới, đề xuất biện pháp sử dụng máy nấu rượu góp phần nâng cao suất nấu rượu làm đa dạng sản phẩm từ cà phê Phương pháp nghiên cứu - Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết (Phương pháp phân tích, tổng hợp, lý luận, mơ hình hố, chun gia, sưu tầm tài liệu…) - Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn (nghiên cứu chế tạo máy nấu rượu điện, nghiên cứu trình lên men rượu, thực nghiệm trình nấu rượu,…) - Nhóm phương pháp tốn học (phương pháp thống kê toán học nghiên cứu khoa học giáo dục, đánh giá xử lí số liệu, ) Giả thuyết khoa học Nếu dự án chưng cất rượu hương cà phê hoàn thành giúp cho người dân tiết kiệm chi phí sản xuất, làm đa dạng sản phẩm có từ cà phê Đặc biệt máy nấu rượu sử dụng rộng rãi cho hộ gia đình NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU Phương trình tổng quát trình lên men rượu viết sau: C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + 113,4kJ Các phản ứng trình lên men rượu phức tạp, phải trải qua 10 phương trình phản ứng khác với tham gia nhiều hệ enzyme xúc tác, kết cho rượu etylic, CO số sản phẩm khác Q trình có giải phóng lượng 1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG HẠT CÀ PHÊ Hạt cà phê xanh giàu glucid lipid, glucid chiếm 50% phần lớn polysacaride (như tinh bột, xenlulozơ, ) Thành phần hóa học cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến chế độ bảo quản Thành phần hóa học có hạt cà phê tốt q trình đánh giá chất lượng, thử nếm cảm quan 1.2.1 Nước Trong nhân cà phê sấy khơ cịn khoảng 10 – 12% nước dạng liên kết Sau rang hàm lượng nước liên kết khoảng 2.7% Hàm lượng nước có cà phê ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cà phê Nếu độ ẩm cao, vi sinh vật dễ dàng phát triển hương cà phê dễ bị tổn thất 1.2.2 Chất khoáng Hàm lượng chất khống có hạt cà phê có khoảng – 5%, chủ yếu Mg, K, P… Ngoài cịn có Al, Fe, Cu, S Những chất ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang Cà phê có hàm lượng khống thấp tốt 1.2.3 Glucid Gucid chiếm khoảng 50% khối lượng chất khô cà phê Các chất không tham gia vào thành phần nước uống mà có tác dụng tạo màu sắc vị caramen cho cà phê 1.2.4 Protein Hàm lượng protein cà phê khơng cao có vai trị quan trọng việc hình thành hương vị sản phẩm Trong acid amin chứa lưu huỳnh quan trọng chúng tạo hương thơm mạnh cho cà phê rang Đặc biệt, methionine (là α-axit amin với cơng thức hóa học HO2CCH(NH2)CH2CH2SCH3) proline (là α-axit amin với cơng thức hóa học C5H9NO2 ) có tác dụng làm giảm tốc độ oxy hóa chất thơm, giúp giữ mùi thơm cà phê trình bảo quản 1.2.5 Lipid Hàm lượng lipid có cà phê lớn 10 – 13% gồm có dầu sáp Trong trình chế biến, phần acid béo tham gia phản ứng tác dụng nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm Lượng chất béo cịn lại khơng bị biến đổi dung mơi để hịa tan chất thơm 1.2.6 Chất thơm Hiện người ta tìm thấy có khoảng 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm cà phê Hàm lượng chất thơm hạt cà phê tương đối nhỏ bao gồm acid, andhyte, ceton, rượu, phenol, este … chất hình thành tích lũy trình phát triển cà phê hay tạo thành trình rang cà phê Cà phê rang lên có chất thơm gọi chung cafeol đồng thời tạo độc tố caffeotoxin Các chất thơm cà phê dễ bị bay hơi, dễ bị biến đổi làm chất lượng cà phê nên cần bảo quản cà phê bao bì kín Ngồi nhân cà phê cịn lượng đáng kể vitamin Trong cà phê chủ yếu vitamin nhóm B B1, B2, B6, B12 loại acid hữu tiền vitamin 1.3 TÍNH CHẤT CỦA CAFFEIN Cafein ankaloid (là dạng amin có nguồn gốc từ thực vật) chứa đạm, cơng thức C8H10O2N4.H2O, thuộc nhóm hợp chất có vịng purin (vịng thơm kết hợp) cafein kết tinh với phân tử nước trở nên khan đun nóng đến nhiệt độ 80 – 1000C Cafein khan chứa 20.8% N Cafein khan dạng tinh thể trắng hình kim, tan nước clorofom, phần tan rượu Tính chất Khối lượng mol : 194,19 g/mol Trạng thái: Rắn Nhiệt độ nóng chảy: 2380C Nhiệt độ sơi: Thăng hoa 178 °C Khối lượng mol cafein 194,2 g Ở nhiệt độ bình thường lít nước hồ tan 20 g cafein, lít nước sơi hồ tan tới 700 g Cơng thức cấu tạo cafein Chương 2: CHƯƠNG CẤT RƯỢU HƯƠNG CÀ PHÊ 2.1 XÂY DỰNG Ý TƯỞNG Ở Tây Nguyên tiếng với loại rượu cần người Êđê với nguồn Cà Phê thơm ngon đặc biệt Đây thứ đặc trưng vùng miền mà không nơi có Để làm đa dạng sản phẩm từ cà phê, nhóm chúng em thực kết hợp rượu với hương thơm cà phê để đưa thị trường sản phẩm lạ mạng đậm nét đặc trưng vùng Tây Nguyên Cùng với máy nấu rượu phận chưng cất rượu lạ, độc đáo mà thị trương chưa có 2.2 DỤNG CỤ THIẾT BỊ - Bộ dụng cụ lên men gồm: Xơ đựng ủ kín; nồi nấu cơm - Bộ dụng cụ nấu rượu (có thể nấu thủ công dùng máy nấu điện) gồm: Nồi nấu; ống dẫn hơi; phận ngưng tụ - Bộ dụng cụ đựng rượu: Can đựng rượu; nhiệt kế đo độ rượu - Bộ dụng cụ ủ phân vi sinh hữu cơ: Thùng xốp; Hình 1: Bộ dụng cụ thiết bị nấu rượu thủ cơng Hình 2: Bộ dụng cụ thiết bị chưng cất rượu máy 2.3 NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT RƯỢU HƯƠNG CÀ PHÊ 2.3.1 Nguyên liệu: a) Gạo: Trên thị trường có nhiều loại gạo để nấu rượu Chúng ta cần lựa chọn loại gạo trắng thơm b) Bã cà phê: Cà phê bột chế: phần nước cho đường vào uống quán cà phê, phần bã chúng em cho vào xô, bảo quán đảm bảo hợp vệ sinh c) Men rượu: Mua tiệm gạo loại men có sẵn, làm bánh men theo phương pháp sau: Bước 1: Rễ ”đoòng”, rễ vấn vương, thân gối hạc cạo vỏ, đập dập, phơi khô (theo người đồng bào dân tộc Êđê) Tất nguyên liệu cho vào cối giã nhuyễn Hỗn hợp gọi bột tạo men Bước 2: Gạo lức đem ngâm (khoảng giờ), vớt, để đem xay nhỏ Bột tạo men, chủng nấm men đem trộn với bột gạo nước nóng (70 – 800C) Sau vo thành viên trứng gà bỏ lên khay đựng có lót lớp trấu (3 cm) Đậy lại ủ ngày nhiệt độ 30 0C xuất nấm mốc trắng men Bước 3: Viên men đem hong khô nhiệt độ 37 0C thời gian ngày Lưu ý: Các loại nguyên liệu rẽ tiền, dễ tìm kiếm Đặc biệt tận dụng bã cà phê thứ rác thải quán cà phê 2.3.2 Lên men: Nấu khoảng 1kg gạo thành cơm, để nguội sau phân tán để hạt cơm rời rạt rải lớp bã cà phê men mỏng, trộn đều, cho vào xơ đậy kín nắp, ủ 7-8 ngày Bằng cách ta nói bã cà phê lên men đồng thời với rượu Quá trình lên men rượu diễn nhiệt độ thường, thời gian có q trình diễn song song với mức độ khác Trước tiên trình tăng sinh khối nấm men Quá trình đường hóa có phân cắt tinh bột thành đường nhờ men amylase glucoamylase nấm mốc Đường vừa tạo trở thành thức ăn để nấm men thực trình lên men rượu Lưu ý: Tỉ lệ trình lên men sau: Nếu muốn có lít rượu ta cần nấu kg gạo tương ứng với 0,1 g men (bột) 0,3 kg bã cà phê + lít H2O nấu 1h đồng hồ 2.3.3 Nấu rượu: Sau hỗn hợp lên men từ 7-8 ngày, cho vào nồi nấu rượu thủ cơng (có thể dùng máy nấu rượu điện), cho tiếp vào khoảng lít nước, tiếp đến dùng cám hồ tinh bột đắp kín nắp (không cho nồi hở) Đun sôi giữ nhiệt độ khoảng 900C thời gian 1h đồng hồ Quá trình chưng cất rượu nhằm tách hỗn hợp rượu nước có nhiệt độ sơi khác Ở áp suất thường, rượu sơi bốc 780C, cịn nước 1000C Cịn chất thơm có bã cà phê este, anđehit, bốc nhiệt độ khoảng 500C Khi chưng cất, rượu có hương cà phê tách khỏi nước nhờ bay dễ nước Quá trình chưng cất tiến hành cách đun sôi hỗn hợp lên men, bay lên dẫn qua ống dẫn làm lạnh cách cho qua bồn nước để ngưng tụ rượu Hình 3: Tiến hành nấu rượu thủ cơng 2.3.4 Pha chế rượu: Dung dịch rượu thu suốt có mùi thơm cà phê đặc trưng nồng độ rượu giảm dần theo thời gian chưng cất Sau 1h đồng hồ nấu xong sử dụng nhiệt kế đo độ rượu 450 nên cần pha với nước sôi để nguội để rượu khoảng 300 phù hợp với người tiêu dùng Cách pha rượu với nước sau: Lấy 0,5 lít H2O cho vào lít rượu 450 ta 1,5 lít rượu 300 10 Hình 4: Đo độ rượu pha chế rượu 2.4 QUY TRÌNH CHƯNG CẤT RƯỢU GẠO CƠM ĐỂ NGUỘI, TRỘN MEN VÀ Bà CÀ PHÊ Ủ LÊN MEN (7-8 NGÀY) SẢN PHẨM RƯỢU MÁ Y NẤ 11 U PHÂN BÓN HỮU CƠ 2.5 SỬ DỤNG MÁY CHƯNG CẤT RƯỢU BẰNG ĐIỆN 2.5.1 Cấu tạo: Gồm phận chính: Bộ phận nấu phận ngưng tụ - Bộ phận nấu: Được làm từ nồi cơm điện (có sẵn) Bộ phận có gắn thêm biến trở để điều chỉnh nhiệt độ cần thiết Đây tính tiện lợi so với nấu thủ công Lỗ thông nồi cơm điện chúng em cải tiến thành lỗ thông để ngưng tụ rượu Hình 5: Nồi nấu điện - Bộ phận ngưng tụ: Ống dây đồng dẫn từ lỗ thông nồi nấu xoắn cong vịng xung quanh chậu nước để rượu nhanh chóng ngưng tụ Bồn nước có gắn quạt gió (để làm mát nước nóng làm nước nóng thêm) Đây hệ thống ngưng tụ khác biệt với hệ thống ngưng tụ thủ cơng 12 Hình 6: Hệ thống ngưng tụ máy nấu rượu điện Hình 7: Quạt giải nhiệt cho hệ thống ngưng tụ 2.5.2 Nguyên tắc hoạt động: Hỗn hợp sau lên men cho vào nồi nấu (nhiệt độ nồi điều chỉnh tử khoảng từ 800C - 900C) đủ để làm nước sơi Hơi qua ống dẫn tới hệ thống làm lạnh (ngưng tụ), ta thu sản phẩm 13 Hình 8: Máy chưng cất rượu điện 2.6 TẬN DỤNG PHẾ PHẨM LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ 2.6.1 Ủ phân hữu cơ: Sau nấu rượu, hèm rượu thường sử dụng làm thức ăn cho gia súc, hèm rượu chúng em đem ủ phân cách: Trộn hèm rượu (1kg) với phế phẩm nông nghiệp xơ dừa (1kg) vơi bột (0,5 kg), sau hịa chế phẩm EMUNIV vào nước (0,5 lít) rưới lên cho độ ẩm đạt 45 -50%, đậy kín Sau khoảng 30-40 ngày loại phân tơi xốp tốt cho trồng 14 Hình 9: Phân hữu thu sau 30 ngày ủ hèm rượu 2.6.2 Sử dụng phân để làm rau an toàn : Phân hữu ủ từ hèm rượu tốt cho trồng, đặc biệt với loại rau bón phân khơng cần phải sử dụng thuốc trừ sâu, loại sâu bọ kỵ với mùi từ bã cà phê Chúng ta cho phân ủ vào thùng xốp để trồng rau nhà, vừa lại vừa có thêm quan cảnh xanh sử dụng chỗ Chính nói loại phân bón phù hợp cho việc sản xuất rau sạch, an tồn cho hộ gia đình Hình 10: Vườn rau sử dụng phân bón hữu từ hèm rượu 15 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 SỐ LIỆU Sau nghiên cứu chế tạo thành công máy nấu rượu, chúng em tiến hành thực nghiệm lên men nấu rượu máy nấu nồi nấu thủ cơng để có kết thực nghiệm sau: Các nguyên liệu: Gạo, men rượu, bã cà phê có sẵn Qúa trình lên men ủ kín theo qui định từ -8 ngày 250C Bã cà phê lên men đồng thời trình Nguyên liệu Thời gian Kết 16 Người thực Chi phí 1,2kW điện Lê Đức Thơng 10.000 đ ngun liệu kg gạo, 0,1 g bột 1,5 đồng men, 0,3kg bã cà phê hồ kg gạo, 0,1 g bột 2,0 đồng men, 0,3kg bã cà phê hồ 1,5 kg gạo, 0,15 g bột 2,0 đồng men, 0,5kg bã cà phê hồ lít rượu 450 có hương cà phê 1,5 lít rượu 300 có hương Tơ Hồng Khang cà phê 1,5 lít rượu 450 có hương cà phê 1,8kW điện 10.000 đ nguyên liệu 2,5kW điện Nguyễn Thành 15.000 đ Luân nguyên liệu Bảng 1: Số liệu từ máy nấu rượu điện Do hạn chế thể tích nồi nấu (thể tích tổi đa nấu 2kg gạo) nên chúng em tiến hành thử nghiệm nồi nấu 1kg 1,5 kg gạo Tất nguyên liệu giống trên, chúng em thay nồi nấu điện nồi nấu thủ cơng thu bảng kết sau: Nguyên liệu Thời gian kg gạo, 0,1 g bột 0,5 đồng men, 0,3kg bã cà phê hồ kg gạo, 0,1 g bột men, 0,3kg bã cà phê Kết lít rượu 450 có hương cà Chi phí 10.000 đ Lê Đức Thơng ngun liệu phê 1,5 lít rượu 45 phút Người thực 300 có hương cà phê 17 Tơ Hồng Khang 10.000 đ ngun liệu 1,5 kg gạo, 0,15 g bột men, 0,5kg bã cà phê 1,5 lít rượu 55 phút 450 có hương cà phê Nguyễn Thành 15.000 đ nguyên liệu Luân Bảng 2: Số liệu từ nồi nấu rượu thủ công 3.2 THẢO LUẬN Từ kết thực nghiệm thu bảng bảng chúng em rút nhận xét sau: Sử dụng máy nấu điện, thời gian lâu hơn, tốn thêm chi phí tiền điện, lại an tồn (không xảy cháy nổ) Đặc biệt sử dụng máy nấu có ưu điểm điều chỉnh nhiệt độ ổn định, hợp lí 800C nên rượu thu thơm ngon, ổn định, cịn nấu rượu thủ cơng khơng điều chỉnh nhiệt độ nên nhiều lúc có tình trạng rượu “khê” không dùng Sử dụng máy nấu rượu tiện lợi hơn, đơn giản hơn, di chuyển thuận lợi, để bàn sử dụng trực tiếp rượu vừa nấu ra, hợp vệ sinh so với nấu rượu thủ công KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, tìm tịi với giúp đỡ thầy cô bạn bè, dự án chưng cất rượu hương cà phê chúng em hoàn thành mang lại nhiều hiệu thiết thực Rượu uống nồng nàng có mùi cà phê thơm ngon đặc biệt mà thị trường chưa có Đặc biệt phương pháp nấu rượu áp dụng rộng rãi cho hộ gia đình mà không gây ô nhiễm môi trường, phế thải làm phân bón hữu tốt cho trồng phịng trừ sau bệnh (vì bã cà phê có mùi loại thuốc trừ sau tự nhiên mà nhiều người chưa biết đến) 18 Trong tương lai đến nhóm chúng em tiếp tục mở rộng nghiên cứu, kết hợp rượu cà phê với loại trái khác như: Đu đủ, bơ, sầu riêng, hứa hẹn tạo nhiều sản phẩm đồ uống có cồn mang hương vị đặc sắc vùng Tây nguyên Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban tổ chức thi “Sáng tạo khoa học kỹ thuật sở giáo dục tỉnh Đăklăk lần thứ II” Cảm ơn thầy cô giáo bạn động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đề tài CưM’gar, Ngày 25 /11 / 2014 TÁC GIẢ LÊ ĐỨC THÔNG NGUYỄN THÀNH LUÂN TÀI LIỆU THAM KHẢO Sử dụng trang web: http://luanvan.net.vn Sử dụng trang web: http://tailieu.vn Sử dụng trang web: http://giaoducphothong.edu.vn Tạp chí Hóa Học Và Ứng Dụng Sách Giáo Khoa Công Nghệ Lớp 10 19 ... (nghiên cứu chế tạo máy nấu rượu điện, nghiên cứu trình lên men rượu, thực nghiệm trình nấu rượu, …) - Nhóm phương pháp tốn học (phương pháp thống kê toán học nghiên cứu khoa học giáo dục, đánh... bã cà phê hồ kg gạo, 0,1 g bột 2,0 đồng men, 0,3kg bã cà phê hồ 1,5 kg gạo, 0,15 g bột 2,0 đồng men, 0,5kg bã cà phê hồ lít rượu 450 có hương cà phê 1,5 lít rượu 300 có hương Tơ Hồng Khang cà phê. .. liệu, ) Giả thuyết khoa học Nếu dự án chưng cất rượu hương cà phê hoàn thành giúp cho người dân tiết kiệm chi phí sản xuất, làm đa dạng sản phẩm có từ cà phê Đặc biệt máy nấu rượu sử dụng rộng