luận văn công nghệ sản xuất rượu

công nghệ sản xuất rượu

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện KH – CN Môi trường

Hà Nội 2008

mục lục

Trang

Lời nói đầu 3 Phần một Công nghệ sản xuất Chương 1 Tổng quan 1 Giới thiệu 4 2 Tình hình sản xuất trong nước 4 3 Tình hình sản xuất trên thế giới 5 4 Sơ lược các công nghệ 6 Chương 2 Qui trình công nghệ 1 Sơ đồ công nghệ 7 2 Nguyên liệu 7 3 Nghiền nguyên liệu 10

4 Nấu nguyên liệu 11

5 Đường hoá dịch cháo 13

6 Lên men dịch đường 15

7 Chưng cất 18

8 Đặc điểm sử dụng điện, nước 21

Phần hai Vấn đề môi trường 22

Kết luận 23

Phụ lục 24

Tài liệu tham khảo 25

Lời nói đầu

Trong thời gian học môn Các quá trình sản xuất cơ bản, được sự chỉ dẫn của thầy Khoa, nhóm sinh viên chúng em đã có cơ hội tìm hiểu về Công nghệ sản xuất rư ợu, cồn etylic và các dòng thải chính trong quá trình sản xuất Sau đây là bản báo cáo về nội dung đã tìm hiểu

Nội dung cơ bản gồm 3 phần:

- Phần 1: Tổng quan, Nguyễn Hùng Sơn viết

- Phần 2: Qui trình sản xuất, Trần Ngọc Linh viết

- Phần 3: Vấn đề môi trường, Vũ Đức Duy viết

Sự tìm hiểu mới dừng lại ở khía cạnh lý thuyết, và chủ yếu qua sách

và các phương tiện truyền thông, cho nên chắc chắn còn có nhiều sai sót Rất mong được sự góp ý của thầy và các bạn để nội dung được hoản chỉnh hơn

Hà Nội, 17/10/2008

Trần Ngọc Linh

Công nghệ sản xuất rư ợu đã và đang là một công nghệ chuyên nghiệp lâu đời ở nhiều nước trên thế giới Phương pháp truyền thống là dựa vào kinh nghiệm và kỹ thuật thủ công Nhưng ngày nay, những thiết

bị tự động hoá đang được đưa dần vào sử dụng để tăng hiệu quả sản xuất và đồng thời kiểm soát được chất lượng cũng như cải thiện được vấn

đề vệ sinh trong quá trình sản xuất

1997, cả 2 nhà máy chỉ sản xuất đư ợc 3,28 triệu lít rư ợu Năm 1998 Công ty rượu Hà Nội nâng sản lượng lên 4,2 triệu lít rượu và 1,7 triệu lít cồn

Ngoài ra, cả nước còn có 26 doanh nghiệp quốc doanh với tổng công suất thiết kế khoảng 25,8 triệu lít/năm Tuy nhiên năm 1997 chỉ sản xuất được 13,53 triệu lít Trong 26 doanh nghiệp này chỉ có 3 doanh nghiệp có công suất 1,8 triệu lít/năm trở lên là Công ty rượu nước giải khát Thăng Long, Công ty rượu Đồng Xuân và Công ty Đường rượu Việt Trì

Công ty rượu nước giải khát Thăng Long có công suất thiết kế 5 triệu lít/năm, sản lượng thực tế năm 1997 là 4,8 triệu lít Sản phẩm chủ yếu

là các loại rượu vang, rượu Champagne

Công ty rượu Đồng Xuân có công suất thiết kế 600 nghìn lít cồn/năm (tương đương 1,8 triệu lít rượu/năm) Sản lượng cồn sản xuất thực tế hàng năm khoảng 700 – 800 nghìn lít, vượt công suất thiết kế Sản phẩm chủ yếu là các loại rượu pha chế, rượu vang, rượu champagne

Các cơ sở sản xuất tư nhân và cổ phần có tổng công suất thiết kế

là 4,55 triệu lít/năm Vốn đầu tư 6,9 tỷ đồng Sản lượng thực tế sản xuất: năm 1995 khoảng 1,63 triệu lít, năm 1996: 1,84 triệu lít, năm 1997: 2,53 triệu lít Các cơ sở này chủ yếu thành lập từ những năm 1990, thiết bị phần lớn chế tạo trong nư ớc, thư ờng có vốn đầu tư thấp, công suất nhỏ nên thiết thường chắp vá, không đồng bộ, lao động hoàn toàn

thủ công, công nghệ sản xuất trong nước, sản phẩm chủ yếu tập trung vào sản xuất các loại rượu pha chế, một số cơ sở sản xuất rượu vang và champagne, tuỳ theo nhu cầu của thị trường Một số cơ sở có đầu tư thường xuyên cho công nghệ và thiết bị nên sản phẩm tương đối ổn định

và tốt, còn phần lớn các cơ sở khác sản xuất theo thời vụ, đối tượng bán hàng chủ yếu tập trung ở các vùng nông thôn, miền núi, chất lượng sản phẩm kém, không ổn định nhưng giá thành thấp, nên kinh doanh vẫn

có hiệu quả

Các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài: do chính sách mở cửa của Nhà nư ớc, mấy năm gần đây các đối tác nư ớc ngoài đã sang Việt Nam liên doanh để sản xuất rượư Sản lượng rượu mùi và rượu trắng của các cơ sở có vốn đầu tư nước ngoài tăng nhanh trong những năm 1995 đến năm 2000 Năm 2000 đạt 1,6 triệu lít/năm

Các sản phẩm sản xuất hiện nay ở quy mô công nghiệp chủ yếu là rượu pha chế từ cồn tinh luyện, đa số hương vị của các sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào hương liệu và chất phụ gia đưa từ ngoài vào; chưa có sản phẩm nào đặc trưng cho Việt Nam

3 Tình hình sản xuất trên thế giới:

Cồn rượu được con người xem là sản phẩm thực phẩm nhưng cũng lại là sản phẩm có nguy cơ độc hại đối với cơ thể con người Tuy nhiên, sản lượng cồn mà thế giới sản xuất ra hàng năm vẫn ngày càng tăng thêm

Sản lượng cồn sản xuất ở một số nước cho trong bảng sau:

Liờn xụ cũ Mỹ Braxin Phỏp Phần lan Bỉ

Hầu hết các nước trên thế giới đều dùng cồn để pha chế rượu và cho các nhu cầu khác nhau như: y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.

Tuỳ theo tình hình phát triển ở mỗi nư ớc, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất đa dạng và khác nhau

ở các nư ớc có công nghiệp rư ợu vang phát triển như Italia, Tây Ban Nha, Môn đô va,… cồn được dùng để tăng thêm nồng độ rượu Một lượng khá lớn cồn được dùng để pha chế các loại rượu mạnh, cao độ như Whisky, Rartin, Brandy, Napoleon, Rhum,…

Trong thời gian 1954 – 1955, ở Nhật chỉ có 19,1% cồn đưa vào pha chế rư ợu, ở Đan Mạch chỉ 11,6%, còn ở Bỉ cồn đư a vào pha chế rư ợu mạnh chiếm tới 39% sản lư ợng năm ở Liên Xô cũ cồn đư a vào sản xuất các đồ uống chiếm tới 40%; 60% còn lại được dùng vào các ngành kinh tế khác

Rư ợu và các đồ uống có rư ợu chiếm một vị trí đáng kể trong công nghiệp thực phẩm Chúng rất đa dạng, tuỳ theo truyền thống và thị hiếu của người tiêu dùng mà các nhà sản xuất làm ra nhiều loại rượu mang tên khác nhau Tuy nhiên có thể chi thành 3 loại chính: rượu mạnh cao độ

có nồng độ trên 30% thể tích, rượu thông thường có nồng độ từ 15 – 30% thể tích, và rượu nhẹ có nồng độ dưới 15% thể tích

4 Sơ lược các công nghệ

Dựa vào nguyên liệu có thể có các công nghệ đi từ nguyên liệu chứa tinh bột, đường và nguyên liệu chứa xenluloza Phương pháp dùng nguyên liệu xenluloza thư ờng kém hiệu quả kinh tế, do thuỷ phân xenluloza khó khăn hơn thuỷ phân tinh bột

Trong sản xuất rư ợu, cồn, công đoạn chư ng là không thể thiếu đư ợc trong bất kỳ công nghệ nào Có hai phương pháp chưng cất là dùng nồi chư

năng suất thấp, tốn hơi và nhiệt, nồng độ cồn không ổn định và giảm dần trong quá trình chưng Lúc đầu có thể đạt 75 – 80% thể tích, cuối chỉ còn 5 – 6% thể tích Nồng độ trung bình từ 20 – 30% Tổn thất rư

ợu theo bã nhiều gấp 3 – 4 lần so với khi dùng tháp chưng

Phư ơng pháp dùng tháp chư ng khắc phục đư ợc các như ợc điểm trên,

độ tinh khiết cao, hiệu quả kinh tế cao ở các nư ớc tiên tiến hiện nay chỉ dùng phương pháp này ở nước ta nhiều xí nghiệp nhỏ và các xưởng tư nhân cũng đang dần áp dụng phương pháp này

Trong bài tiểu luận này em trình bày công nghệ sản xuất rư ợu đi

từ những nguyên liệu chứa tinh bột hoặc đường và dùng nồi chưng gián

đoạn khi chưng cất rượu

Chương 2 qui trình công nghệ

1 Sơ đồ công nghệ sản xuất rượu, cồn etylic:

Hình 2 Sơ đồ công nghệ

2 Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu:

a Nguyên liệu chứa tinh bột:

Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu ở nước ta thường sử dụng là sắn, sau đó là ngô và một phần gạo hoặc tấm

Củ sắn gồm ba phần chính: vỏ, thịt củ và lõi; ngoài ra còn có cuống và rễ củ

Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi Vỏ gỗ cấu tạo chủ yếu là xenluloza Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ khỏi tác động bên ngoài; đồng thời hạn chế mất nước của củ Bản thân vỏ củ cứng nhưng liên kết không bền với vỏ cùi, do đó

dễ mất khi thu hoạch và vận chuyển Tỷ lệ vỏ gỗ thường vào khoảng từ 1,5 – 2 %

Vỏ cùi dày khoảng 1 – 3 mm và chiếm 8 – 15 % khối lượng củ Vỏ cùi gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài Thành phần lớp này cũng chủ yếu

là xenluloza, hầu như không có tinh bột như ng chứa mủ sắn Trong thành phần mủ sắn có chứa các pholyphenol Tiếp theo là lớp tế bào mô mềm, lớp này ngoài mủ sắn còn chứa khoảng 5 % tinh bột Các polyphenol, enzym và linamarin có tác dụng bảo vệ củ phát triển bình thường trước thu hoạch, nhưng khi đã đào bới củ khỏi đất chúng lại gây trở ngại cho bảo quản và chế biến Tổng lư ợng các chất polyphenol trong sắn khoảng 0,1 – 0,3 %, trong đó có đến 85 – 90 % tập trung ở vỏ cùi.Sau vỏ cùi là khe mủ – nơi lưu thông mủ giữa vỏ cùi và thịt củ Do tác dụng này nên liên kết giữa vỏ với thịt sắn không bền, dễ tách vỏ khỏi thịt sắn Lớp tiếp nối là tầng sinh gỗ, với củ phát triển bình thường thì lớp này chỉ nhìn rõ sau khi luộc chín Tiếp theo tầng sinh gỗ là thịt sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dư ỡng của củ Các chất polyphenol, độc tố và enzym chứa ở thịt củ tuy không nhiều, chỉ 10 – 15% so với chúng có trong củ như ng vẫn gây trở ngại khi chế biến làm biến màu, sắn bị chảy mủ sẽ khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô

Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài Thành phần lõi chủ yếu là xenluloza Lõi có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô

Thành phần của củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột

20 – 34%, protein 0,8 – 1,2%, chất béo 0,3 – 0,4%, xenluloza 1 – 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 – 0,3% và nước 60,0 – 74,2%

Có thể biểu diễn bằng đồ thị với các giá trị lấy trung bình như sau:

Hình 3 Thành phần chính của củ sắn tươi

0.27

0.01 0.0035 0.0205 0.0054 0.002 0.671

0.0176

Tinh bột Protein Chất bộo Xenluloza Chất tro Polyphenol Nước Chất khỏc

Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô hoặc sắn dui Ngoài sắn khô ngư ời ta còn dùng gạo tấm và ngô để sản xuất ra cồn

có chất lượng cảm quan cao, dùng pha chế các loại rượu cao cấp và xuất khẩu

Thành phần hoá học của một số nguyên liệu chứa tinh bột được cho trong bảng dưới tính theo % trung bình

Bảng 1 Thành phần hoá học của một số nguyên liệu

Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men

được, gồm tinh bột và một số đường Trong đa số gluxit nói chung thì tỷ

lệ giữa H và O đều tương tự như trong nước – Cn(H2O)m Tuy nhiên, cũng

có những gluxit tỷ lệ giữa H và O không giống nhau như trong nước, ví dụ Ramnoza – C6H12O5

b Nguyên liệu chứa đường – rỉ đường:

Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường chiếm từ 3 – 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất Tỷ lệ này phụ thuộc vào chất lượng mía và công nghệ sản xuất

Từ 1 tấn mật rỉ chúng ta có thể thu đư ợc: 300 lít cồn 100o, 50 kg nấm men bánh mì, 160 kg CO2 lỏng, 14 kg glyxerin, 14,2 kg mì chính

và một số sản phẩm khác

Thành phần mật rỉ phụ thuộc vào giống mía, đất đai trồng trọt và

điều kiện canh tác cũng như công nghệ sản xuất đường Bình thường lượng chất khô trong mật rỉ chiếm 80 – 85%, nước chiếm 15 – 20% Có nhà máy rửa nhiều nước sau ly tâm đường nên lượng chất khô giảm còn 70 – 75%

Trong số các chất khô thì đư ờng chiếm tới 60%, gồm 35 – 40% là saccaroza và 20 – 25% là đường khử Số chất khô còn lại gọi chung là chất phi đường và gồm 30 – 32 % là hợp chất hữu cơ và 8 – 10% là chất vô cơ

Hợp chất hữu cơ gồm các chất chứa nitơ, cacbon, oxy và hydro Chất hữu cơ không chứa nitơ gồm có pectin, chất nhầy furfurol và oxymetyl furfurol, axit,… Ngoài ra còn chứa các chất khử nhưng không lên men đư

ợc như caramen, chất màu,… Hợp chất hữu cơ chứa nitơ phần lớn là dạng amin như glutamic, lơxin, alamin,… Lượng nitơ trong rỉ đường mía chỉ khoảng 0,5 – 1%, ít hơn so với rỉ đường củ cải (1,2 – 2,2%) Do chứa ít nitơ nên khi lên men dịch rỉ đường người ta phải bổ sung nguồn nitơ từ ure hoặc amoni sunfat

Ngoài bổ sung nguồn nitơ, ngư ời ta cần thêm nguồn photpho để giúp cho sự phát triển bình thư ờng của nấm men Theo số liệu của Marinchenco, hàm lượng axit photphoric chiếm 6% chất khoáng, tương đư

ơng 0,6% khối lượng mật rỉ sẽ không đủ cho dinh dưỡng của nấm men

Trong sản xuất rượu từ rỉ đường trước đây, người ta có bổ sung nguồn photpho ở dạng supe photphat với số lượng 1% so với mật rỉ.

3 Nghiền nguyên liệu

Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô Trước đây nguyên liệu đưa vào nấu rượu thường để nguyên dạng hạt hoặc lát to, ngày nay nguyên liệu được nghiền nhỏ với mức độ khác nhau rồi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp nhằm biến tinh bột thành dạng hoà tan

Hiện nay nguyên liệu được nghiền trên nhiều kiểu máy khác nhau ở nư

ớc ta, tại các nhà máy rượu thường dùng máy nghiền búa có cấu tạo như sau:

Hình 4 Máy nghiền búa

Muốn nghiền nhỏ ta dùng búa mỏng có chiều dày 2 đến 3 mm Khi nghiền thô dùng búa có chiều dày 6 – 10mm Tốc độ quay của búa 75 –

80 m/s (tương đương 2750 vòng/phút) Khi nghiền, các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy ra ngoài Phần lớn chưa lọt qua rây được tiếp tục nghiền nhỏ Năng suất của máy còn phụ thuộc mức độ nghiền và kích

thước rây Lỗ rây bé thì năng suất giảm, mặt rây nhanh bị hỏng Tuỳ theo chế độ nấu mà thay đổi kích thước lỗ mặt rây Với sắn khô khi nấu ở áp suất thường có dùng α – amylaza chịu nhiệt, nghiền càng mịn càng tốt.

Hiện nay ngư ời ta đã chế tạo máy nghiền búa với năng suất 1000;

2000 và 3000 kg/h

ở nước ta các xưởng cơ khí thường chế tạo các máy nghiền búa có năng suất từ 200 đến 500 kg/h

4 Nấu nguyên liệu:

Trong các dạng nguyên liệu như gạo, ngô, khoai, sắn,… hạt tinh bột luôn nằm trong các màng tế bào Khi nghiền chỉ một phần các màng

đó bị phá vỡ, phần lớn màng tế bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzym amylaza với tinh bột Mặt khác, ở trạng thái không hoà tan, amylaza tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả Vì vậy mục

đích chủ yếu của nấu nguyên liệu là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến chúng thành trạng thái hoà tan trong dung dịch.Trong quá trình nấu, phần lớn màng tế bào của nguyên liệu chư a nghiền vẫn giữ nguyên cấu tạo của chúng và chỉ bị phá vỡ khi khuấy trộn hoặc phóng cháo qua van hẹp sang thiết bị lớn hơn Lúc đó sẽ xảy

ra hiện tượng tự bay hơi nước trong tế bào, thể tích hơi tăng khoảng 1500 lần so với thể tích nước trong tế bào, nhờ đó màng tế bào bị xé vỡ và tinh bột đư ợc giải phóng Tính chất này đư ợc áp dụng để chế tạo các thiết bị nấu liên tục Có thể nói nấu nguyên liệu là quá trình ban đầu như ng rất quan trọng trong sản xuất cồn etylic Các quá trình kỹ thuật tiếp theo tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết quả nấu nguyên liệu.Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo một trong ba phư ơng pháp: gián đoạn, bán liên tục và liên tục Tuỳ theo điều kiện trang bị mỗi nước, mỗi cơ sở sản xuất có thể chọn cho mình phư ơng pháp phù hợp, nhằm

đạt hiệu quả cao nhất trong hoàn cảnh cho phép

ở nước ta, các nhà máy rượu dùng chủ yếu phương pháp nấu gián đoạn

Đặc điểm của phư ơng pháp là toàn bộ quá trình nấu đều thực hiện trong cùng một nồi Phương pháp có ưu điểm là tốn ít vật liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, như ng có như ợc điểm là tốn hơi hơn vì

không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp suất và nhiệt độ cao nên gây tổn thất nhiều đường.

Nguyên liệu đưa vào nồi nấu có thể để nguyên cả hạt hoặc sắn lát Tuy nhiên, hiện nay nguyên liệu hầu hết được nghiền thành bột với mức

độ to nhỏ khác nhau nhằm mục đích tăng năng suất và hạn chế tổn thất do kéo dài thời gian nấu

Quá trình nấu được thực hiện như sau:

Cho toàn bộ lượng nước vào nối với tỷ lệ 3,4 – 4 lít/kg nguyênliệu tuỳ thuộc hàm lượng tinh bột Cho cánh khuấy làm việc rồi đổ bột vào, đậy kín nắp và bắt đầu xông hơi sao cho 45 – 60 phút thì áp suất trong nồi đạt yêu cầu Lúc đầu cần mở van xả để đuổi hết không khí và khí không ngưng cho tới khi van xả thoát ra chỉ có hơi nước bão hoà Đóng bớt van xả và khi áp suất đạt tới áp suất nấu ta bắt đầu tính thời gian

áp suất và nhiệt độ nấu cao hay thấp là tuỳ theo trạng thái của nguyên liệu, bột to nhỏ hay chưa nghiền Đối với bột thường nấu ở áp suất 3 – 3,5 kg/cm2, thời gian duy trì 60 – 70 phút Còn ngô hạt hay sắn lát thì phải nấu ở áp suất 4,5 – 5 kg/cm2 trong khoảng 80 – 90 phút Tốt nhất là nên nghiền nguyên liệu và nấu ở 3 – 3,5 kg/cm2 tương đương nhiệt độ 130 –

140oC

Đối với nguyên liệu kém phẩm chất cho phát triển của vi sinh vật, cần căn cứ vào chất lượng mà định ra chế độ nấu phù hợp Nguyên liệu bảo quản lâu kém phẩm chất thường nấu ở áp suất và nhiệt độ thấp hoặc rút ngắn thời gian duy trì

Nồi nấu gián đoạn có hình dáng như hình vẽ theo sau đây:

Hình 5 Cấu tạo nồi nấu gián đoạn

Trong giai đoạn cuối của nấu nguyên liệu, thỉnh thoảng ta cần lấy mẫu để kiểm tra mức độ nấu chín của tinh bột Độ chín của tinh bột

có thể kiểm tra bằng kính hiển vi hay căn cứ vào tốc độ chảy của dịch cháo khi lọc, như ng kém tin cậy Hiện nay ngư ời ta vẫn dựa vào kinh nghiệm cảm quan của công nhân vận hành Cháo đư ợc xem như chín nếu có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm hoặc cánh gián Nếu màu tối xẫm, mùi khét, vị đắng là do bị cháy, còn nếu cháo có màu bợt trắng, mùi ngái thì xem như chưa chín

Nấu xong ta mở van từ từ và phóng cháo sang thùng đường hoá Thời gian phóng cháo 10 – 15 phút Toàn bộ chu kỳ nấu kéo dài khoản 2,5 – 3 giờ

5 Đường hoá dịch cháo

Nấu xong, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hoà tan như ng chư a thể lên men trực tiếp để biến thành rư ợu đư ợc mà phải trải qua quá trình thuỷ phân do xúc tác của amylaza để biến thành đường Quá trình trên đư ợc gọi là đư ờng hoá và đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn etylic Nó quyết định phần lớn hiệu suất thu