Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng diaxetyl trong dịch lên men bia

MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công nghệ sản xuất cồn etylic trình lên men đường từ nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm etylic hay etanol Trong trình sản xuất đường từ mía, lượng lớn thứ phẩm (khoảng từ 3÷5% lượng mía đưa vào sản xuất) thải gọi rỉ đường hay mật rỉ Hiện nước ta có 40 nhà máy đường hoạt động với tổng công suất 12 triệu tấn/năm Nếu tỉ lệ mật rỉ chiếm 3,5 % nhà máy đường thải lượng mật rỉ 420 000 tấn/năm Vì vậy, yêu cầu cấp thiết phải xây dựng nhà máy để chế biến hết lượng thứ phẩm này, có nhà máy sản xuất rượu - cồn Từ yêu cầu cấp thiết trên, đồng ý Tổ Bộ mơn Hóa học Thực phẩm Khoa Hóa học – Trường Đại học Vinh hướng dẫn Th.S Đào Thị Thanh Xuân, em tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố tới trình lên men rượu từ nguyên liệu rỉ đường” Mục tiêu nghiên cứu Căn vào đề tài giao, phạm vi tiến hành nghiên cứu làm thực nghiệm công nghệ sản xuất cồn nhằm mục tiêu tìm hiểu: Mục tiêu tổng quát: - Tìm hiểu tình hình sản xuất sử dụng cồn, rượu nước ta giới - Quy trình cơng nghệ phương pháp sản xuất cồn, rượu áp dụng thời gian - Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men nhằm nâng hiệu suất lên men chất lượng cồn thành phẩm Mục tiêu cụ thể: - Xác định hàm lượng thành phần có nguyên liệu - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ chất khơ hịa tan ngun liệu trước lên men - Nghiên cứu ảnh hưởng độ pH tới hiệu suất lên men - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất lên men - Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn dinh dưỡng nitơ : ure (NH4)2SO4, pepton, cao nấm men tới hiệu suất lên men Kết khảo sát nghiên cứu nhằm mục đích nâng cao hiệu suất lên men cồn hiệu suất chưng cất cồn thương phẩm đạt chất lượng hiệu cao Đặc biệt góp phần vào công nghệ sản xuất cồn êtylic tận dụng hết lượng thứ phẩm mật rỉ nước ta sẵn có Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mật rỉ mua từ Công ty TNHH Đức Thành, chủng nấm men khô chủng nấm men cung cấp nhà máy cồn Xuân An - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực phịng thí nghiệm hố thực phẩm – Trường Đại học Vinh Kết cấu đề tài Ngoài lời mở đầu, kết luận danh mục tài liệu tham khảo, nội dung nghiên cứu đề tài kết cấu thành chương: - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Vật liệu phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết thảo luận CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc tình hình sản xuất cồn, rƣợu etylic nƣớc ta giới 1.1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển cồn, rƣợu nƣớc ta nước ta, nghề nấu rượu thủ cơng đ có từ ngàn xưa chưa có tài liệu cho biết xác có từ Theo kinh nghiệm cổ truyền, nghề nấu rượu công thực sau: Nguyên liệu (gạo, nếp, ngơ, khoai, sắn…)→ xử lý ngun liệu→ nấu chín→ làm nguội→ trộn bánh men→ lên men → chưng cất→ rượu Chất lượng rượu thu phụ thuộc nhiều yếu tố nguyên liệu gạo nếp hay tẻ, nấu cơm khô hay nh o, men tốt hay xấu, nhiệt độ ủ lên men, cách tiến hành chưng cất lấy sản phẩm Quan trọng men giống, nguyên liệu cách làm men giống đa dạng Mỗi nơi vùng có cách làm men giống khác miền n i, đồng bào dân tộc dùng gạo, ngơ, khoai, sắn, nấu chín cho lên men, men lấy từ số nuôi cấy khiết Sản phẩm tiếng rượu cần đồng bằng, nhân dân biết nuôi cấy phát triển nấm mốc, nấm men thiên nhiên mơi trường thích hợp, gạo nguyên liệu khác có chứa tinh bột đ nấu chín Đó gọi men thuốc bắc Tất làm theo kinh nghiệm “ cha truyền nối” Nếu thực đ ng theo phương pháp cổ truyền rượu làm uống ngon, vị đậm êm dịu, say mà không cảm thấy sốc đau đầu Rượu cổ truyền đầu tư nghiên cứu nghiêm t c trở thành sản phẩm đặc thù Việt Nam xếp ngang hàng với loại rượu nhiều nước giới Martin, Brandy, Mao Đài, Sake, Vodka… nước ta trước có số loại rượu tiếng L a Mới Hà Nội, rượu Nàng Hương Bình Tây Hồng Đế Thanh Ba Ph Thọ Các loại rượu kể chất lượng không thua số rượu mạnh ngoại nhập tâm lí thích dùng đồ ngoại mà có người xem thường rượu ta [5] Một số loại rượu trắng cổ truyền tiếng: Trước cách mạng Tháng Tám nước ta có nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán Cái Rằng Tất sản xuất từ ngô, gạo theo phương pháp amylose Sau loạt nhà máy sản xuất rượu từ nguyên liệu tinh bột thành lập Hà Nội, Nam Định, Hải Dương, Sau có xây dựng thêm số nhà máy sản xuất cồn rượu từ mật rỉ tận dụng mật rỉ nhà máy đường Tuy vậy, cồn nhà máy ta làm nói chung chưa đạt TCVN - 71, TCVN-71 cồn rượu ta thuộc loại thấp so với nước tiên tiến giới Hiện l nh thổ Việt Nam có sở làm cồn loại I thoả m n TCVN-71 Đó Cơng ty rượu bia Đồng Xuân Ph Thọ, Công ty rượu Hà Nội Bình Tây T lệ đạt loại I chưa nhiều Muốn có cồn tinh khiết, chất lượng cao cần phải có hệ thống chưng luyện tốt biết cách sử dụng Trước tình hình Trong hội thảo Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát , theo đề nghị chuyên gia đến năm 2005 nước ta nên có khoảng 180 đến 200 triệu lít rượu loại, tương đương khoảng 50 triệu lít cồn tinh khiết Trong cồn từ nguyên liệu tinh bột chiếm 30 - 40 %, số lại cồn từ rỉ đường Cồn tinh bột trước mắt nhà máy rượu Bình Tây, Hà Nội Thanh Ba đảm nhiệm cần hồn chỉnh cơng nghệ thiết bị để sử dụng hết suất thiết kế Đồng thời xây dựng thêm số nhà máy rượu rỉ đường nh ng nơi có mật rỉ Nếu khơng làm dẫn đến l ng phí lượng rỉ nhà máy đường thải Song song với sản xuất loại rượu uống nước ta nhanh chóng triển khai phối hợp với chương trình lượng nghiên cứu sử dụng cồn vào mục đích thay chất đốt Điều vơ có lợi cồn cháy ảnh hưởng đến mơi trường dầu hoả, lại hạn chế tình trạng phá rừng lấy củi đốt Ch ng ta cần đổi quan niệm cồn để pha rượu uống Trong tương lai không xa n a, chắn cồn nước ta trở thành nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác nhiều nước đ làm [4][5] 1.1.2 Tình hình sản xuất sử dụng cồn rƣợu (ethanol) toàn giới Cồn xem sản phẩm thực phẩm lại sản phẩm có nguy độc hại thể người Tuy nhiên sản phẩm sản xuất hàng năm giới ngày tăng thêm Chưa có tài liệu cho ta biết rõ số lượng cồn rượu sản xuất việc sử dụng ch ng tất nước Hầu hết giới dùng cồn để pha chế thành rượu cho nhu cầu khác như: y tế, nhiên liệu nguyên liệu cho ngành công nghiệp khác Tùy theo tình hình phát triển nước, t lệ cồn dùng ngành đa dạng khác Ngồi cơng dụng làm đồ uống, rượu - cồn etylic cịn có khả làm ngun liệu cho số ngành kinh tế quan trọng: làm dung môi h u cơ, nhiên liệu, dùng y tế, mỹ phẩm pha nước hoa, dược để trích ly hoạt chất sinh học, sản xuất axit axetic giấm ăn, sản xuất loại este có mùi thơm, cao su tổng hợp nhiều hợp chất khác… Đặc biệt với khả dùng làm nhiên liệu (chất đốt) cồn tuyệt đối hứa hẹn cho ngành sản xuất nhiên liệu với nguyên liệu tái sinh - viễn cảnh sáng sủa rộng lớn Mai mỏ dầu khí đốt lịng đất cạn kiệt cồn tuyệt đối có lẽ loại nhiên liệu thích hợp nguyên liệu để sản xuất cồn có lẽ khơng hết Hiện nay, nhiều h ng ô tô đ thử nghiệm thành công mẫu động chạy cồn hỗn hợp cồn – xăng nước có cơng nghiệp rượu vang phát triển Italia, Pháp, Tây ban nha, Mônđôva cồn dùng để tăng thêm nồng độ rượu Một lượng lớn cồn dùng để pha chế rượu mạnh Whsiky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum… [5] Một số loại rượu tiếng: Trong thời gian 1945-1955, Nhật có 19,1% cồn đưa vào pha chế rượu, Đan Mạch có 11,6%, cịn Bỉ cồn đưa vào pha chế rượu mạnh chiếm tới 39% sản lượng năm Liên Xô (cũ) cồn đưa vào sản xuất đồ uống chiếm tới 40%; 60% lại dùng vào ngành kinh tế khác Rượu đồ uống có rượu đồ uống đa dạng có nhiều mẫu m khác nhau, chiếm vị trí đáng kể công nghiệp thực phẩm Ch ng đa dạng tu theo truyền thống thị hiếu người tiêu dùng mà nhà sản xuất làm nhiều loại rượu mang tên khác Tuy nhiên chia thành loại chính: rượu mạnh có nồng độ 30%V, rượu thơng thường có nồng độ từ 15÷30%V, rượu nhẹ có nồng độ 15%V - Thị trường ethanol giới có xu hướng phân chia thành vùng Tại Châu Âu, nhà sản xuất ôtô tập trung vào công nghệ diesel hầu hết phát triển lĩnh vực liên quan đến diesel Tại Brazil Mỹ, ethanol pha vào xăng mục tiêu Tại Việt Nam, diesel sinh học ethanol lên kế hoạch sản xuất với quy mô lớn - Thị trường ethanol giới: Sản lượng ethanol giới đạt khoảng 55 t lít 45 t lít ethanol cấp độ nhiên liệu Mỹ Brazil đóng góp vào khoảng 16 t lít nước Trung quốc Ấn độ Bốn nước sản xuất hàng đầu đ chiếm tới 82% sản lượng toàn cầu năm 2005 Ethanol nhiên liệu tăng lên đạt khoảng 63 t lít vào năm 2012 Với t lệ tăng hàng năm 5% Bn bán ethanol tồn cầu có t trọng nhỏ với t lít năm chiếm 6% sản lượng Nhập thống trị Mỹ Châu Âu Nhật Hàn quốc thị trường Châu Á Cùng với việc sản xuất, thương mại tăng nhanh chóng 16 quốc gia đ bắt buộc pha ethanol xăng đảm bảo tăng nhanh chóng thị trường thương mại ethanol Brazil sản xuất với sản lượng lớn thống trị xuất tới thị trường Châu Mỹ latinh trở thành khu vực sản xuất lớn bán ethanol tới thị trường Bắc Mỹ Châu Á Châu Âu trở thành nhà nhập biofuel từ Phần lan Nga nước châu mỹ la tinh khác Nhật nhập ethanol từ Brazil nước khác không đủ cung cấp cho thị trường Nhật Korea nh ng nước nhập khu vực Châu Á Cả hai nước tìm kiếm nhà cung cấp khu vực Châu Á Trong Brazil trở thành nhà cung cấp chính, nước gần với Nhật có thuận lợi vận chuyển Gồm có China, Thái lan, Úc Ấn độ Xa n a nước có tiềm khu vực Châu Phi [1][5][15] 1.2 Một số đặc tính cồn etylic Cồn Etylic hay Etanol: C2H5OH chất lỏng không màu, suốt, có vị nóng gắt mùi đặc trưng Nh ng số vật lý cồn etylic: Nhiệt độ (oC): hóa rắn -114,3 sơi 760 mmHg 78,35 bốc cháy 12 cháy, kJ/kg 26665 bay 20oC 910 nóng chảy, kJ/mol 4,94 Nhiệt lượng: Độ nhớt, cP: 0oC 1,78 20oC 1,19 Etanol có tính co d n dạng lớn, so với nước gấp 2÷2,5 lần Nó h t nước từ độ ẩm khơng khí từ tổ chức (mơ) động vật thực vật, đặt biệt từ tế bào vi sinh vật Do có tính sát khuẩn, cồn h t lượng lớn nước từ tế bào làm vỡ biến dạng tế bào vi khuẩn Khi trộn 50% thể tích cồn với 50% thể tích nước ta thu 96,4% thể tích hỗn hợp.Như vậy, cồn trộn với nước bị co thể tích Cồn etylic tinh khiết có phản ứng trung tính, cồn thu theo phương pháp lên men có lẫn lượng nhỏ axít h u cơ, có phản ứng axít nhẹ Cồn dung dịch cồn (nặng) - nước dễ bắt lửa bùng cháy với lửa xanh nhẹ khơng có muội Hơi cồn khơng khí gây độc cho người, động vật vi sinh vật Giới hạn cho phép nồng độ không khí