Tất cả các giai đoạn lên men đều diễn ra trong cùng một thiết bị. Quá trình công nghệ được tiến hành như sau
3.1.1. Chuẩn bị thùng lên men
Trước khi sử dụng, thùng lên men phải được vệ sinh, sau đó mở van hơi nước để sát trùng, duy trì nhiệt độ sát trùng 95 – 100oC trong thời gian 45 – 60 phút.
Nếu thùng lên men bị nhiễm khuẩn nặng thì dùng các chất sát trùng như formalin, clorua vôi…kết hợp dùng hơi nhiệt. Phổ biến nhất là dùng formalin với tỉ lệ 0,03 - 0,05% so với thể tích thùng lên men. Cho formalin vào thùng xong, ta mở hơi nước để nâng nhiệt độ dung dịch formalin lên 55 – 60oC và giữ trong 60 – 90 phút.
Tiếp đó lại nâng nhiệt độ lên 95 – 100oC trong 45 – 60 phút.
Sau khi sát trùng xong, mở nước làm nguội thùng xuống đến 35 – 37oC, đồng thời mở van xả, tháo bỏ toàn bộ nước trong thùng. Kiểm tra tất cả các bộ phận liên quan đến thiết bị lên men như các van đường ống, hệ thống dẫn hơi, khí nén hoặc cánh khuấy. Chú ý đóng các van ở đáy thùng.
3.1.2 Tiến hành lên men
Cho một lượng nấm men giống nuôi cấy thuần khiết, khoảng 5 – 10% (so với thể tích thùng) vào trước trong thùng đã được chuẩn bị sẵn. Có thể cho dịch nấm men vào đồng thời với việc chuyển dịch đường vào hoặc có thể cho dịch đường vào đạt mức yêu cầu rồi mới cho dịch nấm men vào.
Ở giai đoạn đầu lên men, có thể sục khí để thúc đẩy quá trình phát triển của nấm men. Mặc dù không khí đã được sát trùng kỹ nhưng trong dịch lên men vẫn có thể có tạp khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí. Ngày nay, người ta ít dùng phương pháp sục khí ở giai đoạn lên men đầu, thời gian lên men có thể dài hơn nhưng kết quả lên men tốt hơn.
Thời gian lên men dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có các yếu tố môi trường như : nhiệt độ, pH,…
- Nhiệt độ lên men càng cao thì thời gian lên men càng ngắn nhưng tổn thất đường tăng. Kinh nghiệm khống chế nhiệt độ lên men như sau: sau 8 – 12h kể từ lúc cho nấm men và dịch đường vào đầy thùng (tức là kết thúc giai đoạn lên men đầu, chuyển sang giai đoạn lên men chính) người ta mở nước làm nguội và lưu lượng tăng dần theo thời gian lên men chính. Tóm lại là phải khống chế nhiệt độ lên men chính trong suốt quá trình lên men ổn định. Nhiệt độ lên men tốt nhất là 28 – 30oC.
- pH môi trường: Trong quá trình lên men, trị số pH giảm dần. Trường hợp lên men bình thường, pH giảm khoảng 0,2 – 0,3 so với ban đầu. Nếu pH thay đổi đột ngột là hiện tượng lên men không bình thường.
46
Nếu lên men chậm hoặc nhiễm khuẩn nhẹ thì tiếp tục thêm men giống, nâng nhiệt độ lên men một ít. Nếu nhiễm khuẩn nặng thì đối với các thiết bị mới lên men thì nâng nhiệt sát trùng, tiếp thêm men giống. Nếu các thiết bị lên men đã lâu, đạt được chỉ tiêu lên men thì ưu tiên đem chưng cất trước hoặc đem phối vào các thùng lên men gần kết thúc.
Thông thường, trong suốt thời gian lên men, cứ 6 - 8h thì lấy mẫu kiểm tra 1 lần, kiểm tra các chỉ tiêu như: độ acid, đường khử, chất lượng nấm men,…Từ kết quả kiểm tra, điều khiển quá trình lên men 1 cách đều đặn, đúng yêu cầu kỹ thuật. Khi kết quả 2 lần kiểm tra thay đổi không đáng kể thì có thể xem như quá trình lên men kết thúc và chuyển đến bộ phận chưng cất.
Sau khi chuyển xong dấm chín, ta phải làm vệ sinh và sát trùng thùng lên men, sẵn sàng cho lần lên men kế tiếp.
3.1.3. Ưu và nhược điểm
* Ưu điểm
- Thao tác của công nhân đơn giản.
- Nếu có sự cố chỉ xảy ra trong 1 thùng.
* Nhược điểm
- Chu kỳ lên men dài do đó cần nhiều thùng lên men, số lượng thùng lên men nhiều hơn 20 – 30% so với các phương pháp lên men khác.
- Hiệu suất lên men không cao, không ổn định.
- Số lượng thiết bị nuôi cấy men giống cũng nhiều hơn các phương pháp khác.
- Tốn nhiều năng lượng để vệ sinh, sát trùng, khuấy trộn.
Tóm lại, phương pháp lên men gián đoạn có nhiều nhược điểm, trong đó nhược điểm chủ yếu là chu kỳ lên men dài, hiệu suất lên men thấp, chất lượng không ổn định.
3.2. Phương pháp lên men chu kỳ
Phương pháp lên men chu kỳ là một trong những dạng lên men bán liên tục.
Giai đoạn lên men chính thực hiện liên tục, giai đoạn lên men cuối thực hiện gián đoạn. Số lượng thùng lên men đối với phương pháp lên men chu kỳ phải nhiều hơn 6 thùng.
Bắt dầu chu kỳ thứ nhất được tiến hành như sau:
Dịch men giống từ thùng (1) cho xuống thiết bị lên men thứ nhất (2)1 với tỷ lệ 8 - 15% (so với thể dịch lên men). Tiếp đó bơm dịch đường vào đầy thùng (2)1. Khi thùng lên men (2)1 đã đầy, ta chuyển một nửa sang thùng lên men (2)2 và tiếp tục chuyển dịch đường hóa vào đầy cả 2 thiết bị (2)1 và (2)2. Khống chế thời gian sao cho khi đầy cả 2 thiết bị thì kết thúc quá trình lên men chính, thường gọi là 2 thùng lên men đầu dây.
Khi cả 2 thùng đã đầy (lên men chính xong) thì mở van cho tự chảy sang thiết bị (thùng) lên men (2)3 và cứ như thế cho đến thùng lên men thứ 7, thứ 8. Khống chế thời gian sao cho khi chảy từ thùng thứ 2 đến thùng thứ 8 đạt từ 60 – 62h lên men. Giữ ở các thùng một thời gian để lên men cuối kết thúc, đạt tiêu chuẩn dấm chín, đưa đi cất rượu. Tuần tự cất rượu từ thùng thứ 8, thùng thứ 7,… cho đến thùng thứ 1 là kết thúc 1 chu kỳ. Chu kỳ mới được thiết lập từ thùng thứ 8, thứ 7. Lúc này 2 thùng này đóng vai trò là 2 thùng lên men đầu dây và cách tiến hành như ở chu kỳ đầu.
47
Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống lên men theo phương pháp chu kỳ dịch cháo; nấm men; dấm chín
Trước khi cất rượu, người ta thu hồi lượng nấm men ở thùng (2)8 đưa về thùng phát triển men giống để xử lý acid rồi tiếp tục phát triển, dùng cho chu kỳ tiếp. Trường hợp lên men bình thường, người ta sử dụng ngay nấm men của thùng lên men thứ nhất (2)1 đưa lên thùng gây men 1 tiếp thêm môi trường dinh dưỡng để phát triển theo yêu cầu sản xuất. Việc sử dụng men lại phải rất thận trọng, kiểm tra xem xét kịp thời và không dùng lại quá 5 lần.
Ở các thùng đầu, lượng nấm men rất lớn nên coi như không có giai đoạn lên men đầu và ngay cả giai đoạn lên men chính cũng xảy ra rất nhanh, kết thúc giai đoạn lên men chính ở thùng thứ 2.
* Ưu điểm:
- Rút ngắn chu kỳ lên men, bảo đảm được thời gian lên men cuối, nâng cao được hiệu suất lên men.
- Nếu có 2 hệ thống lên men thì vấn đề công nghệ và tổ chức đơn giản hơn.
* Nhược điểm
Phải bố trí chế độ vệ sinh, sát trùng nghiêm ngặt để tránh nhiễm trùng hàng loạt.
3.3. Lên men theo phương pháp liên tục 3.3.1. Đặc điểm
- Các giai đoạn lên men rải đều trong các thiết bị lên men có liên hệ với nhau.
- Hệ thống lên men liên tục thường có 11 - 12 thùng, các thùng được nối với nhau bằng các ống chảy chuyền có đường kính 15 - 20 cm, có van điều chỉnh.
- Thể tích thùng lên men phụ thuộc vào năng suất nhà máy. Thùng phát triển nấm men nhỏ có thể tích bằng 1/4 thùng lên men giống. Còn thể tích thùng lớn thì có thể tích bằng 35 ÷ 40% thể tích của thùng lên men đầu dây.
Hơi Nước
(2)8
Hơi Nước
(2)1 (2)4 (2)5
1
48
Hình 5.2. Hệ thống lên men liên tục dịch đường hóa tinh bột
1. Thùng phát triển men nhỏ 2. Thùng phát triển men lớn 3. Thùng lên men đầu dây (3a, 3b) 4. Thùng lên men tiếp tục
5. Bơm chuyển thùng đầu dây
6. Bơm chuyển thùng lên men tiếp tục 7. Thiết bị thu hồi cồn trong CO2.
- Hai thùng lên men đầu dây 3a, 3b có chiều cao lớn hơn các thùng lên men tiếp tục từ 0,5 ÷ 0,7 m, sở dĩ như vậy là vì:
+ Để tránh bọt trào ra khỏi thùng (lên men mạnh), giai đoạn lên men được thực hiện ở thùng lên men đầu dây, nên lượng CO2 thoát ra nhiều và nếu gặp dịch lên men có độ nhớt lớn thì sẽ tạo ra lớp bọt dày dễ trào ra khỏi thùng.
+ Bảo đảm dịch lên men chảy dễ dàng từ thùng đầu đến thùng cuối.
- Trên mỗi thiết bị và hệ thống ống dẫn đều có ống nước sạch và ống dẫn hơi, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc vệ sinh, sát trùng.
- Trong thiết bị lên men có ống xoắn ruột gà để làm nguội dịch lên men khi cần.
3.3.2. Quá trình thực hiện
Sau khi tiến trình vệ sinh và sát trùng kỹ hệ thống thiết bị thì ta cho nấm men giống ở thùng phát triển lớn xuống thùng lên men đầu dây, rồi bơm tiếp dịch đường cho đến đầy thùng, có thể thực hiện một trong 2 cách:
- Cách 1: Chia đôi dịch lên men từ thùng 3a đến 3b. Sau đó bơm tiếp dịch đường vào đồng thời cho cả hai thùng cho dến khi đầy. Khi thùng 3b đầy thì mở van đường ống chảy chuyền cho dịch lên men tự chảy sang thùng lên men (4), đồng thời mở van ống chảy tràn từ thùng 3a sang 3b, tiếp tục bơm đều đặn dịch đường vào cả hai thùng, như vậy coi như có 2 thùng phát triển nấm men và lên men chính. Dịch lên men cứ tiếp tục chảy tràn từ thùng 4(1) sang 4(2) và cứ thế đến cuối cùng thì kết thúc. Dấm chín chuyển sang bộ phận chưng cất, tính toán sao cho thùng lên men cuối cùng vừa đầy cũng vừa đủ thời gian lên men.
Sau 36 ÷ 40h kể từ khi chuyển nấm men giống vào thùng 3a thì tiến hành vệ 1
CO2
2
7
5 6
3a 3b
4 4
49
sinh, sát trùng thiết bị lên men theo trình tự (gọi là chế độ “vệ sinh sát trùng định kỳ”).
Cách tiến hành vệ sinh sát trùng định kỳ
Dùng bơm 5 chuyển hết dịch nấm men từ 3a sang 3b và cả thùng 4(1) khi cần, trong lúc đó dịch đường chỉ bơm vào thùng 3b. Sau khi chuyển hết dịch lên men 3a thì ta vệ sinh và sát trùng thùng này bằng hơi nước bão hoà. Sau đó thùng 3a có thể bắt đầu cho chu kỳ mới, trong khi lập lại chu kỳ mới thùng 3a thì tiến hành bơm dịch thùng 3b qua thùng 4(1), không bơm dịch đường vào thùng 3b nữa mà chỉ bơm thùng 3a. Khi thùng 3b hết dịch, vệ sinh sát trùng, sau đó sẵn sàng tiếp nhận dịch từ thùng 3a chuyển sang, cứ như vậy ta vệ sinh sát trùng các thùng lên men cuối.
Như vậy sau 36 ÷ 40h toàn bộ hệ thống thiết bị lên men lần lượt được vệ sinh sát trùng, nhờ đó ngăn ngừa được hiện tượng nhiễm khuẩn trong quá trình lên men.
- Cách 2: Khi thùng 3a đầy, mở van ống chảy chuyền từ thùng 3a sang thùng 4(1) không qua thùng 3b. Khi thùng 4(1) đầy thì mở van ống chảy chuyền sang thùng 4(2), cứ thế cho đến thùng cuối cùng thì kết thúc quá trình lên men, dịch đường chỉ bơm vào thùng 3a, còn thùng 3b đóng vai trò dự trữ.
Sau 36 ÷ 40h kể từ khi thùng 3a bắt đầu sử dụng thì tiến hành lập lại chu kỳ mới ở thùng 3b. Cách lập: Tiến hành bơm dịch lên men ở thùng 3a sang 4(1), khi dịch trong thùng 3a chuyển hết thì làm vệ sinh sát trùng thùng 3a chuẩn bị cho chu kỳ mới, đối với các thùng lên men tiếp thì ta tiến hành tương tự.
3.3.3. Ưu và nhược điểm của lên men liên tục
* Ưu điểm
- Hệ số sử dụng thiết bị cao nên với cùng một năng suất như nhau thì số thiết bị trong dây chuyền lên men liên tục ít hơn so với lên men gián đoạn hay bán liên tục.
- Hiệu suất lên men ổn định và hiệu suất tổng thu hồi cao.
- Tiêu hao hơi nhiệt để vệ sinh, sát trùng và làm nguội ít.
* Nhược điểm
- Dễ bị nhiễm khuẩn hàng loạt do các thiết bị lên men liên hệ với nhau.
- Yêu cầu tổ chức sản xuất trình độ cao.
3.4. Lên men liên tục của nhà máy rượu Hà Nội 3.4.1. Sơ đồ hệ thống
1 (a, b). Thùng lên men đầu dây
2 (1), (2),...(8). Thùng lên men tiếp tục (60 m3).
Hình 5.3. Sơ đồ hệ thống lên men liên tục của nhà máy rượu Hà Nội 3.4.2. Qui trình thực hiện
2
a b
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
1
50
Cho dịch nấm men vào thùng 1a với tỷ lệ 10 ÷ 15% so với thể tích thùng rồi ta bơm liên tục dịch đường vào cho tới khi đầy, trong lúc bơm dịch đường thì ta sục khí nén vào thùng nhằm thúc đẩy quá trình phát triển nấm men. Để cho lượng tế bào nấm men ở các thùng đầu dây lớn hơn 100 triệu tế bào/ml dịch.
Khi thùng 1a đầy thì mở van ống chảy chuyền để dịch lên men chảy sang thùng 2.1. Khi thùng 2.1 đầy thì mở van chảy sang thùng 2.2 và cứ như vậy cho tới khi dịch lên men đầy thùng 2.8, đưa đi chưng cất.
Để đảm bảo chất lượng nấm men thùng đầu dây thì sau 6 - 8h người ta bổ sung 10 ÷ 15% dịch nấm men vào thùng 1a.
Mùa hè cứ sau 32 ÷ 36h thì thay thùng đầu dây, mùa đông sau 48 ÷ 52h thì thay thùng đầu dây.
Khi thay thùng đầu dây ta tiến hành như sau: Chuyển dịch nấm men vào thùng 1b với lượng 10 ÷15% so với thể tích thùng, rồi ta chuyển liên tục và đều đặn dịch đường đồng thời cho cả 2 thùng 1a và 1b. Khi thùng 1b đầy và đạt được yêu cầu về số lượng và chất lượng nấm men thì mở van chảy chuyền từ 1b sang 2.1, ngừng bơm dịch rỉ đường vào thùng 1a chỉ bơm vào thùng 1b, một dây chuyền lên men mới bắt đầu từ thùng 1b, dùng bơm chuyển hết dịch từ 1a sang 2.1.
Đối với các thùng lên men 2(1) → 2(8) thì cũng tiến hành vệ sinh, sát trùng sau 68 - 72h bằng cách dùng bơm chuyển sang thùng lên men kế cận, thời gian phải bố trí cho thật hợp lý để không ảnh hưởng đến dây chuyền sản xuất. Thông thường khi chuyển 1a, 1b thì đồng thời tiến hành giải phóng tuần tự các thùng 2(1) ÷ 2(8). Thời gian lên men tổng cộng 62 ÷ 72 h.
4. PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN DỊCH RỈ ĐƯỜNG