Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men và hoàn thiện
SO2 có tác dụng gây ức chế hệ enzyme và tiêu diệt một phần vi sinh vật có trong dịch lên men, ngăn chặn sự lên men tự phát, có thể làm trong dịch lên men trước khi lên men để chuẩn bị cho quá trình lên men ethanol tiếp theo sẽ diễn ra tốt hơn.
Cách tiến hành: Sục SO2 dạng lỏng với hàm lượng khoảng 100 – 120mg/l. [2]. Nếu lượng SO2 thấp quá thì không diệt được vi khuẩn, còn nếu lượng SO2 cao quá thì ức chế hoạt động của nấm men.
Các biến đổi của nguyên liệu:
• Hoá học:
Khí SO2 trong dung dịch sẽ tồn tại ở hai dạng 10-20% ở dạng tự do (bisulphite hoặc H2SO3) và 80-90% ở dạng liên kết, tạo phức với đường hoặc aldehyde. H2SO3 có tác dụng ức chế vi sinh vật, nó cũng có khả năng tác dụng với oxi phân tử tạo thành H2SO4 làm giảm nồng độ oxy trong dung dịch từ đó hạn chế hiện tương oxy hoá. Ngoài ra, SO2 còn có tác dụng ngăn ngừa phản ứng oxy hoá một số hợp chất có trong nguyên liệu do nó ức chế enzyme oxydase.
• Hoá lý:
SO2 có tác dụng thúc đẩy quá trình lắng trong dịch dứa. Vì SO2 có thể ức chế hệ vi sinh vật có trong dịch dứa, hạn chế hiện tượng lên men tự nhiên trong hỗn hợp sau khi ép. Do đó, các cấu tử lơ lững trong dịch dứa sẽ kết lắng nhanh và hiệu quả.
Thiết bị và thông số công nghệ
Ta sử dụng SO2 dạng lỏng (SO2 được nén trong các bình áp lực 5-6 kg/cm2) người ta sẽ sục SO2 vào bên trong một đường ống đục lỗ, đường ống này nằm trên mặt đáy của một thiết bị hình trụ chứa hỗn hợp dịch dứa sau khi ép.
9i/ Hoạt hoá nấm men
Mục đích công nghệ:
• Khai thác: Quá trình hoạt hóa nấm men sẽ kích thích tế bào phát triển, tăng sinh khối nấm.
• Hoàn thiện: Quá trình này cải thiện chất lượng của nấm men, quá trình chuyển hóa, trao đổi chất mạnh của nấm men diễn ra mạnh mẽ. Từ đó quá trình lên men được tốt hơn. Các tính chất của sản phẩm sau khi lên men tốt hơn.
Cách thực hiện: Để sử dụng chế phẩm nấm men đông khô, các nhà sản xuất phải hydrate
hóa hoặc hoạt hóa chế phẩm trước khi cấy.
Để hydrat hóa, nhà sản xuất cho chế phẩm vào nước ấm ở nhiệt độ 40 – 43oC. Tỉ lệ khối lượng của nấm men và nước là 1:20. Sau đó, khuấy nhẹ nhàng để làm giảm kích thước của khối tế bào và để yên trong vòng 15-30 phút. Cuối cùng khuấy đảo để trộn đều huyền phù tế bào rồi bổ sung dịch dứa đã hiệu chỉnh về nhiệt độ lên men thích hợp theo tỉ lệ 1:1 (v/v) để nấm men thích nghi dần với nhiệt độ lên men. Canh trường thu được đem cấy vào dịch dứa để thực hiện quá trình lên men. [2]
Các biến đổi của nguyên liệu: Chủ yếu xảy ra các biến đổi sinh học. Nấm men trao đổi
Thiết bị: Thông thường sử dụng thiết bị hình trụ có cánh khuấy, bên ngoài có thêm lớp vỏ áo để điều nhiệt.
10i/ Cấy giống
Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men. Giống nấm men sau khi được hoạt
hoá sẽ được cấy vào hỗn hợp để lên men.
Biến đổi nguyên liệu: Quá trình không có sự biến đổi nhiều về các tính chất. Các chất
dinh dưỡng cho nấm men phát triển được bổ sung vào dịch lên men.
Thiết bị: Các chất dinh dưỡng được bổ sung vào trong thiết bị lên men cùng với dịch lên
men. Nấm men cũng được bổ sung trên hệ thống đường ống vận chuyển môi trường từ thiết bị hoạt hoá vào thiết bị.
Tỷ lệ giống nấm men cho vào là 3-9% so với tỉ lệ dịch quả, thông thường lượng nấm men ban đầu cần sử dụng là 10 triệu tế bào/ml. [14],[15].
11i/Lên men chính – lên men liên tục
Mục đích công nghệ: chế biến
Chuyển hóa đường thành ethanol, CO2 và các sản phẩm phụ khác tạo mùi vị đặc trung cho sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu:
• Sinh hoc: Nấm men giống sẽ sinh trưởng và trao đổi chất. Mật độ giống ban đầu khoảng 106 CFU/ml, nồng độ tế bào cực đại trong dịch lên men khoảng 108 CFU/ml. Ở giai đoạn cuối quá trình lên men, một số tế bào nấm men sẽ chết đi và quá trình tự phân sẽ xảy ra.
• Hoá sinh: Quá trình chuyển hóa đường thành rượu được thực hiện qua một chuỗi phản ứng hết sức phức tạp, liên quan mật thiết đến quá trình phosphoryl hóa các hợp chất hữu cơ. Bên cạnh đó là sự hình thành các sản phẩm phụ: este, rượu bậc cao, rượu cao phân tử, aldehyde, diacetyl….
• Hoá học – hoá sinh: Các đường lên men sẽ chuyển hoá theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục được chuyển thành ethanol và CO2, do đó pH cũng giảm. các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men như: aldehyte, acid hữu cơ, ester... Thế oxy hóa khử thay đổi, thường theo chiều hướng giảm do sự hao hụt hàm lượng oxy hòa tan. Lượng nitơ tổng giảm.
• Hoá lý: Nấm men kết lắng, nhiều nhất ở giai đoạn cuối của quá trình lên men chính, khi hàm lượng CO2 sinh ra nhiều nhất. Có hiện tượng tạo bọt, phụ thuộc vào các chất như protein, polyphenol, CO2… Các phân tử protein trong dịch lên men sẽ bị đông tụ. Một phần khí CO2 do nấm men sinh ra sẽ hoà tan vào dịch lên men.
• Vật lý: nhiệt độ canh trường tăng dần trong quá trình lên men.
Thiết bị và thông số công nghệ
Hệ thống lên men gồm từ 6 đến 8 tank lên men có dạng hình trụ đứng, được làm từ thép không rỉ. Các tank được kết nối liên tiếp với nhau. Mỗi tank đều được điều nhiệt nhờ lớp vỏ áo và hệ thống đường dẫn xoắn đặt bên trong thân trụ của thiết bị. Ngoài ra bên trong thiết bị còn có bộ phận cánh khuấy giúp tăng khả năng tiếp xúc của các chất dinh dưỡng với tế bào, các hệ thống cảm biến để đo và điều khiển nhiệt độ, pH, lượng oxy hoà tan trong pha lỏng. Việc điều khiển các thông số như nhiệt độ và pH và được thực hiện nhờ một phần mềm và các bơm điều khiển. Thể tích sử dụng không quá 85%. Quá trình lên men liên tục được thực hiện qua nhiều bình phản ứng.
Giai đoạn đầu của quá trình lên men liên tục, ta cho dịch dứa lên men vào thiết bị lên men, cấy giống vào thiết bị lên men. Sau một khoảng thời gian lên men xác định, người ta sẽ bắt đầu tháo canh trường ra. Quá trình được thực hiện như sau, người ta sẽ bơm dịch dứa vào thiết bị lên men thứ nhất, đồng thời trên đường bơm ta cũng châm nấm men vào với tỷ lệ khoảng 3-5 triệu tế bào/ml. Bán thành phẩm sẽ dâng lên trong tank lên men một, và tháo bán thành phẩm đưa vào tank lên men hai từ phía đáy, tương tự, bán thành phẩm của tank hai sẽ được tháo ở phần đỉnh là được châm vào đáy tank ba lần lượt các tank
tiếp theo cũng tương tự. Cuối cùng dịch lên men sẽ được tháo ở phần đỉnh của tank cuối. [2].
Quá trình lên men chính thường duy trì ở nhiệt độ 20-25oC, áp suất trong các bình lên men duy trì ở 5 atm. [2]. Thời gian lên men chính thường từ 2-3 ngày. Kết thúc quá trình lên men chính nồng độ cồn thường đạt 5 -7 % v/v [7], [14]
Sau quá trình lên men chính, sinh khối nấm men sẽ đạt cực đại, kết cụm lại với nhau và lắng xuống đáy thiết bị do trọng lực. Dịch lên men sẽ được làm lạnh khoảng 2-4oC (nhiệt độ lên men phụ), để tạo điều kiện cho nấm men lắng và sau đó tách bã men từ phía đáy của thiết bị. Còn sản phẩm lên men sẽ thu hồi ở phía trên của thiết bị.
Hình 3.2.8 Thiết bị lên men liên tục
12i/ Lên men phụ
Mục đích công nghệ: Hoàn thiện: Quá trình lên men phụ giúp thực hiện một số chuyển
hóa làm tăng hương vị cho sản phẩm, đặc biệt là quá trình khử aldehyde và diacetyl, tổng hợp các ester tạo hương. Ngoài ra còn có tác dụng bão hòa CO2, lắng và làm trong sản phẩm.
• Sinh học
Quá trình lên men vẫn tiếp tục diễn ra nhưng với tốc độ chậm. Nấm men còn sót trong dịch sẽ tiếp tục quá trình trao đổi chất nhưng với tốc độ và mức độ thấp hơn nhiều so với trong quá trình lên men do nhiệt độ thấp, nồng độ cơ chất (đường) thấp và nồng độ các chất ức chế (ethanol, acid hữu cơ) tăng cao.
• Hóa sinh và hóa học
Phần đường lên men còn sót lại sẽ chuyển hóa thành ethanol và carbon dioxide nhờ hệ enzyme của nấm men. Bên cạnh đó, một phần acid malic sẽ được chuyển hóa thành acid lactic và carbon dioxide nhờ hệ enzyme của vi khuẩn lactic lên men malolactic, từ đó cải thiện mùi vị của sản phẩm. Các aldehyde và keton tham gia phản ứng khử, rượu và acid tham gia phản ứng ester cũng góp phần ảnh hưởng tốt đến hương của sản phẩm. Trong quá trình lên men phụ còn xảy ra hiện tượng tự phân của nấm men. Nếu quá trình này xảy ra ít thì sẽ có lợi cho chất lượng sản phẩm. Ngược lại, nếu quá trình này xảy ra quá mạnh sẽ sinh ra mùi khó chịu, gây hư hỏng sàn phẩm.
• Hóa lý
Một số cấu tử dễ bay hơi trong dịch len men sẽ bị tổn thất.Một số hợp chất keo bị đông tụ, nhờ đó độ trong của sản phẩm được cải thiện.
Trong quá trình lên phụ cần kiểm soát oxi, tránh không cho oxi xâm nhập vào thiết bị lên men để gây ra các phản ứng oxi hóa khử làm giảm chất lượng sản phẩm,
Nhiệt độ tối đa cho quá trình lên men phụ 100C, tối thiểu 2-40C. Thời gian lên men từ 1 – 2 ngày.
13i/ Lọc trong
Mục đích công nghệ: Hoàn thiện. Quá trình sẽ tách các cấu tử rắn ra khỏi nguyên liệu.
Loại bỏ hoàn toàn sinh khối nấm men còn sót lại. Quá trình lọc ở giai đoạn này rất quan trọng, nếu vẫn còn sót tế bào nấm men sẽ gây đục, hư hỏng cho sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu: Lọc là quá trình phân riêng tách các cấu tử lơ lửng ra khỏi
sản phẩm. Lọc ở nhiệt độ thấp, áp suất chân không, hệ thống kín có thể tránh tổn thất CO2, tránh sự xâm nhập của oxi và các vi sinh vật.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Sử dụng thiết bị dạng cột lọc có dạng hình trụ đứng. Bộ phận chính của thiết bị là cột lọc
hình trụ. Mỗi cột lọc có một giá đỡ hình ống được làm bằng thép không rĩ, và đục lỗ trên
thân. Phía bên ngoài giá đỡ được phủ một lớp vật liệu lọc thường là diatomite và
polyvynilpyrolyndone, còn phía bên trong là kênh dẫn dịch lọc. Các cột lọc được gắn trên
tấm đỡ, tấm đỡ chia thiết bị thành hai khoang: khoang trên chứa huyền phù và khoang
dưới chứa dịch lọc. Cửa (3) là nơi để bơi huyền phù vào thiết bị. Cửa (4) là nơi tháo dịch
lọc. Nắp đậy (6) được gắn trên thân (5) có thể tháo lắp được.
Hình 3.2.9 Thiết bị lọc sử dụng cột lọc
Trong quá trình hoạt động, người ta sẽ bơm huyền phù qua cửa (3). Các cấu tử pha rắn sẽ được giữ lại trên bề mặt của cột lọc. Pha lỏng sẽ chui qua vách ngăn trên bề mặt cột lọc và theo kênh dẫn để đi xuống phía dưới rồi thoát ra bên ngoài theo cửa (4). Để vệ sinh cột lọc người ta sẽ tháo nắp (6) ra khỏi thân trụ, rồi tách cột lọc ra khỏi thân đỡ. Đường kính lỗ lọc là 0.6 micromet.
Mục đích công nghê: bảo quản và hoàn thiện
Quá trình dùng nhiệt để tiêu diệt toàn bộ nấm men có trong dịch sau lên men, đình chỉ hoàn toàn quá trình lên men. Ngoài ra còn có tác dụng của một số hợp chất nhạy cảm do nhiệt, quan trọng nhất là protein sinh ra do quá trình tự phân của nấm men, làm cho sản phẩm trong hơn.
Biến đổi nguyên liệu:
• Vật lý
Trong dịch dứa sẽ xuất hiện gradient nhiệt độ: sự tăng giảm nhiệt độ của sản phẩm theo từng giai đoạn trong suốt quá trình thanh trùng. Thể tích dịch tăng do tác dụng của nhiệt độ, sản phẩm nở ra. Đồng thời, khối lượng dịch có thể giảm nhẹ do một số chất mùi và các chất bay hơi thất thoát.
• Hóa học
Dưới tác dụng của nhiệt độ, tốc độ các phản ứng phân hủy vitamin, phân hủy hợp chất polyphenol, phản ứng caramel hóa đều diễn ra nhanh làm giảm hàm lượng các chất trong nguyên liệu đồng thời còn làm sẫm màu dung dịch.
• Hóa lý
Xảy ra sự bay hơi của một số chất dễ bay hơi có trong sản phẩm như ester, lactone, aldehyde, keton, alcohol và một số hợp chất khác. Ở một mức độ nào đó, các hợp chất polyphenol ngưng tụ cũng góp phần làm vẫn đục cho sản phẩm.
• Sinh học
Nhiệt độ cao sẽ làm cho quá trình trao đổi chất của tế bào sinh vật ngừng lại, các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt.
• Hóa sinh
Nhiệt độ cao sẽ làm biến tính bất thuận nghịch các enzyme có mặt trong sản phẩm, do đó chúng sẽ bị vô hoạt.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Thanh trùng bằng thiết bị thanh trùng bản mỏng. Thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng làm việc liên tục ở áp suất hơi nước cao hơn áp suất khí quyển. Cấu tạo của thiết bị nhờ các khoang chứa sản phẩm nước quả đặt xen kẽ với các khoang chứa chất tải nhiệt, và sản phẩm nước quả chảy trong khoang kín và mỏng, lại được truyền nhiệt từ 2 mặt nên thời gian thanh trùng rất nhanh. Chất tải nhiệt và sản phẩm đi ngược chiều nhau. Thời gian và nhiệt độ thanh trùng thông thường ở nhà máy là từ 70-75oC, với thời gian tương ứng là 1- 2 phút.
Sau quá trình gia nhiệt là quá trình làm nguội ngay trong thiết bị thanh trùng (dung dịch sau khi thanh trùng sẽ là tác nhân làm nóng cho dung dịch khi vào thanh trùng, tiết kiệm được nhiều năng lượng) hoặc làm nguội trong bể nước lạnh. Việc làm nguội này có tác dụng gây sốc nhiệt cho các vi sinh vật và làm cho chúng bị ức chế. Thời gian làm nguội được quy định trong công thức thanh trùng.
Thiết bị thanh trùng bản mỏng dùng để thanh trùng nước quả trước khi rót vào hộp và phải rót hộp trong điều kiện vô trùng.
Hình 3.2.10: Thiết bị thanh trùng bản mỏng Hình 3.2.11: Bộ phận trao đổi nhiệt
15i/ Rót chai
Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm. Thiết bị và thông số kĩ thuật:
Nước dứa lên men được rót vào chai thuỷ tinh không màu có thể tích 0.5 lit hay 0.25 lit và có thể sử dụng nút nhôm để đóng nắp. Sử dụng hệ thống thiết bị rót và đóng nắp tự động và hoạt động liên tục. Quá trình rót được thực hiện trong điều kiện áp suất thường.
• Thiết bị rót:
Thiết bị rót gồm có phần đế (14) phía trên là roto, trục đứng (12) và cơ cấu bánh vis (13). Phía trên cùng là thùng (5) chứa sản phẩm, bên dưới là trục đỡ (9), vòi rót (8), bàn xoay (3), bàn nâng chai khi rót (4). Bộ phận (15) sẽ đưa chai vào thiết bị. Bánh xe hình sao (16) sẽ phân phối chai vào các vị trí rót trong thiết bị, còn bánh xe hình sao (20) có chức năng tháo chai đã rót ra khỏi thiết bị. Giữa các bánh xe hình sao là bộ phận phân cách giữa vùng nạp chai/ tháo chai và tấm chắn, để hạn chế hiện tượng tắt nghẽn khi nạp chai vào và tháo chai ra.
Khi hoạt động, băng tải sẽ đưa chai sạch đến thiết bị rót. Bộ phận (16) sẽ đưa chai đến bánh xe (15) và nạp chai vào thiết bị. Sau đó chai được nâng lên tiếp xúc với vòi rót. Sau khi chai được rót đầy thì sẽ được hạ xuống và được đưa ra ngoài nhờ bộ phận (20) và được đưa đi đóng nắp.
1. Bộ phận nâng chai 2. Con lăn
3. Bàn xoay
4. Bàn nâng chai trong quá trình rót 5. Thùng chứa sản phẩm để rót 6. Cửa nạp sản phẩm vào thiết bị rót 7. Bộ điều chỉnh kiểu phao
8. Vòi rót sản phẩm
