Tài liệu Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ tp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ Hồ CHÍ M INH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI ÁI G LÊN MEN HỆ . . . . DỤNG TRONG , CÔ NGHỆ THựC PHÂM NG ■ H k ^ Ềhầk . ỂÈÈầằầ*. ã., ^ ■ JỄ JÊ k » ■ . Mi NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. Hồ CHÍ MINH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Bùi Ái ,4 CÔNG NGHỆ LÊN MEN ỨNG OUNG TRONG CÔNG NGHỆ THựC PHAM (Tái bản lần thứ ba) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC Qưốc GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2009 < i GT.04.H(V) ĐHQG.HCM-09 211-2009/CXB/49-12 H.GT. 758-09ö(T) MỤC LỤC LỜI NÓ I Đ ẦU Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CON ETYLIC 1.1 N guyên liệu - yêu cầu kỹ th u ậ t 1.2 Các phương pháp công nghệ sả n xuất cồn etylic 7 7 10 1.2.1 Sơ đồ tổng quát 10 1 .2.2 Các phương pháp sả n xuất điển hình 11 Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALT VÀ BIA 2.1 N guyên liệu dùng tro n g sản xuất bia 43 43 (raw m aterial producing beer) 2.1.1 Nước (water) 43 2.1.2 Đ ại m ạch (barley) 50 2.1.3 T h ế liệu 62 2.1.4 N ấm m en (yeast) 64 2.1.5 H uplông 73 2 .1.6 Các c h ấ t phụ gia 82 2.2 S ản x u ất m alt đại m ạch 82 2 .2 .1 Mục đích, ý nghĩa, định nghĩa m alt 82 2 .2.2 Qui trìn h công nghệ sản xuất m alt đại m ạch 83 2.3 Sản x u ất bia 129 2.3.1 C h ế biến dịch đường - nấu bia 129 2.3.2 L ên m en - ủ chín bia 159 2.3.3 H oàn th iệ n sản phẩm bia 175 Chương 3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO 3.1 Tổng quan - P h â n loại sản p hẩm 190 190 3.2 Công nghệ sả n xuất vang nho trắng, rượu cham pagne và rượu nguyên liệu cho cognac 191 3.3 Công nghệ sả n xuất vang nho đỏ 201 3.4 N ấm m en dùng tro n g sản xuất rượu vang 210 3.5 Yêu cầu đội với nhữ ng nấm m en rượu vang 218 Chương 4 CÔNG NG HỆ SẢN XUẤT MỘT S ố LOẠI RƯỢU UỐNG CAO ĐỘ 223 4.1 Công nghệ sả n xuất rượu cognac 224 4.2 Công nghệ sả n xuất rượu w hisky 228 4.3 Công nghệ sả n xuất rượu rum -231 T Ả I L IỆ Ụ T H A M KH ẢO 235 LỜI NÓI ĐÁU H iện nay việc trình bày ứng dụng của công nghệ lèn men nói chung trong các lĩn h vực kin h tể quốc dân lả quá rộng, đa dạng và phức tạp, cho nên trong cuốn sách CÔNG NG H Ệ L Ê N M E N ỨNG D Ụ NG TRO NG CÔNG N G H Ệ T H ự C P H Ầ M Tác giả chi giới hạn bằng việc trìn h bày ứng dụn g công nghệ lên m en trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm . M uốn xác đ ịn h được tính riêng biệt của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm , trước h ết ta cần quan tâm đến các yếu tố: - M ục tiêu của công nghệ chế biến thực phẩm . - N guyên liệu và sản p h ẩ m cuối cùng của qui trìn h công nghệ chế biến thực phẩm . - Đ ịnh h ìn h qui trình công nghệ chẽ biên thực phẩm . Trên cơ sở đó, ta dễ d à n g tìm được “ chỗ đ ặ t" cho công nghệ lên men ở nhữ n g điểm , đoạn và thậm chí toàn bộ quá trìn h công nghệ m ột cách hợp lý, khoa học và hiệu quả nhát. Đc tạo ra được m ột sản phẩm thực phẩm m ang tín h tiến bộ, và hoàn thiện, mà trong qui trìn h công nghẹ đà có “ chỗ đ ặ t” của công nghệ lên men, thì n h ấ t th iết p h ủ i thấy rõ tính tiến bộ và hoàn thiện của hai m ặt sau: - Phần cứng: m áy móc, trang thict bị, dụng cụ đáp ứng ở mức độ nào?. - P hần m ềm : qui trìn h công nghệ được áp d ụ n g trẽn p h ầ n cứng đó dà hợp ỉỷ, thỏa đ á n g chưa?. S ự dóng góp tích cực của công nghệ lẽn m en trong việc tạo ra nliửng sản p hẩm mới, làm phong phú và da dạng hóa m ặ t hảng trong công nghiệp ch ế biến thực p h ẩ m là điều đã được kh ẳ n g định. Đã có nhiều năm làm công tác giảng dạy đcù học và N C K H trong lĩnh vực công nghẹ lẽn m en, Tác gia dã rất cố gắng hoàn th à n h tài liệu VỎNG NGHỆ LÊN MEN ỨNG DỤNG TRONG CỒNG NGHỆ T ĩ ỉ ự c PHẨM” với mong m uôn g iú p ích cho sinh vi en ngành Công nghệ Thực phàm tự địn h hường và phát huy sự học hỏi của mình vào thực tế cuộc sống. Tuy n h iê n , sự m ong m u ố n và hy vọng của tác giả là vồ cùng lớn, trong kh i sự hiểu biết và kh ả n ă n g lại vô cùng n h ỏ , lù uçry /¿/ù CỈ/Ổ/1 sđc/i này được ra đời, chắc chắn là n h ữ n g lời chè sẽ n h iều hơn gấp nhiều lần nhữ ng lời khen, dù vậy, đối với tác giả thì đều quý trọng n h ư nhau, m iễn là những lời chè, khen đó xu ấ t p h á t từ th iện tâm. R ấ t m ong nhận được sự ch ỉ giáo của các bậc Giáo sư, T iến sĩ, học g iả , sự cliịa sẻ của các đồng nghiệp, đặc biệt là nhữ n g ý kiến đóng góp của các em sin h viền ngành Công nghệ Thực p h ẩ m đ ể cho cuốn sách này hoàn thiện hơn trong nhữ ng lần tái bản sau. Địa chỉ liên hệ: Bộ m ôn Công nghệ Thực phẩm , Trường Đ ại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Q10, TP HCM. Đ iện th o ạ i: 8646251. Tác g iả GVC- B ù i Á i Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỔN ETYLIC N g u y ê n tắ c cơ b ản Có th ể sử dụng tấ t cả các loại nguyên liệu chứa đường lên m en được, hoặc nguyên liệu chứa gluxit có th ể chuyển hóa th à n h đường lên men được để sả n x u ất cồn etylic. Dựa tr ê n nguyên tắc đó, người ta chia ra ba nhóm nguyên liệu sau: - N guyên liệu chứa nhiều tinh bột (gạo, ngô, khoai, sắn , lúa mì, đại m ạch....). - N guyên liệu chứa đường (rỉ đường, nước mía, tr á i cây chín,....). - N guyên liệu chứa nhiều xenlulo (celluỉose) (rơm rạ, gỗ vụn, mùn cưa,...). 1.1 NGUYÊN LIỆU -YÊU CẦU KỸ THUẬT T rê n thực tế, chỉ có hai nhóm nguyên liệu đầu được sử dụng trong sản xuất, n h ó m th ứ ba do hiệu quả kinh tế kém không được sử dụng. Đối với nước ta, gạo là cây lương thực chính, vì vậy không chủ trương dùng gạo để nâu rượu, mà khuyến khích dùng các loại ngũ cốc thay th ế n h ư ngô, khoai, sắn,.... 7- N g ô (bắp): được trồng nhiều ở vùng n h iệt đới và á n h iệ t đới như Trung Mỹ, châu Á,.... H ạt ngô có chứa nhiều tin h bột, m ột ít đường, dùng để sản xuất rượu êtylic rấ t tốt. Cấu tạo của h ạ t ngô gồm có phỏi và nội nhũ. Phôi chiếm từ 12 -í- 15% trọng lượng hạt, còn lại 85 -r 88% là nội nhũ. T inh b ộ t ngô chủ yếu nằm trong nội nhũ, trong đó kho ản g 1 0 -T 15% là am yloza (amylose) và 85 -T 90% là amylopectin. Ngoài ra, trong nội nhũ còn có 0,5 -r 0,6% ax ít béo. Các hợp chât chứa nitơ trong h ạ t ngô hầu h ế t là pro tein , p h ầ n lớn thuộc nhóm zein, ngoài ra còn có p ro la m in , glutelin\ album in h ầu nh ư k h ông có; globulin chiếm khoảng 0,4% trọ n g lượng h ạt. Zein là m ột d ạn g protein khồng đầv đủ vì thiếu các axit am in không th ay th ế như triptoplian, lysin (lysine). Đặc biệt, hàm lượng cha't béo ở ngô nhiều hơn n h ữ n g h ạ t ngũ cốc khác và tập trung chủ yếu ở phôi, - chiếm từ 30 -r 40% trọ n g lượng phôi, - chất béo này đa sô' là axit chưa Ĩ10, màu vàng n h ạ t, chiếm 72% tổng lượng chất béo, thường ta tá ch phôi ra để ép lấy dầu làm bơ n h â n tạo hay dầu ăn, ngô đã tách phôi dùng để nấu rượu. 8 Chương 1 G luxit trong ngô gồm có: - T inh bột chiếm 43,47 -r 61,8%; - Đường chiếm 1,76 -- 4,62%; 4 - D estrin và pectin: 1,09 -ĩ- 14,67%. Theo V.L.Cretovich, th à n h p h ần % trọ n g lượng của m ột sc> loại ngũ cốc như b ảng 1 .1 . B ả n g 1.1 ^ ^ ^ Ị T i à n h phần NƯỚC Protit Ngô 14,0 10,0 4,6 67,9 2,2 1,3 Thóc 12,0 6,7 1,9 63,8 10 4 5,2 Đại mạch 14 0 10,5 2,1 66,4 4,5 2 ,5 68,2 2,0 1.6 Chất béo Gluxit Xenlulo Loại hạt Lúa mì mềm 2- 14,0 12,0 17 Tro S ắ n (khoai mì): thường được trồ n g nhiều ở các vùng đ ấ t đồi, không cần nhiều đến chăm bón, n ăn g su ất tru n g b ìn h từ 8 -ĩ- 10 tấ n /h a . Thời gian sin h trư ởng từ 10 -ỉ- 12 th án g . Có nhiều loại sắn khác n h au như sắ n đ ắng và sắn ngọt, hoặc dựa vào m àu sắc của vỏ chia ra sắ n vỏ v à n g hoặc sắn trắn g . T h à n h p h ần hóa học của sắ n tươi và khô như b ả n g 1.2 (theo % trọ n g lượng) B ả n g 1.2 ^ ^ ^ ^ T h à n h phần NƯỚC Protit Chất béo Gtuxit Xenlulo T ro Sắn tươi 70,25 1,120 0,41 26,58 1,11 0,54 Sắn khô 13,12 0,205 0,41 74,74 1,11 1,69 Loại Đặc biệt, tro n g sắn có axit HCN r ấ t độc, với h àm lượng từ 0,007 4- 0,24% trọ n g lượng, thường tập tru n g ở vỏ và xơ. s ắ n càng d ắ n g càng chứa nhiều HCN. Để tá ch HCN thường ta p h ải ngâm sắn tro n g nước lạ n h hay nước vôi. 3Khoai: trê n th ế giới, khoai được dùng như m ột nguyên liệu ch ín h để s ả n xuất cồn etylic, như ở châu Âu hay dùng khoai tâ y (Nga, Đức, P háp...), ở vùng n h iệ t đới như T rung Quốc, N h ậ t, V iệt Nam... hoặc các nước châu Phi, T rung Mỹ thường dùng khoai lang. T h àn h p h ần hóa học tru n g b ìn h của khoai lang như b ản g 1.3 (theo % trọ n g lượng) B ả n g 1.3 ^ T h à n h phần Loại khoai NƯỚC Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Treo Khoai tây tươi 74,9 1,99 0,15 20,8 0,98 1,0'9 Khoai lang tươi 68,1 1,60 0,50 27,9 0,90 Khoai lang khô 12,9 6,10 0,50 76,7 1,40 1.0*0 2,40 9 C ô n g n g h ệ s ả n x u ấ t c ồ n e t y lic Trong tin h bột khoai có từ 13 * 25% là amy loza và 77 -ỉ- 87% là am ilopectin. Khoai lang tươi rấ t khó bảo quản, thường ta ph ải x ắt lá t phơi khô hoặc sấy. Trung bình cứ 3 kg khoai tươi ta thu được 1 kg khoai khô. 4- C ác lo ạ i n g ủ cốc khác Ớ nước ta thường dùng ngô, khoai, sắn để sả n xuất rượu etylic là chủ yếu, ngoài ra còn có th ể dùng tâm , cám, gạo p h ế liệu... ơ châu Au có th ể dùng lúa mì, đại mạch.... T hành phần hóa học tru n g bình theo % trọng lượng của m ột sô' h ạ t ngũ cốc như bảng 1.4 B ả n g 1.4 ^ ^ - < r h à n h phần NƯỚC Protit Chất béo Gluxỉt Xenlulo Tro Gạo giã 12,6 9,00 0,50 77,00 0,40 0,50 Gạo xay 11,6 9,10 2,45 74,79 0,65 1,41 Tấm 77,00 0,60 0,70 Loại hạt 1 18 8 90 1,00 Cám 12,5 13,17 10,12 38,72 14,05 11,44 Mì đen 14 0 11,00 1 70 69,60 1,90 Kiếu mạch 12 8 10,20 5,30 59,70 Kê 12 5 10,60 3,90 61,10 10.00 8,10 1,80 3,00 3,80 Những dạng nguyên liệu phế thải có chứa đường 5R ỉ đường (m ật rỉ) là phế liệu chứa đựng nhiều đường tin h trong sản xuất đường từ mía hoặc củ cải đường. T hông thường tỉ đường trong sản xuất đường mía chiếm khoảng 3 -r 3,5% trọ n g lượng Tùy thuộc vào giông mía, điều kiện trồng trọt, công nghệ sả n đường..., th à n h p h ầ n rỉ đường dao động như sau: Nước: 15 20%; C h ất khô: 80 -- 85%. T không k ết lệ rỉ mía. xuất Trong đó, có 60% là đường (40% là đường sacaroza (saccharose), 20% là fructoza (fructose) và glucoza (glucose)) và 40% ch ất khô còn lại là ch ất phi đường (không phải là đường). Trong th à n h p hần phi đường có khoảng 30 -ỉ- 32% hợp ch ất hữu cơ và 6 T 10% hợp c h a t vô cơ. Trong hợp chất vô cơ, theo Mắc - Dinit, gồm có K20 : 3,5% Fe20 3: 0,2% MgO: 0,1 % Sulfat: 1 ,6% CaO: 1,5% S i0 2: 0,5% p 20 5: 0,2% Clorit: 0,4% Trong những hợp ch ất hừu cơ gồm có hợp châ't có chứa nitơ và không chứa nitơ ở dạng amin như: axit aspactic, axit glutam ic, leuxin, izoleuxin. N itơ tổng sô' chiếm khoảng 0,3 -T 0,5% (ít hơn so với lượng nitơ có trong rỉ đường củ cải). Ngoài ra trong rỉ đường có m ột sô' vitam in (tính theo m icrôgam trê n 1 gam rỉ đường) như sau: Chương 1 10 Thiam in {Thiamine): 8,3 Axit folic {Folic acid): 0,03*8 R iboflavin: 2,5 Pyridoxin {Pyridoxine): 6 ,5 Axit niconitic {Nicotimic acid): 21,0 Biotin {Biotin): 12,0 Axit p an to th en ic {Pantothenic acid): 21,4 M ặt khác, tro n g rỉ đường luôn có m ặ t vi sinh v ậ t với m ậ t độ r ấ t l<ớn thường gặp n h ấ t là những vi sin h v ật gây m àng và gây chua, d ẫn tới là m giảm ch ất lượng của rỉ đường. Vì vậy, trong sản xuất ta hay dìrng $uosilicat (fluosilicate) n a tri 2 y so với trọ n g lượng m ậ t ri để bảo quản. Ưu điểm của việc sử dụng rỉ đường để sả n xu ất cồn etylic so với những nguyên liệu khác là: - Giá rẻ. - Khôi lượng lớn, dồi dào. - Sử dụng tiệ n lợi. - Nguồn cung câp k h á phổ biến. - Đặc b iệt ở nước ta, không phạm đến chính sách lương thực. 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 1.2.1 Sơ đồ tổ n g q u á t c ỏ n g n g h ệ s ả n x u â t c ồ n e t v lic 11 Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, các điều kiện khách quan và chú quan cụ th e của môi nơi, sè áp dụng nhưng phương pháp đặc trưng riêng, ơ mỗi phương pháp đều có thể áp dụng theo ba chiều hướng: gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục. 1.2.2 C ác p h ư ơ n g p h á p sả n x u ấ t đ iển hình 1- Qui trình còng nghệ sản xuất etanol từ nguyên liệu chứa nhiều tinh bột T rên cơ sở sử dụng nấm mốc, chia ra: A- PHƯƠNG PH Á P AMYLO: Đây là m ột phương pháp cô điển. Nấm mốc dùng đường hóa tin h bột được nuôi cấy ban đầu trong phòng thí nghiệm ở điều kiện môi trường đặc, nhưng khi dưa vào sản xuất thì nấm mốc được p h á t triể n và đường hóa trong môi trường tương đôi loăng (nấm mốc được nuôi và p h á t triề n theo phương thức chìm sâu). Phương pháp này còn được ứng dụng nhiều ở các nước Á đông như T rung Quốc, N hặt Bán, Việt Nam.... N ăm 1892, lần đầu tiê n Calm ette đă phản lập từ m en thuôc Bắc m ột loại nấm môc vừa có tác dụng đường hóa vừa cồn hóa được, lúc đầu gọi là Amyỉomyces Rouxii, về sau gọi là Mucor Roưxii. T rên cơ sở đó đến 1895, phương pháp Amylo đã được ứng dụng ờ các n h à máy cồn - rượu của Dỏng Dương. Phương pháp Amylo có những đặc diêm sau: - Nhờ đường hóa khá triệ t đê nên hiệu suất rượu so với nguyên liệu cao. - Tuy n h iên , do chu kỳ m ột mẻ rượu kéo dài, nên năng suất cúa n hà m áy bị h ạn chế. - Nhược điếm lớn của phương pháp này là kén chọn nguyên liệu: chỉ th ích hợp với gạo, bắp (khoai và sắn khi nấu cho cháo có độ n h ớ t cao, khó nuôi cấy chìm - sâu đối với nấm mốc). Mặt khác, ớ phương pháp này, việc ứng dụng vi sin h v ật (nấm môc vả nấm men) đều cùng tro n g m ột th iế t bị là th ù n g ú, do vậy cần phái có một chê độ vô trù n g ch ặt chẽ. H iện nay, tạ i N hà máy Rượu Bình Tây, phương pháp Amylo được áp dụng hoàn chinh n h ất, cho nên ta sè xem xét cụ thề qui trìn h công nghệ cua N hà m áy Rượu Bình Tây theo các bước sau: - Xừ lý, nâu chín nguyên liệu. - Đường hóa - lên men. - Chưng cất, tin h chế cồn. Chương I 12 Sơ đồ cô n g n gh ệ sả n x u ấ t e ta n o l (e th a n o l) th eo p h ư ơ n g p h á p A m ylo NGUYÊN LIỆU BỘT (ngô, khoai, sắn, tấm ...) C ô n g n g h ệ s ả n x u ấ t c ồ n e t y lic 13 Thực hiện: Bột và nước được phối trộn theo m ột tỷ lệ thích hợp (1/2 -r 3) ở th u n g ngâm (15 ~ 30’), đồng thời dùng H 7SO4 có nồng độ 33°Be (4 -ỉ- 6 lít/tấ n bột) hoặc HC1 20°Be (8 T 9 kg/tấn bột), sau đó chuyển qua nồi nấu có cán h khuấy, áp lực nấu trong nồi từ 3,5 -r 4,2 kg/cm2, thời gian nấu từ 60 -r 90’ tùy loại bột. Sau khi nấu cháo chín, cháo được chuyển qua thùng ủ (đường hóa và lên men). Dùng nước dội nguội th ù n g ủ để hạ n h iệt độ khôi cháo từ 100°c xuống khoảng 39°c, kiểm tr a độ chín của cháo (bằng tốc độ lọc cháo, độ Bal từ 12 -r 18%). Mở van n én khí, đưa m ột 1 bình cầu m ột lít mốc giông vào thùng ủ, tiến h àn h đường hóa từ 35 -r 40 h, đồng thời liên tục mở khí nén. Kiểm tra khi độ đường đ ạ t 50 -ỉ- 60 g/1 thì tiếp tục đưa m ột bình cầu một lít nấm men giống vào, mở m ạnh van nén khí đế h ạ n h iệ t độ xuông khoảng 32°c, nén khí liên tục trong 24 h để p h át triể n sin h khôi nấm men, đồng thời tiếp tục quá trìn h đường hóa. Khi kiểm tr a th â y độ đường đạt 90 -ĩ- 100 g/1 thì dừng k h í nén, thực hiện quá trìn h lên m en kỵ khí để sinh etanol. Sau 72 -r 96 h tiế n h à n h kiềm tra độ rượu, đưcmg sót, axit, nh iệt độ và soi kính quan sá t tế bào n ấm men... đề quyết định thời điểm kết thúc lên men. S ơ d ồ th iế t b ị n ấ u (H .l.l)ỉ 1- phễu ngâm nguyên liệu 2- cửa nạp nguyên liệu vào nồi nấu 3- nồi nấu 4- hệ thống truyền động 5- van an toàn 6- bình đấu chống tắt ống dẫn ra áp kế 7- áp kế 8- ống xả hơi thừa 9- ống hơi chính 10- ống hơi phụ thuộc vào nổi 11- ống lấy mẫu 12- ống dẫn khối nấu sang thùng ủ 13- binh chứa axít 14- ống nước Hình 1.1 Chương 1 14 S ơ đồ th iế t b ị th ù n g ủ (H.1.2) 1- trục khuấy; 2- cánh khuấy mài chèo; 2 - cánh khuấy mỏ neo; 3; 3 ’. Vòng xả nước làm nguội 4- ống dẫn cháo vào; 5- ống cấy nấm mốc. nấm men; 6- ống đo nhiệt độ; 7- bình lọc khí 8- kinh quan sát; 9- bình lọc CO / 10- ống sang hèm từ thùng này sang thùng khác khi hư hỏng 10 - ống ráp với ống sang hèm; 11- ống ra từ đáy có thể ráp với ống dẫn hèm ra hay ống dần hoi khí nén; 12; 12’- hố thàm dò H ìn h 1.2 Việc chuẩn bị mốc giống và nấm men giống được tiến h àn h n h ư (H.Ỉ.3): Mốc giống: 1- ống nghiệm đã nuôi cấy được 24 h; 2 ‘ bình cầu chứa gạo; 3- bình cầu có 500m dịch l đường 4°Ball; 2'- bình cầu gạo có mốc dà phát triển; 4- bình mốc giống sản xuất; nghiệm có chứa sẩn 3ml dịch đường - Trong ống nghiệm: 3ml dịch đường 4°Ball - Bình cẩu: 20 g gạo -h 3m nước cất l Hình 1.3 V- ống 15 C ô n g n g h ộ s ả n x u â t c ồ n e t y lic Thời gian để cho mốc p h á t triển trong bình cầu là 6 -7 7 ngày. Men giố n g : 1- Ống giông đã nuôi cấy 24 h 2- bình cầu dịch đường 3- ống nghiệm chứa dịch dường -để giữ giống. Các môi trường được hấp 30’ ở © (D I @ p = 1,5 kg/cm2 thùng ủ - Ống nghiệm: 10m dịch đường 13 -í- 14°Ball l - Bình cầu: 500m dịch đường 13 -í- 14°Ball . Thời gian nuôi cấy 24 h i H ình 1.4 S ơ dồ c ô n g n gh ệ sả n x u ấ t etan ol theo p h ư ơ n g p h á p M ycom alt ( ngỊ NGUYÊN LIỆU Bộ t ; x Nấu sơ bộ (hổ hóa) - Tỉ lệ nước nóng/bột: 1,8 -2,51/kg Axit (tương tự Amylô) - 1°: 60-90°C - x: 30-75’ - P: 3,5 - 5at 40 - 90’ Nấu chín - 1 : 102 - 105°c ° - P: 0,2 - 0,5at - t: 40 - 50’ Nấu chín thêm ĩ Làm nguội nhanh (đến 55 - 60°C) T Mycomalt 10-12% trọng lượng nguyên liệu ------------- ĐƯỜNG HÓA (15-45') (khuấy trộn liên tục) r , c - Đường EU -7 Kiếm tra Ị pH ..... Tách bẳ, tạp chất I Hạ nhiệt độ nhanh (về 30-32°C) Men giống Giống trung gian ĩ LÊN MEN (72 - 96h) ĩ r - Độ rượu Kiểm tra < - Đường sót pH Chưng cất z r z Cồn thô I Tinh chế CÓN SẢN PHẨM - Etanol Kiểm tra i - Axit t - Aldehyt, este Chương 1 16 B- PHƯƠNG PHÁP MYCOMALT M ycomalt là chế phẩm thô của nấm mốc, được nuôi cây tr ê n bề m ặ t của môi trường đặc gồm cám bổi hoặc bột ngô và trấu . Lượng ch ế phẩm thô (mycomalt) dùng đường hóa khá lớn, thường từ 10 -ĩ- 1 2 % so với trọ n g lượng nguyên liệu tin h bột, còn lượng nâin m en dùng để lên m en chiếm khoảng 10 % so với th ể tích dịch đường lên men. So với phương pháp Amylo, phương pháp M ycomalt có m ột sô» ưu điểm sau: - í t bị chua nhiễm , không đòi hỏi chế độ vô trù n g nghiêm n gặt. - Rút n g ắn được chu kỳ sản xuất, từ đó dễ tă n g n ăn g suất. - K hông k én chọn nguyên liệu. - T hích hợp cho qui mô sả n xuất công nghiệp qui mô nhỏ, vừa. Bên cạnh đó, 11Ó cũng tồ n tạ i nhiều nhược điểm : - Tôn n h iều diện tích để nuôi cấy nârn mốc ( lm 2 chỉ nuôi được 10 + 16 kg). - Tôn nhiều bột ngô, trấu , cám để nuôi cấy n ấm mốc. - Thao tá c nuôi cây nấm mốc vất vả hơn, gây m en giông phức tạp hơn so với phương pháp Amylo. - Tôn nhiều th iế t bị đường hóa, lên m en hơn. - C ần có m áy lạn h đê làm nguội n h an h dịch đường h ó a từ 60°c xuông 30Ư C. H iện nay giông mốc sử dụng theo phương p h áp này là Asp.Ư ssam i từ gốc chính là Asp.N iger. Đặc điểm của giống này là đường hóa tót, song dịch hóa kém , bởi vậy đang có xu hướng k ế t hợp với Asp.oryzae hoặc Asp.Avvamory. Các giồng này đều được h u ân luyện chịu được thuốc s á t trù n g N a2S iF 6 với h àm lượng 2 -b 4/vạn. Để sản x u ất etanol theo phương pháp M ycomalt, trước h ế t ph ải sản xuất ra m ycom alt theo các bước sau: a- S ả n x u ấ t g iố n g tro n g p h ò n g th í n gh iệm • L àm m ôi trường - Ông nghiệm : nước n ấm vàng đường hóa + nước m alt + agar. - Bình ta m giác: 100 g bột ngô + 30 g trấ u nhỏ + 120 g nước cất, h ấp trong 2 giờ, lấy ra 25 -r 26 g cho vào bình ta m giác loại 500 ml, vô trù n g ở áp su ất 1,5 atm tro n g 30’. 17 C ô n g n g h ệ s ả n x u ấ t c ồ n e ty lic Chọn giống (H .Î.4): H ình 1.4 0 0 0 1 2 3 Sau khi p h ân lập để hộp petri vào tủ ấm 2 T 3 ngày, khi khuẩn lạc mọc th à n h bào tử, lấy hộp petri đó ra, chọn khuẩn lạc nào có tơ m àu vàng, p h ía dưới m àng tơ có màu vàng n h ăn nheo, bào tử có m àu nâu bạc đem cấy vào 3 -r 4 ống nghiệm thạch. • Giữ giống và cấy truyền T rong sô" 3 4- 4 ống nghiệm thạch trên , chọn hai ống tô t n h ấ t làm giồng gốc và gọi là giông nguyên thủy. Lấy một ống cấ t vào tủ lạn h để giữ giống còn m ột ống đem dùng vào sản xuất. Ong đem dùng vào sản xuất được cấy sang 10 -ỉ- 12 ống và gọi là đời 1 . Lấy 1 tro n g 10 -r 12 ống trê n cấ t vào tủ lạ n h để chuẩn bị cho đời 2 . Số ống còn lại đem dùng cấy vào bình tam giác. Ông đời 1 cấy sang 10 -r 12 ống đời 2 , lấy m ột ống ở đời 2 cấy sang đời 3 và sau 4 đời cần p h ân lập lại. • Cấy giống vào bình tam giác L ấy m ột ống nghiệm cấy vào 8 T 9 bình tam giác có bột ngô và trấ u nhỏ như trê n đã chuẩn bị, để t° 30 -f 32°c, độ ẩm 95 -r 100% trong thờ i gian 6 ngày, sau đó m ang dùng hoặc cất ở tủ lạn h nhưng không quá 4 tuần. ò- S ả n x u ấ t m ốc tru n g g ia n • Phối ch ế nguyên liệu B ột ngô nhỏ: 100% T rấu nhỏ: 35% hoặc: Nước: 75% (theo trọng lượng bột ngô và trấu ) B ột ngô to: 100% B ột ngô nhỏ: 20% T rấu nhỏ: 20% Nước: 80% (theo trọng lượng bột ngô và trấu). Sau khi trộ n đều xong, cho qua m áy đánh tơi rồi đưa đi h ấp ở áp su â t thường^trong 3 giờ đôi với bột ngô nhỏ, 4 giờ đối với bột ngô to. Chương 1 18 • L à m nguội và trộn giống; Sau khi hấp xong, nguyên liệu được lấy ra cho qua m áy đ á n h tơi và dùng quạt để làm nguội. Khi n h iệ t độ giảm xuống 36 4- 38°c, trộ n giỏng mốc vào theo tỷ lệ 0,3% so với trọ n g lượng nguyên liệu. Chú ý, trộ n giông cho th ậ t đều. Khi n h iệ t độ giảm xucmg 30 4 31°c, cho nguyên liệu đã trộ n giông vào khay và đưa vào phòng ủ môc. Lúc đầu ta ủ mốc tro n g đông lớn nhằm giữ n h iệ t và ẩm để giông p h á t triể n , cứ 3 giờ đảo trộ n m ột lần, n h iệ t dộ phòng ủ là 29 4 30°c, độ ẩm giữ ở 95 4 100°c và n h iệ t độ trong giông là ± 30°c. Sau 6 giờ ủ đống lớn, tiếp tục ủ đống nhỏ tr ê n khay, độ dày khoảng 1,5 -ỉ- 2 cm, n h iệ t độ phòng ủ > 30°c, độ ẩm 95 4 100%, n h iệ t độ trong giống là 33 ± 1 °C; sau 9 4 10 giờ ủ đông nhỏ, giông k ế t bánh. Khi giông k ế t b á n h tố t, ta tiế n h à n h bẻ nhỏ, n h iệ t độ phòng duy trì 29 -ĩ- 31°c, n h iệ t độ giống 34°c ± 1. Bẻ nhỏ sau 5 4- 10 giờ th ì đậy vải ướt đã th a n h trù n g để nguội. Thời gian đậy vải ướt phụ thuộc vào môi trường khô hay ẩm , n h iệ t độ trong phòng cao hay th ấp . Thường sau khi đậy vải ướt tơ p h á t triể n n h an h từ m àu trắ n g th à n h m àu vàng, và k h i tới giai đoạn giông p h á t triể n m ạn h không n ên đậy vải vì n h iệ t độ giông sè tăn g nhanh, n ấm dại dễ p h á t triể n , chỉ n ên đậy vải khi n h iệ t độ giông tăng vừa và đang ở thờ i kỳ p h á t triể n chậm. Sau 32 4- 40 giờ, bào tử b ắt đầu đen, tă n g n h iệ t độ phòng lên 31 4 32°c, n h iệ t độ giông 35°c. Sau 40 4 50 giờ tiếp tục tăn g n h iệ t độ tro n g p hòng lên 36°c để n h iệ t độ của giông không giảm xuống quá n h an h . Khi giống chín đến bào tử đen h ết, đem h ế t giông sấy ở n h iệ t độ 38 -f 40°c và độ ẩm cuối cùng của giống 14 4 15%. • Bảo quản Giông lấy ra chưa dùng h ết p hải được bảo quản tố t b ằn g cách sấy khô ở n h iệ t độ 40°c, đựng vào bao giấy khô và sạch. c- S ả n x u ấ t m yc o m a lt (giống sản xuất) Quá trìn h này cũng gần giông như sản x u ất mốc tru n g gian, với các công thức phôi trộ n nguyên liệu như sau: Bột ngô nhỏ: 100% T rấu nhỏ: 35 4 40% hoặc: Nước: 50 4- 55% (theo trọ n g lượng b ộ t ngô và trấu ) Cám: 10 0 % Bột ngô nhỏ: 25 4 30% T rấu nhỏ: 30% Nước: 48 4 50% (theo trọ n g lượng cám , bột ngô và trấu ) Cách tiế n h à n h giông như sản xuất mốc tru n g gian. 19 C ô n g n g h ệ s ả n x u ấ t c ồ n e t y lic Sơ đồ công nghệ sản xuất mycomalt. ở qui mô công nghiệp (H.1.5) Nguyên giống m b) i— m Đường hóa 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 1- cân nguyên liệ u ; 2- trộn nguyên liệu; 3,5,13- m ảy đảnh tơi; 4- nồi hấp; 6- trộn giố n g ; 7- ống giống; 8- bình tam giác giống; 9- khay giống; 10- phòng ủ giống; 11- khay m ycom alt; 12- phòng ủ m ycom alt. H ình 1.5 2- Q ui tr ìn h côn g nghệ sả n x u ấ t e ta n o l từ m ậ t r ỉ 20 Chương 1 ở khâu pha loãng sơ bộ để thực h iệ n axít hóa và xử lý tạ p c h ấ t trong m ật ri, cần tu ân thủ: 1- N ồng độ m ậ t ri không chê từ 50 -ỉ- 60° Bx 2- Lượng axit cho vào từ: 0,35 + 0,4% trọ n g lượng m ậ t rỉ 3- Lượng crolua vôi: 0,01% -ỉ- 0,05% 4- Lượng K M n 0 4 không quá 5m l/1000 lít nồng độ 50% 5- Thời gian axit hóa: 4 + 6 giờ (2 + 3 giờ cho k h ông khí n én , 2 + 3 giờ để lắng), Với phương pháp lên m en m ột nồng độ, vì là phương p h áp cổ điển, tương đốí đơn giản, dễ thực h iện , n ê n được áp dụng k h á phổ biến. Song, đây là phương pháp có nhiều nhược điểm: - Cùng m ột nồng độ dịch m à p h ải thực h iện h ai n h iệm vụ vừa gây m en giông, vừa lên m en tạo etanol, n ên h àm lượng etanol tro n g dấm chín r ấ t th ấ p - K hông chủ động kiểm soát dược c h ấ t lượng m en giông trước khi lên m en kỵ k hí tạo etanol. Do vậy, hiệu su ấ t lên m en thường th ấ p , chất lượng cồn thu được không cao. Để k h ắc phục nhữ ng nhược điểm tr ê n đây, người ta chuyển sang phương pháp lên m en với hai nồng độ khác nhau: - N ồng độ loãng: dùng để nuôi và gây m en giông. - N ồng độ đặc: dùng dể lê n m en sinh etanol. Điều k iện kỹ th u ậ t cần tu â n theo khi ph a dịch lên m en có nồng độ loãng: 1 - N ồng độ m ậ t ri được pha về 10+12° Bx, tro n g đó đường chiếm 6+ 8% . 2- Lượng (N H 4)2S 0 4 cho vào với tỷ lệ 0,35 + 0,4% so với trọ n g lượng m ật ri. 3- S uper - p h o tp h at cho vào với tỷ lệ 1% so với trọ n g lượng m ật rỉ. *4- Độ chua: 0 ,8 + 1° 5- N h iệ t độ: 27 + 30°c. Điều k iện kỹ th u ậ t cần tu â n theo k hi pha dịch lên m en có nồng độ đặc: 1 - N ồng độ m ậ t rỉ được pha về .30 + 32° Bx, tro n g đó đường chiếm 18 + 23%. 2- Lượng (NH4)2S 0 4 cho vào với tỷ lệ 0,18 + 0,2% so với m ậ t rỉ. 3- Lượng super - ph o tp h at: 0,4% + 0,5%