1
L
L
Ơ
Ơ
Ø
Ø
I
IM
M
Ơ
Ơ
Û
ÛĐ
Đ
A
A
À
À
U
UCông nghệ cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến
À
N
NI
I
T
T
O
O
Å
Å
N
N
G
GQ
Q
U
U
A
A
N
I
E
E
Ä
Ä
U
UD
D
U
U
Ø
Ø
N
N
G
GT
T
R
R
O
O
N
N
G
Ơ
Ï
Ï
U
U
:
:Để sản xuất cồn etylic, về nguyên tắc ta có thể dùng bất kì nguyên liệu
nào chứa đường hoặc polysaccarit nhưng sau thjủy phân sẽ biến thành đường lên
men được. Do đó ta có thể dùng cả nguyên liệu giàu xenluloza để thủy phân
thành đường. Tuy nhiên dùng nguyên liệu này kém hiệu quả về kinh tế.ở đây ta
đề cập đến việc sử dụng nguyên liệu chứa đường (chủ yếu là mật rỉ) và chứa
tinh bột.
Yêu cầu đối với nguyên liệu phải thoả mãn :
- Hàm lượng đường hoăïc tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế
cao.
- Vùng nguyên liệu phải tập trung và đủ thoả mãn nhu cầu sản xuất.
1
1
.
.N
N
g
g
u
ù
a
at
t
i
i
n
n
h
hb
b
o
o
ä
ä
t
t
:
:Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu nước ta thường dùng là sắn,
sau đó là ngô và một phần gạo hoặc tấm.
Thành phần của củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn : tinh bột 20 -
17
O
6
N có phân tử lượng m = 247.2 kết tinh trong etyl axetat,
nhiệt độ nóng chảy 143 – 144
o
C. Lotaustralin – C
11
H
19
O
6
N có phân tử lượng M
= 261.2 nóng chảy ở 123.5 – 124.5
o
C .
Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô hoặc sắn dui. Ngoài
sắn khô chúng 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 .
Ngô * * Thành phần Sắn khô Gạo tẻ Tấm Cám gạo *
Vàng Đá
Nước
Gluxit lên men
Protit
Chất tro
Chất béo
Xen lu loza
14
6706
1.75
1.1
4.1
2.0
Bảng – Thành phần hoá học của một số nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn rượu .
Dùng để sản xuất chế phẩm amylaza. *
Trước khi dùng nên tách phôi đem ép dầu vừa tiết kiệm, lại không ảnh hưởng tới len
men. * *
Thành phần quan trọng và chủ yếu đối với nguyên liệu chứa
tinh bột dùng trong sản xuất rượu.
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. Ví dụ ramnoza – C
6
H
12
O
5
.
Tinh bột: là gluxit dự trữ phổ biến nhất trong thực vật (khoai sắn và các
hạt cốc). Hạt tinh bột có hình dáng rất khácnhau với kích thước từ 2 đến 15 µm .
Tinh bột không nước có khối lượng riêng khảng 1.633 – 1.648 .
Tinh bột là chất keo háo nước điển hình, cấu tạo từ amyloza – mạch
thẳng và amylopectin. Tỷ số amyloza và amylopectin trong tinh bột thường vào
khoảng 1 : 4. Cả hai đều cấu tạo từ những gốc Ø α- d – glucoza. Amylo có cấu tạo
mạch thẳng – chúng được liên kết bởi các nối α- 1.4 glucozit và α- 1.6 glucozit
nên tạo thành nhiều nhánh. Ngoài amyloza và amylopectin trong tinh bột còn
chứa một lượng nhỏ các chất khác như muối khoáng, chất béo, protit v.v… Hàm
lượng chung của chúng khoảng 0.2 – 0.7%.
Tinh bột không hoà tan trong nước lạnh, trong rượu và ete – amyloza dễ
vật, có trong rơn, rạ, rễ ngô và cám. Trong thành phần có chứa hexozan
(galactan, manan) và pentozan; dễ bò thủy phân hơn so với xenluloza.
2
2
.
.N
N
g
g
u
u
y
y
e
e
â
â
n
nl
l
i
i
e
e
–
–m
m
a
a
ä
ä
t
tr
r
ỉ
ỉ
:
:Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường
chiếm từ 3- 5% so với lượng đường mía đưa vào sản xuất. Tỷ lệ này phụ thuộc
vào chất lượng mía và công nghệ sản xuất .
Từ một tấn mật rỉ chúng ta có thể thu được : 300 lít cồn 100
o
, 50 kg nấm
vào khoảng:
Vitamin mg/g mật rỉ
B
1
0.2
B
2
0.04
B
3
0.13
B
6
0.54
PP 5.10
3
3
.
.V
V
i
is
s
i
m
a
a
ä
ä
t
tr
r
ỉ
ỉ
:
:Mật rỉ nhận được từ sản xuất luôn chứa một lượng vi sinh vật. Trong đó
nguy hiểm nhất là vi khuẩn lac tic và axetic. Mức độ nhiễm khuẩn được xác
đònh bằng sự tăng độ chua khi để mật rỉ “tự lên men” . Mức tăng độ chua (khi tự
lêm men sau 24 giờ) trong phạm vi 0.2 đến 0.3
o
C được xem là bình thường.
Thực tế trong một gam mật rỉ chứa tới100000 vi sinh vật không nha bào
và 15000 có khả năng tạo bào tử. Ở mật rỉ bò nhiễm nặng con số vi sinh vật có
thể đạt 500000 và 50000. tuy nhiên, đối với rỉ đường có nồng độ trên 70%, hầu
hết vi sinh vật trong mật rỉ đều chòu nằm yên, nhưng khi pha loãng chúng sẽ bắt
đầu hoạt độngvà làm giảm hàm lượng đường , dẫn đến tăng tổn thất. Trong quá
trình sản xuất cần có biện pháp xử lý phù hợp nhằm diệt bớt và hạn chế hoạt
động của tạp khuẩn.
I
I
N
N
H
HV
V
A
A
Ä
Ä
T
TT
T
R
R
O
O
N
N
G
GE
E
T
T
Y
Y
L
L
I
I
C
C
:
:1
1
.
.N
N
a
a
á
á
trên đầu những bào tử.
Trong sản xuất chế phẩm amylaza dùng cho sản xuất rượu, người ta dùng
nhiều nhất là Asppergillus , sau đó là Mucor.
Asppergillus và Mucor thuộc vi sinh vật háo khí, chúng phát triển chủ yếu
trên bề mặt của mội trường rắn hoặc lỏng nhưng cũng có thể tạo thành mixen
trong canh trường lỏng có sục khí. Một số chủng Mucor trong môi trường lỏngsẽ
phân ly thành những tế bào riêng rẽ giống như nấm men. Vì thế còn được gọi là
nấm men Mucor. Nấm men mucor có khả năng lên men rượu.
Các điều kiện cần và đủ để sản xuất chế phẩm amylaza có hoạt lực cao :
a. Chủng giống vi sinh vật:
Đây là điều kiện hàng đầu. Muốn nhận chế phẩm amylaza có hoạt lực
cao, trước hết phải tuyển chọn, nghiêm cứu xem chủng giống nào có khả năng
tích tụ nhiều amylaza:nấm mốc, nấm men hay vi khuẩn nào?
b. Môi trường dinh dưỡng:
Khi nuôi cấy vi sinh vật ta có thể sử dụng môi trường dinh dưỡng. Cho tới
nay nguyên liệu từ thực vật được xem là nguồn dinh dưỡng đầy đủ và tương đối
hoàn thiện đối với mọi cơ thể sống. Chất dinh dưỡng bao gồm glucid, protid,
chất khoáng, các nguyên tố vi lượng, vitamin v.v…trong sản xuất chế phẩm
amylaza theo phương pháp nuôi cấy bề mặt trên canh trường rắn người ta hay
dùng nhất là cám lúa mì. Đây làmôi trường tự nhiên tốt nhất để sinh tổng hợp
amylaza và nhiều enzym khác.
Ở nước ta không có cám lúa mì nên trong sản xuất người ta hay dùng nhất
là bột ngô vàng, cám gạo và trấu đem trộn lẫn với những tỷ lệ khác nhau. Cám
gạo cho phép nhận chế phẩm amylaza có hoạt độ không thua kém so với bột
ngô mà giá thành lại rẻ hơn, nhưng cám gạo trên thò trường không ổn đònh về
chất lượng nên phải căn cứ vào hàm lượng tinh bột mà đònh ra tỷ lệ cho phù hợp
.
Điều kiện tối ưu khi nuôi cấy là: nhiệt độ 32
o
C, độ ẩm 57% và nuôi trong
665.0
437.0
850.0
30.0
80.0
70.0
30.0
50.0
40.0
0.5
0
c. Điều kiện nuôi cấy :
+ Nhiệt độ:
Hầu hết các nhà nghiêm cứu cho biết,nấm men và nấm mốc có nhiệt độ
tối ưu cho phát triển là 28 - 30
o
C,vi khuẩn 34 - 38
o
CBiết rằng trong quá trình
sinh trưởng và phát triển, nấm mốc sử dụng khoảng 25 - 30% chất khô của canh
trường và thải ramột lượng nhiệt khá lớn. Trung bình từ 1 kg chất khô được đồng
hoá sẽ thải ra khoảng 85 kcal, ở thời cao điểm nhiệt thải ra đạt tới 335 - 377
kcal/kg.giờ.
Do đó cần có trang bò phù hợp để duy trì và ổn đònh nhiệt độ canh trường.
Nếu nuôi cấy trong môi trường lỏng thì cần làm lạnh kết hợp với sục khí.
+ Độ ẩm canh trường:
Ở các nhà máy rượu nước ta thường vào khoảng 50%, có nơi còn thấp
hơn. Độ ẩm canh trường thấp thì hạn chế được phát triển của tạp khuẩn, nhưng
nấm mốc phát triển chậm ảnh hưởng tới tích tụ enzym, do đó cần thực hiện tốt
công tác vệ sinh. Ở ta thường thanh trùng ở áp suất thường trong 3.5- 4 giờ; sau
o
C nhưng – amylase của thóc mầm nhiệt độ
tối ưu chỉ là 73-76
o
C, còn – amylase của Asp. Oryzae có lại có nhiệt độ tối ưu là
50-55
o
C.
- Phụ thuộc vào nồng độ cơ chất trong dung dòch. Hoạt độ enzyme sẽ
được bảo vệ khi tăng nồng độ cơ chất trong dung dòch nhưng chỉ trong giới hạn
nhiệt độ xác đònh đối với mỗi loại enzyme.
- Phụ thuộc vào thời gian tác dụng. Thời gian tác dụng lâu sẽ làm giảm
khả năng chòu nhiệt của enzyme.
- Phụ thuộc vào pH của môi trường phản ứng và tăng cùng với pH trong
giời hạn nhất đònh.
+ Ảnh hưởng của pH và độ chua :
pH tối ưu của dòch chiết malt là 4.6. Nếu tăng hay giảm pH sẽ làm giảm
tác dụng thuỷ phân tinh bột của amylase. Trong đó sự giảm sẽ ảnh hưởng nhiều
hơn so với tăng pH .Ở pH = 2.3 và 9.7, amylase bò ngưng hoạt động hoàn toàn.
10
Khi tăng nhiệt độ phản ứng thì PH tối ưu sẽ chuyển dòch về phía pH lớn
hơn. Theo Konduen và Endem, sự phụ thuộc đó như ở bảng dưới đây :
Nhiệt độ,
o
C PH tối ưu
30 - 40 4,5-5,0
50 4,6-5,0
60 5,2-5,5
glucan và manan.Vỏ tế bào có 3 lớp:
+ Lớp ngoài là màng nhẵn dày 10 đến 30 nm gồm chủ yếu lypoprotein.
+ Lớp tiếp theo chứa phức hợp mannan protein dày 100 nm.
+ Lớp trong cùng là chất keo hoặc sợi li ti dày từ 10 đến 250 nm ,cấu tạo
từ những gốc glucan gồm 94% glucose và 6% hexoamin.
Ở vỏ tế bào người ta phát hiện có hai vùng nhân mang tính thẩm thấu có
chọn lọc với các chất khác nhau .Vỏ này chứa các lỗ có đường kính đến 3,6 nm
,qua đó nước và các chất dinh dưỡng cần thiết cho tế bào đi vào bên trong.
- Phần trong nội tế bào:
+ Nhân tế bào được bao bọc bởi lớp màng, bên trong chứa đầy
nucleoplasma trong suốt và những sợi chỉ nhỏ dài gọi là cromoxom . Cromoxom
được cấu tạo từ protide và acide deoxyribonucleic.
+ Nhân tế bào có hình tròn, đường kính 1-2 µm. Nó bò ngăn cách với
cytoplasma bởi hai lớp màng, các máng này thông với nhau qua các lỗ có đường
kính 30-100 nm, qua đó sự liên hệ giữa nucleoplasma và cytoplasma được thực
hiện, người ta cho rằng sự liên hệ này có tính chọn lọc rất cao.
+ Không bào: là một túi chứa đầy dòch tế bào. Tuỳ theo giai đoạn sinh
trưởng, trong đó có thể có một hoặc hai túi bé hơn. Ở các tế bào trẻ không bào ít
xuất hiện, ở các tế bào già không bào tở nên lớn, có khi chiếm gần hết tế bào.
Không bào là nơi xãy ra các quá trình enzyme sôi động nhất để tạo các sản
phẩm trung gian.
b. Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men:
11
Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men phụ thuộc chủng giống,
môi trường, trạng thái sinh lý cũnh như điều kiện nuôi cáy. Men ép chứa trung
bình 75% nước và 25% chất khô. Các chất khô của nấm men bao gồm:
Protit trung bình 40%
Gluxit trung bình 30%
Chất béo trung bình 4%
N
N
a
a
á
á
m
mm
m
e
e
n
nd
d
u
u
ø
ø
n
n
g
g
á
t
tc
c
o
o
à
à
n
ne
e
t
t
y
y
l
l
i
i
c
c:
phải ổn đònh và chòu được những biến đổi của canh trường.
- Ở nước ta các nhà máy rượu ở phía Bắc hay dùng chủng MBT để lên men
dòch đường từ tinh bột và chủng Ri để lên men từ rỉ đường. Các cơ sở sản xuất
cồn ở phía nam hay dùng nấm men khô bánh mì để lên men dòch rỉ đường.
4
4
.
.C
C
ơ
ơc
c
h
h
e
e
á
áh
h
o
o
û
û
a
al
l
e
e
â
â
n
nm
m
e
e
n
nr
r
ư
ư
ơ
ơ
phosphat- isomerase sẽ biến thành fructophosphat:
CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
4
CHO CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
3
COCH
2
OH
Dưới tác dụng của enzyme phosphofructokinase, phân tử ATP thứ hai
sẽ đính thêm một gốc phosphat vào fructo – 6 – phosphat để thành fructo 1,6
diphosphat và phân tử ATP thứ hai:
CH
2
O(H
2
PO
3
O(H
2
PO
3
)CO(CHOH)
3
CH
2
O(H
2
PO
3
)
CH
2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
OH + CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCHO
Vai trò chủ yếu trong các biến đổi tiếp theo của quá trình lên men rượu là
aldehyt, phospho glyceric nhưng trong dòch đang lên men chúng chứa rất ít, điều
PO
4
+ 2NAD
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOO + 2NADH
2
.
Với sự tham gia của phosphoglyceratkinase, gốc phosphat chứa cao
năng của acide 1,3 diphosphoglyceric sẽ chuyển vào phân tử ADP. Kết quả 3-
phosphoglyceric được tạo thành, còn ADP nhận thêm năng lượng và biến tàhnh
ATP :
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOO + 2ADP
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOOH + 2ATP.
)COOH + 2H
2
O.
14
Acide phosphoric rất không bền nên dễ mất gốc acide phosphoric do
enzyme pyruvatkinase và do đó acide pyruvic được tạo thành:
2CH
2
= CO ~ (H
2
PO
3
)COOH + 2ADP 2CH
3
CO – COOH + 2ATP
Acide Pyruvic bò decarboxyl hoá để tạo thành aldehyt acetic:
2CH
3
CO – COOH 2CO
2
+ 2CH
3
CHO
Aldehyt Acetic bò khử bởi NADH
2 :
2CH
3
CHO + 2NADH
3
OHCOOH + 18 kcal
Vi khuẩn lactic không điển hình ngoài tạo axit lactic còn tạo ra các sản
phẩm phụ khác.
Lactic điển hình có nhiệt độ tối ưu khoảng 49 – 51
o
C, còn lactic không
điển hình là 37 - 38
o
C.
- Vi khuẩn acetic: là vi khuẩn háo khí cũng không tạo bào tử, có nhiệt độ tối
ưu 20 - 35
o
C, tối đa 42
o
C. Chúng phát triển tốt trong canh trường có nồng độ
acol thấpalcol etylic thành axit axetic:
C
2
H
5
OH + O
2
CH
3
COOH + H
2
O + 116 kcal
15
o
o
á
áh
h
o
o
ù
ù
a
ah
h
o
o
ï
ï
c
cv
v
a
a
h
h
ư
ư
ơ
ơ
û
û
n
n
g
gt
t
ơ
ơ
ù
ù
i
is
s
i
i
ù
ù
t
tt
t
r
r
i
i
e
e
å
å
n
nv
v
a
a
ø
øl
l
ưu. Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men sẽ giảm nhanh nhưng chủ yếu là dễ nhiễm
vi khuẩn lactic và nấm men hoang dại. Ở nhiệt độ 30
0
C men hoang dại phát triển
nhanh hơn saccharomyces 2 đền 3 lần ,còn ở nhiệt độ 35 - 38
0
C chúng phát triển nhanh
6 đến 8 lần mặt khác khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo điều kiện cho nhiều este
aldehyt và tổn thất về rượu theo CO
2
tăng.
b. Ảnh hưởng của pH
Nồng độ ion H
+
trong canh trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm
men. Chúng có khả năng làm thay đổi điện tích các chất ở vỏ tế bào làm tăng hoặc
giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên
men. Mỗi vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt tyrong trạng thái ion nhất đònh trạng thái
này phụ thuộc vào pH của canh trường.
Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo alcol etylic là 4.5 - 5.2, nhằm
kết hợp giữ cho amylse tiếp tục chuyển hoá tinh bột và dextrin thành đường lên men
được. Nếu tăng pH thì dễ bò nhiễm khuẩn, glixerin sẽ tạo nhiều hơn và do đó làm giảm
hiệu xuất lên men. Chính vì vậy khi gây men giống trong điều kiện sản xuất, người ta
điều chỉnh pH tới 3.8 - 4 để hạn chế phát triển của vi khuẩn lactic và nấm men hoang
dại
Thời gian
làm tiêu
diệt, giờ
Clohidric
Sun furic
Photphoric
Acetic
Lactic
0.14
0.39
0.30
0.75
0.90
0.038
0.039
0.031
0.125
0.100
0.72
1.30
2.0
3.00
3.00
0.095
0.132
0.204
0.500
0.333
men. Từ kết quả nghiên cứu của công ty rượu Đông Xuân. Việc bổ sung Nitơ rút ngắn
thời gian lên men và đạt hiệu quả cao hơn.
18
Phan 2
Coõng
Ngheọ
Saỷn
Xuaỏt
Copyright: Tài liệu đại học ©