Bài giảng Công nghệ sản xuất cồn Etylic

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ sản xuất cồn Etylic

1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 1 NGUYÊN LIỆU Nguyên tắc: nguyên liệu chứa polysaccharide đều có thể sử dụng trong công nghệ sản xuất cồn. Yêu cầu:
   Đảm bảo đủ lượng dưỡng chất phục vụ cho sự phát triển của vi sinh vật.
   Hàm lượng đường hoặc tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế.
   Sẵn có, giá thành thấp.
   Vùng nguyên liệu tập trung và đủ cho nhu cầu sản xuất. 2 loại nguyên liệu phổ biến: - Tinh bột - Rỉ đường 2 1
2. RỈ ĐƯỜNG (MẬT RỈ) Phế liệu trong công nghiệp đường mía hoặc đường củ cải. Là loại đường không kết tinh được. Thường chiếm khoảng 3 – 5% lượng mía. 3 Thành phần: Nước chiếm 15 – 20% Hàm lượng chất khô chiếm 80 – 85 %. Trong đó: – 60% là đường lên men được với: – 35 – 40% saccharoza – 20 – 25% đường khử – 40% chất phi đường, với – 20 – 32 % chất hữu cơ – 8 – 10 % chất vô cơ Mật rỉ có độ pH từ 6,8 – 7,2. 4 2
3. Ưu đim ca vi c s dng r đư ng • Giá r • Kh i lư ng ln, di dào •S dng ti n li • Ngu n cung cp khá ph bi n 6 NGU YÊN LI ỆU CH ỨA TINH BỘT Sắn, ngô, khoai và một phần gạo hoặc tấm.  Sắn : Lo ại Nướ c Protit Ch ất béo Gluxit Xenlulo Tro Sắn t ươ i 70,25 1,102 0,41 26,58 1,11 0,54 Sắn khơ 13,12 0,205 0,41 74,74 1,11 1,69 7 3
4. Khoai Lo i Nư c Protit Ch t béo Gluxit Xenlulo Tro Khoai tây t ươ i 74,9 1,99 0,15 20,8 0,98 1,09 Khoai lang t ươ i 68,1 1,6 0,5 27,9 0,9 1,00 Khoai lang khơ 12,9 6,1 0,5 76,7 1,4 2,4 8  Các lo i h t khác - Đ s n xu t các lo i r ư u đ c bi t. - Các lo i h t này cĩ hàm l ư ng tinh b t cao, s n xu t rư u t t Lo i Nư c Protit Ch t béo Gluxit Xenlulo Tro Go giã 12,6 9 0,5 77 0,4 0,5 Go xay 11,6 9,1 2,45 74,79 0,65 1,4 Tm 11,8 8,9 1 77,38 0,6 0,7 Cám 12,5 13,17 10,12 72 14,05 11,14 Mì đen 14 11 1,7 69,6 1,9 1,8 10 4
5.  Tinh bột thường được thủy phân:
   Thủy phân tinh bột bằng acid và nhiệt độ: thu được glucoza → hiệu xuất không cao và gây ô nhiễm môi trường.
   Dùng amylaza của mầm đại mạch ta sẽ thu được 70 – 80% là maltoza và 30 – 20% là dextran.
   Dùng amylaza của nấm mốc ta sẽ thu được 80 – 90% là glucoza.
   Celluloza dưới tác dụng của acid vô cơ loãng, nhiệt độ cao và áp suất cao sẽ bị phân hủy thành glucoza.
   Hemicelluloza (bán xơ): dễ bị thủy phân hơn celluloza để tạo thành glucoza 11 NƯ C Trong cơng nghi p s n xu t r ư u, n ư c đư c s dng v i nhi u m c đích khác nhau: •X lý nguyên li u •Nu nguyên li u • Pha lỗng dung d ch •V sinh thi t b , 13 5
6. Sơ đ t ng quát cơng ngh s n xu t c n Etylic NGUYÊN LI U X lý – Nu Pha lỗng – X lý Ch nh pH PP Amylo PP Mycomalt Đư ng hĩa Chu n b d ch lên men Dinh d ư ng Ch t khơ Men Men Lên men O2 Lên men gi ng gi ng Ch ưng c t Ch ưng c t Tinh ch Tinh ch CN TINH LUY N 15 XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU TINH BỘT NGUYÊN LIỆU NGHIỀN HỒ HĨA DỊCH HĨA ĐƯỜNG HĨA 23 6
7. XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU TINH BỘT 1. NGHIỀN NGUYÊN LIỆU Mc đích: • Phá v cu trúc màng t bào th c vt, to điu ki n gi i phĩng ht tinh bt kh i các mơ. • Khi nu nhi t đ và áp su t phù hp, tinh bt chuy n thành dng hịa tan. -Thi t b nghi n: Thi t b nghi n búa, thi t b nghi n tr c. 24 Thi t b nghi n búa  Tùy theo chế độ nấu mà rây có kích thước khác nhau.  Năng suất của máy phụ thuộc vào mức độ nghiền và kích thước 25 rây. 7
8. 2. H HĨA TINH B T Mục đích:
   Phá vỡ màng tế bào của các hạt tinh bột, giúp cho amylaza tiếp xúc được với tinh bột.
   Tạo điều kiện đưa tinh bột về trạng thái hòa tan trong dung dịch. 27 3. D CH HĨA Mc đích: • Th y phân tinh bt thành dextrin + maltoza + 1 ít glucoza → đ nh t ca dch cháo gi m nhanh. 30 8
9. CH C N ĂNG C A ENZYM TRONG QUÁ TRÌNH D CH HĨA ααα - amylaza: (enzym dịch hĩa) - Tác dng lên liên kt α – 1,4 glucozit v trí bt kì, nh ưng tp trung vào gi a mch amyloza và amylopectin. Nhiệt độ hoạt động của enzym: - α – amylaza của vi khuẩn hoạt động tốt ở t0 tối ưu = 95– 100 0C - α –amylaza của mầm thóc hoạt động tốt ở: t 0 tối ưu = 73– 76 0C - α –amylaza của Asp.ozyzae hoạt động tốt ở: t 0 tối ưu = 50–55 0C pH của môi trường và t 0 tối ưu cũng phụ thuộc vào nhau: t 0 tăng 31 → pH tăng 4. ĐƯỜNG HÓA DỊCH CHÁO  Mục đích: là quá trình dùng enzym amylase để chuyển hóa tinh bột thành đường dễ lên men. • Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu.  Có 2 loại amylase : từ mầm đại mạch và từ vi sinh vật. 32 9
10. Enzym đường hóa βββ - amylase  Có tác dụng lên nối α - 1,4 – glucozit, bắt đầu từ vòng không có nhóm khử và cắt theo 2 gốc glucoza một trong phân tử của amyloza và amylopectin.  Dưới tác dụng của α và β - amylaza ta thu được dịch chứa 78 – 80% maltoza và glucoza, 22 – 20% dextrin Glucose amylase : chuy ển tinh bột thành đườ ng glucose 33 Cĩ th ti n hành đư ng hĩa theo 2 ph ươ ng pháp: gián đon ho c liên tc. Nh ưng luơn bao gm: _ Làm lnh dch cháo ti nhi t đ đư ng hĩa _ Cho ch ph m amylase vào dch cháo và gi nhi t đ thích hp trong th i gian xác đ nh đ amylase chuy n hĩa tinh bt thành đư ng. _ Làm lnh dch đư ng hĩa ti nhi t đ lên men Sơ đ chung 34 10
11. VỊ TRÍ TÁC ĐỘNG CỦA AMYLASE LÊN MẠCH TINH BỘT 35 Một phương pháp ứng dụng tại Việt Nam Tại thùng nấu nguyên liệu :
    Nguyên liệu được nghiền mịn tới kích thước là 1mm, hòa với nước ở 30 – 40 0C theo tỷ lệ nước : bột là 4 : 1.
    Khuấy đều, cho 20-30% lượng α - amylaza chịu nhiệt (thường sử dụng Termamyl 120L của hãng Novo – Đan mạch với tỷ lệ 0,02 – 0,03% so với khối lượng tinh bột)
    Đun trong 40 – 50 phút, đạt tới 85 – 87 0C. Giữ ở nhiệt độ này 15 – 20 phút.
    Đun sôi trong vòng 50 – 60 phút nhằm hòa tan các hạt tinh bột có kích thước lớn chưa kịp hồ hóa hết.
    Chuyển sang thùng đường hóa. 49 11
12. Tại thùng đường hóa:
    Dịch bột được làm nguội đến 90 – 93 0C rồi cho hết 70- 80% lượng enzym còn lại vào.
    Làm nguội đến 55 – 56 0C, để trong 30 phút.
    Làm ngu ội d ịch cháo v ề 28 – 30 oC 50 XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU MẬT RỈ Pha loãng và xử lý dịch mật rỉ
    Pha loãng dịch mật rỉ 50% (m ật rỉ : nướ c =1 : 1)
    H2SO 4 cho vào theo tỉ lệ 0,4 – 0,6% (tùy theo độ chua của rỉ đường)
    Cho chất sát trùng vào: fluosilicat natri (2%o trong tổng số).
    Nguồn nitơ theo tỷ lệ 1g (NH 4)2SO 4 hoặc 0,4 – 0,5g ure trong 1 lít dịch lên men
    Sau đó khuấy trộn đều, để yên 1 – 4h.
    Bơm dịch trong lên thùng chứa rồi lọc loại tạp chất (chủ yếu là CaSO 4, các kết tủa keo).
    Cho vào thùng chứa giữ ở nhiệt độ 85 – 90 0C trong 1giờ, với mục đích CaSO 4 kết tủa nhiều hơn, giúp cho hiệu suất lên men tăng khoảng 1% 54
    pH = 4,5 – 5 tương đương độ chua: 1 – 1,5 g H2SO 4/ lít 12
13. Pha loãng tới nồng độ gây men: 1. Lên men theo sơ đồ một nồng độ:  Nồng độ chất khô 20 – 22%, tương đương 15 – 16% đường.  pH dịch đường 4,5 – 5,0, tương đương độ chua 1 – 1,5g H2SO 4/lit  Ure cần bổ sung là 0,5 g/l  Nồng độ fluosilicat natri: 2‰ 2. Lên men theo sơ đồ hai nồng độ:  Nồng độ chất khô: 12 – 14%  pH: 4,5 – 5,0  Ure cần bổ sung là 0,5 g/l  Nồng độ fluosilicat natri: 2‰  Dịch lên men cũng có các chỉ tiêu tương tự chỉ khác là nồng độ chất khô từ 30 đến 32%. 55 LÊN MEN DỊCH ĐƯỜNG Các giai đoạn cần thực hiện:
    Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng
    Nhân giống trong phòng thí nghiệm
    Nhân giống trong sản xuất
    Lên men 57 13
14. Yêu c u c a n m men dùng trong sn xu t c n Etylic •Năng lc lên men mnh: bi n đư ng thành rư u nhanh và hồn tồn, to ít các sn ph m trung gian và ph • n đ nh và ch u đư c nh ng bi n đ i ca canh tr ư ng 58 Malt đại mạch CHU N B nghiền nhỏ MƠI TR Ư NG DINH D Ư NG Phối trộn H 2O (5:1) To= 48 53 oC, t=2030 o o NấuĐường hĩa T = 60 62 C, t=30’ To= 70 72 oC, t=20’ Lọc Điều chỉnh pH pH = 4.5 – 5.0 Phân phối vào Tiệt trùng dụng cụ 59 14
15. 
    Nhân giống trong phòng thí nghiệm Lượng dịch trong bình Nồng pH Nhiệt Thời độ, độ, oC gian, % giờ Trong ống nghiệm 10 ml 13 ÷14 4,5 ÷ 5,0 30 ± 1 24 90 ml trong bình 250 ml 13 ÷ 14 4,5 ÷ 5,0 30 ± 1 18 ÷24 900 ml trong bình 2 lit 13 ÷ 14 4,5 ÷ 5,0 30 ± 1 18 ÷24 9 lit trong bình 15 lit 15 ÷ 18 4,8 ÷ 5,2 30 - 32 15 ÷18 60 Các y u t nh h ư ng quá trình lên men • Nhi t đ • pH • Hàm l ư ng đư ng •O2 • Nit ơ • Ch t sát trùng 77 15
16. Các s c x y ra trong quá trình lên men • Lên men ch m: nhi t đ , d ư ng ch t, men gi ng • Đ acid t ăng nhanh: vi khu n sinh acid • Sinh màng: vi khu n sinh màng • Lên men quá nhanh: nhi t đ , vi khu n 78 XỬ LÝ DỊCH LÊN MEN
    Hỗn hợp thu được sau lên men gọi là giấm chín. Trong giấm chín có rất nhiều thành phần: chủ yếu là cồn etylic. Ngoài ra còn có este, aldehyd, một số alcol cao phân tử (dầu fusel), tinh bột, dextrin, acid hữu cơ, khoáng.
    LỌC: thu lấy dịch.
    CHƯNG CẤT THƠ : thu được cồn thô, cồn sản phẩm và dầu fusel
    TINH LUY ỆN: Lo ại các tạp chất khác nhau có nhiệt độ bay hơi cao hay thấp hơn cồn. 79 16