Trường đại học Bách Khoa, Hà nội Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm

CHƯƠNG 3. Kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm

Công nghệ sản phẩm lên men và đồ uống

BF3513

CHƯƠNG 3. Kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm

3. 1. Công nghệ sản xuất bia 3. 2. Công nghệ sản xuất cồn etylic 3.3. Công nghệ sản xuất vang

Công nghệ sản xuất cồn hiện nay

• Công nghệ truyền thống: Tinh bột →Hồ hóa →Dịch hóa - Đường hóa (ủ, nuôi mốc, tạo enzym) → Lên men → Chưng cất → Tinh luyện → Pha chế → Rượu thành phẩm

• Nguyên liệu tinh bột → Nghiền →Hồ hóa→ Dịch hóa → Đường →Lên men hoặc Đường hóa + lên men đồng thời → Chưng cất→ Tinh luyện → Pha chế → Rượu thành phẩm

• Nguyên liệu tinh bột → Nghiền → Dịch hóa +

Đường hóa + lên men đồng thời→ Chưng cất→ Tinh luyện → Pha chế → Rượu thành phẩm

2. Công nghệ sản xuất cồn etylic

2.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn 2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.3 Quá trình lên men 2.4 Chưng cất và tinh chế 2.5 Đánh giá chất lượng cồn

2.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn

• Để sản xuất cồn etylic, về nguyên tắc ta có thể dùng bất kỳ nguyên liệu nào chứa đường hoặc polysaccarit (tinh bột) nhưng sau thủy phân có thể tạo thành đường lên men được • Yêu cầu đối với nguyên liệu phải thỏa mãn:

- Hàm lượng đường hoặc tinh bột cao, hiệu quả kinh tế cao. - Vùng nguyên liệu phải tập trung, đủ thỏa mãn nhu cầu sản xuất

2.1.1 Nguyên liệu chứa tinh bột

Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu ở nước ta thường dùng là sắn, ngô và gạo hoặc tấm.

2.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn

2.1.1 Nguyên liệu chứa tinh bột

2.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn

2.1.2 Nguyên liệu chứa đường- mật rỉ • Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường chiếm từ 3 đến 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất • Bình thường lượng chất khô trong mật rỉ chiếm 80 đến 85%, nước

chiếm 15 đến 20%

• Trong số các chất khô thì đường chiếm tới 60%, gồm 35 – 40% là

saccaroza và 20 – 25% là đường khử. Số chất khô còn lại gọi chung là chất phi đường và gồm 30 – 32% là hợp chất hữu cơ và 8 – 10% là chất vô cơ.

2.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn

2.1.2 Nguyên liệu chứa đường- mật rỉ • Lượng nitơ trong rỉ đường mía chỉ khoảng 0,5 đến 1%, ít hơn

so với rỉ đường củ cải (1,2 – 2,2%)

• pH của mật rỉ từ 6,8 đến 7,2. Rỉ mới sản xuất ra pH có thể 7,2

đến 8,9

• Vi sinh vật trong mật rỉ: 1 gam mật rỉ chứa tới 100.000 vi sinh vật không nha bào và 15.000 có khả năng tạo bào tử. Ở mật rỉ bị nhiễm nặng, con số vi sinh vật có thể đạt 500.000 và 50.000

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

2.2.1.1 Nghiền nguyên liệu - Mục đích: phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô. - Thiết bị: máy nghiền búa 2.2.1.2 Nấu nguyên liệu - Mục đích: nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến chúng thành trạng thái hòa tan trong dung dịch - Những biến đổi lý, hóa học xảy ra trong khi nấu nguyên liệu

+ Phá vỡ tế bào thực vật → giải phóng tinh bột + Sự trương nở và hòa tan tinh bột + Những biến đổi của hemixenluloza, xenluloza và pectin

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

- Những biến đổi lý, hóa học xảy ra trong khi nấu nguyên liệu

+ Những biến đổi của tinh bột và đường + Biến đổi của protit và các chất khác

+ Nấu gián đoạn: đặc điểm, ưu, nhược điểm + Nấu bán liên tục: đặc điểm, ưu, nhược điểm + Nấu liên tục: đặc điểm, ưu, nhược điểm + Nấu có sử dụng enzyme: đặc điểm, ưu, nhược điểm

- Tiến hành nấu nguyên liệu

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men

2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

- Tiến hành nấu nguyên liệu

+ Nấu gián đoạn:

Ưu điểm • Vận hành đơn giản; • Tiết kiệm nguyên vật liệu chế tạo thiết bị

Nhược điểm o Không tận dụng được hơi thứ; o Tổn thất đường

nhiều

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

Tiến hành nấu nguyên liệu + Nấu bán liên tục

Ưu điểm • Giảm thời gian nấu ở

nhiệt độ cao

• Tăng hiệu suất thu hồi cồn (đến 7 lít/tấn tinh bột)

• Tận dụng được hơi thứ

Nhược điểm o Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột - Tiến hành nấu + Nấu liên tục Ưu điểm • Tận dụng đươc hơi

thứ

• Giảm thời gian nấu

ở nhiệt độ cao • Tăng hiệu suất

thu cồn (đến 12

hồi lít/tấn tinh bột) • Dễ tự động hóa • Tiết kiệm diện tích

nhà xưởng

Nhược điểm

o Nguyên

liệu

cần

nghiền nhỏ

o Điện, hơi phải ổn

định

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

- Động thuyết của quá trình thuỷ phân tinh bột

2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo - Mục đích: quá trình thuỷ phân tinh bột dưới xúc tác của enzyme amylaza để biến thành đường - Hệ Amylaza- vai trò và chức năng tác dụng của chúng trong quá trình thủy phân tinh bột: là enzym đơn cấu tử và chất xúc tác sinh học, amylaza tác dụng lên tinh bột mang tính đặc hiệu

Phản ứng thủy phân tinh bột bằng enzym có thể biểu diễn như sau:

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo Một số enzym thương mại sử dụng cho sản xuât cồn • Enzym của hãng Novo Đan Mạch:

- Termamyl 120 L, Type L: enzym dịch hóa - Termamyl 120 L, Type S: enzym dịch hóa - AMG: enzym đường hóa

• Enzym của hãng DuPont:

- Spezym alpha: enzym dịch hóa - GC 358: enzym dịch hóa - Distilase ASP: enzym đường hóa - Stagen: enzym đường hóa

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men

2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

+ Ảnh hưởng của nồng độ enzyme: Khi tăng hoạt độ enzyme thì tốc độ thủy phân tinh bột sẽ tăng và tỉ lệ thuận với lượng enzyme đưa vào nhưng chỉ trong giai đoạn đầu khi phản ứng còn là bậc 0. + Ảnh hưởng của nhiệt độ:Tốc độ phản ứng enzyme tăng giảm theo nhiệt độ. Nhưng với phản ứng enzyme, sự gia tăng nhiệt độ chỉ trong giới hạn nhất định. Nhiệt độ mà ở đó tốc độ phản ứng đạt cao nhất được gọi là nhiệt độ tối ưu

+ Ảnh hưởng của pH: phản ứng enzyme chỉ xảy ra trong giới hạn

2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo - Ảnh hưởng của các yếu tố tới thuỷ phân tinh bột

pH xác định

+ Ảnh hưởng của chất sát trùng

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men

2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo - Thời gian đường hóa: bảo đảm để hoạt độ enzyme giảm đến mức thấp nhất và bảo đảm chứa đủ lượng đường cần thiết cho phát triển ban đầu của nấm men Quá trình đường hóa trong sản xuất cồn etylic, tinh bột bị thủy phân không hoàn toàn, thường chỉ đạt 30%, sự thủy phân kéo dài trong suốt thời gian lên men rượu. Lúc này quá trình đường hóa và lên men diễn ra đồng thời

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men

2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

+ Rút ngắn được thời gian + Giảm năng lượng + Bảo toàn được hoạt lực enzym + Giảm hàm lượng glucose trong dịch đường tại thời điểm lên men nên tăng được khả năng lên men của nấm men

2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo Ưu điểm của quá trình đường hóa và lên men đồng thời:

+ Giảm được khả năng nhiễm + Hiệu quả đường hóa và lên men tăng

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.1 Chuẩn bị dịch đường lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột

2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo - Tiến hành đường hóa: quá trình đường hóa bao gồm các bước:

+ Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa. + Cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên

trong thời gian xác định để amylaza chuyển hóa tinh bột thành Đường (chủ yếu là glucose).

+ Làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men.

- Phương pháp đường hóa: + Đường hóa gián đoạn + Đường hóa liên tục

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men từ rỉ đường

2.2.2.1 Pha loãng và xử lý rỉ đường - Pha loãng sơ bộ rỉ đường:

- Xử lý rỉ đường:

+ Mục đích: để xử lý rỉ đường được dễ dàng và hiệu quả + Cách tiến hành: pha đến nồng độ 40- 42%

+ Mục đích: Nâng cao độ thuần khiết của rỉ đường, loại bỏ tạp chất, diệt vi sinh vật + Cách tiến hành: cho axit 0,35-0,4% so với trọng lượng rỉ

đường, nâng nhiệt 850 C trong thời gian 45 phút, để lắng

2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men 2.2.2 Chuẩn bị dịch đường lên men từ rỉ đường

2.2.2.2 Pha loãng đến nồng độ gây men và lên men:

- Trường hợp lên men theo sơ đồ một nồng độ thì chỉ tiêu của dịch đi lên men vào khoảng sau:

+ Nồng độ chất khô 20- 22%, tương đương 15- 16% đường. + pH dịch đường 4,5- 5,0 - tương đương độ chua 1,0 -1,5 g H2SO4/l. + Ure cần bổ sung là 0,5 g/l; nồng độ fluosilicat natri: 2‰ - Đối với lên men hai nồng độ: chỉ tiêu của dịch gây men là

+ 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 có nồng độ chất khô từ 30 đến 32%, còn các chỉ tiêu

khác tương tự như trên

2.3 Quá trình lên men 2.3.1 Đại cương về lên men rượu

- Mục đích: dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng với nhiều sản phẩm trung gian khác

- Năm 1810, Gaylussac nghiên cứu và thấy rằng, cứ 45 phần

khối lượng đường glucoza khi lên men sẽ tạo ra 23 phần alcol etylic và 22 phần khí cacbonic. Trên cơ sở đó ông đưa ra phương trình tổng quát về lên men rượu như sau:

- Năm 1857, Louis Pasteur tiếp tục nghiên cứu và thấy rằng, cứ 100 phần đường saccaroza khi lên men sẽ tạo ra 51,1 phần alcol etylic; 48,4 phần CO2; 32 phần glyxerin 0,7 phần axit succinic và 2 phần các sản phẩm khác. Từ đó ông suy ra, cứ 45 phần khối lượng glucoza khi lên men sẽ cho 21,8 phần rượu

2.3 Quá trình lên men 2.3.2 Cơ chế hóa sinh học của lên men rượu

- Lên men rượu là một quá trình sinh học rất phức tạp, xảy ra dưới tác dụng của nhiều enzym. Theo lý thuyết hiện đại, sự tạo thành rượu từ glucoza được trải qua 12 giai đoạn - Phương trình tổng quát của lên men rượu như sau:

- Trong quá trình lên men rượu, mỗi phân tử gam glucoza sẽ giải phóng ra khoảng 50 kcal. Năng lượng này được nấm men sử dụng chừng 20 kcal. Số còn lại sẽ thải ra canh trường do đó làm tăng nhiệt độ dịch lên men. Theo Euler, nhiệt này chiếm 28 kcal/phân tử glucoza.

2.3 Quá trình lên men 2.3.3 Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu

Trong quá trình lên men, ngoài sản phẩm chính là rượu và

CO2 còn tạo ra nhiều chất khác, khoảng 50 chất khác nhau, nhưng có thể xếp thành 4 nhóm chính: axit, este, aldehyt và alcol có số cacbon lớn hơn 2 (alcol cao phân tử) a. Sự tạo thành axit - Trong quá trình lên men rượu luôn tạo các axit hữu cơ bao gồm axetic, lactic, citric, pyrovic và succinic nhưng nhiều hơn cả là axetic và lactic. Ví dụ: Axit axetic

2.3 Quá trình lên men 2.3.3 Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu

b. Sự tạo thành alcol cao phân tử - Các alcol này tuy ít nhưng nếu lẫn vào cồn etylic sẽ gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm. Đó là các alcol propylic, izobutylic, izoamylic, amylic v.v… Hàm lượng của chúng chỉ vào khoảng 0,4- 0,5% so với cồn etylic - Nguyên nhân hình thành alcol cao phân tử lý do nấm men sử dụng nitơ của các axit amin -Phương trình tổng quát quá trình tạo thành alcol có phân tử cao

2.3 Quá trình lên men 2.3.3 Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu

c. Sự tạo thành este

esteraza của nấm men, các axit và alcol sẽ tác dụng lẫn nhau để tạo ra những este tương ứng. Có thể viết dưới dạng tổng quát sau:

- Song song với việc tạo ra axit và alcol, dưới tác dụng của enzym

-Sự tạo thành este xảy ra sẽ dễ hơn khi các cấu tử tham gia phản

ứng là các aldehyt:

- Aldehyt là sản phẩm trung gian của lên men rượu. Trong giai

đoạn cuối của lên men, phần lớn andehyt bị khử để tạo thành rượu

2.3 Quá trình lên men 2.3.3 Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu

Lượng sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình lên men, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Chúng thay đổi theo nhiệt độ, pH, mức độ sục khí cũng như chủng giống nấm men và cả nguồn nguyên liệu hay mức độ nhiễm tạp Ví dụ: + Dịch lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột luôn chứa

+ Lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều este và aldehyt + lên men ở pH cao sẽ tạo nhiều glyxerin

nhiều dầu fuzel so với dịch rỉ đường

2.3 Quá trình lên men 2.3.4 Nấm men dùng trong sản suất cồn etylic

2.3.4.1 Yêu cầu chung của nấm men dùng trong sản xuất cồn

giống, ngoài ra hiện nay các nhà máy có thể sử dụng nấm men khô được nhập về từ các nhà máy sản xuất nấm men

etylic là: + Có năng lực lên men mạnh, biến đường thành rượu nhanh và hoàn toàn. + Tạo ít sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ + Đồng thời phải ổn định và chịu được những biến đổi của môi trường trong điều kiện sản xuất Nấm men dùng trong sản xuất cồn etylic được nuôi cấy từ men

2.3 Quá trình lên men 2.3.4 Nấm men dùng trong sản suất cồn etylic

Trong sản xuất cồn hay dùng chủng saccharomyces cerevisiae - Những chủng hay dùng ở các nhà máy cồn ở Việt nam là

những chủng saccharomyces cerevisiae có ký hiệu: II, XII, MTB… - Chế phẩm nấm men khô Mauripan – La Ngà : đó là chủng

saccharomyces cerevisiae dạng nấm men khô của công ty Mauripan – La Ngà. Số lượng tế bào 2 ×1010 tế bào/g - Chế phẩm nấm men khô Red ethanol là nấm men

Saccharomyces cerevisiae của hãng Fermentis, Pháp. Số lượng tế bào 2 ×1010 tế bào/g

- Chế phẩm nấm men khô Thermosacc Active Dry Yeats hãng sản xuất Lallemand là nấm men Saccharomyces cerevisiae. Số lượng tế bào ≥ 2.5 ×1010 tế bào/g.

2.3 Quá trình lên men 2.3.4 Nấm men dùng trong sản suất cồn etylic

2.3.4.2 Nuôi cấy nấm men giống Nấm men giống thường được chuẩn bị theo hai giai đoạn: giai đoạn trong phòng thí nghiệm tới 10 lít và giai đoạn trong sản xuất nhân giống tới số lượng đủ 10% so với thùng lên men. a. Nhân giống trong phòng thí nghiệm

Bảng 2.3 Chế độ nhân giống

2.3 Quá trình lên men 2.3.4 Nấm men dùng trong sản suất cồn etylic

2.3.4.2 Nuôi cấy nấm men giống b. Nhân giống trong sản xuất Nhân giống có thể tiến hành + Gián đoạn, + Bán liên tục + Liên tục

2.3 Quá trình lên men 2.3.4 Nấm men dùng trong sản suất cồn etylic

2.3.4.2 Nuôi cấy nấm men giống c, Chất lượng men giống

- Số tế bào trong 1 ml chiếm 100- 120 triệu. - Số tế bào nảy chồi chiếm 10- 15% - Số tế bào chết không quá 5% - Độ chua dịch men giống tăng không quá 0,1 , tương đương 0,25 g H2SO4 /lít so với độ chua dịch đường trước khi gây men (pH = 4,0) - Mức nhiễm khuẩn không quá 1 con trong kính trường có độ phóng đại 400 lần.

2.3 Quá trình lên men 2.3.4 Nấm men dùng trong sản suất cồn etylic

2.3.4.3 Các yếu tố ảnh hướng tới sinh trưởng, phát triển và lên

men của nấm men trong sản xuất rượu

a, Ảnh hưởng của nhiệt độ b, Ảnh hưởng của pH c, Ảnh hưởng của nồng độ dịch lên men d, Ảnh hưởng của một số hóa chất và chất sát trùng e. Ảnh hưởng của sục khí f. Ảnh hưởng của nguồn nito bổ sung

2.3 Quá trình lên men 2.3.5 Tiến hành lên men

a. Động học của quá trình lên men - Tốc độ của quá trình lên men: + có thể xác định trực tiếp bằng lượng đường được lên men + hoặc gián tiếp xác định lượng rượu tạo thành + và lượng CO2 thoát ra trong một đơn vị thời gian + có thể xác định nhanh bằng cách đo nồng độ biểu kiến của

dịch lên men

2.3 Quá trình lên men 2.3.5 Tiến hành lên men

+ Đặc điểm: tiến hành lên men trong cùng một thiết bị từ khi lên men cho đến khi kết thúc + Ưu, nhược điểm - Lên men liên tục:

b, Các phương pháp lên men - Lên men gián đoạn

- Lên men cải tiến- lên men bán liên tục

+ Đặc điểm: Dịch đường liên tục chảy vào thùng lên men và dấm chín từ thùng lên men liên tục chảy ra + Ưu, nhược điểm

+ Đặc điểm: liên tục ở giai đoạn lên men chính và gián đoạn ở giai đoạn lên men cuối + Ưu, nhược điểm

2.3 Quá trình lên men 2.3.5 Tiến hành lên men

2.3 Quá trình lên men 2.3.5 Tiến hành lên men

1. Hai thùng gây men cấp 1 2. Thùng gây men cấp 2 3. Hai thùng lên men chính 4. Các thùng lên men tiếp theo

2.3 Quá trình lên men 2.3.5 Tiến hành lên men

c. Chế độ vệ sinh và thanh trùng thiết bị

- Vệ sinh bằng nước (nước nóng 40- 50 0C càng tốt), cần định kỳ vệ sinh thiết bị bằng hóa chất, dùng dung dịch formalin, clorua vôi hoặc fluosilicat natri, nồng độ tùy theo có thể l -2% - Thanh trùng ở nhiệt độ 100 0C phải kéo dài ít nhất 30 phút. Hơi tiêu tốn khoảng 10- 12 kg/m3/thùng - Trường hợp không hoặc chưa bố trí đường cấp hơi thanh trùng các thiết bị lên men, ta có thể dùng lưu huỳnh với số lượng 10 g/m3/thùng

2.3 Quá trình lên men 2.3.5 Tiến hành lên men

d. Các chỉ tiêu của giấm chín • Độ lên men:nồng độ chất hòa tan trong dịch lọc giấm chín

được biểu diễn theo độ saccharometre

• Đường sót sau lên men • Độ chua giấm chín: Trong điều kiện lên men rượu, bình

thường độ chua chỉ tăng 0,2 so với trước lên men, tương đương 0,49 g axit sunfuric trong 1 lít giấm

• Nồng độ rượu trong giấm chín

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.1 Mục đích

- Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi

khỏi giấm chín. Kết quả ta nhận được rượu thô hoặc cồn thô

- Tinh chế hay tinh luyện là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn

thô nâng cao nồng độ cồn. Sản phẩm thu được gọi là cồn tinh chế hay cồn thực phẩm có nồng độ trong khoảng 95,5- 96,5% V Quá trình chưng cất và tinh chế gọi là quá trình chưng luyện

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

hơi

2.4.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất và tinh chế a. Lý thuyết về chưng cất rượu Khi nghiên cứu về chưng cất hỗn hợp rượu - nước đã đưa ra các định luật sau: • Định luật I: thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha

• Định luật II: Trên đường cong áp suất hơi bão hòa, a là điểm

sôi chung hỗn hợp rượu - nước, tại đó thành phần rượu trong pha hơi và pha lỏng bằng nhau. C là nồng độ của hỗn hợp đẳng phí. Như vậy khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, ta có thể chỉ nhận được cồn có nồng đó 97,2% V. • Khi nghiên cứu hỗn hợp rượu - nước, cho biết, thành phần

hơi được thoát ra từ dung dịch nào đó đều phụ thuộc vào áp suất bên ngoài

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất và tinh chế a. Lý thuyết về chưng cất rượu Độ bay hơi đẳng nhiệt của dung dịch rượu- nước

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

+ Tạp chất đầu: gồm các chất dễ bay hơi hơn alcol etylic ở nồng độ bất kỳ, nghĩa là hệ số bay hơi lớn hơn hệ số bay hơi của rượu. Các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của alcol etylic, gồm: aldehyt axetic, axetat etyl, axetat metyl, formiat etyl, aldehyt butyric + Tạp chất cuối: Ở khu vực nồng độ cao của alcol etylic, các tạp chất cuối có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của alcol etylic. Gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic, izobutylic, propylic, izopropylic.

2.4.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất và tinh chế b. Lý thuyết về tinh chế cồn - Phân loại tạp chất

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất và tinh chế

b. Lý thuyết về tinh chế cồn + Tạp chất trung gian: có hai tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là tạp chất cuối. Ở nồng độ cao của alcol etylic nó là tạp chất cuối, Ở nồng độ alcol thấp chúng có thể trở thành tạp chất đầu Đó là các chất izobutyrat etyl, izovalerat etyl, izovalerat izoamyl và axetat izoamyl.

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.2 Sơ đồ thiết bị và tiến hành chưng cất, tinh chế 2.4.2.1 Chưng cất - Chưng gián đoạn - Chưng liên tục + Đặc điểm + Ưu, nhược điểm

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.2 Sơ đồ thiết bị và tiến hành chưng cất, tinh chế 2.4.2.2 Tinh chế - Tinh chế gián đoạn - Tinh chế liên tục + Đặc điểm + Ưu, nhược điểm

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.2 Sơ đồ thiết bị và tiến hành chưng cất, tinh chế 2.4.2.3 Sơ đồ hệ thống chưng luyện liên tục - Sơ đồ hệ thống hai tháp - Sơ đồ hệ thống ba tháp - Sơ đồ hệ thống bốn tháp -Sơ đồ hệ thống năm, sáu tháp

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

tháp + Tháp thô + Tháp tinh

• Sơ đồ hệ thống hai

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

Sơ đồ hệ thống ba tháp + Tháp thô + Tháp tinh + Tháp aldehyt

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

Sơ đồ hệ thống bốn tháp + Tháp thô + Tháp tinh + Tháp aldehyt + Tháp làm sạch hoặc tháp tách dầu fuzen Sơ đồ hệ thống năm tháp hoặc sáu tháp + Tháp thô + Tháp tinh + Tháp aldehyt + Tháp làm sạch + Tháp tách dầu fuzen + Tháp tách metanol

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4 Chưng cất và tinh chế cồn êtylic

2.4.3.3. Đánh giá hiệu quả của hệ thống chưng luyện

Để đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống chưng luyện người ta dựa vào các chỉ tiêu sau: - Hiệu suất thu hồi khi chưng luyện cao hay thấp; - Tỷ lệ thu hồi từng loại sản phẩm: % cồn hảo hạng, loại I, II, cồn đầu và dầu fusel; - Chất lượng sản phẩm chính; - Tiêu hao hơi cho một đơn vị sản phẩm khi cất, kg/l.

2.5 Đánh giá chất lượng cồn

2.5.1 Hiệu suất

- Hiệu suất tổng thu hồi: Đó là toàn bộ lượng cồn nhận được trong sản xuất từ một lượng nguyên liệu xác định (thường tính theo 100 kg đường hoặc tinh bột) chia cho lượng cồn nhận được theo phương trình lý thuyết và biểu thị theo % - Hiệu suất lên men: lượng cồn nhận được trong giấm chín chia cho lượng cồn nhận được theo phương trình lý thuyết và biểu thị theo %

- Hiệu suất chưng cất: lượng cồn nhận được trong sản xuất chia cho lượng cồn nhận được trong giấm chín và biểu thị theo %

2.5 Đánh giá chất lượng cồn

2.5.1 Hiệu suất

• Lượng cồn nhận được theo lý thuyết tính theo phương trình

• Từ phương trình này ta suy ra, cứ 100 kg đường đơn giản

Gaylussac:

• Nếu tính cho 100 kg đường đôi (maltoza, saccaroza) thì cần

(glucoza, fructoza…) khi lên men sẽ cho ta 51,14 kg cồn etylic và 48,66 kg CO2. Khối lượng riêng của cồn ở 200C:

nhân với hệ số 1,0526, với tinh bột thì nhân 1,11104. Kết quả có thể xem trong bảng 2.5

2.5 Đánh giá chất lượng cồn

2.5.1 Hiệu suất

Bảng 2.5

2.5 Đánh giá chất lượng cồn

2.5.2 Tổn thất Trong quá trình sản xuất có các dạng tổn thất sau:

1 - Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ khoảng 0,2 đên 0,3% 2 - Tổn thất do nấu, đường hoá và lên men 6 đến 12% ( tinh bột sót, đường sót, tạo men); 3 - Tổn thất không xác định, đổ ra ngoài, đọng lại ở thiết bị đường ống và bay theo CO2 từ 1 đến 2% 4 - Tổn thất do chưng cất, do bay hơi, cồn còn lại trong bã rượu , nước thải…vào khoảng 1 đến 2%,

2.5 Đánh giá chất lượng cồn

2.5.3 Tiêu chuẩn chất lượng cồn Ở nước ta theo TCVN – 71, cồn được xếp thành hai loại với các chỉ tiêu chất lượng như ở bảng 2.5

Bảng 2.5 TCVN-71