CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC - BIA

Bài mở đầu: NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC Hiện nay, trên thế giới, rượu etylic được sản xuất bằng hai phương pháp: - Phương pháp lên men bằng vi sinh vật. - Phương pháp tổng hợp. Ở đây, chúng ta chỉ khảo sát phương pháp lên men bằng vi sinh vật: là phương pháp sử dụng enzyme của vi sinh vật để chuyển hóa glucid thành đường khử và đường khử thành rượu rồi chung cất tinh chế để được rượu etilic. Quá trình chuyển hóa glucid (tinh bột và cellulose) thành đường khử được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau; còn giai đoạn rượu hóa và chưng cất tinh chế thì có nguyên lý như nhau. Vì vậy, tên gọi khác nhau của phương pháp lên men bằng vi sinh vật chính là tên của phương pháp chuyển hóa tinh bột. 1. Phương pháp maltase: là phương pháp sử dụng enzyme của malt để chuyển hóa tinh bột thành đường. * Ưu điểm: - Thời gian chuyển hóa ngắn. - Chất lượng rượu có hương vị đặc trung, dễ chịu. - Ít bị nhiễm khuẩn. * Nhược điểm: - Hiệu suất không cao vì phức hệ enzyme của malt không hoàn chỉnh nên thủy phân glucid không triệt để. - Chỉ áp dụng đối với các nước ở xứ lạnh. - Giá thành sản phẩm cao. 2. Phương pháp acid: là phương pháp sử dụng acid (HCl, H2SO4) để chuyển hóa glucid thành đường. *Ưu điểm: Vừa chuyển hóa triệt để tinh bột thành đường vừa chuyển hóa mọtt phần hemicellulose và cellulose thành đường, do đó hiệu suất cao. *Nhược điểm: - Tạo nhiều sản phẩm đường không lên men khác. - Một số acid amin nhất là tryptophan, có trong nguyên liệu sẽ bị phá hủy. - Sau khi đường hóa cần phải trung hòa acid bằng NaOH, Ca(OH)2 hoặc CaCO3. -Các sản phẩm của sự trung hòa này sẽ gây trở ngại cho giai đoạn rượu hóa và ảnh hưởng đến chất lượng rượu sau này. 1 - Phải sử dụng thiết bị chịu acid đắt tiền. - Bã rượu sản xuất bằng phương pháp acid sử dụng trong chăn nuôi cũng không tốt. 3. Phương pháp men thuốc bắc (MTB): là phương pháp sử dụng bánh men thuốc bắc để sản xuất rượu. Phương pháp này tạo ra những sản phẩm rượu đặc sản Việt Nam như: rượu nếp, rượu cẩm,… cũng như rượu Sakê của Nhật. Phương pháp này có những đặc điểm đặc trưng khác với những phương pháp khác như: - Nấm mốc và nấm men được nuôi cấy và phát triển cùng một lúc trên môi trường tinh bột sống và có thêm những vị thuốc bắc. - Nguyên liệu tinh bột không nhất thiết phải hồ hóa thành dung dịch mà chỉ cần làm chín. Vì vậy mà hạn chế tác dụng của amylase lên mạch tinh bột làm cho hiệu suất đường hóa không cao. Quá trình đường hóa và rượu hóa tiến hành cùng một lúc. * Nhược điểm: - Dễ bị nhiễm tạp khuẩn. - Độ acid trong dịch lên men cao làm ức chế các quá trình đường hóa, lên men và tạo ra nhiều sản phẩm trung gian khác. - Tế bào tinh bột chưa được phá vỡ triệt để nên tinh bột còn sót lại nhiều sau khi kết thúc quá trình lên men, hiệu suất tổng thu hồi thấp. 4. Phương pháp Amylomyces Rouxi (Phương pháp Amyloza): Đặc điểm của phương pháp này là sử dụng một lượng nấm mốc và nấm men nuôi cấy thuần khiết, sau đó cho phát triển tiếp tục trên môi trường cần lên men trong điều kiện vô trùng tuyệt đối, có thông khí ở những giai đoạn cần thiết, để thực hiện quá trình đường hóa và rượu hóa. *Ưu điểm: - Hiệu suất tổng thu hồi cao do các giai đoạn được thực hiện trong một thiết bị kín, vô trùng tuyệt đối. - Dễ cơ giới hóa và tự động hóa trong sản xuất. * Nhược điểm: - Chu kỳ sản xuất kéo dài vì tất cả các giai đoạn phải thực hiện trong cùng một thiết bị thay vì được tiến hành song song trong nhiều thiết bị khác nhau. - Đòi hỏi nguyên liệu phải tương đối đồng đều và có nhiều chất dinh dưỡng. Nếu thay đổi nguyên liệu thì phải thay đổi chủng nấm men và nấm mốc. 2 - Yêu cầu vô trùng tuyệt đối, do đó hiệu suất tổng thu hồi dễ bị biến động lớn. - Tiêu hao điện, nước, không khí nén vô trùng và hơi nhiệt nhiều hơn so với các phương pháp khác. * Sản xuất rượu etylic bằng phương pháp tổng hợp: là phương pháp tổng hợp rượu etylic từ etylen. 3 Chương 1: NẤU NGUYÊN LIỆU TINH BỘT 1.1. MỤC ĐÍCH CỦA NẤU NGUYÊN LIỆU: Tinh bột của các loại ngũ cốc và củ được chứa trong màng tế bào do đó amylase không tác dụng được. Khi nghiền, nguyên liệu chỉ một phần bị phá vỡ; mặt khác, tinh bột sống không hòa tan trong nước nên hệ enzyme thủy phân tác dụng rất chậm. Vì vậy mục đích của nấu nguyên liệu là phá vỡ màng tế bào tinh bột và biến tinh bột của nguyên liệu ở trạng thái hòa tan trong nước. Mục đích đó được thực hiện trong quá trình nấu do tác dụng của các yếu tố sau: * Nhiệt độ nấu: hiện nay trên thế giới có hai xu hướng: - Nấu ở nhiệt độ 145-155oC trong thời gian dài. - Nấu ở nhiệt độ 170-180oC trong thời gian rất ngắn (2-4 phút). Cơ sở để giải thích chế độ nhiệt độ trên như sau: Để quá trình đường hóa có thể thực hiện được, cần phải nâng nghiệt độ của dung dịch hồ tinh bột đến nhiệt độ 75-80oC. Tuy nhiên ở nhiệt độ này không thỏa mãn hoàn toàn việc làm yếu tế bào tinh bột và dung dịch có độ nhớt rất lớn. Do đó, ngay cả nguyên liệu đã được nghiền nhỏ cũng phait nấu ở nhiệt độ không thấp hơn 135oC; để đạt được yêu cầu phá vỡ gần như hoàn toàn tế bào tinh bột, nhiệt độ nấu không thấp hơn 145-155oC. * Tác dụng cơ học: Trong quá trình nấu, phần lớn các tế bào tinh bột không được nghiền nhỏ vẫn giữ nguyên cấu trúc của nó. Cấu trúc này sẽ bị phá hủy khi tháo khối nấu ra khỏi thiết bị nấu. Vì lúc này, áp suất giảm xuống làm cho nước trong tế bào tự bốc hơi, thể tích tế bào tăng lên đột ngột (thể tích hơi lớn gấp 1500 lần so với thể tích của lượng nước bốc hơi tương ứng) làm cho tế bào tinh bột bị phá vỡ. Mặt khác, do sự va chạm của các tế bào tinh bột khi qua các tấm chắn ở cửa (hoặc van) tháo khối nấu đã làm cho tế bào tinh bột một lần nữa bị phá vỡ. Trong các thiết bị nấu liên tục, đồng thời với việc làm giảm áp suất người ta còn bố trí thêm các bộ phận làm tăng khả năng phân tán của nguyên liệu. 1.2. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH NẤU: 1.2.1. Những biến đổi hóa lý: 1.2.1.1. Sự trương nở và hòa tan tinh bột (quá trình hồ hóa): * Sự trương nở: Như các chất keo hút nước khác, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương lên, tăng thể tích và khối lượng hạt tinh bột. Giai đoạn đầu, tinh bột khô tuyệt đối sẽ hút nước 20-25% 4 kèm theo hiện tượng tỏpa nhiệt. Giai đoạn 2 không có hiện tượng tỏa nhiệt và biến đổi lớn. Qua thí nghiệm, khi đun tinh bột với nước đến nhiệt độ 40oC, hạt tinh bột bắt đầu trương nở và bắt đầu trương nở cho đến khi có một thể lỏng đồng nhất gọi là trương nở vô hạn. * Sự hồ hóa: Khi nhiệt độ tăng đến giới hạn nhất định, thể tích của hạt tinh bột tăng từ 50-100 lần, lực liên kết giữa các phân tử yếu dần đến mức độ làm cho tinh bột hòa tan ra. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng hồ hóa tinh bột. Nhiệt độ hồ hóa tinh bột phụ thuộc vào từng loại nguyên liệu và một số yếu tố khác. - Ngay cùng một loại nguyên liệu nhưng lại chứa các hạt tinh bột có thành phần và kích thước khác nhau thì nhiệt độ hồ hóa cũng khác nhau (nhiệt độ hòa tan của amylo thấp hơn amylopectin do cấu trúc của phân tử đơn giảm hơn so với amylopectin). Ví dụ: nhiệt độ hồ hóa của khoai tây là 56-70oC, lúa mì: 50-80oC, ngô: 60-75oC, gạo: 65-73oC, sắn: 62-68oC. - Nhiệt độ hồ hóa còn phụ thuộc vào các chất điện ly. Các muối trung tính mà đặc biệt là các muối kiềm làm giảm nhiệt độ hồ hóa. Sự có mặt của đường saccharose lại làm tăng nhiệt độ hồ hóa. *Sự thay đổi của độ nhớt: Khi nâng nhiệt độ dung dịch huyền phù của tinh bột trong nước làm thay đổi độ nhớt của dung dịch; ở nhiệt độ 35-40oC, độ nhớt thấp nhất sau đó tăng chậm; ở nhiệt độ 63-85oC độ nhớt nhảy vọt và đạt đến trị số cực đại, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì độ nhớt lại giảm nhanh chóng do amylopectin bị thủy phân. Sự thủy phân của amylopectin bắt đầu khi nhiệt độ gần 120oC; nhiệt độ hòa tan hoàn toàn đối với tinh bột khoai tây là: 132oC, đại mạch là 136-141oC, ngô 146-151oC. *Hiện tượng lão hóa tinh bột: Khi làm nguội dung dịch amylopectin đông đặc nhanh, ở nhiệt độ 55oC biến thành keo, làm cho amylase không thể tác dụng được. Đối với dung dịch amylose thì rất không bền vững và nhanh chóng liên kết với nhau tạo thành những hạt nhỏ li ti kết tủa xuống và cũng làm cho amylase không còn khả năng tác dụng để đường hóa. Hiện tượng này thường gọi là sự biến tính tinh bột (hay còn gọi là hiện tượng lão hóa). Vì vậy trong sản xuất rượu, sau khi nấu, người ta làm nguội nhanh khối nấu đến nhiệt độ 60±1oC để đường hóa. *Sự trương nở của nguyên liệu: 5 ... - tailieumienphi.vn