I – MỞ ĐẦU - Công nghệ sản xuất cồn Ethanol là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến các nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, Etylen thành sản phẩm cồn ethanol - Công nghệ sản xuất cồn thực phẩm sử dụng các kiến thức về lý hóa học, hoá keo, hoá công và hoá sinh.
II. NGUYÊN LIỆU 1. Nguyên liệu tinh bột II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỒN ETHANOL TỪ TINH BỘT - Chuẩn bị dịch đường lên men: nghiền và nấu nguyên liệu để thu được dịch cháo chứa tinh bột hoà tan, dường hoá dịch cháo để biến tinh bột hoà tan thành đường rồi làm lạnh đến nhiệt độ lên men. Cụ thể các công đoạn tiến hành như sau: 1. Chuẩn bị nguyên liệu. Nghiền nguyên liệu mục đích nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật để giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô. Hiện nay ở nước ta thường dùng các loại máy nghiền búa. Với sắn khô khi nấu ở áp suất thường thì nghiền càng mịn càng tốt. 2. Nấu nguyên liệu. - Mục đích chủ yếu của việc nấu nguyên liệu là phá vỡ màng tế bào của tinh bột để biến chúng thành dạng hoà tan trong dung dịch. Quá trình nấu rất quan trọng trong sản xuất cồn Etylic, các quá trình kỹ thuật tiếp theo tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết quả nấu nguyên liệu. - Nấu gián đoạn: Đặc điểm là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong cùng một nồi. Phương pháp này có thiết bị và thao tác đơn giản nhưng tốn nhiều hơi đốt do không sử dụng được hơi thứ và gây tổn thất đường. Quá trình nấu được thực hiện như sau: Cho nguyên liệu vào nồi,cho toàn bộ nước vào nồi với tỷ lệ 3,5 đến 4lít/kg nguyên liệu tuỳ thuộc vào hàm lượng tinh bột, đậy nắp kín cho máy khuấy làm việc rồi bắt đầu xông hơi sao cho 45 đến 60 phút thì áp suất trong nồi đạt yêu cầu. Đối với nguyên liệu đã nghiền thì áp suất đạt yêu cầu khoảng 3 đến 3,5 kg/cm2. Lúc đầu cần phải đuổi hết không khí và khí không ngưng ra cho tới khi thấy có hơi nước bão hoà thoát ra ở van xả. Thời gian nấu từ 60 đến 70 phút được tính từ khi đã đạt áp suất yêu cầu,nhiệt độ tương ứng là 135 đến 140 độ C. Khi nấu có thể cho thêm axit sunfuric loãng với hàm lượng 2 đến 4kg/tấn nguyên liệu sẽ nấu nhanh chín hơn và chống cho dịch cháo tinh bột ít hoặc không bị lão hoá. Tuy nhiên nếu cho nhiều sẽ không có lợi do ăn mòn thiết bị và làm giảm hoạt tính của amylaza. - Nấu bán liên tục : Đặc điểm của phương pháp này là quá trình nấu được tiến hành nấu trong 3 nồi khác nhau và chia thành nấu sơ bộ,nấu chín và nấu chín thêm. Phương pháp này tiết kiệm được hơi đốt và cho năng suất cao đồng thời thời gian nấu được rút ngắn tuy nhiên phải sử dụng tới 3 nồi để nấu do đó tốn kém cho thiết bị. - Nấu sơ bộ được thực hiện trong thiết bị hình trụ. Lúc đầu cho lượng nước 40 đến 50 độ C vào cùng với tỷ lệ 3,5 đến 4lít/kg bột khuấy trộn rồi dùng hơi thứ từ nồi nấu chín thêm để đun dung dịch bột tới 70 đến 85 độ C và duy trì khoảng 50 đến 60 phút sau đó đưa sang nồi nấu chín. - Nấu chín tiến hành như trong phương pháp nấu gián đoạn tuy nhiên áp suất và thời gian nấu ít hơn. áp suất nấu từ 2,8 đến 3,2 kg/cm2, nhiệt độ 130 đến 135 độ C, thời gian nấu khoảng 60 phút.
- Dịch cháo sau khi nấu chín được đưa sang nồi nấu chín thêm. Nồi nấu chín thêm có dung tích gấp 3 lần so với nồi nấu chín,nhưng chỉ đổ đầy 2/3 nồi phần còn lại chứa hơi. áp suất nấu từ 0,5 đến 0,7 kg/cm2, nhiệt độ 105 đến 106 độ C, thời gian nấu khoảng 50 đến 60 phút. Quá trình nấu chín thêm là quá trình liên tục. - Hiện nay ở nước ta hầu hết đang sử dụng phương pháp này trong các nhà máy sản xuất cồn lớn do hiệu quả tốt, thao tác vận hành đơn giản, các thông số công nghệ không yêu cầu chặt chẽ lắm như : kích thước hạt bột, chất lượng bột… -Nấu liên tục : Nấu liên tục cho phép có được năng suất cao, tồn hao năng lượng ít và thời gian nấu được rút ngắn. Tuy nhiên ở phương pháp này đòi hỏi các điều kiện nghiêm ngặt như về kích thước của bột phải có một tỷ lệ xác định,việc cung cấp điện, hơi nước,nước phải ổn định. Quá trình nấu liên tục cũng được thực hiện thông qua 3 giai đoạn thực hiện trong 3 thiết bị khác nhau là : Nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm. - Khi điều kiện kỹ thuật cho phép thì phương pháp này là tốt nhất để sử dụng trong các nhà máy sản xuất cồn do nó mang tính công nghiệp và dễ cơ giới hoá,tự động hoá. 3. Đường hoá dịch cháo. - Tinh bột hoà tan trong dịch cháo thành đường dưới tác dụng của xúc tác amylaza . Quá trình này gọi là đường hoá đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn Ethanol,quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột còn sót sau khi lên men. Trong quá trình đường hoá amylaza đóng một vai trò quan trọng, ở nước ta thường dùng amylaza thu được từ nuôi cấy nấm mốc hoặc các chế phẩm amylaza nhập về. - Quá trình đường hoá dịch cháo có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục. Nó bao gồm các công đoạn sau:
+ Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hoá. + Cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong thời gian xác định để amylaza chuyển hoá tinh bột thành dường. + Làm lạnh dịch đường hoá tới nhiệt độ lên men. + Sau đường hoá nhiệt độ dịch đường là 30 độ C hàm lượng đường đạt 80 đến 100g/l 4. Lên men dịch đường. - Đường hoá xong dịch đường được làm lạnh đến 28 đến 32 độ C và được đưa vào thùng lên men( hay còn gọi là thùng ủ) cùng với 10% men giống. ở đây nấm men sẽ phát triển và dưới tác dụng của nấm men,đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng nhiều sản phẩm trung gian khác.Đồng thời dưới tác dụng của amylaza,dextrin tiếp tục biến thành đường và lên men được glucoza và maltoza. Sau khi lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu-nước-bã còn được gọi là giấm chín.
Khi lên men gián đoạn: nấm men và dịch đường lúc đầu được bơm song song với nhau vào thùng, lượng men chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng lên men,nhưng dịch đường không bơm đầy thùng ngay mà thời gian đổ đầy một thùng lên men kéo dài từ 68 giờ để hạn chế sự phát triển của tạp khuẩn. Thời gian lên men là 3 ngày. Lên men gián đoạn có ưu điểm là dễ làm,khi nhiễm tạp khuẩn dễ sử lý tuy nhiên năng suất thu được từ 1m3 thiết bị thấp. - Lên men liên tục : Đặc điểm của quá trình lên men liên tục là dịch đường và men được cho vào thùng đầu – gọi là thùng lên men chính,luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp theo sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Quá trình lên men được tiến hành như sau: Đầu tiên men giống được phát triển rồi được đưa vào thùng lên men cấp I,sau đó được đưa sang thùng lên men cấp II rồi mới được đưa sang thùng lên men chính,sau đó được đưa sang thùng lên men phụ. Vấn đề chủ yếu của lên men liên tục là phải luôn luôn khống chế số tế bào ở thùng lên men chính khoảng 100 đến 120 triệu/ml. và phải đảm bảo vô trùng. - Ưu điểm nổi bật của lên men liên tục là dùng một lượng lớn men giống ở thùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh,hạn chế được phát triển của tạp khuẩn. Đồng thời nhiều men giống không những áp đảo được tạp khuẩn mà còn tạo rượu nhanh,hạn chế phát triển của chúng. Mặt khác do độ chua của dịch đường cao,pH thấp cũng là yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn và nấm men hoang dại. Sau 24 giờ đã có 78% đường được lên men,trong khi đó ở lên men gián đoạn mới chỉ đạt 42%.
- Tuy nhiên khi lên men liên tục cần tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phù hợp,nếu không sẽ phản tác dụng,dễ nhiễm khuẩn hàng loạt và sử lý sẽ rất tốn kém và giảm hiệu suất. 5. Chưng cất và tinh chế cồn ethanol 5. 1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất rượu. Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín. Kết quả ta nhận được rượu thô hay cồn thô. Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như : rượu, este, andehyt và một số ancol có số các bon lớn hơn hai, các ancol này ta gọi là ancol cao phân tử hay dầu fusel ( còn gọi là dầu khét ). Ngoài ra trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu ethanol và nước, vì thế khi nghiên cứu người ta xem giấm chín như hỗn hợp của hai cấu tử. Cồn thô nhận được sau khi chưng cất còn chứa rất nhiều tạp chất ( trên 50 chất), có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các nhóm chất như: aldehyt, este, alcol cao phân tử và các axit hữu cơ. Hàm lượng chung của tất cả các tạp chất không vượt quá 0, 5% so với khối lượng cồn Etylic. Thành phần tạp chất nói chung thay đổi phụ thuộc vào nguyên liệu. Có một số tạp chất mang tính đặc thù của từng nguyên liệu. Còn sản xuất rượu từ tinh bột thường chứa furfuron và các tạp chất gây vị đắng, đó là các tecpen. Chất này khó phát hiện bằng phân tích nhưng lại dễ cảm nhận bằng vị giác. - Phân loại tạp chất: có ba loại tạp chất , sự phân loại này chỉ mang tính quy ước vì tính chất của tạp chất có thể thay đổi tuỳ theo nồng độ cồn trong tháp. "SƠN THIÊN LONG-NHÀ PHÂN PHỐI CỒN ETHANOL - HÂN HẠNH HỢP TÁC" 17/04/2014 HỮU PHÚ |
