Bài giảng Công nghệ thực phẩm đại cương: Chương 3.2 - TS. Nguyễn Văn Hưng

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


Cơng nghệ sản xuất cồn hiện nay
• Cơng 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 khơ trong mật rỉ chiếm 80 đến 85%, nước
chiếm 15 đến 20%
• Trong số các chất khơ thì đường chiếm tới 60%, gồm 35 – 40% là
saccaroza và 20 – 25% là đường khử. Số chất khơ cịn 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
- Tiến hành nấu nguyên liệu
+ 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


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
hồi cồn (đến 12
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
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
- Động thuyết của quá trình thuỷ phân tinh bột
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
2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo
- Ảnh hưởng của các yếu tố tới thuỷ phân 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
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 khơng hồn tồn, 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
2.2.1.3 Đường hóa dịch cháo
Ưu điểm của quá trình đường hóa và lên men đồng thời:
+ 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
+ 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:
+ Mục đích: để xử lý rỉ đường được dễ dàng và hiệu quả
+ Cách tiến hành: pha đến nồng độ 40- 42%
- Xử lý rỉ đường:
+ 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 khơ từ 30 đến 32%, cịn 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 ơng 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 Q 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.