Công nghệ sản xuất cồn etylic

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
= = = =  = = = =

TIỂU LUẬCHIẾN LƯỢC MARKETING MIX CỦA
CÔNG TY CỔ PHẦN SỮA VIỆT NAM VINAMILK

N
KỸ THUẬT THỰC PHẨM 3

Chủ đề : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Thị Định
Lớp

: K63CNTPD

Thời gian học: Thứ 5_Tiết 1 – 3
Nhóm

:2


Hà Nội, 2019

MỤC LỤC
PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU ...................................................................................... 3
1.1.

Đặt vấn đề ......................................................................................... 3

1.2.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu: ................................................. 4

PHẦN HAI: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 5
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ........................................................... 5

I.

1.1.

Định nghĩa ......................................................................................... 5

1.2.

Tính chất ........................................................................................... 5

1.3.

Ứng dụng ........................................................................................... 6

1.4.

Phân loại............................................................................................ 7

II. Nguyên liệu sản xuất cồn ........................................................................ 8
2.1.

Yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất cồn ...................................... 8

2.2.

Thành phần hóa học của nguyên liệu sản xuất cồn ...................... 9
Công nghệ sản xuất cồn .................................................................... 11

III.
3.1.

Quy trình sản xuất ......................................................................... 11

3.1.1.

Nấu nguyên liệu ........................................................................ 12

3.1.2.

Đường hóa................................................................................. 16

3.1.3.

Lên men ..................................................................................... 17

3.1.4.

Chưng cất và tinh chế cồn ........................................................ 21

3.2.

Kiểm tra sản phẩm ......................................................................... 23

3.2.1.

Kiểm tra nguyên liệu................................................................. 24

3.2.2.

Kiểm tra chất lượng sản phẩm ................................................. 24

PHẦN BA: KẾT LUẬN.................................................................................... 27
2


PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề

Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và ngành cơng nghệ sản xuất
rượu nói riêng, đặc biệt là rượu etylic đã phát triển và ngày càng lớn mạnh. Với
việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang
tạo ra những sản phẩm rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc
sống ngày càng cao của con người.
Rượu là đồ uống khá phổ biến và có mặt ở khắp mọi nơi trên tồn thế
giới, từ những loại rượu nổi tiếng và có uy tín như Whiskey, Vodka, Chivas,
rượu vang, … cho đến những loại rượu bình dân, thường xuất hiện trong những
bữa cơm gia đình. Ở Việt Nam, nghề nấu rượu cũng xuất hiện từ rất lâu trong
cuộc sống của người dân và tạo ra những loại rượu với những cái tên bình dị,
quen thuộc như “rượu cần”, “rượu ngô”, “rượu táo mèo”, …Sở dĩ chúng có
những cái tên như vậy là được người xưa đặt tên gọi từ chính nguyên liệu làm ra
rượu. Tuy nhiên, nếu muốn có được sản phẩm rượu ngon thì ta cần chú trọng
đến cồn – thành phần chính trong rượu. Để có các sản phẩm pha chế rượu ngon

thì ta cần có cồn chất lượng tốt.
Ngồi mục đích là đồ uống, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực khác như: trong cơng nghệ hóa chất, làm chất dung mơi cho các phản
ứng hóa học, … Đối với quốc phòng, rượu etylic còn được sử dụng làm thuốc
súng khơng khói, nhiên liệu hỏa tiễn… Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng
hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu etylic được dùng để làm thuốc trừ
sâu. Ngành dệt, rượu còn được dùng để làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, làm sơn
vecni trong chế biến gỗ. Trong tương lai, rượu etylic sẽ được sử dụng làm nhiên
liệu sinh học vì đây là sản phẩm cháy khơng gây ơ nhiễm mơi trường.
Chính vì tầm quan trọng của rượu trong cuộc sống của chúng ta mà ngày
nay, ngành công nghệ sản xuất rượu đã đem lại những thu nhập đáng kể, đóng
góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Do đó, chúng em chọn chủ đề “Cơng
3


nghệ sản xuất cồn etylic” để làm đề tài cho bài tiểu luận Kĩ thuật thực phẩm 3
của nhóm.

1.2.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu:
Tìm hiểu các kiến thức về cồn etylic: định nghĩa, ứng dụng, phương pháp sản
xuất... để giúp mọi người hiểu thêm các kiến thức về cồn etylic, sản xuất và sử
dụng cồn elylic.
1.2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Tìm hiểu các khái niệm, ứng dụng của cồn etylic
- Tìm hiểu các phương pháp sản xuất cồn etylic

4


PHẦN HAI: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
I.

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1.

Định nghĩa

Cồn hay còn gọi là ethanol, ethyl alcohol, ancol etylic. Cồn có cơng thức
hóa học là C2H5OH, là chất lỏng khơng màu mùi đặc trưng và có vị cay. Nhiệt
độ sôi của cồn là 78,3 độ C; khối lượng riêng ở 15oC là 0.79356 g/m3. Cồn hóa
rắn ở -114 và 15oC, tan vô hạn trong nước với bất kì tỉ lệ nào.
Cơng nghệ sản xuất cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình
chế biến các nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản
phẩm etylic hay etanol. Công nghệ sản xuất cồn thực phẩm sử dụng các kiến
thức về lý hóa học, hóa keo, hố cơng và hố sinh nhất là vi sinh vật học.
1.2.

Tính chất

Cồn có các tính lý hóa đặc trưng sau:
- Tỉ trọng trung bình 0.8 g/cm3.
- Là chất lỏng khơng màu, trong suốt, dễ bay hơi.
- Có mùi thơm đặc trưng: dễ chịu, cay.
- Dễ cháy, khi cháy có ngọn lửa màu xanh da trời, khơng tạo khói tạo
thành carbon dioxide và nước.

- Là một loại rượu đơn chức, có độ nóng chảy ở -117,3oC và sơi ở
78,5oC.
- Có độ nhớt và ít bay hơi so với các hợp chất hữu cơ cùng trọng lượng
phân tử.
- Là một dung môi linh động, có thể hịa tan với nước và một số hợp chất
hữu cơ khác.
- Có liên kết hydro làm cho ethanol tinh khiết có khả năng hút ẩm trong
khơng khí.

5


- Ethanol và nước tạo ra hỗn hợp đẳng phí (một hỗn hợp đun sôi không
đổi), nên việc tách nước trong hỗn hợp ethanol rất khó khăn. Việc tách nước
trong ethanol để tạo thành cồn tinh khiết, ethanol tuyệt đối là khơng thể có được
bằng cách chưng cất đơn giản.
1.3.

Ứng dụng

Từ xa xưa đến nay, cồn đã khơng cịn xa lạ trong đời sống của con người
và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Trong hóa học, cồn được sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất các
hợp chất khác như: dietyl este, axit axetic, etyl axetat, … Bên cạnh đó, cồn cịn
được dùng làm dung mơi pha chế vecni, dược phẩm, nước hoa, …
- Trong cuộc sống, cồn được dùng để điều chế các loại rượu uống nói
riêng và các đồ uống có etanol nói chung, người ta chỉ dùng các sản phẩm của
quá trình lên men rượu các sản phẩm nông nghiệp như: gạo, ngô, sắn, lúa mạch,
quả nho, ... Trong một số trường hợp còn phải tinh chế loại bỏ các chất độc hại
đối với cơ thể.

- Trong thực phẩm, sau khi chưng cất và loại bỏ các tạp chất có hại cồn
là một trong những thành phần chính để sản xuất rượu và một số đồ uống khác.
Nó cịn được sử dụng để chế biến và bảo quản thực phẩm.
- Trong lĩnh vực y tế, cồn giúp khử trùng sát khuẩn làm sạch vết thương
hở, hạn chế nhiễm trùng hoặc hoại tử mô cơ. Cồn cũng là nguyên liệu sản xuất
các loại thuốc gây tê, gây mê, thuốc ngủ và thuốc giảm đau. Bên cạnh đó, cồn
cịn được dùng làm dung mơi tiệt trùng các dụng cụ y tế, thiết bị phẫu thuật, vệ
sinh phòng phẫu thuật và sử lý các chất bẩn y tế hữu cơ như máu hoặc dịch cơ
thể con người.
- Trong công nghiệp, ứng dụng của cồn trải dài ở nhiều lĩnh vực sản xuất
đa dạng và phong phú nhờ tính năng độc đáo và giá thành rẻ. Nó là một trong
những thành phần quan trọng để điều chế các hợp chất hữu cơ phổ biến khác
như ethyl halogenua, ethyl ester, diethyl ether, acid acetic, ethylamin với giá
thành thấp.Cồn là ngun liệu chính trong quy trình sản xuất nhiên liệu sinh
học. Ta cịn có thể pha lẫn cồn và xăng để tạo nên xăng E5, E10 phục vụ cho
nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Bên cạnh đó, cồn được dùng trong các sản
phẩm chống đông lạnh nhờ nhiệt độ đóng băng thấp. Cồn cịn đóng vai trị dung
6


mơi trong quy trình sản xuất sơn, cơng nghệ in ấn, điện tử, sản xuất bông, dệt
may và điều chế hương liệu công nghiệp; dùng để tẩy rửa các vết bẩn hữu cơ
trong công xưởng, nhà máy, làm nhiên liệu đốt thay thế cho xăng hoặc gas khi
cần thiết.
- Trong ngành sản xuất mĩ phẩm, cồn là một dung môi hịa tan một số
thành phần trong mỹ phẩm vừa có tác dụng giữ hương thơm trong các sản phẩm
khi sử dụng, nhờ đó hương thơm được giữ lâu hơn. Đó cũng là một dung mơi
hồn hảo giúp hịa tan các chất và ngăn ngừa sự kết tinh của thành phần trong
mỹ phẩm. Khả năng này của cồn khiến kết cấu sản phẩm trở nên nhẹ hơn, đồng
thời giúp các dưỡng chất quan trọng thấm nhanh và sâu hơn.

- Trong sản xuất, cồn là một thành phần vơ cùng hữu ích trong việc bảo
quản và tăng tuổi thọ cho mỹ phẩm, bởi nhờ đặc tính chống khuẩn và khử trùng
hữu hiệu của mình. Bên cạnh đó, cồn là thành phần chủ yếu trong các loại nước
hoa cao cấp, nước xịt phòng, dùng để pha lỗng hương liệu.
1.4. Phân loại
a) Theo nờng độ rượu và mức độ làm sạch tạp chất mà người ta chia cồn
thành 2 loại với các chỉ tiêu chất lượng như sau:
Bảng 1. Chỉ tiêu chất lượng trong phân loại cồn.
STT

Chỉ tiêu chất lượng

Cồn loại I

Cồn loại
II

1

Nồng độ rượu Etylic, %V

≥ 96

95

2

Hàm lượng aldehyt tính theo Aldehytaxetic, mg/l

8

20

3

Hàm lượng este tính theo Axetat etyl, mg/l

≤ 30

50

4

Hàm lượng dầu fusel tính theo alcol izoamylic và
30
izobutylic với hỗn hợp 3:1, mg/l

60

5

Hàm lượng Metanol, %V

0, 006

0,1

6

Hàm lượng axit tính theo axit axetic, mg/l

9

18

Hàm lượng furfurol

Khơng
được có

Khơng
được có

8

Thời gian oxy hố, phút

25

20

9

Màu sắc

Trong suốt, không màu

7

7

b) Theo mục đích sử dụng mà người ta chia cồn thành 5 loại sau:
- Cồn công nghiệp: Cồn công nghiệp là Cồn Methanol, có các loại nồng
độ 70%, 90%, 96%. Loại này người ta thường hay sử dụng để sản xuất kinh
doanh, vệ sinh lau chùi công nghiệp...Tuyệt đối không uống và tránh tiếp xúc
với da và mặt.
- Cồn Ethanol: hay cịn gọi là Cồn thơm. Cũng có các nồng độ 70%,
90%, 96% và 99%. Cồn này có thể dùng trong ngành thực phẩm, mỹ phẩm,
SPa...
- Cồn tuyệt đối: Cồn này có nồng độ 99,9%, hầu như khơng lẫn tạp chất,
cồn này hay dùng trong các phịng thí nghiệm.
- Cồn IPA: Hay gọi là Iso Propanol Alcohol, được sử dụng nhiều trong
ngành in ấn pha mực in, vệ sinh màng in …
- Cồn y tế: Có nồng độ và thành phần dành riêng trong ngành y, thường
là 70% và 90%. Có màu trong suốt, cịn màu xanh là do pha với Xanh methylen.
II. Nguyên liệu sản xuất cồn
2.1. Yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất cồn
Để sản xuất cồn etylic, về nguyên tắc ta có thể dùng bất cứ nguyên liệu
nào chứa đường hoặc polysaccarit nhưng sau thủy phân sẽ biến thành đường lên
men được. Do đó ta có thể dùng cả nguyên liệu giàu xenlulozo để thủy phân
thành đường. Tuy nhiên, dùng nguyên liệu này kém hiệu quả về kinh tế. Ở đây,
ta đề cập đến việc sử dụng nguyên liệu chứa đường (chủ yếu là mật rỉ) và chứa
tinh bột. Và chúng ta đi sâu vào phần tìm hiểu về nguyên liệu chứa tinh bột.
Yêu cầu đối với nguyên liệu phải thỏa mãn:
- Hàm lượng đường hoặc tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh
tế cao.
- Vùng nguyên liệu phải tập trung và đủ thỏa mãn nhu cầu sản xuất.
Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy tại Việt Nam thường dùng là sắn,
sau đó là ngơ và một phần gạo hoặc tấm, các nguyên liệu này có các đặc điểm

về thành phần chất như sau:
- Thành phần của củ sắn tươi giới hạn trong giao động khá lớn: tinh bột
20 – 34%, protein 0,8 – 1,2%, chất béo 0,3 – 0,4%, xenlulozo 1 – 3,1%, chất tro
0,54%, polyphenol 0,1 – 0,3% và nước 60 – 74,2%.
8


- Ngồi ra, trong sắn cịn chứa một lượng vitamin và độc tố. Vitamin
trong sắn thuộc nhóm B, trong đó vitamin B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03mg%
còn B6 chiếm 0,06mg%. Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và
nhất là khi nấy trong sản xuất rượu.
- Độc tố trong sắn có tên là phazeolunatin gồm hai glucozit Linamarin và
Lotaustralin. Hàm lượng chung của phazeolunatin chỉ vào khoảng 0,001 – 0,004
mg% và chứa nhiều trong sắn đắng, tập trung chủ yếu ở vỏ cùi. Bình thường
phazeolunatin khơng độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải
phóng HCN.
- Hàm lượng HCN trong củ sắn tươi nhỏ hơn 50 mg/kg chưa gây độc hại
cho người, từ 50 – 100 người sẽ bị ngộ độc và HCN lớn hơn 100 mg/kg, người
ăn sẽ bị tử vong (phụ thuộc vào việc ăn nhiều hay ăn ít). Để tránh bị ngộ độc
sắn, trước khi luộc ta cần ngâm và bóc bỏ vỏ cùi.
- Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit
gây độc kể trên. Trong sản xuất rượu, khi nấu lâu ở nhiệt độ cao đã pha loãng
nước nên với hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa, các muối
xyanat khi chưng cất không bay hơi nên bị loại cùng bã rượu.
- Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khơ hoặc sắn dui.
Ngồi sắn khơ chúng ta cịn dùng gạo tấm và ngơ để sản xuất ra cồn có chất
lượng cảm quan cao, dùng pha chế các loại rượu cao cấp và xuất khẩu.
2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu sản xuất cồn
Tùy theo tường loại nguyên liệu cụ thể mà tỷ lệ của các thành phần hóa
học có sự khác nhau:

Bảng 2. Thành phần hóa học của nguyên liệu
dùng trong sản xuất cồn rượu
Thành phần

Gạo tẻ

Nước

14

E1

11.5

11 – 12.0

12.5

13.0

Gluxit lên men

6706

69.2

41.0

28 – 37.0

68.4

72.6

Protit

1.75

7.3

5.3

6.1 – 13.4

8.3

7.2

Chất tro

1.79

0.9

17.7

13.6 – 22.3

1.6

1.1

Chất béo

0.87

1.2

2.0

2.3 – 17.9

5.1

4.1

Tấm

Cám gạo*

Ngô**

Sắn khô

Vàng

Đá

9

Xenluloza

3.38

0.5

22.5

6.8 – 30.1

4.1

2.0

*Dùng để sản xuất chế phẩm amylaza
**Trước khi dùng nên tách phôi đem ép dầu vừa tiết kiệm, lại không ảnh hưởng tới lên men.

Thành phần quan trọng và chủ yếu đối với nguyên liệu chứa tinh bột
dùng trong sản xuất rượu có các đặc điểm sau:
- Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men
được, gồm tinh bột và một số đường. Trong đa số gluxit nói chung thì tỉ lệ giữa
H và O đều tương tự như trong nước. Ví dụ như ramnoza – C6H12O5.
- Tinh bột là gluxit dự trữ phổ biến nhất trong thực vật (khoai sắn và các
hạt cốc). Hạt tinh bột có hình dáng rất khác nhau với kích thước từ 2 đến 15µm.
Tinh bột khơng nước có khối lượng riêng khoảng 1,633 – 1,648.
- Tinh bột là chất keo háo nước điển hình, cấu tạo từ amyloza – mạch
thẳng và amylopectin. Tỉ số giữa amyloza và amylopectin trong tinh bột thường
vào khoảng 1:4. Cả hai đều cấu tạo từ những gốc α – d – glucoza. Amylo có cấu
tạo mạch thẳng, chúng được liên kết bởi các nối α – 1.4 glucozit và α – 1.6

glucozit nên tạo thành nhiều nhánh. Ngoài amyloza và amylopectin, trong tinh
bột còn chứa một lượng nhỏ các chất khác như muối khoáng, chất béo, protit,…
Hàm lượng của chúng khoảng 0,2 – 0,7%.
- Tinh bột khơng hịa tan trong nước lạnh, rượu và ete – amyloza dễ tan
trong nước nóng tạo dung dịch rất nhớt.
- Trong nước nóng, tinh bột sẽ hút nước trương nở và tạo dạng gel. Mức
độ trương của tinh bột phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi tăng dần nhiệt độ, dịch tinh
bột sẽ biến dần thành dạng keo và được gọi là hồ tinh bột. Nhiệt độ làm cho hồ
tinh bột có độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Trong thực tế
luôn tồn tại một giới hạn nhiệt độ hồ hóa, vì tinh bột của ngun liệu bất kì gồm
nhiều hạt có kích thước khác nhau.
- Dưới tác dụng của axit hoặc amylaza, tinh bột sẽ bị thủy phân. Khi đun
với axit, tinh bột sẽ biến thành glucoza, và dưới tác dụng của amylaza thóc mầm
thì dịch thủy phân gồm 70 – 80% là mantoza và 20 – 30% là dextrin, nhưng với
amylaza của một số nấm mốc hoặc nấm men Endomycopsip thì dịch thủy phân
chứa tới 80 – 90% là glucoza.
- Glucozen (tinh bột động vật và vi sinh vật) là chất dự trữ đối với mọi cơ
thể động vật cũng như một số nấm men và vi khuẩn. Glucozen có cấu tạo nhánh
10


và cơng thức chung là (C6H10O5)n – các vịng glucoza được nối với nhau bởi β –
d – glucoza.
- Xenluloza (chất xơ) là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật.
Trong gỗ chứa tới 40 – 50% chất khô. Là polysaccarit mạch thẳng các β – d –
glucoza ở vị trí 1 – 4 và gồm khoảng 1000 gốc. Dưới tác dụng của axit vơ cơ
lỗng ở nhiệt độ và áp suất cao, xenluloza sẽ biến thành β – glucoza.
- Hemixenluloza (chất bán xơ) cũng chứa nhiều trong thành tế bào thực
vật, có trong rơm, rạ, rễ ngơ và cám. Trong thành phần có chứa hexozan
(galactan, manan) và pentozan, dễ bị thủy phân hơn so với xenluloza.

III.

Công nghệ sản xuất cồn

3.1.

Quy trình sản xuất

Để tách cồn thơ khỏi giấm và tinh chế để nhận được cồn tinh chế có chất
lượng cao ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau: phương pháp gián
đoạn, phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục, trên các sơ đồ thiết bị
khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ theo điều kiện, vốn đầu tư và yêu cầu
chất lượng của cơ sở sản xuất. Ở đây chúng em xin trình bày về phương pháp
liên tục do có tính hiệu quả kinh tế trong sản xuất công nghiệp mà hai phương
pháp cịn lại khơng đáp ứng được. Hơn nữa đây là phương pháp đang được
dùng chủ yếu trong sản xuất trên thế giới.
Quy trình sản xuất cồn thường được thực hiện theo sơ đồ sau:

11


3.1.1. Nấu nguyên liệu
a) Mục đích của việc nấu nguyên liệu:
Tinh bột nằm trong màng tế bào, khi nghiền chỉ một phần các màng bị
phá vỡ, do vậy hạn chế tiếp xúc amilaza, cho nên mục đích của việc nấu nhằm:
- Phá vỡ màng tế bào tinh bột, tạo điều kiện cho chúng hình thành trạng
thái hịa tan trong dung dịch
- Hơn nữa, nấu nguyên liệu là một quá trình ban đầu nhưng rất quan
trọng trong sản xuất cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc vào kết quả nấu
b) Những biến đổi lý – hóa xảy ra khi nấu nguyên liệu:

* Độ bền của tế bào thực vật:
- Tinh bột chỉ được giải phóng khi đã phá vỡ màng bao quanh nó
- Vỏ hạt có độ bền cao nhất, sau đó là lớp alorong cịn nội nhũ thì kém
bền nhất. Để phá vỡ hạt cần áp lực đến 18 – 20 atm.
- Khi đun nguyên liệu với nước, tinh bột sẽ trương nở hịa tan, kết dính
giảm độ bền cơ học.
- Tùy từng nguyên liệu mà chọn chế độ nấu cho thích hợp. Những
ngun liệu có chất lượng kém cần nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn so với

12


nguyên liệu có chất lượng tốt. Do vậy, nghiền nguyên liệu tốt sẽ hạn chế được
tổn thất và tiết kiệm được hơi nấu.
* Sự trương nở và sự hóa tan tinh bợt
- Trương nở là tính chất của cao phân tử rắn, có khả năng hút dung mơi
để tăng thể tích. Hơn 50% chất khơ của hạt và khoai sắn là tinh bột, đây là chất
chủ yếu để tạo ra sản phẩm cồn etylic trong quá trình sản xuất.
- Như ta biết, kích thước hạt tinh bột phụ thuộc vào dạng ngun liệu, có
thể dao động từ 1 - 120µm tùy từng nguyên liệu.
- Hạt tinh bột không đồng nhất mà cấu tạo từ hai polysaccarit: amylase
và amylopectin. Trong dung dịch, amylopectin đóng vai trị như màng bán
thấm. Khi tăng nhiệt độ, hạt sẽ hút nước và chúng trương nở 25 – 30 lần so với
ban đầu. Do đó, các mối liên kết giữa các phân tử sẽ yếu và cắt đứt – xảy ra hiện
tượng hồ hóa.

Hình 1. Sự phụ thuộc của độ nhớt tinh bột sắn vào nhiệt.
- Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào nguyên liệu và kích thước tinh bột.
Đồng thời, sự hồ hóa phụ thuộc vào các chất điện giải. Muối kiềm và trung tính
làm giảm nhiệt độ hồ hóa, cịn đường thì làm tăng nhiệt độ hồ hóa.

* Những biến đổi của Hemixenluloza, xenluloza và pectin
- Trong thời gian nấu nguyên liệu, ở điều kiện axit yếu, xenluloza không
bị thủy phân
- Hemixenluloza cấu tạo chủ yếu từ pentozan bị thủy phân ít
13


- Pectin bị thủy phân nhiều hơn cả.
* Những biến đổi của tinh bợt và đường
- Khi nấu có một lượng nhỏ bột biến thành đường và dextrin, dưới tác
dụng amylase và ion H+, sự tao đường trong dịch bột chưa nấu là điều khơng
muốn vì như vây sẽ gây tổn thất khi đun ở nhiệt độ cao
- Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccarose, glucose, fructose
và một ít mantose tạo ra trong thời gian nấu, mức độ tạo đường còn phụ thuộc
vào nhiệt độ và pH
- Ở pH = 3.5, do tác dụng H+ lượng đường tăng nhanh trong dịch cháo,
do vậy mà lượng đường bị thủy phân nhiều. Sự tổn thất do tạo caramen,
furfurol, melanoidin và oxymetyl furfurol. Do đó để giảm tổn thất đường có sẵn
trong nguyên liệu ở giai đoạn nấu thì nên khống chế pH của dịch cháo ở pH =
3.5.
- Cần chú ý ở pH = 3.5 đường bị phân hủy ít nhưng phải thường xuyên
thêm acid. Vì vậy thiết bị sẽ dễ bị ăn mòn, nấu xong lại phải trung hòa tới pH
thích hợp cho hoạt động amylaza.
- Protit và chất béo không biến đổi trong thời gian nấu.
Do vậy, để đạt hiệu quả kinh tế cao, ta cần chọn giá trị pH thích hợp cho
q trình nấu. Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp
nấu gián đoạn và nấu bán liên tục.
c) Đặc điểm:
Nấu liên tục tiến hành qua ba giai đoạn và trong ba thiết bị khác nhau:
nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nồi nấu chín thêm.

d) Quy trình nấu:
- Theo tỉ lệ tính trước, bột và nước được đưa liên tục vào thùng hòa bột 1
ở nhiệt độ từ 35 – 40oC. Thùng hịa bột là một hình trụ nằm ngang có cánh
khuấy 45 vịng/ phút và được chia thành hai ngăn khơng bằng nhau. Dung tích
của thùng là 1,3m3 (dung tích làm việc là 0,72m3) trong khoảng thời gian 3 – 5
phút.
- Từ van a, dịch bột được đưa vào nồi nấu sơ bộ 3. Nồi nấu sơ bộ có hình
trụ nằm ngang có cánh khuấy với tốc độ 26 vịng/ phút. Dung tích chung là 2m3
14


và dung tích làm việc 1,2m3. Ở đây dịch cháo được đun nóng ở nhiệt độ từ 80 –
85oC trong khoảng 4 – 5 phút.
- Dịch cháo tạm chứa ở thùng 4, được bơm pitong 5 và đưa liên tục qua
nồi nấu chín 6. Nồi nấu chín có đường kính 1100mm, chiều cao 6000 –
7000mm và bên trong được chia nhiều ngăn. Tại đây dịch cháo chảy từ trên
xuống, còn hơi chính được cấp từ dưới lên, nên tạo ba vùng với nhiệt độ khác
nhau: ở đáy là 140oC, ở giữa có nhiệt độ 130oC và trên cùng là 125oC. Do đi
ngược chiều nên dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức cần thiết.
- Ra khỏi nồi nấu, dịch cháo liên tục qua nồi nấu chín thêm 7. Nồi này có
đường kính 1100mm và chiều cao là 4900mm. Bên trong cũng được chia thành
ba ngăn theo chiều thẳng đứng.
- Dích cháo vào dưới và đầy dần tới vách ngăn rồi lại đi từ trên xuống
dưới tiếp đó theo ngăn thứ ba, dịch cháo vào nồi tách hơi 8 và kết thúc giai
đoạn, đi vào q trình đường hóa. (Thời gian và cả quá trình tổng cộng khoảng
50 – 60 phút).

Hình 2. Sơ đồ nấu liên tục ở nhà máy Mitchurin.
d) Ưu điểm:

15


- Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao
mà không ảnh hưởng tới quá trình làm việc của thiết bị.
- Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn, giảm tổn thất đường do
cháy hoặc tạo melanoidin. Nhờ đó mà tăng năng suất hơn nấu gián đoạn.
- Dễ cơ giới hóa và tự động hóa, tốn ít kim loại chế tạo thiết bị do năng
suất riêng của 1m3 tăng khoảng 7 lần
e) Nhược điểm:
Đòi hỏi nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ và phải đảm bảo ổn định
lượng nhiệt, nước và hơi.
3.1.2. Đường hóa
a) Q trình đường hóa:
- Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa
- Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong thời
gian xác định để amylase chuyển hóa tinh bột thành đường.
- Đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch
cháo và dịch amylase liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ
phận lên men.
Phương pháp này có ưu điểm so với đường hóa gián đoạn là dịch cháo ít
bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa. Thời gian đường hóa ngắn, tăng
được cơng suất thiết bị và do đó tiết kiệm được điện tích nhà xưởng. Hoạt tính
amylase ít bị vơ hoạt hóa do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn.
b) Sơ đồ biến đổi:

16


Hình 3. Sơ đồ đường hóa liên tục hai lần.

- Cháo nấu được chứa ở nồi nấu chín thêm liên tục vào thùng đường hóa
lần một, dịch amylase từ thùng chứa qua bộ phận phân phối, sau đó khoảng
30% đi vào thùng đường hóa lần một phối hợp với dịch cháo có nhiệt độ 60oC.
- Thời gian đường hóa ở thùng đường hóa lần một kéo dài khoảng 15 –
20 phút. Ra khỏi thùng đường hóa lần một, dịch đường được bổ sung 70% chế
phẩm amylase còn lại từ thùng chứa dịch amylase sau đó qua bơm đi vào thiết
bị đường hóa lần 2. Tổng cộng thời gian đường hóa ở cả hai thiết bị kéo dài
không quá 30 phút.
- Đường hóa xong, một phần dịch đường được đưa vào phân xưởng gây
men, 90% còn lại qua thiết bị làm lạnh kiểu ống lồng ống tới nhiệt độ 28 – 30oC
rồi cho vào thùng lên men.
3.1.3. Lên men
a) Đặc điểm lên men
- Năm 1810, Gaylussac nghiên cứu và thấy rằng cứ 45 phần đường
Glucose khi lên men sẽ tạo ra 23 phần ancol etylic và 22 phần khí cacbonic.
Trên cơ sở đó ơng đưa ra phương trình: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q
17


- Năm 1857, Louis Pasteur tiếp tục nghiên cứu và đưa ra nhận xét: Sự lên
men chỉ xảy ra khi có mặt vi sinh vật. Nếu ngăn ngừa khơng cho vi sinh vật tiếp
xúc với dịch đường thì quá trình lên men sẽ không thể xảy ra.
b) Cơ chế lên men:
- Đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm
thấu vào bên trong. Ở đó các enzyme sẽ tác động qua nhiều giai đoạn trung gian
để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí cacbonic.
- Hai chất này đều khuếch tán vào môi trường xung quanh. Rượu do linh
động nên hịa tan nhanh trong dung dịch lên men, cịn khí cacbonic hòa tan và
khuếch tán chậm.
- Lúc đầu hòa tan hồn tồn nhưng sau tạo các bọ khí bám quanh tế bào

nấm men và lớn dần tới mức lực đẩy Archimede lớn hơn khối lượng tế bào nấm
men cộng với bọt khí, lúc đó tế bào cùng bọt khí nổi dần lên, khi tới bề mặt các
bọt khí sẽ tan vỡ làm tế bào nấm men lại chìm xuống, tiếp xúc với dịch đường
để hấp thụ và lên men rồi lại sản xuất ra rượu và khí cacbonic.
- Tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không chuyển động đã thành tế
bào ln chuyển động trong q trình lên men. Nhờ đó mà tăng nhanh tốc độ
hấp thụ và chuyển hóa đường thành rượu.
- Nồng độ thích hợp cho đa số nấm men dùng trong rượu là 15 –
18%,nếu nồng độ cao thì áp suất thẩm thấu lớn, do đó ảnh hưởng xấu đến hiệu
quả lên men và quá trình lên men sẽ kéo dài.
- Nếu lên men ở nồng độ đường thấp cũng khơng có lợi do tổn thất do tạo
men tăng. Khi tạo men có khoảng 95% đường biến thành rượu và CO2, cịn 5%
thì tạo ra các sản phẩn khác và đường cịn sót lại.
c) Thiết bị lên men:
Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và men giống được cho vào
thùng đầu – gọi là thùng lên men chính, ln chứa một lượng lớn tế bào trong
1ml dịch. Khi đầy thùng dầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên
cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín.
Sơ đồ bố trí lên men liên tục như sau:
18


Chú thích:
1. Thùng lên men cấp I; 2. Thùng lên men cấp I;
3. Thùng lên men chính; 4. Thùng lên men cịn lại

Hình 4. Sơ đồ gây và lên men liên tục.
Sơ đồ hoạt động như sau:
- Thùng lên men cấp Ⅰ có dung tích bằng 25 – 30% so với thùng gây men
cấp Ⅱ. Thùng cấp Ⅱ có dung tích bằng 30 – 60% thùng lên men chính. Các

thùng lên men tiếp theo gồm 8 – 10 thùng. Thùng gây giống cấp Ⅰ được đặt phía
trên thùng cấp Ⅱ để dễ dàng tự chảy. Vị trí của thùng cấp Ⅱ đặt cao hơn hai
thùng lên men chính. Phần trụ của hai thùng này phải cao hơn 1m so với phần
trụ của các thùng cịn lại, vì rằng lên men chính xảy ra mạnh, lượng bọt sẽ
nhiều.
- Ống dẫn dịch ra từ các thùng lên men chính chảy sang các thùng (4) đặt
cách mép trên phần trụ 1m, còn ống dẫn dịch ra từ các thùng (4) tiếp theo chỉ
cách mép trên phần trụ 0,1 m. Đối với hai thùng cuối cùng khoảng cahs này sẽ
là 0,5 m. Chác bó trí này sẽ giúp cho dịch chảy được nhanh hơn. Đường kính
của ống chảy truyền phụ thuộc vào cơng suất của nhà máy. Với cơng suất 10000
lít cồn/ngày cần đường kính ống bằng 200 mm.
- Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị men giống ở hai thùng cấp Ⅰ lêch nhau
khoảng 3 – 4 giờ. Khi giống đạt yêu cầu ta tháo xuống thùng cấp Ⅱ. Thùng vừa
được giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó
thanh trùng dịch ở 75℃ rồi axit hóa tới độ chua 1,8 – 2,4 g H2SO4/l.
- Sau đó làm lạnh tới nhiệt độ gây men rồi cho 25 – 30% lượng men
giống ở thùng cấp Ⅰ còn lại vào và để cho lên men tới độ biểu kiến 5 – 6%.
19


Lượng men giống còn lại ở thùng cấp Ⅰ tháo hết xuống thùng cấp Ⅱ. Sau khi vệ
sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ lên men giống cấp Ⅰ khác.
- Ở thùng gấy giống cấp Ⅱ ta tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hóa
tới độ chua 1 – 1,25 g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới khi độ lên men biểu
kiến còn 5 – 6%.
- Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp Ⅱ vào một trong hai thùng lên men chính
(3) rồi liên tục cho dịch đường vào. Dịch lên men sẽ tiếp tục chảy từ (3) sang
các thùng (4) tiếp theo cho tới thùng cuối cùng thì lên men kết thúc, ta thu được
giấm chín.
- Lên men chính xảy ra chủ yếu ở thùng (3), các thùng tiếp theo là lên

men phụ. Vấn đề chủ yếu của lên men liên tục là phải luôn khống chế số tế bào
ở thùng (3) luôn vào khoảng 100 – 120 triệu/ml. Để đảm bảo vô trùng, thùng (3)
phải thay phiên nhau làm việc và sau 24 – 30 giờ cần giải phóng thùng để vệ
sinh thanh trùng sau 65 – 75 giờ.
c) Ưu điểm
- Ưu điểm nổi bật của sơ đồ lên men liên tục kể trên là dùng một lượng
lớn men giống ở thùng (3) nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế được phát triển
của tạp khuẩn.
- 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.
d) Hạn chế:
- Lên men liên tục là phương pháp tiến bộ và cho hiệu quả cao. Tuy
nhiên, khi áp dụng cần tính tốn cẩn thận và có biện pháp cơng nghệ phù hợp,
nếu không sẽ phản tác dụng, dề nhiễm khuẩn hàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất
lên men.
- Nhiệt độ lên men ở các thùng nên khống chế như sau: Đối với thùng lên
men chính nên giữ ở 25 – 27℃, hai thùng tiếp theo từ 27 – 30℃, các thùng còn
lại 27 – 28 ℃. Trong điều kiện kể trên, lên men sẽ kết thúc sau 60÷62 giờ.
20