Tiểu luận công nghệ sản xuất etanol từ tinh bột

Phần I: Tổng quan
1. Giới thiệu về nguyên liệu sắn lát
∙ Về cơ bản củ sắn gồm 3 phần chính: vỏ, thịt củ và lõi (ngoài ra còn có cuống và rễ củ).
∙ Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi:
∙ Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống mất nước của củ, tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị mất khi
thu hoạch và vận chuyển.
∙ Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là xenluloza ngoài ra
còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin.
∙ Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít polyphenol, độc tố và
enzim.
∙ Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi có chức
năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thời giúp thoát nước khi phơi
hoặc sấy sắn.
∙ Thành phần sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 - 34%, protein 0,8 -
1,2%, chất béo 0,3 - 0,4%, xenluloza 1 -3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 - 0,3% và
nước 60 - 74,2%. Ngoài ra trong sắn còn chứa một lượng Vitamin và độc tố. Vitamin
trong sắn thuộc nhóm B. Các Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi
nấu trong sản xuất rượu.
∙ Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và
Lotaustralin. Các độc tố này thường tập trung ở vỏ cùi. Bình thường phazéolunatin không
độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN. Sắn tươi đã thái
lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể trên. Đặc biệt trong sản
xuất rượu, khi nấu 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.
∙ Thời vụ thu hoạch:
∙ Duyên Hải Miền Trung: Vùng đồng bằng, vùng thấp trũng thu hoạch vào mùa hè thu
(khoảng tháng 9 đến tháng 10) nhằm tránh mùa mưa lụt, miền núi và những vùng cao thu
hoạch tháng 12 đến tháng 3.
∙ Tây Nguyên thời vụ thu hoạch nguyên liệu sắn tháng 12 đến tháng 3.
∙ Nguồn thu mua: Petrosetco Trading sẽ cung cấp một phần nguyên liệu sắn lát đầu vào.

Bên cạnh đó, Nhà máy sẽ chủ động quy hoạch vùng nguyên liệu tại một số khu vực như
Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên và Tây Nguyên.
∙ Tiêu chuẩn sắn lát sử dụng cho Nhà máy:
∙ Hình dạng lát sắn: đường kính 30 – 70 mm, bề dày: 20 – 30 mm
∙ Độ ẩm: 12 – 14 %kl
∙ Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %klg
∙ Protein: 1,5 – 1,8 %klg
∙ Hàm lượng tro: 1,8 – 3,0 %klg
∙ Lipid: 0,5 – 0,9 %klg
∙ Độ xơ: 2,1 – 5,0 %klg
∙ Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %klg
2. vi sinh vật
Phần II: quy trình công nghệ
Hình: Sơ đồ quy trình công nghệ
Thuyết minh quy trình công nghệ
I. Nghiền mịn:
Sắn lát là nguyên liệu của nhà máy, sau khi ra khỏi cụm này, sắn được nghiền mịn để tạo
thành bột sắn có kích thước đạt yêu cầu và chuyển tới các công đoạn tiếp theo của nhà
máy.
Hệ thống nghiền được thiết kế với công suất cao và với mục đích là nghiền sắn lát thành
bột đạt kích thước yêu cầu cho các công đoạn sản xuất tiếp theo.
Kích thước và phần trăm hạt bột được thể hiện trong bảng dưới đây:
STT Kích thước (micron) Bột (% khối lượng)
1 <250 70 – 95%
2 >250 13 – 20%
3 >1000 2 – 4%
4 >1180 1 – 4%
5 >1400 1 – 2%
Bột sắn sau nghiền được chứa tại silô trung gian, tại đây bột sẽ được cân tự động và
chuyển đến khu vực chuẩn bị dịch bột. Silô trung gian được thiết kế với sức chứa 2h (tức

công suất làm việc là 63 tấn) nhằm đảm bảo các công đoạn phía sau hoạt động liên tục
trong quá trình thay lưới sàn hoặc các sự cố của máy nghiền.
II. công đoạn phối trộn:
Đầu tiên dùng hơi nóng để thanh trùng nồi phối trộn. Bơm nước 40 – 450C vào nồi phối
trộn và cho cánh khuấy hoạt động. Sắn lát được nghiền từ máy nghiền, qua vít tải đổ vào
nồi phối trộn. Tỷ lệ sắn lát nghiền mịn là 70%,và nghiền hạt là 30%. Sỡ dĩ không nghiền
mịn hết toàn bộ sắn lát là vì lớp hạt sau này có kích thước lớn sẽ tạo màng lọc cho quá
trình lọc trong dịch được dễ dàng.
Tiếp đến là 4000 lít nước không quá 45 0 C được cho vào nồi, bật cánh khuấy cho hoạt
động, rồi từ từ cho bột đã nghiềnở trên vào khuấy đảo trong 15 - 20 phút để trộn đều hỗn
hợp.Tỷ lệ nước và nguyên liệu là 1: 4( 4000 lít nước cho 1000 kg nguyên liệu ) cho
350ml enzim SC( chế phẩm enzym amylaza, thủy phân tinh bột ở mối α-1,4 glucozit
trong phân tử amyloza và amylopectin) vào rồibật bơm bơm dịchqua nồi nấu.
III. Quá trình nấu
Sắn và nước được phối trộn ở nồi phối trộn rồi bơm sang nồi nấu. Nồi nấu sau khi được
vệ sinh sạch sẽ ta bật cánh khuấy rồi từ bơm dịch vào bơm được một lượng dịch cần thiết
thì bắt đầu cấp hơi nóng. Sau khi bơm đủ lượng dịch thì tăng cường cấp nhiệt đến lúc đạt
900C thì giữ trong 30 phút rồi tiếp tục nâng nhiệt lên 1000C giữ ở nhiệt độ này trong
vòng 1 tiếng sau 1 tiếng ta mở nước làm mát vào giàn làm mát mở van đáy bật bơm để
bơm dịch từ nồi sang giàn làm mát hạ nhiệt độ của khối dịch xuống 900C ta cho 50ml
enzim SC vào cứ tiếp tục hạ nhiệt độ xuống đến 750C cho 2 kg đạm ure vào hạ nhiệt độ
xuống 650C cho 200ml H¬2SO2 đã pha loãng (pha 25 ml axit sunfuric đặc vào 175ml
nước cất)vào khi nhiệt độ hạ xuống 58-600C cho 500ml enzim GA vào khi đầu ra ở giàn
làm mát đạt 30-320C thì đóng van vào cho chuyền dịch sang tăng lên men.
Vì ở nhà máy này công suất còn nhỏ nên quá trình nấu và đường hóa được thực hiện
trong nồi nấu1 lớp được cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nóngtừ lò hơi.
- Cấu tạo của nồi nấu thể hiện ở hình vẽ sau : quá trình dịch hoá và đường hoá được tiến
hành trên 1 thiêt bị nấu và giàn làm mát.
- Chú thích :
1. mô tơ cánh khuấy.

2. đường vào của dịch sau phối trộn.
3. đường dịch hồi lưu sau khi làm mát.
4. cánh khuấy.
5. van đáy đường dẫn dịch qua giàn làm
mát.
6. chân thiết bị.
7. đường bổ sung nước nóng từ giàn
làm mát.
8. cửa quan sát.
9. đường cấp hơi nóng.
10. nhiệt kế.


Hình4 : Nồi nấu nguyên liệu
- An toàn thông số kỹ thuật khi sử dụng nồi nấu : Kích cỡ của cánh khuấy, vận tốc quay
phải phù hợp với đường kính của thiết bị và vận tốc biên của nó không vượt quá 3,8m/s,
nếu không sẽ sinh lực kéo khi chuyển động xoáy tác động đến thành phần dịch nấu. Hệ
thống cấp nhiệt cho thiết bị cũng rất quan trọng. Cần điều chỉnh nhiệt phù hợp. Thiết bị
làm mát là một giàn làm mát với cấu tạo theo kiểu ống lồng ống tổng chiều dài của các
ống trong giàn làm mát là 120 m. giàn làm mát cũng được làm từ inox không rỉ chịu nhiệt
tốt.
IV. Đường hoá :
1.Tổng quan
Đường hoá dịch cháo.
- Tinh bột hoà tan trong dịch cháo sau khi nấu xong chưa thể lên men trực tiếp để thành
rượu được. Để lên men được phải trải qua quá trình thuỷ phân do tác dụng của xúc tác
amylaza để thành đường. Quá trình này gọi là đường hoá nó đóng vai trò quan trọng
trong công nghệ sản xuất cồn Etylic,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
thì tác nhân đường hoá 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 nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục. Tuy nhiên
về cơ bản thì 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
2.Các tác nhân đường hóa.
-Dùng axit HCL hoặc H2SO4 : phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất
thu hồi thấp.
-Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): một số nước châu ÂU vẫn còn dùng
phương pháp này.
-Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầu hết
được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn.
-Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc, máy năm
gần đây coa mua chế phẩm amylaza của hãng Novo Đan Mạch.
+Ta chọn tác nhân xúc tác là enzyme amylaza.
3.Qúa trình nuôi cấy nấm mốc tạo enzyme amylaza
a/Hoạt động của E amylase :
-Là E đơn cấu tư và là chất xúc tác sinh học .
-Có khả năng thủy phân tinh bột thành đường
– Tính đặc hiệu :
+ α-Amylase :Chỉ phân cắt mối liên kết α 1.4 glucozit ,phân cắt ở những vị trí bất kỳ ở
giữa mạch thành Dextrin .
+α-Amylase phân cắt mối α 1.4 ,phân cắt từ đầu và cắt 2 nhóm : 1 tạo maltoza ,và
dextrin .
+Glucoamylase :Phân cắt mối α 1.4 & α.1.6 thành glucoza .
+Maltase :Phân cắt mối liên kết α 1.4 trong phân tử maltoza .
+Dextrinase :Phân cắt mối α1.4 trong phân tử dextrin .

b.Phương pháp nuôi cấy bề mặt :
a/Đặc điểm : nuôi cấy trên môi trường rắn .
b/Sơ đồ công nghệ :
chuẩn bị mtr hấp môi trường vò tơi và làm nguội trộn giống vào
mành vào phòng nuôi cấy chế phẩm enzyme thô.
-Chuẩn bị môi trường :Sử dụng bột ngô ,cám gạo .Xác định
chất lượng chủ yếu dựa vào hàm lượng tinh bột.
+Nếu > 30% sử dụng hỗn hợp 85-90% cám gạo ,10-15% trấu (để tạo độ xốp cho môi
trường).
+ 25- 30% 100% cám gạo .
+Nếu <25% sử dụng hỗn hợp 85-90% cám gạo ,10-15% cám ngô .
-Hấp môi trường :
+Mục đích :Làm chín nguyên liệu ,diệt tạp khuẩn .
+Tiến hành :Hấp ở áp suất thường ,thời gian 3-3,5h .Hấp ở áp suất cao p=2at ,t=2h .
-Vò tơi và làm nguội :
+Mục đích :Làm tơi nguyên liệu bị kết dính.Làm nguội , tạo nhiệt độ thích hợp choVSV
phát triển .
+Sử dụng máy vò tơi ranh khía .
+Làm nguội :Có nhiều phương pháp sử dụng nước làm nguội gián tiếp hoặc sử dụng
nước vô trùng để làm nguội .
-Trộn giống :
+Tỷ lệ trộn giống 0,2-1% chuẩnbị giống .
+Phương pháp trộn :Trộn khô -giống để trộn khô vào mtr ,cần ủ đống 1-4h .
Trộn ít :Giống được cho vào nước vô trùng hoặc HCl 0,1N ,trước khi trộn với môi trường
ko cần ủ đống .
-Vào mành :
+Cho môitrường sau khi được trộn lên mành ,đưa mành lên giá ,chiều cao 1,61.7m ; 1 giá
đựng 6-7 mành .
+Độ dày môi trường trên mành :Mùa đông 3cm ,mùa hè 2cm .
-Vào phòng nuôi cấy :

+Cần chú ý tất cả các điều kiện nuôi cấy như nhiệt độ ,độ ẩm lượng oxy cung cấp .
+Tổng thời gian nuôi cấy tuỳ thuộc loại VSV ,đối với nấm mốc sản xuất amylase ,
tổng thời gian nuôi cấy 30-40h (A.ozyae 30h ,A.awamori 40-48h)
-Chế phẩm E thô (E còn lẫn trong môi trường nuôi cấy ) :Đem đường hoá ngay
hoặc sấy khô để dùng dần .
4. Cách tiến hành :
4.1. Đường hoá gián đoạn :
a/ Đặc điểm :
Tất cả các bước tiến hành trong 1 thiết bị đường hoá .
b. Cách tiến hành :
-Cho dịch cháo vào trước làm nguội đến tº yêu cầu =50-60 º C.
-Cho cánh khuấy và nước lạnh hoạt động .
-Nếu nấu theo phương pháp gián đoạn mà nấu chưa có E dịch hoá hoạt động, để tránh
hiện tượng lão hoá cần cho 5% chế phẩm E , tº =70º C rồi hạ thấp đến 55 º C và cho tiếp
chế phẩm E giữ thời gian đường hoá trong 30’ ,cánh khuấy và nước lạnh ngừng hoạt
động . Sau đó hạ nhiệt độ xuống 28-32º C để lên men và đường hoá hết tinh bột .
c) Ưu điểm
-thiết bị đơn giản dễ chế tạo
- Dễ thao tác, vận hành, sữa chưa
-Hoạt độ enzyme ít bị mất do tiếp xúc với nhệt độ cao.
d) Nhược điểm
-Không hạn chế đc lão hóa tinh bột do enzyme cho vào tinh bột ở 700c.
-Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn và thời gian dài
-khó cơ khí và tự động hóa
-năng suất thấp
-chất lượng dịch đường không ổn định
-dễ bị nhiễm trùng hơn pp liên tục
4.2 Đường hoá liên tục :
a/ Đặc điểm :
Các bước tiến hành đường hoá được thực hiện trong 1 số thiết bị .

b/ Cách tiến hành :
-Dịch cháo được bơm vào thùng,được tách hơi nước ,và làm nguội đến tº =60º C .
Cứ 100kg cháo tách ra được 6kg hơi nước ,cho chế phẩm E vào đường hoá, 5 -15’ bơm
qua thiết bị làm nguội và làm nguội đến nhiệt độ lên men .
+Lưu ý dịch đường khi đưa vào thùng làm nguội ,thiết bị làm nguội tách ra 15% ,
cho lẫn vào dịch cháo trước
khi đưa vào thùng bốc hơi để sử dụng E còn lẫn trong dịch đường hoá dịch cháo để làm
loãng dịch cháo cho qúa trình tách hơi được dễ dàng .
c/ Ưu điểm :
-Dịch cháo được làm lạnh tức thời lên tránh đc hiện tượng lão hoá tinh bột .
-Do làm lạnh bằng chân ko lên hệ thống kín ,tránh được nhiễm trùng .
-Cho phép nấu được nồng độ thấp hơn nên hạn chế được tổn thất đường .
-Khi tách hơi nước kéo theo 1 số chất không tốt trong qúa trình nấu :fucfurol
,methanol …->giúp cho qúa trình chưng cất sau này được dễ dàng hơn .
-Thời gian làm nguội và đường hoá được rút ngắn giảm được lượng điện >30% &
giảm được 30-35% lượng nước ,giảm được lượng E sử dụng và tăng hiệu suất thu hồi
rượu.
d/ Nhược điểm :Thùng bốc hơi và ngưng tụ thường xây dựng ở độ cao lớn khó khăn
trong vấn đề xây dựng và sản xuất
*Trong 2 phương pháp trên, đường hóa liên tục có nhiều ưu điểm, tuy nhiên với công
suất không lớn lắm, và điều kiện kinh tế kỹ thuật của nước ta không cao nên việc thiết kế
một dây chuyền liên tục và tự động hóa hoàn toàn là việc không có tính khả thi cao, vì
thế em lựa chọn phương pháp đường hóa gián đoạn. Mặt khác, trong công đoạn nấu đã
lựa chọn phương pháp sử dụng ez nên đã khắc phục một số nhược điểm của nấu gián
đoạn.
V. Quá trình lên men.
1, Bản chất của quá trình lên men
Lên men là quá trình trao đổi chất dưới tác dụng của các enzyme tương ứng gọi là chất
xúc tác sinh học. tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình mà người ta chia làm nhiều kiểu
lên men khác nhau. Tuy nhiên có hai hình thức lên men chính là lên men yếm khí mà lên

men hiếu khí.
Để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển của mình,
vi sinh vật cũng đòi hỏi phải có năng lượng. Lên men là quá trình cung cấp năng lượng
và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật. Nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng
lượng dưới dạng năng lượng tàng trữ trong mạch cacbon và được giải phóng ra trong các
phản ứng enzyme do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng
khác. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng
chuyển hydro. Nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển electron, vì lẽ
nguyên tử hydro có thể tách ra thành proton H
+
và electron. Các enzyme xúc tác quá trình
tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenase. Như vậy, lên men là
quá trình oxy hóa –khử sinh học. Trong quá trình đó, các nguyên tử cacbon của cơ chất bị
oxy hóa đến CO
2
, còn các nguyên tử hydro tách khỏi cơ chất, đầu tiên được chuyển đến
NAD
+
, sau đó từ NADH
2
trong điều kiện yếm khí hydro có thể được chuyển đến những
sản phẩm trung gian khác nhau hoặc đến chất tiếp nhận được tổng hợp. tùy thuộc vào cơ
chất tiếp nhận hydro cuối cùng mà phân biệt hô hấp lên men và hô hấp yếm khí.
Lên men là quá trình để thu năng lượng, qua đó tách hydro ra khỏi cơ chất được chuyển
đến chất tiếp nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ được khử đi vào môi
trường dinh dưỡng và tích tụ lại trong đó. Phụ thuộc vào sản phẩm nào được trích tụ
chiếm ưu thế hoặc sản phẩm nào đặc trưng mà người ta phân ra lên men rượu, lên men
lactic hay lên men butyric,… Lên men khác với hô hấp yếm khí và sự oxy hóa không
hoàn toàn. Hô hấp yếm khí cũng tiến hành trong điều kiện không có oxy tham gia nhưng
hydro lại được chuyển qua mạch hô hấp mà đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc

sulfat.
Lên men rượu là quá trình lên men yếm khí có mặt của nấm men, chúng sẽ chuyển hóa
đường lên men thành ethanol và CO
2
.
Quá trình lên men rượu chia làm hai thời kì chính:
- Thời kì phát triển sinh khối: giai đoạn này có mặt của oxy, tế bào nấm men phát
triển sinh khối
- Thời kì lên men chuyển đường thành rượu và CO
2
: giai đoạn này nấm men hấp thụ
các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình thực hiện xúc tác
sinh học trong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống, tạo thàh rượu và CO
2
.
2,Cơ chế lên men rượu
a. Dịch men: gồm rất nhiều tế bào men riêng biệt, 1 gam men ướt có độ ẩm khoảng
70%-75% chứa tới tỷ tế bào. Bề mặt của mỗi tế bào chiếm 5.10
-5
mm
2
. Như vậy một gam
men ép có bề mặt tổng cộng khoảng 7000 cm
2
. Nhờ có bề mặt lớn này nên nấm men hấp
thụ đường và các chất dinh dưỡng rất nhanh.
Đường hóa xong, dịch đường được làm lạnh tới 28-32
0
C và bơm vào thùng 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 enzym sẽ tác dụng qua nhiều giai đoạn trung gian để cuối cùng tạo sản
phẩm chình là rượu và khí carbonic.
Hai chất này đều khuếch tán và tan vào môi trường xung quanh. Rượu do rất linh động
nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí cacbonic hòa tan kém và khuếch tán chậm.
Lúc đầu hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thanhd các bọt khí bám quanh tế bào men và lớn
dần tới mức lực đẩy Archimede lớn hơn khối lượng tế bào men cộng bọt khị.
Lúc đó tế bào cùng bọt khí nổi dần lên, khi tới bề mặt các bọt khí sẽ tan vỡ và hợp thành
tiếng rào rào(men ăn)
Bọt khí ta, tế bào men sẽ chìm dần, tiếp xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại
sản sinh ra rượu và khí cacbonic. Như vậy, tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không
chuyển động đã biến thành tế bào chuyển động trong quá trình lên men. Nhờ đó mà tăng
nhanh tốc độ chuyển hóa đường thành rượu.
Khi đường và các chất dinh dưỡng trong canh trường còn ít, một lượng lớn tế bào nấm
men sẽ lắng xuống đáy thùng, dịch lên men sẽ trong dần.
b. Cơ chế hóa sinh của quá trình lên men
Xét về mặt hóa học sự lên men rượu có thể chia ra làm 2 thời kỳ: cảm ứng và tĩnh
• Thời kỳ cảm ứng: sản phẩm là glyxerin. ở thời kì đầu khi lượng axetaldehyt
(CH
3
CHO) còn ít, enzym alcodehydrogenase chuyển proton và electron cho 3-
phosphaoglyxeraldehyt để tạo thành glyxerin-3phosphat, sau đó tạo thành glyxerin.
• Thời kỳ tĩnh: sản phẩm là etalnol. Khi lượng axetaldehyt được tạo thành đủ nhiều
thì enzym alcodehydrogenase chuyển proton và electron cho axetaldehyt để tạo rược
etylic
Glyxerin là sản phẩm phụ của quá trình lên men. Quá trình diễn ra theo sơ đồ sau:
1.
Đầu tiên dưới tác dụng của hexokinase kết hợp với phosphat của phân tử ATP
(Andenozitri-phoaphat ) trong tế bào nấm men tạo thành gluco-6-P và AND.
C
6

H
12
O
6
+ ATP CH
2
O(H
3
PO
3
)(CHOH)
4
CHO + ATP
2.
Tiếp đó glucose-6-phosphat do tác dụng của enzym đồng phân glucose-phosphat-
izomerase sẽ biến thành Fructose-6-phosphat
CH
2
(H
3
PO
3
)(CHOH)
4
CHO CH
2
O(H
3
PO
3

)(CHOH)
3
COCH
2
OH
3.
Giai đoạn tiếp theo dưới tác dụng của enzym phosphofructolinase phân tử ATP
thứ hai sẽ đính thêm một gốc phosphat nữa vào fructose-6-phosphat để tạo thành
Fructose-1-6-diphosphat và phân tử ADP thứ hai.
CH
2
O(H
3
PO
3
)(CHOH)
3
COCH
2
(H
2
PO
3
) + ATP CH
2
O(H
3
PO
3
)(CHOH)

3
COCH
2
(H
2
PO
3
)
+ ADP
4.
Giai đoạn cuối xảy ra dưới tác dụng của xúc tác là aldolase phân cắt phân tử
Fructosediphosphat thành 2 phân tử trioza gồm aldehyt phosphoglyxeric và
phosphodioxyaceton.
CH
2
O(H
3
PO
3
)(CHOH)
3
COCH
2
(H
2
PO
3
) CH
2
O(H

3
PO
3
)COCH
2
OH +
CH
2
O(H
3
PO
3
)CHOHCHO
5.
Sản phẩm của quá trình trước là aldehyde phosphoglyceric nhưng trong dịch lên
men chúng chứa rất ít do hiện tượng đồng phân dưới tác dụng của enzym
triphosphat izomerase:
CH
2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
OH CH
2
O(H
2
PO

3
)CHOHCHO
6.
Hai phân tử aldehyde phosphiglyceric bị oxy hóa. Phản ứng có sự tham gia của
acid phosphoric trong canh trường nhờ xúc tác của enzym
triphosphatdehydronase, coenzyme của nó là NAD (Nicotinamid-Adenin-
dinucleotid). Phân tử 3-phosphoglyceroaldehyde kết hợp với phosphat, còn hidro
chuyển sang coenzyme NAD:
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCHO + 2H
3
PO
4
+ 2NAD 2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOCOO~H
2
PO
3

+ 2NADH

2
7.
Với sự tham gia của phosphoglyceralkinase, gốc phosphat chứa cao năng của acid
1,3-diphosphoglyceric sẽ chuyển vào phân tử. Kết quả 3-phosphoglyceric được tạo
thành, còn ADP nhận thêm năng lượng và biến thành ATP:
2CH
2
(H
2
PO
3
)CHOHCOO~(H
2
PO
3
) + 2ADP 2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOOH + 2ATP
8.
Dưới tác dụng của enzyme phosphoglyceromutasr, gốc acid phosphoric sẽ chuyển
vị trí cacbon thứ ba sang cacbon thứ hai. Kết quả là 3-phosphoglyceric biến thành
2-phosphoglyceric theo phản ứng:
2CH
2
O(H
2

PO
3
)CHOHCOOH 2CH
2
OHCHO(H
2
PO
3
)COOH
9.
Dưới tác dụng của enolase, acid 2-phosphoglyceric sẽ mất nước và biến thành acid
phosphopyrovic:
2CH
2
OH(H
2
PO
3
)COOH 2CH
3
CO(H
2
PO
3
)COOH + 2H
2
O
10.
Acid phosphopyrovic không bền nên dễ bị mất gốc acid phosphoric do enzyme
pyrovatekinase và do đó acid pyrovic được tạo thành:

2CH
2
=CO~(H
2
PO
3
)COOH + 2ADP 2CH
3
CO-COOH + 2ATP
11.
Acid pyrovic bị decacbocyl để tạo thàh aldehyde acetic:
2CH
3
CO-COOH 2CO
2
+2CH
3
CHO
12.
Giai đoạn cuối cùng lên men rượu là aldehut acetic bị khử bởi NADH
2
2CH
3
CHO + 2NADH
2
2CH
3
CH
2
OH + 2NAD

Tóm lại, phương trình tổng quát lên men rượu như sau:
C
6
H
12
O
6
2CO
2
+ 2C
2
H
5
OH


Hình: Sơ đồ quá trình lên men rượu
Hình: Sơ đồ quá trình lên men
Trong quá trình lên men rượu, mỗi phân tử glucose sẽ giải phóng ra khoảng 50kacl. Năng
lượng này được nấm men sử dụng chừng 20kcal. Số còn lại sẽ thải ra canh trường do đó
làm tăng nhiệt độ dịch lên men.
3. 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 lên men, hoặc
gián tiếp tính được lượng rượu tạo thành và lượng CO
2
thoát ra trong một đơn vị thời
gian. Cũng có thể xác định nhanh bằng cách đo nồng độ biểu kiến của dịch lên men.
Lên men được chia thành 3 giai đoạn: lên men sơ bộ, lên men chính và lên men phụ.
Trong giai đoạn đầu, thời gian kéo dài gần 60 giờ, đặc trưng cho thời kì tiềm phát, lượng

đường được lên men rất ít.
Giai đoạn thứ hai kéo dài từ khoảng giờ thứ 60 đến giơ thứ 120, sinh trưởng của nấm
men và lên men tăng nhanh, đạt tới cực đại- đặc trưng cho thời kì lên men chính.
Giai đoạn thứ ba đặc trưng cho lên men phụ kéo dài, tốc độ lên men rất chậm vì lượng
đường trong dịch còn rất ít, các dextrin chưa kịp biến thành đường.
Trong điều kiện sản xuất, lượng men giống đưa vào nhiều(8-10%) nên tốc độ lên men
xảy ra nhanh. Trung bình mỗi giờ ở giai đoạn lên men chính, nồng độ đường giảm 1%.
Thời gian tiềm phát phụ thuộc vào lượng men giống đua vào, thường chỉ từ 5-8 giờ. Tiếp
đó chuyển sang lên men chính,cuối cùng là lên men phụ. Thời gian lên men phụ dài hay
ngắn phụ thuộc chủ yếu vào lượng enzyme có khả năng phân cắt nối α-1,6 glucoside. Vì
rằng dextrin chỉ có thể lên men sau khi đã thủy phân thành glucose hoặc maltose
Tốc độ lên men chính phụ thuộc vào lượng men giống, cong tốc độ lên men phụ thuộc
vào số α-1,6 glucoside và hoạt độ enzyme thủy phân nó.
b/ Tiến hành lên men:[2]
a. Chuẩn bị dịch lên men.
Dịch đường thủy phân sau khi được làm nguội xuống 28-30
0
C hoặc có thể thấp hơn ta
cần tính toán và chuẩn bị một số công việc hiệu chỉnh nồng độ đường vào khoảng 13-
15% (tương đương với 16%Bx nồng độ chất khô hòa tan %), Ph=4.5-5.2.
Một công việc hết sức quan trọng trong khâu chuẩn bị dịch lên men cũng như dịch nhân
giống trong sản xuất là bổ sung nguồn N và P vào dịch đường thủy phân. Bổ sung nguồn
N có thể dùng amoni sulfat, ure, diamoni phosphat; nguồn P thường dùng nước chiết từ
supephosphat hoặc axit orthophosphoric. Cách tính gần đúng cho dinh dưỡng nấm men
theo tỷ lệ C:N:P = 100:5:1 hoặc 200:5:1.
Như vậy 1m
3
dịch đường từ sắn ta có thể phải bổ sung 0.5 kg ure hoặc 1 kg (NH
4
)

2
SO
4
và
0.1 kg supephosphat(qua nước chiết)
b. Nhân giống trong sản xuất
Để tiến hành lên men cần phải có lượng giống đủ cung cấp cho nồi lên men (thường
lượng giống ở khâu này bằng 10% thể tích dung dịch lên men). Số lượng tế bào trong
dịch nhân giống phải đạt 100-120.10
6
/ml hoặc hơn nữa. Giống không được tạp nhiễm, tế
bào chết không quá 5%.
Muốn đạt được yêu cầu giống đưa vào sản xuất phải:
- Nhân giống trong phòng thì nghiệm từ ống giống thạch nghiêng qua dịch ống
nghiệm, bình tam giác và các bình tới 5 hoặc 10 l thì chuyển vào nhân trong sản
xuất.
- Trong sản xuất rượu công nghiệp khi nuôi cấy nấm men tiêu hao được 2/3 lượng
chất khô hòa tan trong dịch bao đầu ta được giống sản xuất.
Nhân giống trong sản xuất có thể thực hiện nuôi gián đoạn hoặc nuôi liên tục. nuôi gián
đoạn được tiến hành trong thiết bị gọi là nồi nhân giống. Đó là một nồi chế tạo bằng thép
kính, bên trong có hai hệ xoắn ruột già (cho hơi và nước) và có cánh khuấy.
Dịch đường dùng nhân giống là dịch thủy phân tinh bột đã cân bằng dinh dưỡng và điều
chỉnh pH tới 3.8-4.0. Giống từ phòng thí nghiệm được chuyển vào nhân giống trong sản
xuất khi dịch nhân giống có nhiệt độ dưới 26
0
C. Sau 28-24 giờ nuôi cấy, lượng dùng tiêu
hao khoảng 2/3 từ 16-18 còn 5-6 Bx và rượu tích tụ được 5% và đưa vào nuôi cấy tiếp
theo hoặc đưa vào lên men.
Đối với các nhà máy lớn nhân giống 1 lần không đủ lượng giống (10%) cho lên men ta
phải nhân giống lần 2 tiếp tục và đươch gọi là nhanh giống hai cấp.

Giống thuần khiết từ ống nghiệm được nhân vào sản xuất có thể chỉ làm 1 lần trong 1
năm, nếu sản xuất ổn định. Như vậy, các nối nhân giống cấp 1, cấp 2, hoặc cấp 3 sau khi
nuôi giống dẫ đạt yêu cầu người ta lấy ra 2/3 để đưa vào sản xuất và sau đó cho ngay một
lượng vừa đủ để nhân giống tiếp theo trong khoảng 6-8 giờ là đủ lượng tế bào nấm men
dùng cho sản xuất.
Nhân giống cũng như lên men cần giữ ở nhiệt độ 28-32
0
C, nếu nhiệt độ tăng cao phải hạ
nhiệt bằng bằng nước lạnh qua đường ruột gà hoặc nếu không có thì phải tưới nước qua
vỏ từ trên xuống. Nấm men ở nhiệt độ trên 32
0
C phát triên nhanh, nhưng tạo ra sản phẩm
phụ làm giảm chất lượng và ở nhiệt độ cao(đặc biệt trên 32
0
C) các tạp khuẩn phát triển
rất nhanh làm hỏng quá trình lên men
c. Lên men
Sau khi đã chuẩn bị xong dịch lên men có khoảng 16-18% chất khô hòa tan (tương đương
với 13-15% đường) cùng với chất sát khuẩn cũng như bổ sung các nguồn dinh dưỡng
(đặc biệt đối với dịch đường thủy phân từ sắn cần phải bổ sung các nguồn N và P) ta tiếp
giống nhân trong sản xuất với tỷ lệ 8-10% theo thể tích dịch. Trong trường hợp lượng
giống không đủ cho lên men cần phải sục khí để nấm men tiếp tục pháp triển. Nhiệt độ
lên men 28-32
0
C, pH 4.2-5.2. Tế bào nấm men tiếp tục sinh sản và sinh khối phát triển
đến khi nồng độ rượu đạt 5% sẽ dừng lại hoặc phát triển chậm dần đến ngừng hẳn. Quá
trình lên men tiến hành trong 2-3 ngày
Quá trình lên men rượu cần phải chú trọng:
- Chống nhiễm tạp khuẩn, bảo vệ quá trình lên men
- Làm nguội cho các thùng lên men. Trường hợp lên men ở nhiệt độ cao dẫn đến dễ

tạp hiễm, sinh nhiều sản phẩm phụ làm giảm chất lượng sản phẩm…
Lên men rượu trong công nghiệp có thể tiến hành lên men theo từng mẻ, lên men liên tục,
lên men bán liên tục.[2]
• Lên men gián đoạn
Thùng phải được vệ sinh sạch sẽ các đường ống và van phải được sát trùng thường
xuyên. Sau đó toàn bộ được thanh trùng bằng hơi nước. Thời gian giữ ở 95-100
0
C kéo dài
50-60 phút. Thanh trùng xong thùng được làm lạnh đến 30
0
C, tháo hết nước ngưng rồi
đóng van đáy. Men giống và dịch đường ban đầu có thể bơm song song để nấm men
được hòa đều ngay từ đầu. Lượng men giống thường chiếm 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 6-8 giờ. Nhờ đó tỷ lệ men giống lúc đầu tăng và hạn chế được sự phát
triển của tạp khuẩn.
Sau khi đổ đầy thùng ta để cho lên men và cứ 8 giờ lấy đường lên men đem lọc để xác
định độ chua. Đồng thời theo dõi nhiệt độ và luôn khống chế thấp hơn 33
0
C. về cuối nhiệt
độ có thể giảm đến 28
0
C.
Lên men được xem là bình thường nếu sau 50 giờ, độ đường biểu kiến của dịch lên men
đã xuống tới 0, còn độ chua không tăng quá 0,8 gam H
2
SO
4
/lít so với độ chua của dịch
đường trước khi lên men.

Trường hợp độ chua khi lên men tăng nhanh, độ đường biểu kiến giảm chậm thì phải
nghĩ ngay nhiễm khuẩn, cần kiểm tra vi sinh vật và kịp thời xử lí.
Lên men được xem là kết thúc nếu sau 8 giờ độ đường biểu kiến không giảm hoặc chỉ
giảm 0,1-0,2 %.
Lên men gián đoạn ở các thùng riêng biệt có ưu điểm dễ làm, khi nhiễm dễ xử lí, đòi hỏi
thấp về khử trùng triệt để, không cần nhân công có tay nghề cao, không có nguy cơ tổn
hại về tài chính và nguyên liệu dễ xử lí. Tuy nhiên, những nhược điểm vốn có của hệ
thống này như hiệu suất lên men thấp do thời gian quay vòng cao và độ dài của pha lag
kéo dài đã dẫn đến yêu cầu phải có những cải tiến.
• Lên men liên tục
Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và men giống được cho vào thùng đầu
(thùng lên men chinh) luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1 ml dịch. Khi đầy thùng
đầu thì dịch men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm
chín.
Ưu điểm nổi bật của sơ đồ lên men liên tục là dùng một lượng lớn men giống nên lên
men xảy ra nhanh, hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn. khác với lên men gián đoạn
là lượng giống ban đầu chỉ 12-15 triệu tế bào/ml nên lên men xảy ra chậm.
Nhiều men giống không những chịu áp đảo được tạp khuẩn mà còn tạo rượu nhanh, hạn
chế sự phát triển của chúng. Mặt khác do độ chua của dịch đường cao, pH thấp cũng là
một 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 chỉ mới đạt 42%.
Lên men liên tục là phương pháp tiến bộ và cho hiệu quả cao. Tuy nhiên khi áp dụng cần
tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ phù hợp, nếu không sẽ phản tác dụng, dễ
nhiễm khuẩn hành loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men.
Lên men liên tục sẽ kết thúc sau 60-62 giờ, còn lên men gián đoạn vẫn kéo dài tới 72 giờ
và hơn nữa.
Ưu điểm: lên men liên tục loại bỏ được sự hao tốn thời gian trong lên men tĩnh. Đó là
thời gian tiêu tốn cho pha lag. Ngoài ra, vi sinh vật luôn được giữ trong pha sinh trưởng
lũy thừa nên năng suất tính theo thời gian tổng số yêu cầu sẽ tăng lên.
Nhược điểm:

- Nhiễm tạp do đột biến xảy ra trong lòng dịch lên men hoặc do cơ thể lạ xâm nhập
từ bên ngoài vào.
- Khó khăn trong việc giữ 1 tốc độ lên men cao. Sở dĩ tốc độ lên men trong các hệ
thống này thường thấp vì tế bào bị chết nhiều do thiếu oxy.
• Lên men bán liên tục
Để tăng cường tỉ lệ men giống mà không cần thêm thiết bị gây men, ta thực hiện dùng
ngay lượng men ở các thùng đang lên men mạnh ở giai đoạn lên men chính, bằng cách
dùng acid sulfuric đưa pH về 4.0-4.2, kết hợp với bơm tuần hoàn và làm lạnh. Sau 1-2
giờ ta san ½ dịch lên men sang thùng khác để làm men giống. Tiếp đó từ từ thêm dịch
đường vào cả hai thùng cho tời đầy và để lên men tiếp,ta được hai thùng lên men đồng
thời [4]
Ưu điểm:
- Rút ngắn được thời gian lên men
- Hệ số sử dụng thiết bị được nâng cao do lên men liên tục trong giai đoạn chính.
- Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần
sử dụng men giống thường xuyên.
Nhược điểm.
- Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn.
- Các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức
tạp, cần chú để nước không đọng lại sau mỗi lần vệ sinh.
VI. Công đoạn chưng luyện và tinh chế.
1. Mục đích.
Chưng luyện chia làm hai công đoạn nhỏ là chưng cất và tinh chế.
Chưng cất: Là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín và cuối cùng
nhận được cồn thô.
Tinh chế: Là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối
cùng nhận được cồn tinh chế.
2. Các phương pháp chưng luyện.
a. Chưng luyên gián đoan.
■ Ưu điểm.

- Đơn giản, dễ thao tác.
- Tốn ít thiết bị.
■ Nhược điểm:
- Hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều.
- Tốn hơi do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn
- Thời gian cất kéo dài.
b. Phương pháp chưng luvên bán liên tuc (chưng gián đoan, luvẽn liên tuc).
Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạn nhung
chưa triệt đế và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao.
c.Phương pháp chưng luvên liên tuc.
Chung cất liên tục khắc phục được các nhược điếm trên của chung cất gián đoạn và bảo
đảm hiệu quả kinh tế cao hơn. Chưng luyện liên tục có thế thực hiện theo nhiều sơ đồ
khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Trên các sơ đồ người ta lại chia thành chưng luyện theo
hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp vừa trục tiếp).
❖ Sơ đồ hai tháp gián tiếp 1 dòng.
Hệ thống này tuy có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng
chất lượng cồn chưa cao, hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải lấy tăng lượng cồn đầu.
♦> Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp.
Hệ thống cho phép nhận 70+80% cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN 71, 30^20 % cồn loại
II, 3^5% cồn đầu.
Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ốn định, nhưng
tốn hơi.
Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có un điếm là tiết kiệm được hơi nhung đòi
hỏi tự động hóa tốt và chính xác.
♦♦♦ Sơ đồ chung luyện 3 tháp và một tháp fusel.
Hệ thống này khác với các hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn (khoảng
10%) rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel.
Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điếm tách dầu fusel triệt đế hơn nhưng có nhược
điểm là có tổn thất rượu etylic trong dầu.
♦♦♦ Sơ đồ chung luyện bốn tháp (thêm một tháp làm sạch).

Cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm lạnh mà được đưa vào tháp làm sạch đế
tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao.
Ngoài ra ở một số nước người ta thiết kế hệ thống chưng luyện gồm 5 hoặc 6 tháp. Hệ
thống có un điếm là tách được nhiều tạp chất và nhận được cồn có chất lượng cao và ổn
định hơn. Tuy nhiên, sơ đồ nhiều thấp gây nhiều tốn kém: Tốn vật liệu chế tạo thiết bị,
tốn hơi, tốn thất rượu nhiều.
Chọn phương pháp chưng luyện.
Nhờ phát triến khoa học kỹ thuật và qua thực tiễn người ta nhận thấy rằng, trong điều
kiện sản suất cồn từ nguyên liệu tinh bột, hệ thống ba tháp cho phép nhận cồn có chất
lượng cao. Đế ổn định chất lượng chỉ cần thêm 1 tháp làm sạch khi phải sử dụng nguyên
liệu chất lượng không tốt. Vì vậy ta chọn hệ thống chưng cất 3 tháp làm việc gián đoạn.