Thiết kế phân xưởng lên men cồn từ tinh bột năng suất 1500m3 dấm chínngày

Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1

Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ thực phẩm là ngành đóng vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân và giải quyết nguồn lao động và nhu cầu cần thiết trong
đời sống của con người.
Ngày nay, ngành công nghệ thực phẩm ở nước ta đang phát triển mạnh
mẽ góp phần làm giàu nguồn thực phẩm cho xã hội đồng thời làm nguồn
nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Trong đó, ngành công nghệ
sản xuất cồn có đóng góp đáng kể.
Công nghệ 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 rượu etylic hay
etanol. Đây là ngành công nghệ được biết đến rất sớm và ngày càng được quan tâm
phát triển bởi cồn có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực và đời sống xã hội.
Ở nước ta nghề nấu rượu thủ công đã có từ ngàn xưa và tiếp tục được
phát triển cho đến ngày nay. Sản xuất rượu ở nước ta theo kiểu công nghiệp
chỉ bắt đầu từ năm 1989 do người Pháp thiết kế và xây dựng nhà máy. Trước
cách mạng Tháng Tám, ở nước ta có các nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương,
Nam Định… tất cả đều sản xuất từ gạo, ngô theo phương pháp amylo. Sau
ngày hòa bình lập lại, chúng ta tiếp tục cải tạo, sữa chữa một số nhà máy và
xây dựng thêm một số nàh máy mới sản xuất cồn từ rỉ đường. Các sản phẩm
cũng ngày càng đa dạng và có chất lượng cao hơn. Mỗi vùng miền thì đều có
những sản phẩm rượu đặc trưng cho địa phương mình ngoài phục vụ trong
nước chúng ta còn hướng ra thị trường thế giới.
Với vị trí quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm thì ngành công
nghiệp sản xuất cồn nước ta sẽ ngày càng phát triẻn. Vì vậy, cùng với sự yêu
thích của bản thân em tìm hiểu về đề tài: “Thiết kế phân xưởng lên men cồn
từ tinh bột năng suất 1500m

3
dấm chín/ngày”.

Đồ án tốt nghiệp

 !"#$%&
Để sản xuất cồn etylic hiện nay thường dùng nguyên liệu là tinh bột hoặc rỉ
đường. Đối với nguyên liệu tinh bột thì yêu cầu hàm lượng tinh bột cao nhưng giá
thành phải thấp. Vì vậy, sử dụng hai loại nguyên liệu cho sản xuất là ngô và sắn.
'#
Cây sắn – khoai mì, tên tiếng anh là cassava là loại cây lương thực có
củ mọc ở vùng nhiệt đới. Củ sắn chứa nhiều tinh so với nhiều loại cây trồng
khác.
Cấu tạo:
- Vỏ sắn:
Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi. Vỏ gỗ cấu tạo chủ yếu là xenllulose. Tỷ lệ vỏ
gỗ phụ thuộc giống sắn, độ già và khối lượng củ, thường chiếm khoảng 1,5
đến 2%.
Vỏ cùi dày khoảng 1 đến 3mm và chiếm khoảng 8 đến 15% khối lượng
củ. Vỏ cùi gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài. Trong thành phần dịch bào
chứa polyphenol. Tiếp theo là lớp tế bào mô mềm, lớp này ngoài dịch bào còn
chứa 5% tinh bột. Tổng lượng các chất polyphenol trong sắn khoảng 0,1 đến
0,3% trong đó có 85 đến 90% tập trung ở vỏ cùi.
Sau vỏ cùi là khe mủ - nơi lưu thông mủ giữa vỏ cùi và thịt củ. Lớp tiếp
nối là tầng sinh gỗ, với củ phát triển bình thường thì lớp này chỉ rõ sau khi
luộc. Sau tầng sinh gỗ là thịt gỗ.
- Thịt sắn:
Thịt sắn chiếm khoảng 90 – 95% khối lượng củ. Thịt củ sắn chứa nhiều
tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh
(

Đồ án tốt nghiệp
dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzym chứa ở thịt củ tuy không
nhiều chỉ 10 – 15% so với chúng có.
- Lõi sắn:
Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài, thành phần chủ yếu là
xenlullose. Lõi có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ,
đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.
)*#)+),#) )/00123'#
Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20 – 34%, protein 0,8 –
1,2%, chất béo 0,3 – 0,4%, xenlulose 1 – 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol
0,1 – 0,3% và nước 60 – 74,2%.
Sắn khô: nước 13,12%, protit 0,205%, gluxit 74,74%, chất béo 0,41%,
xenlullose 1,11%, tro 1,69%. Ngoài các chất kể trên trong sắn còn có một
lượng vitamin và độc tố. Vitamin trong sắn chủ yếu là vitamin nhóm B, trong
đó B
1
và B
2
mỗi loại chiếm 0,03mg%, còn B
6
0,06mg%. Các vitamin này sẽ
bị mất một phần khi chế biến nhất là khi sản xuất rượu.
Độc tố trong sắn có tên chung là phazeolunatin gồm 2 glucozit:
linamarin (C
10
H
17
O
6
N), lotaustalin (C

11
H
19
O
6
N). Hàm lượng chung của
phazeolunatin chỉ vào khoảng 0,001 – 0,004mg% và chứa nhiều trong sắn
đắng.
Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô. Ngoài sắn chúng
ta còn dùng ngô, gạo, tấm để sản xuất ra cồn có chất lượng cao, dùng pha chế
các loại rượu cao cấp và xuất khẩu.
4
5 67.
Ngô được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như trung Mỹ,
Châu Á Hạt ngô chứa nhiều tinh bột, một ít đường dùng để sản xuất rượu
etylic rất tốt.
Cấu tạo của hạt ngô gồm 2 phần: phôi và nội nhũ.
8
Đồ án tốt nghiệp
Phôi chiếm khoảng 12 – 15% trọng lượng hạt, còn lại 85 – 88% là nội
nhũ. Tinh bột ngô chủ yếu nằm trong nội nhũ, gần 90% chất béo tập trung ở
phôi, 30% protein và 80% muối khoáng của hạt tập trung ở phôi.
)*#)+),#)92)/0012#4
Thành phần hóa học của ngô hạt khác nhau tùy theo giống ngô, phương
pháp, kỹ thuật trồng trọt và khí hậu.
Trong hạt ngô, nước chiếm 14%, protit 10%, chất béo 4,6%, gluxit
67,9%, xenlulose 2,2%, tro 1,3%.
Tinh bột ngô chủ yếu nằm trong nội nhũ, trong đó khoảng 10 – 15% là
amyloza và 85 – 90% là amylopectin. Ngoài ra, trong tinh bột ngô có 0,5 –
0,6% axit béo. Các hợp chất chứa nito trong hạt ngô hầu hết là protein, phần

lớn thuộc nhóm zein, ngoài ra còn có prolamin, glutein, albumin hầu như
không có, glubolin chiếm khoảng 0,4% trọng lượng hạt.
Gluxit trong ngô gồm: tinh bột 43,47 – 67,8%, đường 1,76 – 4,62%,
dextrin và protein 1,09 – 14,67%.
Tóm lại, thành phần hóa học của ngô chủ yếu gồm: tinh bột và protit,
ngoài ra còn có chất béo, đường, tro và xenlulose.
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của các loại ngô (%)
Loại
ngô
Nước Protit Tinh bột Chất béo Tro Xenlulose
Ngô
vàng
2,5 8,3 68,4 5,1 1,6 4,1
Ngô đá 13 7,2 72,6 4,1 1,1 2
Protit: Nito trong thành phần của ngô gồm cả nito thuộc protit và nito phi
protit. Nito thuộc protit là chủ yếu, nito phi protit chiếm 1,3 – 3,7% lượng nito chung.
Protit của ngô gồm globulin, gluten và prolamin, albumin hầu như
không có, trong đó chủ yếu là prolamin.
Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột ngô: 56 – 57,5
0
C. Tỷ số chiết suất 1,5222
và hệ số quay cực riêng của dung dịch tinh bột thủy phân 201,5.
:
Đồ án tốt nghiệp
(;<0
Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng rộng rãi với nhiều mục
đích.
Trong quá trình công nghệ, nước dùng để xử lý nguyên liệu, nấu
nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp
nước cho lò hơi…Ngoài ra, nước còn dùng cho sinh hoạt, chữa cháy trong

khu vực sản xuất.
Trong công nghệ, yêu cầu chất lượng nước giống như nước sinh hoạt,
độ cứng không quá 7mg/l, phải trong suốt, không màu, không mùi. Hàm
lượng muối không vượt quá các yêu cầu sau (mg/l):
Fe ≤ 0,3 F ≤ 3
Mg ≤ 125 Cl ≤ 0,5
Mn ≤ 0,05 As ≤ 0,05
Pb ≤ 0,1 NO
3
≤ 35
Cu ≤ 3 SO
4
≤ 60 – 80
Zn ≤ 5
Không cho phép có NH
3
và muối của axit nitric.
Không có kim loại nặng như Hg, Ba, Cr…
Không có sunfua hidro (H
2
S), chất cặn ≤ 1mg/l.
Nước dùng chứa lượng muối khoáng thấp 40 – 50 mg/l, tạp chất hữu cơ
khoảng 2 – 100 mg/l. Nước ngầm hàm lượng muối khoáng nhiều hơn 500 –
3000mg/l, hàm lượng chất hữu cơ không vượt quá 4mg/l và vi sinh vật hầu
như không có.
Trong công nghiệp sản xuất rượu, độ cứng trong nước quá lớn ảnh
hưởng đến quá trình nấu nguyên liệu, đường hóa và lên men. Đối với nước
cung cấp cho lò hơi phải là nước mềm.
85==>#
?

Đồ án tốt nghiệp
Là tác nhân cơ bản gây ra quá trình lên men rượu. Thường sử dụng nấm
men thuộc họ Saccharomyces cerevisiae.
Để sản xuất rượu từ nguyên liệu chứa tinh bột ngày nay người ta sử
dụng các loài sau:
- Chủng Sacchacomyces cerevisiae N
0
12 (tách từ nhà máy lên men
bánh mỳ 1902). Tế bào hình tròn, hình trứng sinh sản bằng cách nảy chồi ở
25
0
C trong một ngày có thể hình thành bào tử (từ 1 – 4 bào tử). Nấm men này
sinh sản mạnh ở 12 giờ đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên men rất nhanh.
Chúng có khả năng lên men glucoza, fructoza, galactoza, cazarona, mantoza
và 1/3 rafinoza. Khi lên men có thể tích lũy trong môi trường 13% rượu.
- Chủng Saccharomyces cerevisae N
0
2 (tách ra năm 1889 từ Linder
trong một nhà máy rượu). Đây là chủng được ứng dụng trong sản xuất rượu
và các ngành sản xuất khác. Tế bào của nó hình dài, hình trứng, kích thước
lớn và sinh sản bằng cách nảy chồi. Ở 25
0
C trong 30 giờ nuôi cấy có thể tạo
thành bào tử (thường trong tế bào có 3 bào tử) lên men được các loại đường
nhưu chủng N
0
12 nhưng khả năng sinh sản kém hơn.
Nấm men dùng sản xuất rượu là loại vi sinh vật đơn bào giống
Saccharomyces. Nhiệt độ tối ưu cho sinh sản của chúng là 25 – 30
0

C. Nấm
men rượu ngừng hoạt động ở 40
0
C và cơ thể dần ở nhiệt độ thấp.
@#+)A=
Cồn etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có vị
cay, có mùi đặc trưng, hút mạnh dễ bay hơi.
Cồn etylic hòa tan trong nước theo bất kỳ tỷ lệ nào theo sự tỏa nhiệt và
co thể tích. Hòa tan được một số hợp chất vô cơ và chất khí nhưng không hòa
tan được tinh bột và disacarit.
Một số thông số vật lý của cồn nguyên chất:
Khối lượng riêng: 0,7894 (g/cm
3
)
Nhiệt độ sôi: 78,32
0
C
Năng suất tỏa nhiệt: 7100 (Kcal/kg)
B
Đồ án tốt nghiệp
Nhiệt độ đóng băng: -117
0
C
Tác dụng được với oxy, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, các axit.
Cồn etylic có tính chất sát trùng và là dung môi hữu cơ vì vậy được ứng
dụng nhiều trong ngành y tế và hóa chất.
CDE
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.
F);G#+)-+6H#)I+)92)/0
Nguyên liệu chính để tổng hợp rượu Etylic là Etylen, hiện nay nước ta
chưa sản xuất phương pháp này.
F);G#+)-+$"#=>#JK#L%3%#)LM6
Từ nguyên liệu chứa tinh bột như: sắn, ngô, khoai, gạo sử dụng
phương pháp lên men bằng vi sinh vật.
Quá trình sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột thì thành phần quan
trọng nhất là gluxit lên men được gồm tinh bột và một số đường. Để thủy
phân tinh bột thành đường có nhiều phương pháp khác nhau. Hiện nay,
phương pháp đường hóa với tác nhân là chế phẩm Enzym Termanmyl – 120L
N
Đồ án tốt nghiệp
để thủy phân tinh bột. Đây là chế phẩm dạng lỏng chứa α – enzym amylaza
được sản xuất từ vi khuẩn Bacilis Lichenformis của công ty Novo Đan Mạch.
Enzym α – amylaza xúc tác quá trình thủy phân liên kết α – 1,4 glucozit một
cách ngẫu nhiên vì vậy tinh bột nhanh chóng bị thủy phân thành các phân tử
lượng thấp làm dịch hóa nhanh, xúc tác quá trình đường hóa nhằm tích tụ
đường cho quá trình lên men.
Phương pháp này có ưu điểm:
Hiệu suất thu hồi cao (khoảng 93% so với lý thuyết)

Sử dụng ít enzym ( 0,02 – 0,03% so với khối lượng tinh bột)
Rút ngắn chu kỳ sản xuất
Dịch đường thu hồi sau công đoạn đường hóa được đưa đi lên men rồi
chưng cất, tinh chế để thu hồi cồn.
(CO!0) !P#04##)&
(GQRSO!0) !P#04##)"
Dịch sau đường hóa
Làm lạnh Men giống
Thu hồi CO
2
Lên men Men sản xuất
Dấm chín
( ) !T6=%#)6U#04#Q.7#
(*=$7#)
Mục đích: Hạ nhiệt độ của khối dịch đường hóa xuống nhiệt độ thích hợp cho
nấm men hoạt động (28-32
0
C).
("#=>#
a. Mục đích
Dịch đường dưới tác dụng của nấm men, đường biến thành rượu và
CO
2
cùng một số sản phẩm trung gian khác.
V
Đồ án tốt nghiệp
b. Chọn chủng nấm men và sản xuất men giống
- Khi chọn chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có những tính chất sau:
• Tốc độ phát triển nhanh.
• Lên men được nhiều loại đường khác nhau và tốc độ phát triển

nhanh. Chịu nồng độ lên men cao đồng thời bị ức chế bởi những sản phẩm
của quá trình lên men, tức là lên men đạt nồng độ rượu cao.
• Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường, chịu
được chất sát trùng.
• Đòi hỏi lên men được ở nhiệt độ tương đối cao đặc biệt là ở nước ta.
• Để có được một chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên thường phải
trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hóa, đột biến…lâu dài, công phu và phức tạp.
- Một số chủng nấm men lên men dịch đường hóa tinh bột thường gặp:
• Nấm men chủng II (Saccharomices cerevisiae Rasse II): Đặc biệt
của loại này trong tế bào có nhiều hạt glycogen, không bào lớn, hình thành
bào tử nội sinh ít và chậm, sinh bọt nhiều và thích nghi trong môi trường acid
thấp, có sức đề kháng cồn cao.
• Nấm men chủng XII (Saccharomices cerevisiae Rasse XII) Đặc biệt
nấm men này không bào nhỏ, ít sinh bọt, tế bào hình trứng, lên men được ở
nhiệt độ cao và nhiều loại đường. Có thể lên men đạt 13% rượu trong môi
trường. Đây là loại nấm men lên men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ
dịch lên men (dạng sương mù) không tạo thành đám trắng.
• Nấm men MTB: Được phân bố tại nhà máy rượu Hà Nội từ men
thuốc bắc. Đặc điểm: tế bào hình bầu dục, là loại nấm men đa bội có thể hình
thành 2 – 4 bào tử trong tế bào. Có thể lên men được nhiều loại đường và lên
men được ở nhiệt độ cao, chịu được độ acid cao, nồng độ rượu 12 – 14%.
- Sản xuất nấm men:
Bước 1: Trong phòng thí nghiệm:
Môi trường dùng malt đại mạch. Malt đại mạch nghiền nhỏ cho tỉ lệ
nước/malt là 5/1, khuấy và tăng nhiệt độ lên 50 – 55
0
C, giữ trong 15 – 20
phút. Tiếp theo tăng nhiệt độ lên 60 – 65
0
C, giữ trong 15 – 20 phút. Tiếp đó

W
Đồ án tốt nghiệp
tăng nhiệt độ dịch đường hóa lên 70
0
C và duy trì cho tới khi đường hóa hoàn
toàn. Đường hóa xong đem lọc qua giấy hoặc vải dùng nước và H
2
SO
4
để
điều chỉnh nồng độ dịch đường 13 – 16%, pH = 4,5 – 5.
Dịch đường hóa được phân bố vào ống nghiệm thể tích 10ml, sau đó
chuyển vào bình tam giác 250ml, vào bình cầu 900ml phải nút bông bình.
Khi chuyển từ bình này qua bình kia cần đảm bảo nghiêm ngặt điều kiện vô trùng.
Bước 2: Nhân giống trong sản xuất:
Nhân giống để đủ số lượng cần dùng cho sản xuất. Môi trường thường
dùng để gây men trong sản xuất thường lấy từ thùng đường hóa. Nhưng cần
đường hóa thêm để đảm bảo lượng đường 60g/l.
c. Cơ chế lên men:
- Cơ chế hóa lý:
Quá trình lên men rượu là quá trình yếm khí, chuyển hóa đường thành
rượu, giải phóng CO
2
và tỏa nhiệt.
Khi đủ lượng tế bào nấm men nhất định, lúc này xảy ra sự lên men
rượu. Nấm men hấp thụ chất đường, chất màu và các hợp chất khác. Các chất
dinh dưỡng được hấp thụ vào trong tế bào, dưới tác dụng của hệ enzym
amylaza biến đường thành rượu và CO
2
.

Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua
màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ nào nên khuếch tán rất
nhanh. CO
2
cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hòa tan không lớn. Khi bão
hòa, CO
2
bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO
2
to đến
mức độ nhất định và khối lượng CO
2
rất bé so với khối lượng của tế bào nấm
men thì bọt khí và tế bào nấm men cũng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến
bề mặt của dung dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO
2
thoát ra
ngoài, tế bào nấm men lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên
đã làm cho tế bào nấm men từ trạng thái không chuyển động sang trạng thái
chuyển động làm tăng quá trình tiếp xúc giữa nấm men và các chất tăng
nhanh quá trình lên men.

Đồ án tốt nghiệp
- Cơ chế sinh hóa:
Đầu tiên do xúc tác của enzym glucokinaza, gluco kết hợp với gốc
photphat của phân tử ATP để tạo thành gluco – 6 – photphat và ADP:
C
6
H
12

O
6=
+ ATP ↔ CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
4
CHO + ADP
Tiếp theo gluco – 6 – photphat do tác dụng của enzym đồng phân gluco
photphat izomelaza sẽ biến thành fructozo photphat:
CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
4
CHO ↔ CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
3
COCH

2
OH
Dưới tác dụng của enzym photphat fructo kinaza phân tử ATP thứ hai sẽ gắn
thêm vào gốc photphat tạo thành fructo 1,6 – diphotphat và phân tử ADP thứ hai.
CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
3
COCH
2
OH ↔ CH
2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
O(H
2
PO
3
) +
ADP
Sự tạo thành phân tử 1,6 diphotphat đánh dấu kết thúc giai đoạn chuẩn
bị của lên men rượu.

Giai đoạn tiếp theo là sự cắt mạch các leon của fructo diphotphat thành
2 phân tử trioza aldehit glycerit và photphodioxyaceton dưới xúc tác của
aldolaza:
CH
2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
O(H
2
PO
3
) ↔
CH
2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
OH
+CH
2
O(H
2
PO

3
)CHOHCHO
Hai phân tử aldehyt triphotpho glyceric lại oxy hóa. Phản ứng này có
sự tham gia của axit photphoric trong canh trường nhờ xúc tác của enzym
triphotphat dehidronaza:
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCHO + 2H
3
PO
4
+ 2NADH
+
→
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOO H
2
PO
3
+
2NAD.H

2
Tiếp theo với sự tham gia của photpho glyceratkinaza gốc photphat
chứa cao năng của phân tử acid 1,3 diphotphat glyceric sẽ chuyển vào phân tử
ADP. Kết quả 3 – photphat gliceric tạo thành còn ADP nhận thêm năng lượng
biến thành ATP:

Đồ án tốt nghiệp
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOO H
2
PO
3
+ 2ADP → 2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOOH +
2ATP
Sau đó do tác dụng của enolaza, acid 2 – photpho glyceric sẽ mất nước
và biến thành acid photpho piruvic:
2CH
2
OCHOH(H

2
PO
3
)COOH ↔ CH
3
CO(H
2
PO
3
)COOH + 2H
2
O
Sau đó acid photpho piruvic không bền mất nước tạo thành acid
piruvic:
CH
2
O - CO(H
2
PO
3
)COOH + ADP → CH
3
– COCOOH + ATP
Giai đoạn tiếp theo acid pyruvic lại decacboxyl và tạo thành aldehyt axetic:
2CH
3
COCOOH → 2CH
3
CHO + CO
2

Giai đoạn cuối cùng của lên men rượu là aldehit acetic bị khử bởi NAD.H
2
:
2CH
3
CHO + NADH
2
→ 2CH
3
CH
2
OH + 2NAD
Phương trình tổng quát của lên men rượu:
C
6
H
12
O
6
→ 2CH
2
CH
3
OH + 2CO
2
Tiến hành lên men rượu:
Thực hiện lên men liên tục: Đặc điểm của lên men liên tục là dịch
đường và men giống 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 sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa dấm chín.

Sơ đồ bố trí lên men liên tục như sau:
(
Đồ án tốt nghiệp
CO2
1
2
5
6
3
4
Có 2 thùng gây men cấp I có dung dịch bằng 25 – 30% so với thùng
gây men cấp II. Thùng cấp II có dung dịch bằng 30 – 60% thùng lên men
chính. Các thùng gây giống cấp I được đặt phía trên thùng cấp II để dễ dàng
tự chảy. Thùng gây giống cấp II đặt cao hơn thùng lên men chính. Khi bắt đầu
sản xuất ta sử dụng men giống ở 2 thùng cấp I lệch nhau khoảng 3 – 4 giờ.
Khi giống đạt yêu cầu ta tháo xuống thùng cấp II. Thùng vừa được giải phóng
cần được vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó thanh trùng
dịch ở 75
0
C rồi axit hóa tới độ chua 1,8 – 2,4g H
2
SO
4
/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%. Ở thùng gây men giống cấp II ta
tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hóa tới độ chua 1 – 1,25g H
2
SO
4

/l rồi
để cho lên men tiếp tới khi độ biểu kiến còn 5 – 6%.
Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp II vào một trong hai thùng lên men chính
rồi tiếp tục cho dịch đường hóa vào. Dịch lên men tiếp tục chảy từ thùng lên
men chính sang các thùng lên men phụ cho tới thùng cuối cùng thì lên men
kết thúc, ta thu được dấm chín. Tổng thời gian lên men 65 – 75h.
2.3.2.3 Các chỉ tiêu của dấm chín
8
Đồ án tốt nghiệp
- Độ lên men: là nồng độ chất hòa tan trong dung dịch lọc dấm chín,
được biểu diễn theo độ Saccharometre. Dụng cụ này được thiết lập vào dung
dịch Saccaroza tinh khiết, mỗi độ ứng với 1% khối lượng. Do đó, độ lên men
khi đo bằng Saccharometre chỉ là gần đúng và là quy ước để so sánh.
- Độ lên men biểu kiến: khi đo nồng độ dịch lọc ở 20
0
C (đo bằng Bx,
Be,Sac kế) trong điều kiện dấm chín còn chứa rượu, CO
2
, các chất hòa tan.
Nếu tốc độ lên men tốt thì cồn nhiều, lượng chất khô ít, CO
2
hòa tan nhiều thì
tỉ trọng càng ngày càng giảm. Thậm chí nếu những loại mẻ tốt, nguyên liệu
tốt thì độ lên men biểu kiến có thể âm. Độ lên men được đo thường xuyên
trong ca sản xuất, sau đó quyết định thùng này cất hay chưa cất.
- Độ lên men thực tế: được xác định sau khi chưng cất và đuổi hết khí
CO
2
và cồn, tạp chất bay hơi. Nghĩa là trong dịch lên men còn chất tan, nước,
sau đó châm nước vào bằng thể tích ban đầu và sử dụng Bome kế để đo.

a.Đường sót sau lên men
Hiện nay các nhà máy thường xác định đường sót bằng cách chuẩn trực
tiếp dịch lọc dấm chín rồi từ đó suy ra lượng đường sót chứa trong 100ml
dấm chín. Cách làm này đơn giản và cho phép so sánh một cách tương đối
hiệu quả lên men giữa các thùng trong điều kiện như nhau.
b.Độ chua dấm chín
Lên men rượu độ chua chỉ tăng 0,2% so với trước khi lên men.
c.Nồng độ rượu trong dấm chín
Nồng độ rượu trong dấm chín cao hay thấp phụ thuộc dịch cháo đặc
hay loãng và kết quả của các giai đoạn nấu, đường hóa, lên men. Tùy theo
điều kiện công nghệ và thiết bị, bình thường hiệu suất lên men phải đạt 90 –
94% so với lượng tinh bột đưa vào nấu. Nồng độ rượu trong dấm đạt từ 6 –
9,5%.
Sau khi lên men xong tiến hành chưng cất tách rượu và tạp chất dễ bay
hơi ra khỏi dấm chín và cuối cùng nhận được cồn thô và bã rượu.
:
Đồ án tốt nghiệp
(8) )R%X;I Y6!$%06X.#Z

[)%$"#=>#
Quá trình lên men rượu, lượng CO
2
sinh ra gần 95% so với khối lượng
rượu, CO
2
sớm bão hòa trong dịch lên men. CO
2
thoát ra ngoài sẽ mang theo
rượu etylic khoảng 0,5÷1,2%. Do đó tránh tổn thất ta tiến hành thu hồi rượu
trong CO

2
bằng cách sủ dung thiết bị hấp thụ rượu trong CO
2
. Nguyên lý của
thiết bị là dựa vào sự hòa tan vô hạn của rượu etylic trong nước còn CO
2
ít
hòa tan trong nước.
?
Đồ án tốt nghiệp
(\D]^_
( ]%` QR#)M+$%&
]@#(Kế hoạch sản xuất của nhà máy
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nguyên
liệu
X X X X X X X 0 X X X X
Tháng 8 nhà máy ngừng hoạt động để vệ sinh, sữa chữa thiết bị hư
hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác nhằm làm cho quá trình sản xuất được
hiệu quả.
(]%` QR3@#a 56012#)*=-!
Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc ngày 3 ca.
Số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các ngày chủ
nhật, các ngày lễ, tết.
]@#( Biểu đố sản xuất của nhà máy
Tháng
1
1
2
2

3
3
4
4 5
6
6
7
7
8
8
9
9
1
10
1
11 12
Số
ngày
sản
xuất
1
27
2
23
2
27
2
25
2
27

2
26
2
27
0
0
2
25
2
27
2
26
2
26
Số ca
sản
xuất
8
81
6
69
8
81
7
75
8
81
7
78
8

81
0
0
7
75
8
81
7
78
7
78
Tổng số ngày sản xuất: 286 ngày
Tổng số ca sản xuất: 858 ca
((b#)0O#JK#3@#+)A=
((-06)4#3c[d6) M6
Năng suất: 1500m
3
dấm chín/ngày”.
B
Đồ án tốt nghiệp
Thành phần nguyên liệu: 50% ngô + 50% sắn.
Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%.
Nồng độ dịch lên men: 16%.
Hiệu suất đường hóa: 95%.
Hiệu suất lên men: 95%.
Hiệu suất chưng cất tinh chế: 98%.
Hiệu suất tổng thu hồi: η = η
dh
+ η
lm

+ η
cc
= 0,95 + 0,95 + 0,98 = 0,894 x η =
84,4%.
((O#JK#3@#+)A=
Giả sử qua các công đoạn của dây chuyền sản xuất có tổn hao với các mức
sau:
Bảng 3.3. Bảng tiêu hao qua các công đoạn
Stt Công đoạn Tiêu hao (theo % chất khô)
1
Nghiền 1%
2
Nấu 3%
3
Đường hóa 3%
4
Lên men 2%
Bảng 3.4. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu
Nguyên liệu Độ ẩm Hàm lượng tinh bột
Ngô
10% 60%
Sắn
13% 60%
3.3.3 Tính cân bằng vật chất cho 100kg nguyên liệu
3.3.3.1 4#Q.7##)%P#
1.Lượng chất khô có trong nguyên liệu:
Ngô:
(kg) 45 =
−
100

)10100.(50
N
Đồ án tốt nghiệp
Sắn:
50.(100 13)
100
−
= 43,5 (kg)
→ Tổng lượng chất khô là: 45 + 43,5 = 88,5 (kg)
2.Lượng chất khô còn lại sau khi nghiền:
Ngô:
45.(100 1)
44,55( )
100
kg
−
=
Sắn:
)(07,43
100
)1100(5,43
kg=
−
→ Tổng lượng chất khô còn lại: 44,55 + 43,07 = 87,62 (kg)
((( 4#Q.7##5
Hàm lượng tinh bột:
Ngô : 44,55.0,6 = 26,73 (kg),
Sắn : 43,07.0,6 = 25,839 (kg).
Tổng hàm lượng tinh bột: 26,73 + 25,839 = 52,569 (kg).
Hàm lượng chất khô còn lại sau khi nấu:

Ngô :
)(214,43
100
3100
.55,44 kg=
−

Sắn :
)(778,41
100
3100
.07,43 kg=
−
.
Tổng lượng chất khô còn lại: 43,214 = 41,778 = 84.992 (kg).
(Lượng nước nấu.
Lượng nước bổ sung vào khi nấu để sau khi nấu dịch đạt nồng độ 18%:
Ta có :
100.%
dd
ct
m
m
C =
Nên :
2
84,992.100
18
84,992
H O

m
=
+

Suy ra:
2
387,186
H O
m∑ =
kg
Mà
=∑
OH
m
2
m
H2O ngưng tụ
+ m
H2O nguyên liệu
+ m
H2O thêm vào
Trong đó m
H2Onguyên liệu
=
5,11100
2100
)1013(
=×
×
+

(kg)
V
Đồ án tốt nghiệp
Hơi nước trung bình tiêu tốn 2kg cho 1kg nguyên liệu. Lượng nước ngưng tụ
ta lấy bằng 50% lượng hơi dùng. Vậy lượng nước ngưng tụ là:
M
H2O ngưng tụ=
100
100
501002
=
××
(kg)
M
H2O thêm vào
=
387,186 11,5 100 275,7− − =
(kg)
8. Khối lượng hỗn hợp trước khi nấu

44,55 43,07 275,7 11,5 374,82
hh
m = + + + =
(kg)
:.Khối lượng hỗn hợp sau khi nấu

41,778 43,214 387,186 472,034
sn
m = + + =
(kg)

((((4#Q.7#Q;e#)92
Lượng chế phẩm amylaza (mốc) dùng để đường hóa:
Lấy 10% so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu.

52,569 10
5,2569
100
×
=
(kg)
. Lượng tinh bột chuyển hóa thành đường, hiệu suất 95%

95 52,569
49,94
100
×
=
(kg)
(. Khối lượng dịch trước khi đường hóa

472,034 5,2569 477,3
dd sn amylaza
M m m= + = + =
(kg)
8. Lượng chất sát trùng
Na
2
SiF
6
bổ sung trong quá trình đường hóa, lấy 0,25% so với khối lượng dịch

trước khi đường hóa:

477,3 0,25
1,193
100
×
=
(kg)
:. Khối lượng dịch sau khi đường hóa

477,3 1,193 478,5+ =
(kg)
Hao hụt 3% khối lượng dịch, nên khối lượng dịch sau khi đường hóa là:
W
Đồ án tốt nghiệp

478,5 (100 3)
464,145
100
× −
=
(kg)
(((84#Q.7#$"#=>#
.Thể tích dịch lên men :
ρ
m
V =
.
Khối lượng riêng dịch đường Bx = 16% là 1,065 kg/lít
=>

464,145
435,817(
1,065
V = = lÝt) .
. Lượng dịch nấm men giống sử dụng ( lấy 10% lượng dịch lên men )

V
nấm men
=
10.435,817
43,6
100
=
(lít)

435,817 43,6 479,4V = + =
∑
(lít)
(Lượng dấm chín:
Qua lên men tiêu hao 2% so với thể tích dịch lên men (do CO
2
thoát ra)
100 2
479,4. 469,812( )
100
V l
−
= =
Khối lượng dấm chín M
dấm chín

=
464,145.(100 2)
454,8621
100
−
=
(kg)
8 Nồng độ cồn trong dịch dấm chín
Theo lý thuyết 100kg tinh bột thu được 72 lít rượu etylic, 100kg nguyên
liệu ban đầu có 60 kg tinh bột ( tinh bột chiếm 60% ).
Lượng rượu trong 100 kg nguyên liệu theo lý thuyết là:

2,43
100
6072
=
×
(lít)
Hiệu suất tổng thu hồi sau khi lên men :
0,95 0,95 0.9025× =
Lượng rượu thực tế trong dấm chín tính cho 100 kg nguyên liệu:
V
rượu
=
43,2 0,9025 38,988× =
(lít)
Vậy nồng độ cồn trong dấm chín :
38,988
100 8,31%
469,812

V× =
:. Lượng khí CO
2
thu được trong quá trình lên men

Đồ án tốt nghiệp
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ Q
V
CO2
=
38,988 88
37,293
92
×
=
(lít)
(8O#JK#6X.#3@#a 56f+)O#a;f#$"#=>#g#h#3 56:WW=
(


Si0)S5=0)b#j#*!k
1. Thể tích dịch lên men: V=1500 m
3
Ta có cứ 100 kg nguyên liệu thì thu được 435,817 lít dịch lên men. Vậy
có 1500m
3
=1500000 lít dịch dấm chín trong một ngày thì có một lượng
nguyên liệu nấu trong một ngày là:

1500000 100
344181,16
435,817
m
×
= =
(kg)
2. Lượng dịch nấm men giống sử dụng trong một ngày ( lấy 10% lượng
dịch lên men )
V
nấm men
=
10.1500000
150000
100
=
(lít)
3. Lượng dấm trước khi chưng cất, tinh chế trong một ngày
V
dấm chín

=
344181,16 469,812
1617004,4
100
×
=
(lít)
Khối lượng dấm chín:
M
dấm chín
=
344181,16 454,8621
1565549,65
100
×
=
(kg)
4. Lượng khí CO
2
thoát ra trong một ngày

344181,16.37,293
128355,5
100
=
(lít)
5. Lượng rượu thu được ở dấm chín trong một ngày

344181,16.38,988
134189,35

100
=
(lít)
]@#(:]@#6H#[T6

Đồ án tốt nghiệp
TT Nguyên liệu, thành
phẩm, bán thành phẩm
Tính cho 100kg
nguyên liệu
Tính cho 1 ngày
01 Lượng nguyên liệu 100kg 344181,16 kg
02 Thể tích dịch lên men 435,817 lít 1500000 lít
03 Lượng dịch nấm men 43,6 lít 150000 lít
04 Khối lượng dấm chín 454,8621 kg 1565549,65 kg
05 Rượu trong dấm chín 38,988 lít 134189,35lít
06 Khí CO
2
thu được 37,293 lít 128355,5lít
07 Độ cồn trong dấm chín 8,31%V
8
\lmn]o
(
Đồ án tốt nghiệp
84#Q.7#$"#=>#
8)`6b0)6)p#$"#=>#
Số lượng thùng lên men được xác định:
1
24
+

∑
=
τ
nN
Trong đó: n là số thùng lên men trong 1 ngày, n=6

τ
∑
: Tổng thời gian cần thiết cho 1 chu kỳ lên men 60 giờ

1
24
60
6
+=
N
= 16 thùng
Thể tích thùng lên men chính :
ϕ
×
=
n
V
V
tb
m
3
V: tổng số dịch lên men trong một ngày
n: số thùng lên men trong một ngày.
ϕ

: hệ số chứa đầy, chọn
ϕ
=0,85
Lượng dịch lên men trong một ngày, V=1500m
3
1500
294,117
6 0,85
tb
V
= =
×
m
3
8q 2#)&0-0[b0)6);<00GJ@#0126)p#$"#=>#
H = ( 1,2 – 1,5) .D
h
1
= (0,15 – 0,3) . D
h
2
= ( 0,1 – 0,1125) . D
Trong đó:
- D là đường kính thùng lên men chính.
- H là chiều cao phần hình trụ của thùng, chọn H = 1,5.D
- h
1
là chiều cao đáy thùng, chọn h
1
= 0,2.D

- h
2
là chiều cao nắp thùng, chọn h
2
= 0,1.D
Chọn thiết bị có đáy và nắp thùng hình chõm cầu.
Thể tích thùng được tính:
8
Đồ án tốt nghiệp
V
lên men
= 0,785 . D
2
.( H + h
1
+ h
2
) = 0,785 . D
2
. ( 1,5 .D + . D)
V
lên men
= 1,256 .D
3
Suy ra: D
3
=
294,117
234,17
1,256

=

=> D = 6,1 (m)
Vậy:
h
1
= 0,2 . 6,1 = 1,22(m)
h
2
= 0,1 . 6,1 = 0,61(m)
H = 1,5 . 6,1 = 9,15 (m)
Chiều cao thiết bị: H
tb
= H + h
1
+ h
2
= 9,15 + 0,61+ 1,22 = 10 (m)
8()p#O!=>#05+r
8()p#O!=>#05+
Chọn số lượng thùng gây men cấp II là 2 thùng, thùng gây men cấp II
có dung tích bằng 30% thùng lên men chính.
V
II
= 30% .V
lên men
= 30% . 294,117= 88,23(m
3
)
Thùng có dạng đáy, nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường

kính tương tự thiết bị lên men chính.
V
II
= 0,785 . D
II
2
. ( H
II
+ h
II1
+ h
II2
) = 1,256. D
II
3
V
II
= 1,4915 . D
II
3
Suy ra: D
3
=
88,23
70,247
1,256
=

=> D
II

= 4 (m)
Suy ra: H
II
= 1,5 . 4= 6 (m)
: