Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất lên men cồn từ nguyên liệu bột sắn luận văn tốt nghiệp đại học

trờng đại học vinh
khoa hoá học
------?&@------

đồ án tốt nghiệp
Tên đề tài:

nghiên cứu một số yếu tố ảnh hởng tới hiệu suất lên
men cồn từ nguyên liệu bột sắn

Giáo viên hớng dẫn: ThS.

Đào Thị Thanh

Xuân
Sinh viên thực hiện :
Lớp

Võ Thị Lợi

: 47K - C«ng nghƯ thùc phÈm

1


Vinh, tháng 12 năm 2010
M U
1. Lý do chn tài
Ngành sản xuất rượu cồn giữ một vị trí quan trọng trong ngành kinh tế quốc
dân không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên thế giới. Đây là ngành sản xuất có hiệu quả,
thu hút nhiều lao động và có tiềm năng phát triển lớn. Trong những năm gần đây, tốc

độ tăng trưởng của tồn ngành đạt trung bình 15% năm, và ngành đã giải quyết công
ăn việc làm cho trên 50.000 lao động tại các cơ sở sản xuất. Cùng với sự phát triển của
ngành đã kéo theo sự phát triển của các ngành có liên quan như : nơng nghiệp, cơng
nghiệp, cơ khí, bao bì, điện lạnh, thương mại dịch vụ...
Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển và nhu cầu về cồn chất lượng càng
cao đặc biệt là cồn nhiên liệu. Nước ta là một nước nông nghiệp, nguyên liệu từ tinh
bột rất phong phú và sẵn có nên nhu cầu xây dựng nhiều nhà máy cồn từ tinh bột là
cần thiết và đạt được hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy chúng tơi đã chọn đề tài: "
Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất lên men cồn từ nguyên liệu bột
sắn ".
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Với đề tài " Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất lên men cồn
từ nguyên liệu bột sắn " được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu các yếu tố ảnh
hưởng đến q trình lên men, từ đó đưa ra biện pháp nhằm nâng cao hiệu suất lên men.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu được thực hiện trên sắn lát phơi khô của Thanh Ngọc - Thanh
chương.
- Chủng nấm men khô và chủng nấm men của nhà máy cồn Xuân An.

2


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển ngành công nghiệp sản xuất rượu ở nước ta và
trên thế giới
1.1.1 Lịch sử phát triển rượu ở nước ta
Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ lâu đời, nhưng chưa có tài liệu nào
cho biết điểm khởi đầu. Sản xuất cồn rượu theo công nghiệp ở nước ta đã bắt đầu từ
năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng.
Trước cách mạng Tháng Tám ở nước ta có các nhà máy rượu Hà Nội, Hải

Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng. Tất cả đều sản xuất từ ngô, gạo
theo phương pháp amylo.
Sau ngày hồ bình lập lại (1955), các nhà máy khơng cịn thiết bị ngun vẹn
nên chính phủ ta tập trung cải tạo, sửa chữa thành nhà máy rượu Hà Nội với năng suất
6 triệu lít/năm.
Đến năm 1960, chúng ta có thêm hai nhà máy cồn từ rỉ đường là Việt Trì - Phú
Thọ và Sơng Lam - Nghệ An. Năng suất mỗi nhà máy là 1 triệu lít cồn quy 100 0/năm.
Trong những năm chống Mỹ cứu nước, các tỉnh và địa phương xây dựng thêm hàng
loạt các nhà máy rượu cơng suất 1 triệu lít/năm như Lục Ngạn - Hà Bắc, Hứng Nhân Thái Bình. Ngồi ra hầu hết ở các tỉnh cũng xây dựng các phân xưởng cồn cơng suất
nhỏ 100000lít/năm. Tổng năng suất của các nhà máy lớn nhỏ là 15 triệu lít/năm.
Sau năm 1975 chúng ta tiếp quản và xây dựng thêm các nhà máy rỉ đường và
một số cơ sở tư nhân khác. Năm 1980 - 1985 tổng lượng cồn sản xuất hàng năm là trên
30 triệu lít. Có thể nói, thời gian này lượng cồn rượu trong cả nước là lớn nhất, vừa
xuất khẩu vừa tiêu thụ trong nước.
Cồn của các nhà máy của nước ta làm ra nói chung chưa đạt TCVN - 71, nhưng
bản thân TCVN - 71 về cồn rượu cũng thuộc loại thấp so với các nước tiên tiến trên
thế giới. Hiện tại trên lãnh thổ Việt Nam chỉ có ba cơ sở làm ra cồn loại I thoả mãn
TCVN-71. Đó là Cơng ty rượu Đồng Xn Phú Thọ, Hà Nội và Bình Tây. Ngồi ba cơ
sở trên các cơ sở sản xuất còn lại chỉ đạt cồn loại II hoặc thấp hơn và hầu hết là cồn từ
rỉ đường. Muốn có cồn chất lượng cao thì phải có hệ thống chưng luyện tốt, đồng thời
cồn sản xuất từ nguyên liệu tinh bột có chất lượng cao hơn so với cồn từ mật rỉ.
Hiện nay nhu cầu về cồn rượu ngày càng tăng, không những cồn được pha chế
rượu uống mà còn dùng cồn tinh khiết để làm nhiên liệu sinh học rất hiệu quả thay thế
3


một phần nhiên liệu tự nhiên đang dần cạn kiệt. Đứng trước tình hình đó chúng ta cần
phải tìm được hướng đi đúng cho ngành sản xuất cồn Việt Nam.
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn trên thế giới
Thị trường etanol thế giới có xu hướng phân chia thành 2 vùng. Tại Châu Âu,

các nhà sản xuất ôtô tập trung vào công nghệ diesel và hầu hết phát triển trong lĩnh
vực liên quan đến diesel. Tại Brazil và Mỹ, etanol được pha vào xăng là mục tiêu
chính.
Nhu cầu cho etanol đang tăng lên nhanh chóng trên thế giới do giá dầu tăng cao
và sự khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học. Nhu cầu của các nước Châu Á dường
như cũng tăng lên với Nhật Bản và Hàn Quốc sẽ trở thành những nhà nhập khẩu lớn.
Chỉ riêng Hàn Quốc với việc pha xăng đạt cấp độ E5, họ cần tới 500 triệu lít và với
E10 họ cần tới 1 tỷ lít etanol. Trên lý thuyết, Việt Nam là nước có vị trí rất thuận lợi để
cung cấp cho những thị trường như vậy và có tiềm năng trở thành nhà sản xuất nhiên
liệu sinh học. Các điều kiện trồng trọt rất tốt và có nhiều đất và nước cho việc phát
triển nguyên liệu.
Mỹ và Brazil thống trị việc sản xuất etanol và tiêu thụ chúng với các kế hoạch
mở rộng sản xuất và đầu tư thiết bị tinh lọc. Việc sản xuất của Việt Nam cũng mở rộng
với các kế hoạch được công bố và kế hoạch nhiên liệu được ký bởi chính phủ vào năm
2007 nhưng với mục tiêu khá khiêm tốn so với khả năng sản xuất tới 2025.
Tại Việt Nam, cả diesel sinh học và etanol đang được lên kế hoạch sản xuất với
quy mô lớn. Sản lượng etanol của thế giới đạt khoảng 55 tỷ lít trong đó 45 tỷ lít là
etanol cấp độ nhiên liệu. Mỹ và Brazil đóng góp vào khoảng 16 tỷ lít mỗi nước và tiếp
theo là Trung Quốc và Ấn Độ. Bốn nước sản xuất hàng đầu đã chiếm tới 82% sản
lượng toàn cầu năm 2005. Etanol nhiên liệu sẽ tăng lên và đạt khoảng 63 tỷ lít vào
năm 2012. Với tỷ lệ tăng hàng năm là 5%.
Buôn bán etanol tồn cầu có tỷ trọng nhỏ với 3 tỷ lít một năm chiếm 6% sản
lượng. Nhập khẩu thống trị bởi Mỹ và Châu Âu. Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 thị
trường mới nổi tại Châu Á
Cùng với việc sản xuất, thương mại cũng tăng nhanh chóng. 16 quốc gia đã bắt
buộc pha etanol vào xăng do đó sẽ đảm bảo sự tăng nhanh chóng của thị trường
thương mại etanol.

4

Dòng thương mại etanol sẽ phản ứng với sự lớn mạnh của sản xuất và nhu cầu
nhập khẩu. Nếu các quốc gia thoả mãn mục tiêu nhiên liệu sinh học với sự gia tăng
thương mại khoảng 8 tỷ lít vào năm 2012 thì Nhật Bản sẽ trở nên thống trị trong các
quốc gia nhập khẩu etanol (75%) theo sau nước Mỹ và Châu Âu..
Nhật Bản và Korea là những nước nhập khẩu chính trong khu vực Châu Á. Cả
hai nước này sẽ tìm kiếm các nhà cung cấp trong khu vực Châu Á. Trong khi Brazil có
thể trở thành nhà cung cấp chính, các nước gần với Nhật Bản sẽ có thuận lợi về vận
chuyển. Gồm có China, Thái Lan, Úc và có thể là Ấn Độ. Xa hơn nữa là các nước có
tiềm năng trong khu vực Châu Phi.
Hầu hết etanol sẽ được tiếp tục bán dưới những hợp đồng dài hạn giữa nhà cung
cấp và thị trường và các cơng ty dầu khí. Theo như các nhà quan sát công nghiệp, 90%
tới 95% sẽ được bán với các hợp đồng từ 6 đến 12 tháng. Rất nhiều những hợp đồng
đã được fix giá nhưng một số lại liên quan đến giá xăng dầu. Một số được bán trên
những thị trường đen nơi mà giá lên xuống theo điều kiện khác nhau.
Tương lai của etanol được liệt kê bởi uỷ ban thương mại Chicago và cung cấp
một dấu hiệu cho xu hướng giá dự báo của etanol. Có thể thấy rõ xu hướng giá tăng
lên trong vòng vài năm gần đây dù cho nó đã có sự điều chỉnh từ tháng 8 năm 2006.
Các báo giá từ tháng 9 năm 2006 khoảng 70 cent/lít theo giá của Úc. Chúng là
những giá tác động đến etanol được cập cảng Mỹ hoặc giá CIF.
Báo giá tương lai tới tháng 12 năm 2007 có giá được bán là 1.77usd/ gallon.
Gía này là CIF tới cảng của Mỹ.
Tuy nhiên do giá cả mọi thứ đã tăng lên trên thế giới, đặc biệt giá dầu thô đăng
tăng vọt dẫn tới giá etanol tăng cao hơn trước đây rất nhiều.[7,11]
1.2. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất cồn rượu [3]
Để sản xuất cồn etylic người ta có thể dùng bất kỳ nguyên liệu nào chứa đường
hoặc polysaccarit nhưng sau thủy phân sẽ biến thành đường lên men được. Ngồi 2
ngun liệu thơng thường là tinh bột và rỉ đường thì chúng ta có thể dùng cả xenluloza
để thủy phân thành đường.
Yêu cầu chung về nguyên liệu chứa tinh bột:

- Hàm lượng tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao.
- Vùng nguyên liệu tập trung đủ thoả mãn nhu cầu sản xuất.
5


1.2.1. Thành phần hoá học của sắn
Về cơ bản củ sắn có 3 phần chính: vỏ, thịt củ, lõi sắn, ngồi ra cịn có cuống và
rễ củ.
Vỏ gồm: vỏ gỗ và vỏ cùi.
Thịt sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu đây là phần dự trữ chủ yếu
các chất dinh dưỡng của củ.
Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài thành phần lõi sắn chủ yếu là
xenlulo. 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.
Thành phần củ sắn tươi dao động 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 %
Nước : 60% ÷ 74,2 %
Ngồi các chất kể trên trong sắn còn chứa một lượng vitamin và độc tố.
1.2.2. Thành phần hoá học của nguyên liệu chứa tinh bột trong sản xuất rượu
Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được,
gồm tinh bột và một số đường. Gluxit trong tự nhiên được chia làm 3 nhóm chính là:
monosaccarit, oligoasaccarit và polysaccarit.
Monosaccarit là những gluxit đơn giản không thể thủy phân được. Trong đó lại
chia ra: monosaccarit trioza, tetroza, pentoza, hexoza và heptoza. Trong thiên nhiên
phổ biến nhất là hexoza và pentoza. Hexoza là gluxit lên men được, dưới tác dụng của

nấm men đa số hexoza sẽ biến thành rượu và CO 2. Pentoza thuộc loại gluxit không lên
men được, gồm arabinoza, riboza, và kxiloza ...khơng có khả năng chuyển hóa thành
rượu và CO2 dưới tác dụng của nấm men.
Oligosaccarit là những gluxit chứa từ 2-10 gốc monosaccarit. Trong thiên nhiên
phổ biến nhất là oligo chứa 2 hoặc 3 gốc mono. Đại diện cho disaccarit là maltoza và
saccaroza, còn đại diện cho trisaccarit là rafinoza. Maltoza và saccaroza dễ dàng

6


chuyển hóa thành rượu và CO2 dưới tác dụng hệ zymaza của nấm men, còn rafinoza
chỉ lên men được 1/3.
Polysaccarit là những gluxit chứa từ 10 gốc mono trở lên. Dưới tác dụng của
axit, nhiệt độ hoặc enzim sẽ bị thuỷ phân và tạo thành các phân tử thấp hơn là oligo
hoặc cuối cùng là monosaccarit.

1.3 Quy trình sản xuất cồn
Chuẩn bị dịch lên men, bao gồm nghiền và nấu nguyên liệu để thu được dịch
cháo chứa tinh bột hoà tan. Đường hố dịch cháo để biến tinh bột hồ tan thành đường
rồi làm lạnh đến nhiệt độ lên men.
Chuẩn bị men giống và tiến hành lên men dịch đường nhằm chuyển hoá đường
thành rượu và CO2 dưới tác dụng của zymaza nấm men.
Xử lý dịch lên men nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín.
Sau đó đem tinh luyện cồn thơ để cuối cùng nhận được cồn tinh chế.

Sắn khơ
Nghiền

Nấu ngun liệu
Dịch amylaza

Đường hóa

Lên men dịch đường

Chưng cất tinh chế

Cồn đầu

Cồn sản phẩm

7

Men giống sản suất

Men giống PTN

Dầu Fusel


1.3.1. Nghiền nguyên liệu [3]
Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật tạo điều kiện
giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mơ. Trước đây nguyên liệu đưa vào nấu
rượu thường để hạt hoặc lát to, ngày nay nguyên liệu được nghiền nhỏ với các
mức độ khác nhau rồi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp nhằm biến
tinh bột thành dạng hoà tan
1.3.2. Nấu nguyên liệu [3]
Trong các dạng nguyên liệu như gạo, ngô, khoai, sắn… hạt tinh bột luôn nằm
trong màng tế bào. Khi nghiền chỉ một phần các màng đó bị phá vỡ, phần lớn màng tế
bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzym với tinh bột. Mặt khác ở trạng thái

khơng hồ tan, amylaza tác dụng lên tinh bột chậm, kém hiệu quả vì vậy mục đích chủ
yếu của nấu ngun liệu là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến
chúng thành dạng hoà tan trong dung dịch.
Nấu nguyên liệu có thể thực hiện một trong 3 phương pháp: gián đoạn, bán liên
tục và liên tục.
1.3.3. Đường hóa dịch cháo [3]
Nấu xong, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng
chưa thể lên men trực tiếp để biến thành rượu được mà phải trải qua quá trình thủy
phân do xúc tác của amylaza để biến thành đường. Q trình trên được gọi là đường
hố và đóng vai trị quan trọng trong sản xuất cồn etylic. Nó quyết định phần lớn hiệu
suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột sau khi lên men.
1.3.4. Lên men dịch đường [3]
Đường hóa xong, dịch đường được làm lạnh tới 28 0C - 320C và bơm vào thùng
lên men (gọi là thùng ủ). Ở đây dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ biến thành rượu
và khí CO2 cùng với nhiều sản phẩm trung gian khác. Lên men xong ta thu được hỗn
hợp gồm rượu, bã, nước gọi là dấm chín hay cơm hèm.
1.3.4.1. Cơ chế sinh học của lên men rượu
Lên men rượu là quá trình sinh học rất phức tạp xảy ra dưới tác dụng của nhiều
enzym. Theo lý thuyết hiện đại sự tạo thành rượu từ glucoza được trải qua các giai
đoạn sau:

8


1. Đầu tiên do xúc tác của glucokinaza, glucoza kết hợp với gốc phốt phát của
phân tử ATP (Adennozintiphotphat) trong tế bào men để tạo glucose_6 photphat và
ADP:
C6H12O6 + ATP → CH2O( H2PO3)(CHOH)4CHO + ADP
2. Tiếp đó Gluco_6photphat do tác dụng của enzim đồng phân của
glucophtphat_Izomeraza sẽ biến thành pructo phot phat:

CH2O( H2PO3)(CHOH)4CHO ↔ CH2O( H2PO3)(CHOH)3COCH2OH
3. Giai đoạn ba dưới tác dụng của enzym photphofructokinaza, phân tử ATP
thứ hai sẽ đính thêm một gốc photphat nữa vào fructo- 6-photphat để tạo thành
fructo,1-6 diphotphat và phân tử ADP thứ hai:
CH2O(H2PO3)(CHOH)3COCH2OH +ATP ↔ CH2O(H2PO3)(CHOH)3COCH2O(H2PO3)
+ ADP
4. Giai đoạn phân cắt mạch cacbon của fructodiphotphat thành hai phân tử
trioza. Gồm aldehytphotphoglyxeric và photphodioxyaxeton. Phản ứng này được xúc
tác bởi aldolaza
CH2O(H2PO3)(CHOH)3COCH2O(H2PO3) ↔ CH2O( H2PO3)COCH2OH +
CH2O( H2PO3)CHOHCHO
5. Trong q trình lên men aldehytphotphoglyxeric ln được tạo thành từ
photphoxyaxeton
CH2O( H2PO3)COCH2OH ↔ CH2O( H2PO3)CHOHCHO
6. Hai phân tử aldehytphotphoglyxeric bị oxy hóa. Phản ứng này có sự tham gia
của axit photphoric trong canh trường nhờ xúc tác của enzym triphotphatdehydronazacoenzym của nó là NAD
2CH2O( H2PO3)CHOHCHO + 3H3PO4 + 2 NaD →
2CH2O( H2PO3)CHOHCOO(H2PO3) + 2NaDH2
7. Với sự tham gia của photphoglyxeratkinaza, gốc photphat chứa cao năng của
axit 1,3- diphotphoglyxeric sẽ chuyển vào phân tử ADP. Kết quả 3-photphatglyxeric
được tạo thành, còn ADP nhận thêm năng lượng và biến thành ATP:
2CH2O( H2PO3)CHOHCOO(H2PO3) + 2ADP → 2CH2O( H2PO3)CHOHCOOH +
2ATP

9


8. Dưới tác dụng của enzym photphoglyxeromutaza, gốc axit photphoric sẽ
chuyển từ vị trí cacbon thứ ba sang cacbon thứ hai. Kết quả là 3- photphoglyxeric biến
thành axit 2- photphoglyxeric:

2CH2O( H2PO3)CHOHCOOH ↔ 2CH2OHCHO( H2PO3)COOH
9. Dưới tác dụng của enolaza, axit 2-photphoglyxeric sẽ mất nước và biến
thành axit photphopyrovic:
2CH2OHCHO( H2PO3)COOH ↔ 2CH2CO( H2PO3)COOH + 2H2O
10. axit photphopyrovic rất không bền nên dễ bị mất gốc axit photphoric do
enzym pyrovatkinaza và do đó axit pyrovic được tạo thành:
2CH2CO( H2PO3)COOH + 2ADP → 2CH3COOCOOH + 2ATP
11. Axit pyrovic bị decacboxyl để tạo thành aldehyt axetic
2CH3COOCOOH → 2CO2 + 2CH3CHO
12. Aldehyt axetic bị khử bởi NaDH2:
2CH3CHO + NaDH2 → 2 CH3CH2OH
Phương trình tổng quát :
C6H12O6 → 2CO2 + 2 CH3CH2OH
1.3.4.2. Sản phẩm phụ [3]
Trong q trình lên men, ngồi sản phẩm chính là rượu và CO 2 còn tạo ra nhiều
chất khác. Bằng phân tích sắc ký khí người ta phát hiện 50 chất khác nhau, nhưng có
thể xếp thành 4 loại: axit, este, aldehyt và alcol có số cacbon lớn hơn 2(alcol phân tử ).
1.3.4.2.1. Sự tạo thành axit
Tùy theo điều kiện môi trường sự lên men có thể xảy ra theo 3 kiểu khác nhau:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 (lên men rượu bình thường)
C6H12O6 → CH3CHO + C3H8O3 + CO2 (lên men sunfit)
2 C6H12O6 + H2O → 2CO2 + CH3COOH + C2H5OH + 2C3H8O3 (lên men trong
môi trường kiềm)
1.3.4.2.2. Sự tạo thành alcol phân tử
Một trong những sản phẩm phụ quan trọng được tạo thành trong quá trình lên
men rượu, là các rượu có số nguyên tử cacbon lớn hơn 2 (alcol cao phân tử). Cacbon
này tuy ít nhưng nếu lẫn vào etylic nó sẽ gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm.
Đó là các alcol propylic, izobutylic, izoamylic, amylic… Hàm lượng của chúng chỉ

10

vào khoảng 0,4 ÷ 0,5% so với cồn etylic nhưng nó gây mùi hơi khó chịu. Các alcol này
có tên chung là dầu fusel và vì có mùi hơi khó chịu nên gọi là dầu khét.
Cơ chế: Đầu tiên các amin do nấm sử dụng mất H2 và tạo thành amino axit:
R

CH

- H2

COOH

R C

COOH

NH

NH2

Tiếp theo imino axit kết hợp với nước để tạo thành xeto axit và giải phóng NH3:
R

COOH

C

+

R C COOH

H2O

+

NH3

O

NH

Sau đó dưới tác dụng của cacboxylaza xeto axit bị mất CO 2 và tạo thành
aldehyt:
R

C

COOH

- CO2

R

CHO

O

Tiếp theo aldehyt có thể bị khử để tạo ra alcol:
R - CHO + H2 → R - CH2OH

Hoặc bị oxy hóa để tạo ra các axit tương ứng:
R - CHO + 0,5 CO2 → RCOOH
1.3.4.2.3. Sự tạo thành este
Song song với việc tạo axit và alcol, dưới tác dụng của enzym esteraza của nấm
men, các axit các alcol sẽ tác dụng lẫn nhau để tạo ra các este tương ứng. Có thể viết
dưới dạng tổng quát như sau:
R1CH2OH + R2COOH → R2COOCH2R1 + H2O
1.3.4.3. Các yếu tố lý học và hóa học ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển
và lên men
1.3.4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Mỗi vi sinh vật đều có nhiệt độ tối ưu cho phát triển của chúng. Đối với nấm
men saccharomyces, nhiệt độ tối ưu nằm trong giới hạn 28 0C - 320C. Tuy nhiên, nếu
bắt đầu lên men mạnh ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn. Mặt
khác, nếu có điều kiện làm lạnh dịch đường tới 20 0C - 220C sẽ hạn chế được sự phát
triển của tạp khuẩn. Sau 8 đến 10 giờ nhiệt độ lên men sẽ tăng đến 28 0C - 300C, tiếp đó
11


cần làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giới hạn tối ưu. Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của
nấm men sẽ giảm nhanh nhưng chủ yếu là dễ bị nhiễm lactic và nấm men hoang dại. Ở
nhiệt độ 300C, men hoang dại phát triển nhanh hơn saccharomyces 2 đến 3 lần, còn ở
nhiệt độ 350C - 380C chúng phát triển nhanh gấp 6 - 8 lần. Mặt khác, khi lên men ở
nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều este aldehyt và tổn thất rượu theo CO2 sẽ tăng.
1.3.4.3.2. Ảnh hưởng của pH
Nồng độ ion H+ trong canh trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm
men. Chúng có khả năng làm thay đổi điện tích các chất của vỏ tế bào, làm tăng hoặc
giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên
men. Mỗi vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong trạng thái ion nhất định – trạng thái
này lại phụ thuộc vào pH của canh trường.
Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo alcol etylic là 4,5 - 5,0. Đối với

dịch đường thường khống chế ở pH = 4,8 - 5,2, nhằm kết hợp giữ cho amylaza tiếp tục
chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường lên men được. Nếu tăng pH thì dễ bị
nhiễm khuẩn, glyxerin tạo nhiều hơn và do đó làm giảm hiệu suất lên men.
1.3.4.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dịch lên men
Nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất và làm mất cân bằng
trạng thái sinh lý của nấm men. Kết quả là rượu nhiều sẽ ức chế không những các tạp
khuẩn mà cả nấm men. Mặt khác đường nhiều sẽ dẫn đến tổn thất hoặc phải kéo dài
thời gian lên men. Ngược lại nếu nồng độ dịch đường thấp sẽ khơng kinh tế vì làm
giảm năng suất thiết bị lên men, mặt khác sẽ tốn hơi khi chưng cất và tăng tổn thất
rượu trong bã rượu và nước thải.
Bình thường người ta khống chế nồng độ chất khô của dịch đường từ 16% 18%, tương đương 13% - 15% đường, để sau khi lên men sẽ nhận được nồng độ rượu
trong giấm chín là 8,5 - 9,5% V.
1.3.4.3.4 Ảnh hưởng của một số hóa chất và chất sát trùng
Trong điều kiện sản xuất dù có vệ sinh sạch đến mấy cũng khó bảo đảm vơ
trùng tuyệt đối, vì vậy cần phải dùng chất sát trùng để ngăn ngừa và hạn chế tạp
khuẩn. Có thể dùng nhiều hóa chất khác nhau như clorua vơi, formalin hay fluosilicat
natri. Tùy theo chất lượng của hóa chất mà dùng nhiều hay ít, làm sao hạn chế được
phát triển của tạp khuẩn nhưng không làm ảnh hưởng xấu tới hoạt động của nấm men.

12


Ngoài các chất kể trên, trong dịch đường lên men ln chứa một lượng furfurol,
melanoidin, đều ít nhiều ảnh hưởng tới nấm men.
1.3.4.3.5 Ảnh hưởng của sục khí
Sục khí để hòa tan oxy vào dịch đường sẽ giúp cho nấm men phát triển nhanh
hơn. Tuy nhiên theo một số nhà nghiên cứu, sục khí sẽ làm tăng lượng rượu bay hơi.
Mặt khác nếu dư sẽ dẫn đến tạo nhiều sinh khối và aldehhyt, do đó làm giảm hiệu suất
lên men rượu.
1.3.4.3.6 Ảnh hưởng của nguồn nitơ bổ sung

Sắn chứa ít protit nên lượng nitơ trong dịch đường hóa khơng bảo đảm cho phát
triển của nấm men. Việc bổ sung nitơ với số lượng 30 mg/100 ml cho phép rút ngắn
thời gian từ 84 xuống 60 giờ, đồng thời lên men cũng tốt và đạt hiệu quả cao hơn.
Trong đó nguồn nitơ từ urê cho kết quả tốt hơn.
1.3.5 Các chỉ tiêu của giấm chín [3]
Hoạt động của bộ phận lên men dẫn đến kết quả chung của tất cả giai đoạn
công nghệ từ đầu đến lên men kết thúc. Những sai lầm, thiếu sót ở các cơng đoạn
trước đó sẽ được phát hiện khi phân tích đầy đủ các chỉ tiêu của giấm chín mà quan
trọng hơn cả là: độ lên men, hàm lượng đường sót có khả năng lên men, độ chua và
nồng độ rượu.
1.3.5.1. Độ lên men
Đó là nồng độ chất hịa tan trong dịch lọc giấm chín được biểu diễn theo độ
saccharommetre. Dụng cụ này được thiết lập dựa vào dung dịch saccaroza tinh khiết mỗi độ ứng với 1% khối lượng. Do đó độ lên men khi đo bằng saccharometre chỉ gần
đúng và qui ước để so sánh.
Người ta chia độ lên men thành: biểu kiến và thực. Độ lên men biểu kiến khi đo
nồng độ dịch lọc ở 200C trong điều kiện giấm chín cịn chứa rượu và CO 2. Còn độ lên
men thực đo được khi ta đuổi hết rượu và CO2 ra khỏi giấm chín rồi thêm nước cất tới
khối lượng ban đầu. Độ lên men biểu kiến đại diện chung cho các chất khơ cịn lại
trong giấm chín.
1.3.5.2 Đường sót sau lên men
Hiện nay các nhà máy của ta thường xác định đường sót bằng cách chuẩn trực
tiếp dịch lọc giấm chín rồi từ đó suy ra lượng sót chứa trong 100 ml giấm chín.
1.3.5.3. Độ chua giấm chín
13


Trong điều kiện lên men rượu, bình thường độ chua chỉ tăng 0,2 0 so với trước
lên men, tương đương 0,49 g axit sunfuric trong 1 lít giấm. Sự tăng này là do hoạt
động sinh lý tất yếu của nấm men. Nếu tăng nhiều là biểu hiện của nhiễm khuẩn mà
chủ yếu là vi khuẩn lactic. Độ chua tăng không chỉ mất đường do tạo axit mà còn ảnh

hưởng tới hoạt độ amylaza. Thực tế cho biết, nếu độ chua tăng 1 0 thì tổn thất sẽ vào
khoảng 20 đến 23 lít cồn/tấn tinh bột.
1.3.5.4. Nồng độ rượu trong giấm chín
Nồng độ rượu trong giấm cao hay thấp phụ thuộc dịch cháo nấu đặc hay loãng
và kết quả của các giai đoạn cơng nghệ nấu, đường hóa và lên men. Tùy theo điều kiện
cơng nghệ và thiết bị, bình thường hiệu suất lên men phải đạt 90% - 94% so với lượng
tinh bột đưa vào nấu. Các nhà máy rượu của ta đạt hiệu suất lên men 80% - 85%, nơi
cao nhất 90%. Nồng độ rượu trong giấm dao động trong giới hạn khá lớn từ 6 đến
9,5% V.
1.3.6. Chưng cất cồn etylic [3]
1.3.6.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất cồn
Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín. Kết
quả ta nhận được rượu thơ hay cồn thơ.
Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như: rượu, este, aldehyt và một số
alcol có số các bon lớn hơn hai, các ancol này ta gọi là alcol cao phân tử hay dầu fusel
(dầu khét).
Ngồi ra trong giấm chín cịn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chất
khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ
yếu là rượu etylic và nước, vì thế khi nghiên cứu người ta xem giấm chín như hỗn hợp
của hai cấu tử.
1.3.6.2. Lý thuyết về tinh chế
Tinh chế hay tinh luyện là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao
nồng độ cồn.
Cồn thô nhận được sau khi chưng cất còn chứa rất nhiều tạp chất (trên 50 chất),
có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các nhóm chất như: aldehyt, este,
alcol cao phân tử và các axit hữu cơ. Hàm lượng chung của tất cả các tạp chất không
vượt quá 0,5% so với khối lượng cồn etylic. Thành phần tạp chất nói chung thay đổi

14

phụ thuộc vào nguyên liệu. Có một số tạp chất mang tính đặc thù của từng nguyên
liệu.
1.3.7 Phân loại tạp chất [3]
Trong việc tinh chế cồn người ta chia tạp chất thành ba loại: tạp chất đầu, tạp
chất trung gian và tạp chất cuối. Sự phân loại này chỉ mang tính tương đối và quy ước,
vì tính chất của tạp chất có thể thay đổi tuỳ theo nồng độ cồn trong thấp.
+ Tạp chất đầu: Gồm các chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở nồng độ bất kỳ,
nghĩa là hệ số bay hơi lớn hơn hệ số bay hơi của rượu. Đó là các chất có nhiệt độ sơi
thấp hơn nhiệt độ sôi của rượu etylic như: aldehyt axetic, axetatetyl, axetat metyl,
formiat etyl, aldehyt butyric.
+ Tạp chất cuối: Gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic,
izobutylic, propylic, izopropylic. Ở khu vực nồng độ cao của alcol etylic, các tạp chất
cuối có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của alcol etylic. Ở khu vực nồng độ
etylic thấp, độ bay hơi của tạp chất cuối có thể nhiều hơn so với alcol etylic. Tạp chất
cuối điển hình nhất là axit axetic, vì rằng độ bay hơi của nó kém hơn alcol etylic ở tất
cả mọi nồng độ.
+ Tạp chất trung gian: có hai tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là
tạp chất cuối. Ở nồng độ cao của alcol etylic nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp của
alcol nó lại có thể là tạp chất đầu. Đó là các chất như izobutyrat etyl, izovalerat etyl,
izovalerat izoamil và axetat izoamyl.
Độ bay hơi của tạp chất phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ alcol etylic trong dung
dịch. Nếu hàm lượng tạp chất khơng lớn thì có thể xem như độ bay hơi của từng tạp
chất riêng biệt không phụ thuộc vào hàm lượng của các tạp chất khác trong dung dịch.
Tạp chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, cịn tạp chất trung gian rất khó
tách.
1.4. Một số tiêu chuẩn về chất lượng cồn
1.4.1. Tiêu chuẩn nhà nước TCVN 1051 – 71
Tiêu chuẩn này áp dụng cho etylic có độ tinh khiết cao, sản xuất bằng phương
pháp lên men từ ngũ cốc, rỉ đường.

Các chỉ tiêu cảm quan của etylic
- Trạng thái: Chất lỏng trong suốt, không có tạp chất lạ
- Màu sắc: khơng màu
15


- Mùi và vị: đặc trưng cho etylic sản xuất từ ngũ cốc hoặc rỉ đường
Chỉ tiêu hoá học
- Độ cồn ( %V )
+ Loại 1: không nhỏ hơn 96 %
+ Loại 2: không nhỏ hơn 95 %
-

Độ tinh khiết

+ Loại 1: không màu
+ Loại 2: vàng nhạt
-

Thời gian oxy hố

+ Loại 1: khơng nhỏ hơn 20 phút
+ Loại 2: không nhỏ hơn 25 phút
-

Hàm lượng aldehyt acetic trong 1 lít etylic 1000

+ Loại 1: 8 mg
+ Loại 2: 20 mg
- Hàm lượng axit acetic trong 1 lít etylic 100o

+ Loại 1: không lớn hơn 9 mg
+ Loại 2: không lớn hơn 18 mg
-

Hàm lượng rượu bậc cao trong 1 lít etylic 100o

+ Loại 1: khơng lớn hơn 30 mg
+ Loại 2: không lớn hơn 50 mg
- Hàm lượng este trong 1 lít etylic 100o
+ Loại 1: khơng lớn hơn 30 mg
+ Loại 2: không lớn hơn 60 mg
-

Hàm lượng Metylic

+ Loại 1: không lớn hơn 0,06 %V
+ Loại 2: không lớn hơn 0,1 %V
- Hàm lượng fucfurol không được phép có
1.4.2. Tiêu chuẩn TCVN 7043 – 2002
Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này áp dụng cho các loại rượu thu được từ quá trình chưng cất trực
tiếp dịch lên men có nguồn gốc tinh bột, đường, hoặc thu được bằng cách pha chế từ
cồn thực phẩm và nước.
16


Tiêu chuẩn viện dẫn
Quyết định 3742/2001/QĐ-BYT: "Quy định danh mục các chất phụ gia được
phép sử dụng trong thực phẩm".
Quyết định 1329/2002/BYT/QĐ: " Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống".

Quyết định 178/1999/QĐ - TTg: "Quy chế ghi nhãn hàng hoá lưu thơng trong
nước và hàng hố xuất khẩu, nhập khẩu".
TCVN 378 : 1986 Rượu trắng. Phương pháp thử.
TCVN 1052 : 1971 Etanol tinh chế. Yêu cầu kỹ thuật.
TCVN 3217 : 1979 Rượu. Phân tích cảm quan. Phương pháp cho điểm.
TCVN 5501 : 1991 Nước uống. Yêu cầu kỹ thuật.
TCVN 5989 : 1995 (ISO 5666-1 : 1983) Chất lượng nước. Xác định thủy ngân
tổng số bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử khơng ngọn lửa. Phương pháp sau khi vơ
cơ hố với Penmaganat-Pesufat
TCVN 6193 : 1996 (ISO 8288 : 1996) Chất lượng nước. Xác định niken, coban,
đồng, kẽm, cadimi và chì. Phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.
TCVN 6626 : 2000 (ISO 11969 : 1996) Chất lượng nước. Xác định hàm lượng
asen. Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử.
Yêu cầu kỹ thuật
- Nước dùng để pha chế rượu trắng: theo TCVN 5501 : 1991.
- Etanol dùng để pha chế rượu trắng: theo TCVN 1052 : 1971.
- Nước dùng để sản xuất rượu trắng theo quyết định số 1329/ 2002 của Bộ y tế
về “Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống”.
Yêu cầu cảm quan
-

Màu sắc: không màu hoặc trắng trong

-

Mùi: Mùi đặc trưng của nguyên liệu lên men, khơng có mùi lạ

-

Vị: khơng có vị lạ, êm dịu

-

Trạng thái: trong, khơng vẫn đục, khơng có cặn

Các chỉ tiêu cảm quan đối với rượu trắng được quy định trong bảng sau.
Chỉ tiêu hóa học
-

Hàm lượng etanol ở 200C theo tiêu chuẩn đã được công bố của nhà sản xuất

-

Hàm lượng aldehyt axetic trong 1 lít rượu 1000 khơng lớn hơn 50 mg

-

Hàm lượng este etylaxetat trong 1 lít rượu 1000 không lớn hơn 200 mg
17


-

Hàm lượng metanol trong 1 lít rượu 1000 khơng lớn hơn 0,1 %

-

Hàm lượng rượu bậc cao trong 1 lít rượu 1000 theo tiêu chuẩn đã được công
bố của nhà sản xuất

Giới hạn hàm lượng kim loại nặng
- Asen tối đa 0,2 mg/l
- Chì tối đa 0,5 mg/l
- Thuỷ phân 0,05 mg/l
- Cadimi 1,0 mg/l
- Đồng 5,0 mg/l
- Kẽm 2,0 mg/l
Phụ gia thực phẩm
Phụ gia thực phẩm: theo "Quy định danh mục các chất phụ gia được phép sử
dụng trong thực phẩm" ban hành kèm theo Quyết định 3742/2001/QĐ-BYT.
Phương pháp thử
- Xác định các chỉ tiêu cảm quan của rượu, theo TCVN 3217 : 1979.
- Xác định hàm lượng etanol, theo TCVN 378 : 1986.
- Xác định hàm lượng metanol, theo TCVN 378 : 1986.
- Xác định hàm lượng este, theo TCVN 378 : 1986.
- Xác định hàm lượng aldehyt, theo TCVN 378 : 1986.
- Xác định hàm lượng rượu bậc cao (dầu fusel), theo TCVN 378 : 1986
- Xác định hàm lượng asen, theo TCVN 6626 : 2000 (ISO 11969 : 1996).
- Xác định thủy ngân tổng số, theo TCVN 5989 : 1995 (ISO 5666/1 : 1983).
- Xác định đồng, kẽm cadimi và chì, theo TCVN 6193 : 1996 (ISO 8288 : 1996)
Bao gói
Rượu trắng phải được đựng trong các chai kín, chun dùng cho thực phẩm và
khơng ảnh hưởng đến chất lượng của rượu.
Ghi nhãn
Theo "Quy chế ghi nhãn hàng hố lưu thơng trong nước và hàng hố xuất khẩu,
nhập khẩu" ban hành kèm theo Quyết định số 178/1999/QĐ - TTg.
Bảo quản
Các thùng đựng rượu trắng phải để nơi khô ráo, bảo đảm vệ sinh và tránh ánh
nắng trực tiếp.
18

Vận chuyển
Phương tiện vận chuyển rượu trắng phải khô, sạch, khơng có mùi lạ và khơng
ảnh hưởng đến chất lượng của rượu.
1.4.3 Tiêu chuẩn cồn của Nhật
-

Độ cồn ở 200C

+ Loại 1: 96 %V
+ Loại 2: 95 %V
+ Extra: 96,5 %V
- Hàm lượng aldehyt acetic trong 1 lít etylic 1000
+ Loại 1: nhỏ thua 10 mg
+ Loại 2: nhỏ thua 20 mg
+ Extra: nhỏ thua 8 mg
- Hàm lượng axit khơng có CO2 trong 1 lít etylic 100o
+ Loại 1: nhỏ thua 20 mg
+ Loại 2: nhỏ thua 0,002 %
+ Extra: nhỏ thua 9 mg
-

Hàm lượng rượu bậc cao trong 1 lít etylic 100o

+ Loại 1: 30 mg
+ Loại 2: 50 mg
+ Extra: nhỏ thua 30 mg
-

Hàm lượng este trong 1 lít etylic 100o

+ Loại 1: nhỏ thua 30 mg
+ Loại 2: nhỏ thua 50 mg
+ Extra: nhỏ thua 20 mg
-

Hàm lượng Metylic

+ Loại 1: nhỏ thua 0,1 %V
+ Loại 2: nhỏ thua 0,1 %V
+ Extra: nhỏ thua 0,06 %V
- Hàm lượng fusel không

19


1.5 Ứng dụng của Cồn
1.5.1 Một số ứng dụng của etanol trong các lĩnh vực khác nhau
Etanol có thể sử dụng như là nhiên liệu rượu (thông thường được trộn lẫn với
xăng) và trong hàng loạt các quy trình cơng nghiệp khác. Etanol cũng được sử dụng
trong các sản phẩm chống đơng lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó. Tại Hoa Kỳ,
Iowa là bang sản xuất etanol cho ô tơ với sản lượng lớn nhất.
Nó dễ dàng hịa tan trong nước theo mọi tỷ lệ với sự giảm nhẹ tổng thể về thể
tích khi hai chất này được trộn lẫn nhau. Etanol tinh chất và etanol 95% là các dung
mơi tốt, chỉ ít phổ biến hơn so với nước một chút và được sử dụng trong các loại nước
hoa, sơn và cồn thuốc. Các tỷ lệ khác của etanol với nước hay các dung mơi khác cũng
có thể dùng làm dung mơi. Các loại đồ uống chứa cồn có hương vị khác nhau do có
các hợp chất tạo mùi khác nhau được hịa tan trong nó trong q trình ủ và nấu rượu.
Khi etanol được sản xuất như là đồ uống hỗn hợp thì nó là rượu ngũ cốc tinh khiết.[9]

Dung dịch chứa 70% etanol chủ yếu được sử dụng như là chất tẩy uế. Etanol
cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ khoảng
62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của etanol khi nó ở trong dung dịch khoảng 70%;
nồng độ cao hơn hay thấp hơn của etanol có khả năng kháng khuẩn kém hơn. Etanol
giết chết các vi sinh vật bằng cách biến tính protein của chúng và hịa tan lipit của
chúng. Nó có hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng
như nhiều loại virus, nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn.
Rượu vang chứa ít hơn 16% etanol không tự bảo vệ được chúng trước vi khuẩn.
Do điều này, vang poctô thông thường được làm nặng thêm bằng etanol tới ít nhất
18% theo thể tích để ngăn chặn quá trình lên men nhằm duy trì độ ngọt và trong việc
pha chế để lưu trữ, từ thời điểm đó nó có khả năng ngăn chặn vi khuẩn phát triển trong
rượu, cũng như có thể lưu trữ lâu năm trong các thùng gỗ có thể "thở", bằng cách này
vang poctơ có thể lưu trữ lâu năm mà khơng bị hỏng. Do khả năng sát khuẩn của
etanol nên các đồ uống chứa trên 18% etanol theo thể tích có khả năng bảo quản lâu
dài.
Nhóm hydroxyl trong phân tử etanol thể hiện tính axít cực yếu, nhưng khi xử lý
bằng kim loại kiềm hay các bazơ cực mạnh, ion H + có thể bị loại khỏi để tạo ra ion
ethoxit, C2H5O-.

20


1.5.2 Các ứng dụng mới
Khử lưu huỳnh của than đá (coal desulfurization): Trong quá trình này, etanol
được thêm vào than xay mịn. Sau đó, than được làm nóng và xử lý với etanol trong sự
xuất hiện của phản ứng gia tốc. Qúa trình này loại bỏ cả lưu huỳnh khống và hữu cơ,
có hiệu quả tới 90%.[9]
Nhựa có thể tiêu huỷ được bằng vi khuẩn (biodegradable plastic): Việc sử dụng
etanol trong việc sản xuất nhựa có thể tiêu huỷ sẽ giảm chi phí sản xuất. Etanol được
sử dụng ở đây như là một chất nền cho vi sinh vật mà những loại vi sinh này sẽ sinh ra

hoặc là polyhydroxy butyrate (PHB) hoặc polyhydroxy valerate (PHV). Khi được kết
hợp, cả hai tạo ra PHBV, đó chính là biodegrable plastic. [9]
Nguồn cấp cho gia súc: Một tính năng nữa là chế độ ăn có etanol sẽ cải thiện độ
dai của thịt bị mà khơng có thành phần chất béo. Nó giúp ngành cơng nghiệp chăn
ni gia súc có thể sản xuất được thịt bị có thành phần chất béo thấp, dai hơn. Ước
tính khoảng 1,9 tỷ lít etanol một năm có thể sử dụng cho lĩnh vực này.[9]
Động cơ diesel: Nghiên cứu về nhiệt của động cơ được tiếp nhiên liệu alcohol
100% là rất tích cực, ở đó etanol được phun cùng với nhiên liệu diesel vào động cơ
trong sự hiện diện của oxy già (peroxide), cho phép trộn etanol với dầu diesel. [9]
Một trong những tiến bộ khoa học được báo cáo tại Hội nghị thường niên lần
thứ 225 của hội hoá học Mỹ là nghiên cứu phát triển pin nhiên liệu sử dụng cồn của
các nhà nghiên cứu ở trường đại học Saint Louis.
Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra pin nhiên liệu có thể dùng nhiên liệu sinh
học từ mấy thập niên trước. Mục đích của tất cả các nghiên cứu, là dùng enzym xúc
tác phản ứng tạo ra năng lượng thay cho các kim loại đắt tiền đang được sử dụng trong
các loại pin nhiên liệu hiện nay. Một trở ngại lớn cho tới nay là sự phân huỷ nhanh của
các loại enzym được thí nghiệm. Giải pháp cuối cùng được quyết định là phủ điện cực
của pin bằng một loại polyme được chế tạo phù hợp với enzym để đảm bảo tuổi thọ
lâu dài của pin.
Cơng trình nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo pin nhiên liệu dùng cồn làm
nhiên liệu và các phân tử sinh học làm chất xúc tác mà không dùng hydro như các loại
pin nhiên liệu hiện nay. Hydro là chất rất dễ bay hơi và do đó khó bảo quản. Ngồi ra,
cần có chi phí và đầu tư năng lượng lớn để sản xuất khối lượng hydro cần thiết tạo
thuận lợi cho phương tiện vận chuyển hàng loạt. Pin nhiên liệu cũng dựa vào các kim
21


loại hiếm quý, như platin, để xúc tác phản ứng vận chuyển electron hoàn chỉnh. Việc
sử dụng các kim loại đắt tiền làm tăng thêm chi phí sản xuất.
Sử dụng cồn làm nhiên liệu nhất là etanol, sẽ tạo được các ưu thế về kinh tế và

hiệu suất. Etanol là chất lỏng dễ cháy, tuy nhiên etanol khó bay hơi hơn xăng rất nhiều
nên việc tồn trữ ít trở ngại hơn so với hydro và các loại xăng khác hiện nay.[10]
Sử dụng cồn khô làm nhiên liệu thay thế bếp gas mini được coi là giải pháp an
toàn cho nhiều hộ gia đình. Người ta sử dụng cơng nghệ lấy hết nước và cơ đặc lại
thành bánh. Ngun liệu chính để sản xuất cồn khô là cồn etanol, đây là nguyên liệu
sạch, thân thiện với môi trường. Khi đốt cháy cồn khơ khơng sinh ra khói, khơng gây
mùi, khơng gây nổ và khơng làm cay mắt.
Địi hỏi cao nhất của sản phẩm này là cồn etanol phải tinh khiết, độ cồn phải đạt
95% trở lên mới có màu trắng, cháy được lâu, khi cháy có ngọn lửa xanh và khơng có
khói. Bản thân cồn là loại nhiên liệu lành và sạch, có nhiều ưu thế hơn so với các loại
nhiên liệu khác.[5]
Khí thải từ xe là một trong những nguyên nhân gây ơ nhiễm mơi trường khơng
khí hiện nay. Để hạn chế tình trạng ơ nhiễm mơi trường, việc quan trọng là làm sao
giảm được lượng khí thải của xe cộ. Vừa qua, phịng vật liệu quốc gia dầu khí thuộc
viện khoa học vật liệu ứng dụng Tp.HCM đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công
phương pháp dùng chất xúc tác Zeolit 3A để loại bỏ nước lẫn trong cồn công nghiệp
để thu được lượng cồn tuyệt đối. Đây là một nguyên liệu dùng để pha trộn thành nhiên
liệu sạch - gasohol (xăng pha cồn) có thể thay thế cho các sản phẩm xăng hiện có trên
thị trường.[8]
Chất xúc tác Zeolit 3A là sản phẩm được sản xuất từ nguồn khống sét. Zeolit
3A có dạng miếng nhỏ với kích thước từ 1-2 mm. Những lỗ xốp trong Zeolit 3A có
kích thước chỉ 3A0 và các phân tử nước nhỏ hơn các phân tử cồn etylic nên nước dễ
dàng thấm vào hấp thụ lên bề mặt chất xúc tác, còn lại các phân tử cồn sẽ chảy theo
các khe hở của lớp Zeolit vào bình ngưng tụ. Với kết quả nghiên cứu của Phịng vật
liệu quốc gia dầu khí bằng phương pháp hấp thụ nước bằng chất xúc tác Zeolit 3A, sản
phẩm cồn thu được có nồng độ lên đến 99,8 %.
Hiện nay tại Việt Nam, quy trình làm cồn khan từ cồn etylic công nghiệp bằng
phương pháp hấp thụ nước qua chất xúc tác Zeolit 3A chỉ mới ở quy mơ nhỏ trong
phịng thí nghiệm. Tuy nhiên, các thành viên của phịng vật liệu dầu khí đã khẳng định
22

rằng chỉ cần tính tốn cân đối lại các chỉ số thiết kế sẽ khơng khó khăn gì việc thiết kế
một quy trình có cơng suất lớn đến vài chục ngàn lít.
Bên cạnh phương pháp này, trên thế giới cịn có thêm 2 phương pháp sản xuất
cồn khan gồm: phương pháp chưng cất đẳng phí và bốc hơi thẩm thấu (màng lọc). Tuy
nhiên nếu so sánh thì phương pháp hấp thụ nước bằng Zeolit 3A thích hợp với điều
kiện ở Việt Nam hơn nhờ vào nguồn nguyên liệu chất xúc tác sẵn có trong nước,
phương pháp này sẽ tiết kiệm được một lượng chi phí lớn về đầu tư nguồn nguyên
liệu, thiết bị. Mặt khác, phương pháp này lại không gây ơ nhiễm mơi trường, ít tốn
năng lượng.
Sau khi tách hàm lượng nước ra khỏi cồn công nghiệp sẽ thu được lượng cồn
etylic tinh khiết. Đặc điểm của cồn etylic có chứa hàm lượng oxy cao nên sẽ giúp cho
quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra hồn tồn, do đó sẽ làm giảm lượng khí thải CO
và khí hydrocarbon vào mơi trường. Bên cạnh đó, cồn tinh khiết cịn có trị số octan
cao khoảng từ 112-130. Vì vậy, cồn etylic tinh khiết có thể dùng để làm chất tăng trị
số octan cho nhiên liệu thay thế cho chất phụ gia metyl tertiry ete đang hạn chế sử
dụng ở nhiều nơi. Trên thế giới, một số nước như Mỹ, Nhật, Đức, Pháp, Thái Lan,
Trung Quốc, Braxin... đã sử dụng cồn tinh khiết làm thành phần pha trộn thành xăng
sạch để sử dụng. [8]
Gasohol (xăng pha cồn) là nhiên liệu tổng hợp giữa cồn etylic khan (đã loại bỏ
hàm lượng nước) và Condensate (xăng gốc). Các nhà nghiên cứu công nhận rằng
nhiên liệu xăng pha cồn vẫn đảm bảo chế độ hoạt động của động cơ và không gây ô
nhiễm môi trường. [6]
Trong hơn 1 năm qua, các thành viên của phịng vật liệu dầu khí đã nghiên cứu
và thử nghiệm quy trình phối trộn xăng pha cồn. Ngay sau khi đề tài thiết bị sản xuất
cồn nhiên liệu và quy trình phối trộn xăng pha cồn được Sở KH&CN Tp.HCM nghiệm
thu, các thành viên phịng vật lý dầu khí đã sử dụng xăng pha cồn làm nhiên liệu cho
các phương tiện đi lại. Trong suốt quá trình sử dụng cho đến nay, động cơ của các
phương tiện vẫn hoạt động bình thường. Mức tỉ lệ pha trộn xăng pha cồn là 10% cồn

etylic khan tương ứng với 3,5% oxy trong sản phẩm xăng pha cồn.[8]
1.5.3 Các ứng dụng sản xuất một số chất hóa học
Sản xuất Etyl este:
Trong sự hiện diện của chất xúc tác acid (thông thường là acid sulfuric), etanol
phản ứng với các acid carboxylic để tạo ra etyl este.
CH3CH2OH + RCOOH → RCOOCH2CH3 + H2O
23


Hai etyl este được được sản xuất nhiều nhất là etyl acrylat (từ etanol và axit
acrylic và etyl axetat (từ etanol và axit axetic). Etyl acrylat là một đơn phân tử được sử
dụng trong sản xuất polyme acrylat có cơng dụng làm chất kết dính hay các vật liệu
che phủ. Etyl axetat là dung môi phổ biến sử dụng trong sơn, các vật liệu che phủ và
trong công nghiệp dược phẩm. Các etyl este khác cũng được sử dụng trong cơng
nghiệp nhưng với sản lượng ít hơn như là các chất tạo mùi hoa quả nhân tạo.[9]
Dấm
Dấm là dung dịch loãng của axit axetic được điều chế bằng phản ứng của vi
khuẩn Acetobacter trên dung dịch etanol. Mặc dù theo truyền thống người ta điều chế
dấm từ các đồ uống chứa cồn như rượu vang, rượu táo và bia nhưng dấm cũng có thể
điều chế từ các dung dịch etanol công nghiệp. Dấm điều chế từ etanol chưng cất được
gọi là "dấm chưng cất" và nó được sử dụng phổ biến trong ngâm dấm thực phẩm hay
làm gia vị.
Etylamin
Khi nung nóng tới 1500C - 220°C trên chất xúc tác niken gốc silica hay
alumina, etanol và amoniac phản ứng với nhau để tạo ra etylamin. Các phản ứng tiếp
theo tạo ra dietylamin và trietylamin:
CH3CH2OH + NH3 → CH3CH2NH2 + H2O
CH3CH2OH + CH3CH2NH2 → (CH3CH2)2NH + H2O
CH3CH2OH + (CH3CH2)2NH → (CH3CH2)3N + H2O
Các etylamin được sử dụng trong việc tổng hợp các dược phẩm, hóa chất nơng

nghiệp và các chất hoạt tính bề mặt.
Các hợp chất khác
Etanol là nguồn nguyên liệu hóa học đa dạng, và trong thời gian qua đã được sử
dụng với phạm vi thương mại để tổng hợp hàng loạt các mặt hàng hóa chất với sản
lượng lớn khác. Hiện nay, nó đã được thay thế trong nhiều ứng dụng bằng các nguyên
liệu hóa dầu khác rẻ tiền hơn. Tuy nhiên, trên thị trường của các quốc gia có nền nông
nghiệp phát triển nhưng các cơ sở hạ tầng của cơng nghiệp hóa dầu thì cịn chưa phát
triển như Trung Quốc, Ấn Độ và Brazil thì etanol có thể được sử dụng để sản xuất các
hóa chất mà được các nước Phương Tây phát triển sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ, bao
gồm etylen và butađien.[9]

24


CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM
2.1 Vật liệu
- Nguyên liệu Sắn: được lấy ở Thanh Ngọc - Thanh Chương
- 2 chủng nấm men QN và MK
+ Chủng nấm men khô (ký hiệu: MK)
+ Chủng nấm men của nhà máy cồn Xuân An (ký hiệu: QN)
2.2 Phương pháp và thực nghiệm
2.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm [2]
Nguyên tắc
Thông thường độ ẩm trong nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy
nhưng chỉ cho kết quả gần đúng. Vì khi sấy ở nhiệt độ cao, một số chất hữu cơ của
nguyên liệu sẽ bị phân hủy và bay hơi cùng với nước, khi đó lại có một lượng nhỏ
nước liên kết không bay hơi hết. Để hạn chế sai số người ta chỉ sấy ở 100 -105 0C và
kéo dài 3 - 4 giờ. Đôi khi muốn rút ngắn thời gian sấy người ta thực hiện ở 130 0C
trong 40 phút. Dụng cụ
Cân sấy ẩm HB43-S của Mettler Toledo

Tiến hành
Đặt mẫu vào khay, điều chỉnh chế độ máy, sau một thời gian máy sẽ hiện thị
độ ẩm cần đo.
2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột [2]
Nguyên tắc
Thủy phân tinh bột thành đường trong dung dịch HCl 2% ở điều kiện đun sôi
trong nồi cách thủy trong thời gian 2 giờ. Dịch thủy phân được làm nguội và trung hòa
bằng NaOH với chỉ thị metyl da cam. Hàm lượng đường trong dung dịch được xác
định theo phương pháp Graxianop.
Dụng cụ
- Bình định mức dung tích 100, 250 ml
- Bình tam giác dung tích 250 ml
- Cốc thủy tinh 100, 250 ml
- Phễu thủy tinh
- Ống đong dung tích 100 ml
- Ống sinh hàn khí
25