Phương pháp tách tạp chất trong rượu

Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

LỜI MỞ ĐẦU
Cồn rượu là sản phẩm thực phẩm nhưng cũng là sản phẩm có nguy cơ độc hại
đối với cơ thể con người. Tuy nhiên, hàm lượng cồn rượu trong nước ta và trên thế giới
sản xuất ngày càng tăng. Bởi lẽ, cồn rượu không chỉ để pha rượu mà nó cồn được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực: y tế, sản xuất cao su, dung môi, nguyên liệu cho các ngành
công nghiệp khác. Gần đây ứng dụng quan trọng nhất đó là cồn trở thành nhiên liệu
sinh học.
Cồn – nhiên liệu sinh học có ý nghĩa thực tế vô cùng quan trọng. Sản xuất pin
sử dụng cồn, cồn được thay thế cho xăng khi nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt.
Công nghệ sản xuất cồn rượu ở nước ta thì như thế nào? Tiêu chuẩn về cồn rượu
ở nước ta là tiêu chuẩn còn thấp so với thế giới. Chúng ta có thể làm tốt giai đoạn lên
men nhưng quá trình chưng cất, tinh chế để thu hồi thì đòi hỏi công nghệ cao. Để làm
giảm hàm lượng tạp chất trong cồn rượu chúng ta cần nghiên cứu rõ các điều kiện ảnh
hưởng để tạo thành rượu hoàn toàn. Các điều kiện ảnh hưởng: nguyên liệu, nấm men,
thời gian chưng cất, nhiệt độ chưng cất, thời gian lên men. Nghiên cứu các điều kiện
trên để giảm hàm lượng tạp chất trong rượu etylic. Đó chính là lí do tôi chọn đề tài này
“NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỂ GIẢM HÀM LƯỢNG TẠP CHẤT
TRONG RƯỢU ETYLIC”

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

1


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Chương I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN ĐỂ GIẢM HÀM
LƯỢNG TẠP CHẤT TRONG RƯỢU ETYILC.
1.1 Giới thiệu chung về rượu etylic
1.1.1 Giới thiệu về tình hình sản xuất và sử dụng rượu etylic
1.1.1.1 Sơ lược về tình hình sản xuất rượu etylic
Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ ngàn xưa và chưa có tài liệu nào
cho biết thời điểm khởi đầu. Theo kinh nghiệm cổ truyền, nghề nấu rượu thủ công thực
hiện như sau:
Gạo tẻ hay nếp được nấu chín thành cơm, cho ra nong sạch, để nguội, tiếp đó
trộn men giống đã giả nhỏ với số lượng từ 1,5 đền 2,5% so với gạo. Sau khi trộn đều,
cơm được đưa vào rổ rá sạch, lót lá chuối, đậy kín bằng lá ở phía trên rồi phủ vải sạch
hoặc bao tải, đặt vào chỗ thoáng mát khi trời nóng và chỗ ấm vào mùa đông. Sau 2 đến
3 ngày ta nhận được cơm ủ có mùi thơm dễ chịu, ăn ngon, có vị cay và mềm.
Tiếp đó cho cơm ủ vào chum hoặc vại sạch rồi thêm nước với số lượng 2 đến 3
lit nước cho 1 kg gạo đem nấu, nhiệt độ của nước tốt nhất là 30 0C, khuấy đều và để cho
lên men tiếp 2,5 đến 3 ngày nữa. Nếu ủ men tốt thì đa số các hạt gạo nấu vẫn giữ
nguyên dạng bề ngoài nhưng nổi trên mặt chum vại. Dịch lên men này gọi là “cơm
hèm”. Đổ cơm hèm vào nồi, đậy vung trát kín, chỉ để một lỗ hở thông với hệ thống làm
lạnh rồi đun cho tới sôi, hơi bay ra ngưng tụ lại ta sẽ thu được rượu.
Chất lượng rượu thu được phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như nguyên liệu gạo
nếp hay tẻ, cơm nấu khô hoặc nhão, men tốt hay xấu, nhiệt độ khi ủ hay lên men, cũng
như cách tiến hành chưng cất, lấy sản phẩm. Quan trọng nhất là men giống, nguyên
liệu và cách làm men giống rất đa dạng. Mỗi nơi mỗi vùng đều có các bài thuốc làm
men khác nhau.
Cồn của các cơ sở thủ công làm ra phần lớn chưa đạt tiêu chuẩn 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
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân

Lớp 05HH – Khoa Hoá

2


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

TCVN-71. Đó là Công ty Rượu Bia Đồng Xuân Phú Thọ, Hà Nội và Bình Tây. Tỉ lệ
đạt loại I cũng còn chưa nhiều, riêng rượu Đồng Xuân đạt 70-80%. Ngoài ba cơ sở
trên, các cơ sở sản xuất còn lại chỉ làm ra được cồn loại II hoặc thấp hơn và hầu hết là
cồn từ rỉ đường. Muốn có cồn tinh khiết chất lượng cao cần phải có hệ thống chưng
luyện tốt và biết sử dụng nó. Mặt khác nên có thêm cồn sản xuất từ gạo, ngô và sắn.
Bảng 1 - Tiêu chuẩn TCVN-71 là:
Chỉ tiêu chất lượng
- Nồng độ rượu etylic, %V
- Hàm lượng anđehit tính theo anđehit

Cồn loại I
≥ 95

Cồn loại II
95

8

20

≤ 30

50

30

60

≤ 0,06

0,1

≤9

18

Không

Không

được có

được có

≥ 50

20

axetic, mg/l.
- Hàm lượng este tính theo axetat etyl, mg/l
- Hàm lượng dầu fusel tính theo ancol

isoamylic và isobutylic, hỗn hợp 3:1, mg/l
- Hàm lượng ancol metylic, %V
- Hàm lượng axit tính theo axit axetic, mg/l
- Hàm lượng furfurrol
- Thời gian oxy hoá, phút
- Màu sắc

Trong suốt
và không
màu

Cồn tốt mới chỉ là điều kiện cần để pha được rượu ngon. Muốn pha rượu ngon
cần phải hiểu biết phương pháp và công thức pha chế. Từ trước tới nay nhiều người
quan niệm rượu chỉ là cồn pha thêm nước. Tuy nhiên để bảo đảm vệ sinh an toàn thực
phẩm, nước đem pha rượu phải là nước sạch được xử lý để đạt các chỉ tiêu lí hoá và
sinh học nhất định và quan trọng hơn cả là muốn có rượu ngon thì phải bổ sung các
chất điều hương vị phù hợp với từng loại rượu.
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

3


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Sản xuất cồn rượu theo kiểu công nghiệp ở nước ta chỉ bắt đầu năm 1898 do
người pháp thiết kế và xây dựng. Trước cách mạng tháng Tám, ở nước ta có ít nhà máy
rượu. Tất cả đều sản xuất từ ngô, gạo và theo phương pháp amylo.

- Sau ngày lập lại hoà bình (1955), các nhà máy không còn thiết bị nguyên vẹn,
do đó chính phủ ta tập trung cải tạo, sữa chữa với năng suất đạt 6 triệu lit/năm.
Đến năm 1960, chúng ta có thêm 2 nhà máy cồn từ rỉ đường. Năng suất mỗi nhà
máy là 1 triệu lit cồn qui 100 0/năm. Trong những năm chống Mĩ cứu nước, các tỉnh và
địa phương xây dựng thêm hàng loạy các nhà máy rượu cỡ 1 triệu lit/năm. Ngoài ra, ở
các tỉnh cũng có xây dựng các phân xưởng cỡ nhỏ 100.000 lit/năm. Tổng năng suất của
tất cả các nhà máy lớn nhỏ vào khoảng 15 triệu lit/năm. Sau năm 1975, chúng ta tiếp
quản và xây thêm các nhà máy rỉ đường và một số cơ sở tư nhân khác. Nếu cộng tất cả
các cơ sở sản xuất cồn rượu của nước ta ở thời điểm 1980-1985 thì hàng năm ta có thể
sản xuất trên 30 triệu lit cồn. Có thể nói, thời gian này cồn rượu trong cả nước đạt cao
nhất, vừa xuất khẩu vừa tiêu dùng trong nước.
Vào những năm 1986-1987, do đổi mới cơ chế quản lý, nhiều xí nghiệp làm ăn
thua lỗ, sản phẩm làm ra tiêu thụ chậm nên hàng loạt các phân xưởng nhà máy bị phá
sản. Lúc này các cơ sở sản xuất cồn rượu đa quốc doanh quản lý còn rất ít. Các nhà
máy lớn chỉ sản xuất cầm chừng vì không còn thị trường xuất khẩu như trước đây. Thị
trường trong nước cũng bị thu hẹp và rượu quốc doanh không cạnh tranh nổi với rượu
thủ công.
Theo ông Nguyễn Văn Hùng - Phó Chủ tịch thường trực kiêm Tổng thư ký Hiệp
hội Bia - Rượu - Nước giải khát Việt Nam, Giai doạn 2000-2007, ngành rượu đạt mức
tăng trưởng cao, bình quân trên 14%/năm. Sản lượng rượu sản xuất công nghiệp những
năm qua tăng nhanh nhưng còn chiếm tỷ trọng nhỏ, năng lực sản xuất rượu công
nghiệp khoảng 100 triệu lít/năm. Sản lượng rượu do dân tự nấu chiếm tỷ trọng gần
80%. Mức độ tiêu thụ tại thị trường rượu có tỷ lệ không đồng đều, vẫn chủ yếu là rượu

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

4

Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

do dân tự nấu, còn dòng rượu cao cấp, chủ yếu là các sản phẩm whisky, brandy,
cognac, rum, vang, champagne nhập khẩu chiếm khoảng 4,09%.
Xuất khẩu rượu của Việt Nam tăng từ 5,1 triệu USD năm 2000 tăng lên 7,5 triệu
USD năm 2007 với tốc độ tăng trưởng trung bình đạt 7,4%/năm. Sản phẩm rượu xuất
khẩu chủ yếu là rượu mạnh. Thị trường xuất khẩu chủ yếu là thị trường châu Á, lớn
nhất là thị trường Nhật Bản.
Theo ông Hùng, sở dĩ sản xuất rượu của Việt Nam vẫn chưa phát triển tương
xứng là vì công nghệ, thiết bị sản xuất rượu thủ công và truyền thống còn đơn giản, lạc
hậu. Rượu công nghiệp cũng chưa có thiết bị đồng bộ.
Về định hướng phát triển ngành rượu trong thời gian tới, ông Hùng cho biết:
ngành tập trung phát triển rượu qui mô công nghiệp chất lượng cao, giảm rượu thủ
công do dân tự nấu. Kết hợp nấu rượu thủ công, làng nghề theo hình thức thu gom, xử
lý theo qui mô công nghiệp, công nghệ hiện đại của các đơn vị lớn để tạo ra sản phẩm
chất lượng. Thực tế, nhiều thương hiệu như rượu Bó Nặm, rượu Mẫu Sơn đã và đang
áp dụng thành công mô hình này.
1.1.1.2 Tình hình sản xuất cồn nhiên liệu sinh học ở nước ta
1) Sản xuất cồn từ mật rỉ
Năm 2007, Ngành Nông nghiệp và Phát triển nông thôn có nguồn nguyên liệu là
550.000 tấn rỉ mật. có thể sản xuất được 155 triệu lít cồn/năm. Các cơ sở sản xuất cồn
nhiên liệu từ rỉ mật có tổng công suất là 60 triệu lít/năm, bao gồm: Lam Sơn công suất
6 triệu lít/năm, Quảng Ngãi công suất 3 triệu lít/năm, Tuy Hòa công suất 6 triệu
lít/năm, Hiệp Hòa công suất 6 triệu lít/năm, Long Mỹ Phát công suất 6 triệu lít/năm,
Sơn Hà công suất 6 triệu lít/năm, …
Các nhà máy cồn Lam Sơn và Tuy Hòa có công nghệ thiết bị hiện đại, hệ thống
chưng cất bao gồm 5 tháp, sản xuất cồn thực phẩm, còn các nhà máy khác tùy theo yêu
cầu thị trường cung ứng các loại cồn thực phẩm, nhiên liệu hoặc làm nguyên liệu để

sản xuất cồn thực phẩm. Nhà máy có công suất lớn nhất là nhà máy cồn Lam Sơn
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

5


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

thuộc công ty Cp mía đường Lam Sơn có công suất 25 triệu lít/năm, phát huy 60%
công suất, do thiếu nguyên liệu. Mặt khác, việc sử lý môi trường do sản xuất cồn từ
dích hèm, bã hèm cũng rất tốn kém và triệt để cũng là khó khăn cho nhà sản xuất.
Về giá, Giá thành sản xuất cồn tại các nhà máy sản xuất đường cũng thường
xuyên biến động phụ thuộc vào giá mật rỉ và chi phí nhiên vật liệu. Tuy nhiên, nếu sản
xuất cồn tinh luyện giá thành bình quân khoảng 6.000 đ/lít và cồn thô khoảng 3.500
đ/lít. Có năm giá bán cồn nâng lên khoảng 7.900 đ/lít cồn tinh luyện và cồn thô vào
khoảng 5.000 đ/lít. Có những năm giá bán cồn nâng lên khoảng 10.000 - 11.000 đ/lít
(năm 2005) và sản lượng do các nhà máy sản xuất ra không đáp ứng nhu cầu (chủ yếu
là nhập khầu). Việc xuất khẩu cồn tập trung vào các thị trường như Hàn Quốc, Nhật
Bản và Đài Loan. Việc xuất khẩu cồn đã đem lại việc làm cho các đơn vị sản xuất
thùng phi, lực lượng vận tại, cho thuê kho xitec tại các cảng biển.
Đối với tiêu dùng nội địa, lượng cồn sản xuất đã dáp ứng các nhu cầu cho y tế,
phục vụ công nghiệp bảo quản, chế biến gỗ…
2) Sản xuất cồn từ tinh bột.
Ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn hiện có nhà mày cồn tinh luyện
Xuân Lộc thuộc Tổng công ty mía đường II, công suất 6 triệu lít/năm, công nghệ thiết
bị của Hãng Tomsa (Tây Ban Nha) nguyên liệu từ Sắn của, sắn lát, ngô và thóc gạo.
Tuy nhiên, hiện nay nhu cầu thị trường tiêu dùng các loại cồn thực phẩm nhiều nhưng

sản xuất chưa đáp ứng do nhiều nước có nhu cầu nhập khẩu tinh bột sắn, vì vậy nguồn
nguyên liệu cũng vì thế mà rất khó khăn nên gia mua nguyên liệu cho sản xuất cồn còn
cao. Cả nước hiện nay ngoại nhà máy cồn Xuân Lộc có hai nhà máy rượu Hà Nội và
Bình Tây là sản xuất cồn thực phẳm nguyên liệu từ tinh bột.
Công ty Cổ phần sinh học Việt Nam đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất cồn
công nghiệp với công suất 66.000m3 cồn/năm tại tỉnh Đăk Lăk. Để đảm bảo nguồn
nguyên liệu ổn định, công ty đã có kế hoạch triển khai trồng cây tinh bột Tiboca trên
4.000 ha đất dự án.
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

6


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Công ty đường Biên Hòa và công ty Fair Energy Asia Ltd của Singapo đã ký kết
bản ghi nhớ ngày 15-8 hợp tác đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất cồn sinh học, công
suất 50.000 tấn cồn nguyên liệu/năm. Nhà máy sẽ được xây dựng tại cụm công nghiệp
phía Tây sông Vàm Cỏ Đông thuộc huyện Châu Thành tỉnh Tây Ninh.
Công ty Petrosetco (Việt Nam) và Itochu (Nhật Bản) đang tiến hành dự án
khoảng 80-100 triệu SUD để xây dựng nhà máy cồn có công xuất 100 triệu lít ethanol
mỗi năm từ nguồng nguyên liệu sắn lát. Nhà máy dự định sẽ được đặt tại Khu công
nghiệp Hiệp Phước, TP HCM. Dự kiến 99,8% sản phẩm sẽ được cung cấp cho thị
trường để pha vào xăng sinh học.
3) Sản xuất cồn từ trái điều
Cồn điều đạt 80 độ.
Qui trình sản xuất ra cồn điều khô này rất đơn giản và dễ làm. Trái điều sau khi

tách lấy hạt được đem rửa sạch để ráo nước và được vắt hoặc ép để lấy nước điều. Sau
đó cho dung dịch gelantine vào nước ép điều (với liều lượng 2 gam/lít) rồi đun sôi và
lọc để lấy dịch điều. Cho thêm men vào dịch điều (với tỉ lệ 5 gam men/1lít dịch điều)
để 5 ngày sau thì chưng cất 2 lần sẽ thu được cồn 80 - 85 độ. Cuối cùng là bỏ thêm
chất phụ gia vào thành cồn khô. Tính ra chi phí để sản xuất được 11kg cồn khô từ 150
kg trái điều chỉ mất khoảng 25 ngàn đồng, so với giá thị trường hiện nay trên 20 ngàn
đồng/kg cồn khô thì nông dân thu lãi khá cao. Chính vì vậy, sản xuất cồn khô từ trái
điều đã mở ra cho người nông dân trồng điều ở Tân Phú một cơ hội mới để tăng thêm
thu nhập.
1.1.2 Thành phần hoá học của rượu etylic
Thành phần hoá học chính của rượu etylic là ancol etylic và các thành phần
khác như axit hữu cơ, anđehit, este, hợp chất chứa nitơ. Ngoài ra còn chứa các thành
phần như ancol cao phân tử, metanol, furfurol thì rượu không đạt chuẩn.
Cồn thô nhận được sau khi chưng cất còn chứa rát nhiều tạp chất (trên 50 chất)
có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các nhóm chát sau: anđehit, este,
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

7


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

ancol cao phân tử và các axit hữu cơ. Hàm lượng chung của các tạp chất không vượt
quá 0,5% so với khối lượng cồn etylic.
Thành phần tạp chất thay đổi theo nguyên liệu
Bảng 2 – Thành phần tạp chất thay đổi và theo nguyên liệu
Số mẫu

Este

đem

mg/l cồn

Khoai tây

18

416,6

0,0047

0,28

78,8

Khoai tây + hạt

30

306,7

0,011

0,21

32,1

Hạt

36

242,5

0,040

0,41

86,4

Dạng nguyên liệu

Anđehit

Dầu fusel

% so với rượu

Từ mật rỉ
34
376,7
0,116
0,32
113,9
Theo số liệu của Viện nghiên cứu Ucrain, hàm lượng tạp chất trong cồn thô
nhận từ mật rỉ dao động trong giới hạn khá lớn. Axit từ 20 đến 200 mg/l, este từ 150
đến 550 mg/l, anđehit từ 90 đến 900 mg/l, ancol cao phân tử từ 0,2 đến 0,5% khối

lượng và hợp chất chứa nitơ tính theo amoniac từ 8 đến 18 mg/l.
Bằng phương pháp phân tích sắc kí khí người ta thấy rằng, trong thành phần của
axit gồm: axit axetic 75-85%, axit butyric 5-10% và còn lại 5-10% là các axit khác.
Trong số các anđehit thì anđehit axetic chiếm 75-90%, còn lại 5-10% anđehit propylic,
2-8% anđehit butyric. Trong số các este thì 75-85% là este của axit axetic, 5-10% gồm
este của axit propylic, valeric…
Hàm lượng ancol cao phân tử cũng rất khác nhau nhưng chứa chủ yếu là ancol
amylic và ancol isobutylic.
Một số các tạp chất mang tính đặc thù của từng nguyên liệu. Ví dụ cồn nhận
được từ mật rỉ ít chứa furfurol nhưng lại chứa các tạp chất gây mùi mía, nhất là cồn
nhận được từ mật rỉ mới sản xuất. Mùi này là do các hợp chất nitơ hoặc este của axit
butyric. Cồn nhận được từ tinh bột thường chứa furfurol và các tạp chất gây vị đắng,
đó là các tecpen. Chất này rất khó phát hiện bằng các phân tích thông thường nhưng lại
cảm nhận bằng vị giác.
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

8


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

* Phân loại tạp chất: gồm 3 loại tạp chất đầu, tạp chất trung gian và tạp chất
cuối. phân loại như vậy chỉ là tương đối và qui ước, vì tính chất của tạp chất có thể
thay đổi theo nồng độ cồn.
- Tạp chất đầu gồm các chất dễ bay hơi hơn ancol etylic ở nông đôh bất kì,
nghĩa là hệ số bay hơi lớn hơn hệ số bay hơi của rượu. Các chất có nhiệt độ sôi thấp
hơn nhiệt độ sôi của ancol etylic gồm: anđehit axetic, axetat etyl, formiat etyl, anđehit

butyric.
- Tạp chất cuối gồm các ancol cao phân tử như ancol amylic, ancol isoamylic,
isobutyric, propylic, isopropylic. Ở khu vực nồng độ cao của ancol etylic, các tạp chất
cuối có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của ancol etylic. Ở khu vực nồng dộ
etylic thấp, độ bay hơi của tạp chất cuối có thể nhiều hơn so với ancol etylic. Tạp chất
cuối điển hình là axit axetic, vì độ bay hơi của nó kém hơn ancol etylic ở 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 ancol etylic nó là tạp chất cuối. Ở nồng đô ancol thấp
chúng có thể trở thành tạp chất đầu. Đó là các chất isobutyrat etyl, isovalerat etyl,
isovalerat isoamyl và axetat isoamyl.
Độ bay hơi của các tạp chất phụ thuộc vào nồng độ ancol etylic trong dung dịch.
Nếu hàm lượng tạp chất không 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.
Thực nghiệm cho biết khi tăng nồng độ ancol etylic thì hệ số bay hơi của tất cả
các tạp chất đều giảm và trong khoảng nồng độ ancol nhỏ hơn 55%, hệ số bay hơi của
tất cả các tạp chất đều lớn hơn 1; trong đó có một số tạp chất luôn có hệ số bay hơi lớn
hơn 1 ởp nồng độ rượu bất kỳ. Đó là những tạp chất đầu như anđehit axetic, axetat etyl,
axetat metyl.
Khác với tạp chất đầu, tạp chất cuối mà điển hình là ancol amylic có hệ số bay
hơi luôn nhỏ hơn 1 khi nồng độ ancol lớn hơn 55%; hệ số bay hơi của amylic bằng 1
khi nồng độ ancol bằng 55% và ở nồng độ nhỏ hơn 55% hệ số bay hơi của ancol
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

9


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

amylic lớn hơn 1. Người ta dựa vào tính chất này tách dầu fusel ra khỏi ancol etylic ở
dạng hơi hoặc lỏng.
Tạp chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, còn tạp chất trung gian rất khó
tách.
Bảng 3 – Tính chất các tạp chất trong cồn thô
Công thức

Phân tử

Nhiệt ddộ

hoá học

lượng

sôi (0C)

- axetic

C2H4O

44,05

20,2

- acroleic

C3H4O

56,08

52,5

- furfurol

C5H4O2

96,08

161,7

- formiat etyl

C3H6O2

74,08

54,4

- axeta etyl

C4H8O2

88,10

77,1

- axetat metyl

C3H6O2

74,08

56,0

- isobutyrat etyl

C6H12O2

116,16

110,1

- butyrrat etyl

C6H12O2

116,16

121,0

- axetat isoamyl

C7H14O2

130,18

142,0

- isovalơrat etyl

C7H14O2

130,18

134,8

- isovalơrat isoamyl

C10H20O2

172,26

194,0

- axetal

C6H14O2

118,17

102,4

- isopropylic

C3H8O

60,09

82,4

- propylic

C3H8O

60,09

97,2

- isobutyrric

C4H10O

74,12

108,1

- butyric

C4H10O

74,12

117,9

- isoamylic

C5H12O

88,15

132,1

Các tạp chất trong cồn thô
Anđehit

Este

Ancol

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

10


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

- amylic

C5H12O

88,15

137,8

- metylic

CH4O

32,04

64,7

- hexilovic

C6H14O

102,17

155,7

- formic

CH2O2

46,03

100,8

- axetic

C2H4O2

66,05

118,1

- butyric

C4H8O2

88,10

163,6

C10H16

136,23

167 – 170

C10H18O

154,24

206 – 210

Axit

Hợp chất khác
- tecpen
- hydat tecpen

1.1.3 Nguyên liệu sản xuất rượu etylic:
1.1.3.1 Nguyên liệu chính:
Để sản xuất cồn etylic, về nguyên tắc ta có thể dùng bất kí nguyên liệu nào chứa

đường hoặc polisaccarit nhưng sau thuỷ phân sẽ biến thành đường lên men được. Do
đó, chúng ta có thể dùng cả nguyên liệu giàu xenluloza để thuỷ phân thành đường. Tuy
nhiên, dùng nguyên liệu này kém hiệu quả kinh tế. Yêu cầu đối với nguyên liệu phải
thoả mãn là hàm lượng tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế.
Nguyên liệu có 2 loại chính: nguyên liệu chứa tinh bột và nguyên liệu chứa
đường mật rỉ.
+ Nguyên liệu chứa tinh bột chủ yếu là sắn, ngô, gạo và tấm.
+ Nguyên liệu chứa đường mật rỉ là thứ phẩm của sản xuất đường.
1) Nguyên liệu chứa tinh bột:
Thành phần quan trọng và chủ yếu đối với nguyên liệu chứa tinh bột dùng trong
sản xuất rượu.

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

11


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

+ Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được,
gồm tinh bột và một số đường. Trong đa số glũit nói chung thì tỉ lệ giữa H và O đều
tương tự như nước - Cn(H2O)m.
+ Gluxit trong tự nhiên chia làm 3 nhóm chính là mono, oligo và monosaccarit.
Monosaccarit là những gluxit đơn giản không thể thuỷ phân được. Trong thiên nhiên
phổ biến nhất là hexoza và pentza. Hexoza là gluxit lên men được, dưới tác dụng của
nấm men đa số hexoza sẽ biến thành rượu và CO2. Pentoza thuộc gluxit không len men
được, không có khả năng chuyển hoá thành rượu và CO2 dưói tác dụng của nấm men.

+ Oligosaccarit là những gluxit chứa từ 2 đến 10 gốc monosaccarit. Trong thiên
nhiên phổ biến nhất là đisaccarit và trisaccarit. Đisaccarit phổ biến là mantoza và
saccaroza, trisaccarit phố biến là rafinoza. Marltoza và saccaroza dễ dàng chuyển hoá
thành rượu và CO2 dưới tác dụng hệ zymaza của nấm men, còn rafinoza chỉ lên men
được 1/3.
Tuỳ theo nguyên liệu để sản xuất cồn etylic mà chúng ta thu được số lượng cồn
etylic khác nhau. Trong đó, nguyên liệu chứa tinh bột thu được cồn etylic nhiều nhất.
Bảng 4
Nguồn gluxit
Tinh bột

Lượng cồn thu được từ 100 kg
Theo lít
Theo kg
71,998
56,818

Đường đôi

68,20

53,83

Đường đơn

64,794

51,14

2) Nguyên liệu chứa đường mật rỉ:

Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường chiếm
từ 3 đến 5% so với lượng mái đưa vào sản xuất.
Đến năm 2000, có khoảng 40 nhà máy đường đi vào sản xuất với tổng công suất
khoảng 12 triệu tấn mía. Nếu tỉ lệ mật rỉ chiếm 3,5% thì lúc đó các nhà máy đường thải
ramột lượng mật rỉ là 420000 tấn.
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

12


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Từ 1 tấn mật rỉ chúng ta có thể thu được: 300 lit cồn 1000, 50 kg nấm men; 160
kg CO2 lỏng; 14 kg glixerol; 14,2 kg mì chính và một số sản phẩm khác.
a) Thành phần hoá học của đường mật rỉ
Thành phần mật rỉ phụ thuộc vào giống mía, đất đai trồng trọt và điều kiện canh
tcá cũng như công nghệ sản xuất đường. Bình thường lượng chất khô trong mật rỉ
chiếm 80 đến 85%, nước chiếm 15 đến 20%. Có nhà máy rửa nhiếu nước sau khi li tâm
đường nên lượng chất khô giảm còn 70-75%.
Trong số các chất khô thì đường chiếm tới 60%, gồm 35-40% là saccaroza và
20-25% là đường khử. Số chất khô còn lại gọi chung là chất phi đường và gồm 30-32%
là hợp chất hữu cơ và 8-10% là chất vô cơ.
Hàm lượng trung bình của các chất vô cơ trong chất khô vào khoảng sau:
Chất vô cơ

%

K2O

76,4

Na2O

11,1

CaO

3,5

MgO

0,4

SO3

2,8

Cl–

5,0

Các oxit khác

0,8

Hợp chất hữu cơ gồm các chất chứa nitơ, cacbon, oxy và hyđro. Chất hữu cơ
không chứa nitơ gồm có pectin, chất nhầy furfurol và oxymetyl furfurol, axit… Ngoài

ra còn chứa các chất khử nhưng không lên men được như caramen, chất màu… Hợp
chất hữu cơ chứa nitơ phần lớn ở dạng amin như glutamic, lơxin, alanin… Lượng nitơ
trong rỉ đường mía chỉ khoảng 0,5 đến 1%, ít ơn so với rỉ đường củ cải (1,2-2,2%). Do
chứa ít nitơ nên khi lên men dịch rỉ đường chúng ta phải bổ sung nguồn nitơ từ ure
hoặc amoni sunfat. Ngoài bổ sung nguồn nitơ, chúng ta cần thêm nguồn photpho để
giúp cho sự phát triển bình thường của nấm men
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

13


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Trong rỉ đường mía thường chứa nhiều vitamin với hàm lượng khác nhau
Vitamin

mg/g mật rỉ

B1

0,2

 Tiamin

B2

0,04

 Riboflavin

B3

0,13

 Axit pantotenoviv

B6

0,54

 Pirigokxin

PP

5,1

 Axit nicotinovic

0,02

 Axit folievic

6,0

 Mezoinozit

b) pH và độ đệm của mật rỉ

Bình thường pH của mật rỉ từ 6,8 đến 7,2. Rỉ mới sản xuất ra có thể có pH= 7,28,9. Hiện nay hầu hết các nhà máy đường đều xử lý bằng lưu huỳnh nên pH của rỉ
đường thường thấp hơn và vào khoảng 5,6-6. Độ kiềm của rỉ vào khoảng 0,5-2 0. Độ
kiềm gây bởi các muối canxi của axit cacbonic và các axit hữu cơ khác.
Độ đệm được biểu thị bằng thể tích dung dịch H2SO4 1N cần thiết để điều
chỉnh dung dịch gồm 100 g rỉ + 100 g nước tới pH = 4,5. Tuỳ theo pH của mật rỉ, độ
đệm của mật rỉ, độ đệm có thể từ 14 đến 45.
c) Vi sinh vật trong mật rỉ
Mật rỉ nhận được từ sản xuất luôn chứa một lượng vi sinh vật. Trong đó nguy
hiểm nhất là vi khuẩn lactic và axetic. Mức độ nhiễm khuẩn được xác định bằng sự
tăng độ chua khi để mật rỉ “tự lên men”. Mức tăng độ chua (khi tự lên men 24 giờ)
trong phạm vi 0,2 đến 0,30 được xem là bình thường.
Thực tế trong 1 gam mật rỉ chứa tới 100000 vi sinh vật không nha bào và 15000
có khả năg tạo bào tử. Ở mật rỉ bị nhiễm nặng, con số vi sinh vật có thể đạt 500000 và
50000. Tuy nhiên, đối với mật rỉ đường có nồng độ trên 70%, hầu hết vi sinh vật trong
mật rỉ đều chịu nằm yên, nhưng khi pha loãng chúng sẽ bắt đầu hoạt động và làm giảm

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

14


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

hàm lượng đường, dẫn đến tăng tổn thất. Trong quá trình sản xuất cần có biện pháp xử
lý phù hợp ngằm diệt bớt và hạn chế hoạt động của tạp khuẩn.
1.1.3.2 Nấm men:
1) Thành phần hoá học của nấm men:

Thành phần hoá học và dinh dưỡng của nấm men phụ thuộc vào chủng giống,
môi trường, trạng thái sinh lí cũng như điều kiện nuôi vấy. Men ép chứa trung bình
75% nước và 25% chất khô. Các chất khô của nẩm men bao gồm các thành phần sau:
+ Protic 30 50%, trung bình 40%
+ Gluxit 24-40%, trung bình 30%
+ Chất béo 2-5%, trung bình 4%
+ Chất khoáng 5-11%, trung bình 9%
Gluxit của nấm men chủ yếu là glucogen (C 6H10O5)n, đây là chất dự trữ của tế
bào. Hàm lượng của nó trong tế bào men có thể từ 0 đến 40% và tuỳ thuộc trước hết
vào môi trường dinh dưỡng. Trong môi trường dư đường, lượng glucogen tăng đáng
kể. Trong giai đoạn đầu của lên men nồng độ đường còn cao, nên nấm men chứa nhiều
glucogen để duy trì sự sống. Dưới tác dụng của – amylaza, glucogen biến thành
mantoza và destrin.
Protit chứa trong nấm men rượu thường vào khoảng 35 đến 40% và có đủ các
axit amin không thay thế được. Về giá trị dinh dưỡng thì protit nấm men tương đương
protit động vật nhưng giá trị hơn protit thực vật. Ở nhiệt độ cao và bình thường, dưới
tác dụng của proteaza có sẵn trong nấm men, protit biến thành pepton, peptic và axit
amin.
Chất béo là thức ăn dự trữ của nấm men và chứa chủ yếu trong nguyên sinh
chất, hàm lượng khoảng 2 đến 5% khối lượng chất khô. Trong nấm men còn chứa các
chất tương tự chất béo như loxitin và sterin. Trong số đó quan trọng hơn cả là
ecgosterin, chất này dễ biến thành vitamin D dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, hàm
lượng vào khoảng từ 0,3 đến 1.4% chất khô của nấm men.
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

15


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Chất khoáng chiếm từ 5 đến 11%. Tuy với số lượng ít nhưng đóng vai trò vô
cùng quan trọng trong hoạt động của nấm men, đặc biệt là photpho. Photpho thường
nằm dưới dạng liên kết hữu cơvà có trong thành phần của photphatit, nucleoprotic cũng
như ãit nuclêic. Trong tế bào nấm men còn chứa các ion kali, magie, sắt, lưu huỳnh và
axit silicic. Lưu huỳnh có trong thành phần protit ở dạng –SH hoặc –S-S-. Lưu huỳnh
và sắt đều tham gia phản ứng oxi hoá khử. Sắt cùng với các chất vô cơ khác như Zn,
Mn, Cu, Mg… là những chất không thể thiếu đối với nhiều enzim oxi hoá. Magie cũng
như lưu huỳnh và photpho còn có tác dụng làm hoạt hoá photphotaza trong quá trình
lên men. Canxi giúp và loại bỏ các chất độc thải ra khi lên men, đồng thời giúp cho
tổng hợp protit, làm tăng quá trình oxi hoá và có tác dụng tạo thành 1 số vitamin.
Để đảm bảo cho sự sống, nấm men cần các vitamin B1, B2. Biotin và axit
paraaminobenzoic là những chất kích thích cho sinh trưởng của nấm men. Trong tế bào
nấm men chứa nhiều loại vitamin và với hàm lượng khá lớn nên hiện nay nấm men
được xem là nguồn nguyên liệu quí trong sản xuất 1 số vitamin.
Trong điều kiện sản xuất rượu, nguồn thức ăn của nấm men như gluxit và và
chất khoáng thường có sẳn và đủ trong môi trường. Vitamin với số lượng rất ít thướng
được cung cấp từ chế phẩm amylaza đưa vào khi đường hoá.
2) Nấm men được dùng trong sản xuất cồn etylic:
Trong sản xuất cồn, rượu vang và bia người ta hay dùng chủng saccharomyces
và chia thành:
Lên men nổi mà đặc điểm của nó là trong giai đoạn lên men chính chúng tạo
trên bề mặt một lớp bọt tương đối dày, trạng thái này được duy trì cho tới khi lên men
gần kết thúc. Sau đó nấm men lắng dần nhưng chậm và không tạo thành lớp men xít
bám chắc ở đáy thùng.
Theo cấu trúc thì nấm men nổi thuộc dạng hạt, chúng ít liên kết thành chuỗi,
dạng bóng như nấm men chìm. Nấm men chìm chỉ phát triển trong môi trường lên

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

16


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

men, chúng không tạo thành bọt dày trên bề mạt, lắng nhanh khi lên men kết thúc và
tạo thành một lớp men xít, bám chắc ở đáy thùng.
Đặc điểm nổi bật của men chìm là một số chủng có chứa enzym α galactozidaza nên lên men hoàn toàn đường rafinoza, còn đối với nấm men nổi thì chỉ
một số ít chủng có khả năng chuyển hoá đường rafinoza thành rượu và cacbonic và chỉ
1/3.
Đa số nấm men bia, rượu vang đều thuộc nấm men chìm. Còn men rượu, men
bánh mì và một số ít men bia thuộc nấm men nổi. Ban đầu chúng ta chỉ biết loại nấm
men nôit do lên men tất cả các dịch ở nhiệt độ thường. Người ta làm nấm men thành
nắm. Khi lên men, giã nhuyễn thành bột.
Ngoài tính chất chung là nấm men có khả năng biến đường thành rượu và khí
cacbonic, trong mỗi ngành sản xuất đều có ngững đòi hỏi đặc thù. Ví dụ nấm men dùng
trong sản xuất cồn phải có khả năng lên men các đường nhanh và càng triệt để càng tốt;
đồng thời tạo ít các sản phẩm trung gian và phụ. Nấm men dùng trong sản xuất bia và
rượu vang phải cho sản phẩm mùi đặc trưng thơm ngon; đồng thời phải lắng tốt và
giúp cho dịch lên men nhanh trong. Nấm men dùng trong sản xuất nấm men bánh mì
phải có khả năng sinh khối lớn, khi lên men làm nở, xốp bánh và tạo hương vị thơm
ngon. Nấm men dùng trong chăn nuôi gia súc phải có khả năng sinh khối lớn, đồng hoá
được nhiều chất đường, axit hữu cơ, glixerol và phải chứa nhiều protein…
Yêu cầu chung của nấm men dùng trong sản xuất cồn etylic là phải có lực lên
men mạnh, biến đường thành rượu nhanh và hoàn toàn. Đồng thời phải ổn định và chịu

được những biến đổi của môi trường.
Có nhiều loại nấm men để sản xuất cồn etylic, trong điều kiện của nước ta
chủng nấm men XII để lên men dịch đường tinh bột và chủng IA để lên men rỉ đường.
Khi đem lên men cho chỉ tiêu của giấm chín và lượng CO 2 thoát ra là cao, đem lại hiệu
quả cho sản xuất.
1.1.3.3 Nước

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

17


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống trên Trái
Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước.
Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường của các
quá trình sinh hóa cơ bản như quang.
Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước. Lượng nước trên Trái
Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97,4% là nước mặn trong các đại dương trên
thế giới, phần còn lại, 2,6%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở
hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là
có thể sử dụng làm nước uống. Việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử
thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây.
Nước ủ rượu và nấu rượu phải là nguồn nước đảm bảo vì đây là nhân tố quyết
định độ ngon của rượu. Rượu Đồng Xuân có hương vị thơm ngon mà không nơi nào có
được là do người nấu rượu có kinh nghiệm lâu năm, giống men tốt thì nước ủ rượu và

nấu rượu cũng rất quan trọng. Nhiều cơ sở có chất lượng rượu không cao, bị nhiễm độc
là do nguồn nước không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
1.1.4 Các ứng dụng của rượu etylic
Cồn rượu được con người xem là sản phẩm thực phẩm nhưng cũng lại là sản
phẩm có nguy cơ độc hại đói với cơ thể con người. Tuy nhiên, sản lượng cồn rượu mà
thế giới sản xuất hàng năm vẫn ngày càng tăng thêm. Cồn không chỉ để pha chế rượu
mà còn được dùng cho các nhu cầu khác như: y tế, nhiên liệu, dung môi, cao su tổng
hợp và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác...
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.
Sử dụng cồn làm nhiên liệu, nhất là etanol, sẽ tạo được các ưu thế về kinh tế vsà
hiệu suất. Sử dụng etanol làm giảm trực tiếp chi phí công nghệ. Hơn nữa, etanol chứa
34% năng lượng nhiều hơn so với năng lượng sử dụng để trồng, thu hoạch ngô và
chưng cất thành etanol. Etanol là chất lỏng dễ cháy, tuy nhiên etanol khó bay hơi hơn
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

18


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

xăng rất nhiều. Điều này có ý nghĩa là vấn đề tồn trữ etanol ít trở ngại hơn so với trữ và
vận chuyển hydro và các loại xăng khác hiện nay.
Theo PGS. TS hoá học Shelley Minteer, hầu hết các nghiên cứu pin nhiên liệu
sinh học trong quá khứ đã sử dụng metanol làm nhiên liệu nhiều hơn là etanol. Sự lựa
chọn etanol của nhóm nghiên cứu của Minteer dựa trên cơ sở phân tích cho thấy etanol
nhiều hơn, sản xuất rẻ hơn và có khả năng phản ứng cao hơn đối với enzym đã lựa

chọn. hầu hết các nghiên cứu pin nhiên liệu sinh học trong quá khứ đã sử dụng metanol làm
nhiên liệu nhiều hơn là etanol. Sự lựa chọn etanol của nhóm nghiên cứu của Minteer dựa trên
cơ sở phân tích cho thấy etanol nhiều hơn, sản xuất rẻ hơn và có khả năng phản ứng cao hơn
đối với enzym đã lựa chọn.

Rượu cồn là một loại nhiên liệu sinh học mà con người đã sản xuất từ hàng
nghìn năm nay. Những năm 30 của thế kỷ trước, ở Mỹ người ta cũng đã có ý định dùng
rượu cồn làm nhiên liệu ô-tô. Tuy nhiên, nguồn dầu mỏ dồi dào và giá rẻ lúc đó khiến
các quốc gia công nghiệp phương Tây chấp nhận lệ thuộc vào việc nhập khẩu loại
nhiên liệu này. Brazil là quốc gia duy nhất đi theo con đường riêng của mình và sử
dụng cồn làm nhiên liệu cho các loại ô-tô. Khoảng 40% nhu cầu nhiên liệu của nước
này được đáp ứng bằng bioethanol, một dạng cồn được điều chế từ đường mía.
Trong khi đó ở châu Âu và Bắc Mỹ người ta điều chế ethanol chủ yếu từ cây
trồng. Chính phủ Mỹ cũng coi bioethanol là một loại nhiên liệu của tương lai. Một loạt
công nghệ mới, đang trong quá trình phát triển, hứa hẹn nhiều triển vọng, đó là
"sundiesel". Trong năm tới, một hệ thống sản xuất "sundiesel" sẽ đi vào hoạt động với
năng suất 15.000 tấn/năm. Sundiesel hoàn toàn không độc hại và không có chất
aromat.
Theo dự báo, trữ lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng từ năm 2050
- 2060. Vấn đề an toàn nguồn năng lượng và đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu;
tình trạng hiệu ứng nhà kính do khí thải; sự bất ổn về chính trị và chủ nghĩa khủng bố
thế giới; những tiến bộ của khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

19


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học. Thế
giới hiện có khoảng 800 triệu xe ô-tô các loại, tiêu thụ mỗi ngày 10 triệu tấn dầu mỏ,
bằng một phần hai sản lượng dầu mỏ khai thác mỗi ngày. Việc sản xuất và sử dụng
nhiên liệu bền vững đang là một nhiệm vụ vô cùng to lớn, trong khi ngành công nghiệp
lại đang bước sang một bước ngoặt quan trọng. Theo nhiều chuyên gia thì chỉ có những
loại nhiên liệu phối trộn có nhiều triển vọng để áp dụng rộng rãi. Ethanol và sundiesel
đáp ứng được yêu cầu này.
Với mục tiêu ứng dụng công nghệ sinh học để xử lý phế thải của công nghiệp
chế biến đường, cồn, rượu…để tạo ra phân bón, dùng bã rượu làm thức ăn cho cá chép,
lợn.
Bã rượu- thức ăn tốt cho cá chép.
Bã rượu khô (DDGS) đã được các nhà nghiên cứu thực hiện thí nghiệm và kết
quả cho thấy có thể tận dụng chúng làm thức ăn cho cá. Trong thành phần của DDGS
có 26-32% đạm, 10% chất xơ, 10% chất béo và có độ ẩm cao nhất là 12%. Thí nghiệm
này được tiến hành ở hồ nuôi cá xã Đông Xuân, huyện Lương Sơn, Hòa Bình. Thí
nghiệm được tiến hành như sau: dùng DDGS thay thế một lượng nhỏ thức ăn thông
thường trong khẩu phần ăn hàng ngày của cá chép. Những con cá chép nặng 26-51g
được nuôi trong những chiếc lồng nổi với thời gian 3 tháng với 4 chế độ ăn khác nhau:
Khẩu phần ăn không chứa DDGS, chỉ có protein từ thực vật. Khẩu phẩn ăn chứa 5%
DDGS. Khẩu phần ăn chứa 10% DDGS. Khẩu phần ăn chứa 15% DDGS.
Sau 3 tháng, kết quả cho thấy những con cá được ăn 10-15% DDGS có tốc độ
phát triển 28g/tháng, trong khi những con cá ăn 0-5% DDGS chỉ tăng 28 g/tháng.Việc
thay thế DDGS trong khẩu phần ăn không làm ảnh hưởng đến tốc độ phát triển trước
đây của cá cũng như thành phần protein, chết béo, độ ẩm và màu sắc thịt cá.Như vậy
ngoài việc làm thành phần cho thức ăn gia cầm thì DDGS còn làm thức ăn trong nuôi
cá chép.

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

20


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Khi chi phí thức ăn chăn nuôi ngày một tăng, các chủ trại nuôi lợn đã phải nghĩ
mọi cách để bổ sung lượng thức ăn cho đàn lợn của mình. Theo nghiên cứu của một số
nhà khoa học Mỹ, việc cho lợn ăn bã rượu sấy khô không những giúp lợn tăng trọng
mà còn tăng cường hệ thống miễn dịch cho chúng.
Hàng năm, ngành sản xuất rượu của Mỹ cung cấp cho thị trường khoảng 10 - 14
triệu tấn bã rượu sấy khô, mặt hàng này vốn được dùng để làm thức ăn cho bò sữa và
bò nuôi lấy thịt. Các nhà chăn nuôi cũng sử dụng bã rượu như một sản phẩm bổ dưỡng
cho đàn lợn nái. Chính vì vậy, Tom Weber - nhà sinh lý học (thuộc Trung tâm Nghiên
cứu Lợn và Phân bón) đã hợp tác với nhà vi trùng học Cherie Ziemer nghiên cứu tác
dụng của bã rượu đối với lợn sữa.Họ chia lợn sữa thành 4 nhóm, nhóm thì cho ăn với
chế độ ăn thông thường, nhóm thì bổ sung bã rượu, nhóm khác lại bổ sung vỏ đỗ, hoặc
cam - quýt. Sau một tuần, mổ lấy mẫu để kiểm tra chất Cytokines tại ruột non của lợn
ăn bã rượu (Cytokines được coi là "sứ giả" thông báo tình trạng miễn dịch ở lợn). Kết
quả kiểm tra càng khẳng định thêm nhận định trước đây của các nhà khoa học là đúng.
Hơn nữa, bã rượu còn giúp lợn tránh được bệnh viêm ruột - căn bệnh mà lợn sữa rất
hay mắc phải
1.2 Các phương pháp nghiên cứu:
1.2.1 Lên men
1.2.1.1 Đại cương về lên men rượu
Lý thuyết về lên men rượu đã được nhiều nhà sinh học nghiên cứu từ rất lâu.

Năm 1769, Lavoisier phân tích sản phẩm lên men rượu và nhận thấy, khi lên men
không chỉ biến thành rượu mà còn tạo ra axit axetic. Năm 1810, Gaylussac nghiên cứu
và thấy rằng, cứ 45 phần khối lượng đường glucoza khi lên men sẽ tạo ra 23 phần
ancol etylic và 22 phần khí cacbonic. Trên cơ sở đó ông đưa ra phương trình tổng quát
về lên men rượu như sau:
C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + Q

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

21


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Năm 1857, Louis Pasteur tiếp tục nghiên cứu và thấy rằng, cứ 100 phần đường
saccaroza khi lên men sẽ tạo ra 51,1 phần ancol etylic; 48,4 phần CO 2; 32 phần
glyxerol; 0,7 phần axit succinic và 2 phần các sản phẩm khác. Từ đó ông suy ra, cứ 45
phần khối lượng glucoza khi lên men sẽ cho 21,8 phần rượu chứ không phải 23 phần
như Gaylussac đã tính. Tuy nhiên, phương trình lên men do Gaylussac đưa ra vẫn đúng
và được dùng làm cơ sở để tính hiệu suất lên men và hiệu suất thu hồi rượu theo lý
thuyết.
Pasteur cho rằng, sự lên men chỉ xảy ra khi có mặt của vi sinh vật. Nếu ngăn
ngừa không cho vi sinh vật tiếp xúc với dịch đường thì hiện tượng lên men không xảy
ra. Ông kết luận, “sự lên men rượu là một quá trình sinh học có liên hệ mật thiết tới
hoạt động của tế bào men”.
Vào khoảng 1871-1872, Manaxeni đem nghiền tế bào men với cát thạch anh rồi
mới cho vào dịch đường thì hiện tượng lên men vẫn xảy ra. Đến năm 1897, Buchuer

đem nghiền nát tế bào men rồi chiết lấy dịch không chứa xác men, tiếp đó dùng dịch
này cho vào dịch đường ông thấy dịch chiết này vẫn có khả năng biến đường thành
rượu và khí cacbonic. Từ đó người ta gọi các chất chứa trong dịch tế bào men là
zymaza. Đây chính là tập hợp của nhiều enzym cùng chuyển hoá đường thành rượu và
khí cacbonic.
Dịch men gồm rất nhiều tế bào men riêng biệt, 1 gam men ướt có độ ẩm khoảng
70-75% chứa 14 tỉ tế bào. Bề mặt của mỗi tế bào chiếm 5.10 -5 mm2. Như vậy 1 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. Cơ chế lên men rượu xảy ra như sau:
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 ra sản phẩm chính là rượu và khí cacbonic. Hai chất này đều khuyếch tán và tan
vào môi trường xung quanh. Rượu do rất linh động nên hoà tan nhanh trong dịch lên
men, còn khí cacbonic hoà tan kém và khuyếch tán chậm. Lúc đầu hoà tan hoàn toàn,
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

22


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào men và lớn dần tới mức lực đẩy
Archimedes lớn hơn khối lượng men cộng bọt khí, 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. Bọt khí tan, tế bào
men lại chìm dần, tiếp xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại sản 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 luôn chuyển động trong quá trình lên men. Nhớ đó mà tăng tốc độ

hấp thụ và chuyển hoá đường thành rượu. Khi đường và các chất dinh dưỡng trong
canh trường còn ít, một lượng lớn tế bào men sẽ lắng xuống đáy, dịch lên men sẽ trong
dần.
Nấm men có thể lên men trong dịch đường có nồng độ 25 đến 30% nhưng
chậm. Nồng độ thích hợp cho đa số nấm men dùng trong sản xuất rượu là 15 đến 18%.
Nồng độ quá cao thì áp suất thẩm thấu sẽ lớn, do đó ảnh hưởng xấu tới hiệu quả lên
men, lên men sẽ kéo dài, đường sót lại trong giấm chín sẽ tăng. Nếu lên men ở nồng độ
đường thấp cũng không có lợi vì tổn thất do tạo men sẽ tăng. Ví dụ khi lên men dịch
đường có nồng độ 16,9%, tổn thất đường do tạo men là chiếm 6% so với lượng đường
có trong dung dịch; nếu nồng độ đường là 8,6% thì tổn thất do tạo men chiếm tới
9,84%. Mặt khác, lên men ở nồng độ thấp sẽ làm giảm năng suất của thiết bị, tốn nhiều
hơi khi chưng cất và làm tăng tỉ lệ tổn thất rượu trong bã hèm và nước thải.
Khi lên men có khoảng 95% đường biến thành rượu và khí cacbonic, còn 5% là
tạo thành các sản phẩm khác và đường sót.
Lên men được tiến hành ở nhiệt độ 28-32 0C và pH = 4,5-5,2. Nhiệt độ cao thì
tổn thất sẽ lớn do tạp khuẩn dễ phát triển, tạo nhiều este anđehit. Khi lên men ở 29,5 0C,
tổn thất do tạo men là 7,37%; ở 17,5 0C tổn thất do tạo men là 5,32% và nếu lên men
dịch đường ở 100C thì tổn thất do tạo men chỉ chiếm 4,42% lượng đường có trong dung
dịch. Xét về ảnh hưởng của pH thì tổn thất sẽ ít nhất khi lên men ở pH = 4,4. Nếu tăng
pH thì tổn thất sẽ tăng nhanh và nhiều hơn so với giảm pH. Giảm pH từ 5,6 xuống 4,42
hiệu suất lên men tăng 2,3%.
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

23


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

Như vậy, lên men rượu là một quá trình lên men yếm khí diễn ra rất phức tạp,
bao gồm các quá trình sinh hoá học và các quá trình vi sinh vật. Quá trình lên men ở
nhiệt độ thường, trong thời gian này có 3 quá trình diễn ra song song với những mức
độ khác nhau. Trước tiên là quá trình tăng sinh khối nấm men. Quá trình đường hoá có
sự phân cắt tinh bột thành đường nhờ men amylaza và glucoamylaza trong nấm mốc.
Đường vừa được tạo ra trở thành thức ăn để nấm men thực hiện quá trình lên men
rượu.
1.2.1.2 Cơ chế hoá sinh học của lên men rượu
Lên men rượu là một quá trình sinh hcọ phức tạp, xảy ra dưới tác dụng của
nhiều ezym. Theo lý thuyết hiện đại, sự tạo thành rượu từ glucoza được trải qua các
giai đoạn sau đây:
1. Đầu tiên do xúc tác của glucokinaza, glucoza kết hợp với gốc photphat của
phân tử ATP (Adenozintriphotphat) trong tế bào men để tạo thành gluco-6-photphat và
ADP:
C6H12O6 + ATP  CH2O(H2PO3)(CHOH)4CHO + ADP
2. Tiếp đó gluco-6-photphat do tác dụng của enzym đồng phân gluco photphatizomeraza sẽ biến thành fructophotphat:
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 vào fruco-6-photphat để tạo thành fruco-1,6diphotphat và phân tử ADP thứ hai:
CH2O(H2PO3)(CHOH)3COCH2OH +ATP
CH2O(H2PO3)(CHOH)3COCH2O(H2PO3) + ADP
Sự tạo thành fruco-1,6-diphotphat đánh dấu kết thúc giai đoạn chuẩn bị của lên
men rượu. Giai đoạn thực hiện chuyển hoá các nối liên kết cao năng thành dạng dễ
biến đổi dưới tác dụng của các enzym.

SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân

Lớp 05HH – Khoa Hoá

24


Khoá luận tốt nghiệp

GVHD: Trần Thị Ngọc Bích

4. Giai đoạn tiếp theo quan trọng là phân cắt mạch cacbon của frucodiphotphat
thành hai phân tử trioza: gồm anđehit photphoglyxeric và photphodioxyaxeton. Phản
ứng này được xúc tác bởi andolaza:
CH2O(H2PO3)CO(CHOH)3CH2O(H2PO3)
CH2O(H2PO3)COCH2OH + CH2O(H2PO3)CHOHCHO
Photphodioxyaxxeton

anđehit photphoglyxeric

Vai trò chủ yếu trong các biến đổi tiếp theo của quá trình lên men rượu là
anđehit, photpho glyxeric, nhưng trong dịch đang lên men cúng chứa rất ít. Điều này
được giải thích bằng hiện tượng đồng phân dưới tác dụng của enzym triphotphoisomeraza.
5. CH2O(H2PO3)COCH2OH

CH2O(H2PO3)CHOHCHO

Như vậy là trong quá trình lên men anđehitriphotphoglyxeric luôn được tạo
thành từ photphooxyaxeton.
6. Giai đoạn tiếp theo là hai phân tử anđehit photphoglyxeric bị oxi hoá . Phản
ứng này có sự tham gia của axit photphoric trong canh trường nhờ xúc tác của enzym
triphotphatđehydronaza-coenzym của nó là NAD (Nicotinamit-Adenin-Dinucleotit).

2CH2O(H2PO3)CHOHCHO + 2H3PO4 + NaD 
2CH2O(H2PO3)CHOHCOO~H2PO3 + 2NaD.H2
1,3-diphotphoglyxeric axit
Phân tử 3-photphoglyxero anđehit kết hợp với photphat, còn hydro chuyển sang
coenzym NAD. Năng lượng được giải phòng do oxi hoá 3-photphoglyxero anđehit sẽ
tích tụ trong liên kết cao năng của axit 1,3-diphotphoglyxeric mới tạo thành.
7. Tiếp theo là sự tham gia của photphoglyxeratkinaza, gốc photphat chứa cao
năng axit 1,3-diphotphoglyxeric sẽ chuyển vào phân tử ADP. Kết quả 3photphoglyxeric được tạo thành, còn ADP nhận thêm năng lượng và biến thành ATP:
2CH2O(H2PO3)CHOHCOO~H2PO3 + 2ADP  2CH2O(H2PO3)CHOHCOOH +
2ATP
SVTH: Lê Thị Tuyết Ngân
Lớp 05HH – Khoa Hoá

25