ỨNG DỤNG VI SINH vật TRONG CÔNG NGHỆ sản XUẤT cồn từ NGUYÊN LIỆU TINH bột

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Bộ môn: Vi sinh vật học thực phẩm

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU
TINH BỘT
Nhóm 11
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thùy Dương


Nội dung bài thuyết trình

I. Giới thiệu về cồn sản xuất từ tinh bột
II. Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột và giải
thích quy trình

III.Đặc điểm của vi sinh vật ứng dụng trong quy trình sản xuất cồn từ
nguyên liệu tinh bột

IV.Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm


I. Giới thiệu về cồn sản xuất từ tinh bột:
A. Giới thiệu về Ethanol
1.Khái quát

Cồn hay còn được gọi là Ethanol (etyl alcohol) là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu
metylic. Là chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu và là thành phần trong các loại đồ uống có cồn.


2. Tính chất của Ethanol

a. Tính chất vật lý

Là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi đặc trưng, có khả năng hút ẩm trong không khí. Khi cháy không có
khói và ngọn lửa có màu xanh da trời.

b. Tính chất hóa học

•
•
•
•

Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ
Phản ứng este hóa: phản ứng giữa Ethanol và axit ở môi trường axit sunfuric đặc tạo ra Este
Phản ứng tách nước trong một phân tử tao thành olefin trong môi trường axit sunfuric đặc ở 170 độ C
Ethanol có phản ứng tách nước giữa 2 phân tử Ethanol tạo thành Ete


3. Ứng dụng của Ethanol

- Ethanol được sử dụng để làm đồ uống có cồn
- Được dùng trong sản xuất loại xăng sinh học E5, E10, E15 thân thiện với môi trường
- Ethanol được dùng trong ngành y tế làm cồn sát trùng, thuốc diệt khuẩn
- Ngoài ra Ethanol còn là thành phần tạo nên thuốc tẩy rửa, cồn công nghiệp Methanol, các loại mĩ phẩm
như sơn móng tay…


Một số sản phẩm làm từ Ethanol

Sơn móng tay

Cồn sát trùng

Xăng E5

Cồn 94%


B. Cách sản xuất cồn Ethanol

Ethanol được sản xuất thông qua 2
phương pháp chính: phương pháp
hydrat hóa etylen và phương pháp
sinh học bằng cách lên men đường
hay ngũ cốc kết hợp cùng men rượu.


1.

Phương pháp hydrat hóa Etylen tạo thành Ethanol

Ethanol thông thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat
hóa eylen bằng xúc tác acid. Cho etylen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid
wolframic (H2WO4) hoặc acid phosphoric (H3PO4)


2. Phương pháp lên men cồn Ethanol

Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng làm

nhiên liệu sẽ được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất
định chuyển hóa đường trong điều kiện yếm khí để sản xuất ra Ethanol và khí CO 2.


II. Quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột
A. Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột


1. Sơ chế nguyên liệu tinh bột

Nghiền nguyên liệu mục đích nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật để giải phóng các hạt tinh
bột khỏi các mô. Ví dụ: với sắn khô khi nấu ở áp suất thường thì nghiền càng mịn càng tốt.
Phối trộn nguyên liệu: Nhằm hòa tan tinh bột trong nước giúp cho quá trình nấu được nhanh hơn,
không bị vón cục. Chuyển dịch khi nấu xuống đường hóa không bị tắc vì khi hòa tan tinh bột các
phế liệu được lắng xuống đáy thành cặn và được lọc bỏ.


2. Mục đích quá trình nấu

 



Phá vỡ màng tế bào của tinh bột để biến chúng thành dạng
hoà tan trong dung dịch. Có 2 xung hướng về nhiệt độ nấu là
145- 155°C trong thời gian dài hoặc 170-180°C trong thời
gian ngắn. Trong quá trình nấu tinh bột sẽ được trưng nở và
hồ hóa.



Nguyên liệu tinh bột sau khi được hồ hóa được làm nguội ở
nhiệt độ 60°C ( để thực hiện quá trình đường hóa.

Nồi nấu nguyên liệu tinh bột


3. Quá trình đường hóa

Quá trình đường hóa sử dụng enzyme amylaza chuyển hóa tinh bột hòa tan thành đường có thể lên
men được. quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu.

Có 2 phương pháp đường hóa tinh bột chủ yếu:

 Đường hóa bằng chế phẩm amilase của nấm mốc
 Đường hóa bằng acid


Đường hóa bằng chếế́ phẩm Amilase của nấm mốc:

Tùy theo cách sử dụng nấm mốc mà phương pháp sản xuất
rượu có thể chia làm 2 cách:

•
•

Phương pháp Amylo: thủy phân bằng Mucor rouxii.
Phương pháp Mucomalt: thủy phân bằng 1 lượng
amylase đã chuẩn bị đủ từ nấm Aspergillus niger hoặc
A.oryzae.

Mucor rouxii

Nhược điểm của phương pháp này là dễ bị nhiễm trùng và
chu kỳ sản xuất quá dài.

Nấm Aspergillus niger


Đường hóa bằng Acid:

 

₋
₋

Có thể đường hóa các nguyên liệu bọt bằng H2SO4 hay HCl.
Nguyên liệu được tán nhỏ và trộn với lượng nhất định acid đã pha loãng và nung bằng hơi dưới áp
suất. Sau khi thủy phân xong người ta điều chỉnh pH= 4-4,5 bằng dung dịch , NaOH, hay . Trong đó

₋

NH3 ưa dùng đối với nấm men.
Nếu thủy phân bằng thì trung hòa bằng , cặn tách ra bằng cách lọc hay đứng cặn rồi lọc.


4. Lên men dịch đường
Quá trình lên men là quá trình chuyển đường đơn thành Ethanol, khí CO 2 và các sản phẩm trung gian khác.
Có thể thực hiện bằng 2 phương pháp:

•
•

Lên men gián đoạn
Lên men liên tục


Phương pháp lên men gián đoạn:

 

•

Quá trình lên men từ đầu đến cuối được thực hiện
trong cùng 1 thiết bị: thời gian lên men khoảng 6880h ở nhiệt độ 36-37°C. Đặc điểm của phương pháp
này là giai đoạn lên men chính thực hiện liên tục và
xảy ra trong nhều thùng lên và thời gian kéo dài 6062h.

•

Ưu điểm: dễ làm,khi nhiễm tạp khuẩn dễ sử lý tuy
nhiên năng suất thu được từ 1 thiết bị thấp. 


Phương pháp lên men liên tục:

Rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai đoạn đó được thực hiện trong 1 hoặc nhiều thiết bị lên men lên hệ với
nhau. Hệ thống lên men liên tục thường có 11-12 thùng được nối với nhau bằng các ống chảy chuyền và van chỉnh.
Kết thúc quá trình lên men ta thu được giấm chín với nồng độ rượu khoảng 7-9%.
Ưu điểm: do dùng một lượng lớn men giống ở thùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh,hạn chế được phát

triển của tạp khuẩn.

Thiết kế nhà máy bia
sử dụng phương pháp
lên men liên tục


Ưu điểm và nhược điểm của 2 phương pháp lên men:
Quá trình lên men

Ưu điểm

Nhược điểm

Lên men liên tục

-

-

Tận dụng được toàn bộ thể tích bồn lên
men

-

Có nguy cơ nhiễm khuẩn cao
Không vệ sinh bồn được

Dễ tự động hóa
Dễ làm việc

Lên men ở nhiều nồng độ cồn khác
nhau tạo điều kiện tốt cho sự tăng
trưởng của nấm men

-

Lên men gián đoạn

-

Chi phí đầu tư thấp

Vệ sinh được bồn lên men
Có khả năng ngăn chặt sự nhiễm khuẩn

-

Sử dụng nhiều lao đông hơn
Có 20% thể tích bồn lên men không
được dùng

-

Chi phí đầu tư cao


5. Chưng cất và tinh chế

Để thu được cồn tinh chế , người ta thực hiện 2 quá
trình : chưng cất và tinh chế. Hai quá trình này được

thực hiện trên các tháp chưng cất và tháp tinh luyện.
Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ
bay hơi khỏi giấm chín. Kết quả ta nhận được rượu
thô hay cồn thô. 
Tinh chế là quá trình tách tạp chất ra khỏi cồn thô và
cuối cùng ta thu được cồn tinh chế.
Tháp chưng cất cồn thực phẩm theo dây chuyên lớn


III. Đặc điểm của vi sinh vật ứng dụng trong quy trình sản xuất cồn từ
nguyên liệu tinh bột
1. Đặc điểm chủng loại
Nấm men Saccharomyces cerevisiae dùng trong công nghiệp sản xuất thường có tế bào lớn, có dạng hình cầu
hay hình trứng, đường kính ít nhất 7-11 mm. Sinh sản bằng cách tạo chồi và tạo bào tử. Nguồn dinh dưỡng chủ
yếu của chúng là sử dụng đường glucose,galactose, saccharose, maltose như nguồn carbon, chúng sử dụng axit
amin và muối amon như nguồn nitơ. Hoạt tính chủ yếu là maltase, có hoạt lực làm dậy bột. Thường 100% bền
vững với rỉ đường.


Điều kiện môi trường ảnh hưởng khá lớn tới tốc độ tăng sinh khối của nấm men Saccharomyces cerevisiae.
Chúng phát triển tốt ở nhiệt độ 28-30 °C. Độ pH tối ưu của môi trường là 4,5 – 5,5. . Ảnh hưởng của cường
độ không khí và khuấy trộn cũng tác động lớn lên tốc độ tăng trưởng của nấm men.Chủng men
Saccharomyces Cerevisiae này sản sinh ra cồn hiệu quả nhất, độ cồn sau lên men > 70 độ

Nấm men Saccharomyces cerevisiae


Sơ đồ chiết xuất nấm men

Nấm men Saccharomyces cerevisiae dùng trong lên men Ethanol theo

phương pháp chu kỳ bằng nấm men cố định: Yêu cầu về dinh dưỡng của
nấm men: Tất cả các chủng của S. cerevisiae có thể phát triển trên glucose,
maltose và trehalose, không phát triển trên lactose và cellobiose. Khả năng
sử dụng các loại đường khác nhau của nấm men có thể khác nhau phụ
thuộc vào môi trường hiếu khí hoặc kỵ khí. Tất cả các chủng sử dụng
ammoniac và urê là nguồn nitơ duy nhất, nhưng không thể dùng nitrat, vì
chúng thiếu khả năng phân giải nitrat thành các ion amoni. Chúng có thể
sử dụng hầu hết các amino axit, peptit ngắn mạch, và đạm cơ bản như
nguồn nitơ. Một số chủng S. cerevisiae không có enzyme protease vì vậy
không thể chuyển hóa được protein ngoại bào.


2. Con đường biến đổi cơ chất thành sản phẩm

Chuẩn bị dịch đường lên men: nghiền và nấu

Chuẩn bị men giống và tiến hành lên men dịch

nguyên liệu để thu được dịch cháo chứa tinh bột

đường nhằm chuyển hoá đường thành rượu và

hoà tan, dường hoá dịch cháo để biến tinh bột hoà

2
CO dưới tác dụng của Enzyme nấm men

tan thành đường rồi làm lạnh đến nhiệt độ lên men

Xử lý dịch lên men nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi khỏi

giấm chín. Sau đó đem tinh luyện cồn thô để được cồn tinh
luyện


IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
1. Nhiễm khuẩn



Khâu tuyển chọn nấm men, nấm mốc chưa đạt yêu cầu về mặt kĩ thuật (thường bị nhiễm một số VSV
khác) dẫn đến khi đưa và sử dụng thường làm hư hỏng nguyên liệu hoặc quá trình lên men không triệt
để hay làm sản phẩm có nhiều tạp chất.




Một số thiết bị không đảm bảo về mặt kĩ thuật cũng dẫn đến nguyên liệu bị hư hỏng.
Nguyên liệu đưa vào sản xuất chưa vô trùng triệt để.