Tài liệu ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột.pptx

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 CO2. II. Quy trình sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột A. Quy trình công nghê ̣ sản xuất cồn từ nguyên liêụ tinh bôṭ 1. Sơ chế nguyên liêụ tinh bột Nghiền nguyên liê ̣u mục đích nhằm phá v́ cấu trúc màng tế bào thực vâ ̣t để giải phóng các hạt tinh bô ̣t khỏi các mô. Ví dụ: với săn khô khi nấu ở áp suất thường tht nghiền càng mịn càng tốt. Phối trô ̣n nguyên liệu: Nhằm hòa tan tinh bô ̣t trong nước giúp cho quá trtnh nấu được nhanh hơn, không bị vón cục. Chuyển dịch khi nấu xuống đường hóa không bị tăc vt khi hòa tan tinh bô ̣t các phế liê ̣u được lăng xuống đáy thành cặn và được lọc bỏ. 2. Mục đích quá trình nấu    Phá v́ màng tế bào của tinh bô ̣t để biến chúng thành dạng hoà tan trong dung dịch. Có 2 xung hướng về nhiê ̣t đô ̣ nấu là 145- 155°C trong thời gian dài hoă ̣c 170-180°C trong thời gian ngăn. Trong quá trtnh nấu tinh bô ̣t sẽ được trưng nở và hồ hóa.  Nguyên liê ̣u tinh bô ̣t sau khi được hồ hóa được làm nguô ̣i ở nhiê ̣t đô ̣ 60°C ( để thực hiê ̣n quá trtnh đường hóa. Nồi nấu nguyên liệu tinh bột 3. Quá trình đương hóa Quá trtnh đường hóa sử dụng enzyme amylaza chuyển hóa tinh bột hòa tan thành đường có thể lên men được. quá trtnh này quyết định phần lớn hiê ̣u 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 Đương hóa băng chế́ 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 Mucor rouxii chuẩn bị đủ từ nấm Aspergillus niger hoă ̣c A.oryzae. Nhược điểm của phương pháp này là dễ bị nhiễm trùng và chu kky sản xuất quá dài. Nấm Aspergillus niger Đương hóa băng Acid:   ₋ Có thể đường hóa các nguyên liê ̣u bọt bằng H2SO4 hay HCl. ₋ Nguyên liê ̣u được tán nhỏ và trô ̣n với lượng nhất định acid đã pha loãng và nung bằng hơi dưới áp suất. Sau khi thủy phân xong người ta điều chinh pHH 4-4,5 bằng dung dịch , NaOH, hay . Trong đó NH3 ưa dùng đối với nấm men. ₋ Nếu thủy phân bằng tht trung hòa bằng , că ̣n tách ra bằng cách lọc hay đứng că ̣n rồi lọc. 4. Lên men dịch đương Quá trtnh lên men là quá trtnh chuyển đường đơn thành Ethanol, khí CO2 và các sản phẩm trung gian khác. Có thể thực hiê ̣n bằng 2 phương pháp: • Lên men gián đoạn • Lên men liên tục Phương pháp lên men gián đoạn: •  Quá trtnh lên men từ đầu đến cuối được thực hiê ̣n trong cùng 1 thiết bị: thời gian lên men khoảng 68-80h ở nhiê ̣t đô ̣ 36-37°C. Đă ̣c điểm của phương pháp này là giai đoạn lên men chính thực hiê ̣n liên tục và xảy ra trong nhều thùng lên và thời gian ḱo 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 môi giai đoạn đó được thực hiê ̣n trong 1 hoă ̣c nhiều thiết bị lên men lên hê ̣ với nhau. Hê ̣ thống lên men liên tục thường có 11-12 thùng được nối với nhau bằng các ống chảy chuyền và van chinh. Kết thúc quá trtnh lên men ta thu được giấm chín với nồng đô ̣ 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 Lên men liên tục Ưu điểm Nhược điểm - Tâ ̣n dụng được toàn bô ̣ - Có nguy cơ nhiễm thể tích bồn lên men khuẩn cao - Dễ tự đô ̣ng hóa - Không vê ̣ sinh bồn - Dễ làm viê ̣c được - Lên men ở nhiều nồng đô ̣ cồn khác nhau tạo điều kiê ̣n tốt cho sự tăng trưởng của nấm men - Chi phí đầu tư thấp Lên men gián đoạn - Vê ̣ sinh được bồn lên men Có khả năng ngăn chă ̣t 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 hiê ̣n 2 quá trtnh : chưng cất và tinh chế. Hai quá trtnh này được thực hiê ̣n trên các tháp chưng cất và tháp tinh luyê ̣n. Chưng cất là quá trtnh 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 trtnh 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