Tài liệu Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệumẻ

Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn đến tất cả các thầy cô của Bộ môn Công nghệ Sinh học cũng như của Khoa Hóa - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã truyền đạt những kiến thức quý báu để có thể hoàn thành đề tài đồ án của mình, và quan trọng hơn những kiến thức đó sẽ theo em trong suốt quá trình làm việc sau này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Tạ Ngọc Ly là người trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này, về sự tận tâm, chu đáo, nhiệt tình và cởi mở trong quá trình hướng dẫn em thực hiện đề tài của mình. Em xin chúc TS. Tạ Ngọc Ly công tác tốt và mạnh khỏe, đồng kính chúc quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Sinh học lời chúc thành đạt và thành công trong công việc. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tốt nhất và động viên em mỗi lúc khó khăn để em có thể hoàn thành tốt quá trình học tập của mình. Đà Nẵng, ngày 4 tháng 7 năm 2020. Sinh viên thực hiện Lê Nữ Ngọc Chương SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 1 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................5 DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................6 LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................8 1.1 Giới thiệu về rượu nếp .....................................................................................8 1.1.1 Khái niệm ..........................................................................................................8 1.1.2 Tính chất vật lý ..................................................................................................8 1.1.3 Tính chất hóa học .............................................................................................8 1.1.4 Công dụng .........................................................................................................9 1.2 Giới thiệu về nguyên liệu ...............................................................................10 1.2.1 Gạo nếp ............................................................................................................10 1.2.2 Hệ vi sinh vật ...................................................................................................14 1.2.3 Nước ...............................................................................................................19 1.3 Kỹ thuật lên men rượu nếp ...........................................................................22 1.3.1 Quá trình lên men rượu ..................................................................................22 1.3.2 Động học của quá trình lên men rượu ..........................................................23 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ...............................................24 1.4 Cơ chế của quá trình chuyển hóa các chất trong rượu nếp ......................26 1.4.1 Các quá trình vi sinh vật .................................................................................26 1.4.2 Các quá trình sinh hóa ...................................................................................27 1.5 Tiêu chuẩn rượu trắng chưng cất của Việt Nam ........................................28 1.6 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rượu nếp ở trong nước và nước ngoài .....28 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ ........31 SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 2 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ 2.1 Chọn dây chuyền công nghệ ..............................................................................31 2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ .................................................................32 2.2.1 Gạo nếp ..............................................................................................................32 2.2.2 Làm sạch ............................................................................................................32 2.2.3 Nghiền ................................................................................................................33 2.2.4 Hòa bột ...............................................................................................................34 2.2.5 Nấu chín.............................................................................................................34 2.2.6 Đường hóa dịch cháo ........................................................................................36 2.2.7 Lên men .............................................................................................................38 2.2.8 Chưng luyện ......................................................................................................41 2.2.9 Đóng chai ...........................................................................................................42 CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .........................................................43 3.1 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng ..................................................................43 3.2 Tính cân bằng vật chất .......................................................................................43 3.3 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu ban đầu ................................ 44 3.3.1 Công đoạn làm sạch ..........................................................................................44 3.3.2 Công đoạn nghiền ............................................................................................. 45 3.3.3 Công đoạn nấu ..................................................................................................45 3.3.4 Công đoạn đường hóa .......................................................................................47 3.3.5 Công đoạn lên men ............................................................................................ 48 3.3.6 Công đoạn chưng cất ........................................................................................50 3.3.7 Công đoạn tinh chế ...........................................................................................52 CHƯƠNG 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ.............................................................. 55 4.1 Bảng liệt kê các thiết bị ......................................................................................55 4.2 Chọn và tính thiết bị ...........................................................................................56 SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 3 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ 4.2.1 Sàng làm sạch ....................................................................................................56 4.2.2 Máy nghiền búa .................................................................................................56 4.2.3 Bunke .................................................................................................................56 4.2.4 Cân định lượng ..................................................................................................58 4.2.5 Gàu tải ....................................................... 58 4.2.6 Vít tải ..................................................................................................................58 4.2.7 Nồi nấu...............................................................................................................59 4.2.8 Nồi đường hóa ...................................................................................................60 4.2.9 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau đường hóa .............................................61 4.2.10 Nồi lên men ......................................................................................................62 4.2.11 Thùng nhân giống ...........................................................................................63 4.2.12 Thùng chứa giấm chín ....................................................................................64 4.2.13 Tháp thô ...........................................................................................................65 4.2.14 Tháp tinh ..........................................................................................................66 4.2.15 Tháp trung gian ............................................................................................... 67 4.2.16 Thiết bị tách hơi............................................................................................... 67 4.2.17 Thiết bị hâm giấm............................................................................................ 68 4.2.18 Thiết bị ngưng tụ cồn thô ................................................................................70 4.2.19 Thiết bị ngưng tụ ở tháp tinh ..........................................................................71 4.2.20 Thiết bị ngưng tụ ở tháp trung gian ............................................................... 73 4.2.21 Thiết bị làm lạnh dầu fusel, cồn đầu .............................................................. 73 4.2.22 Thiết bị làm lạnh cồn thành phẩm .................................................................74 4.2.23 Thiết bị chứa cồn thành phẩm........................................................................74 4.2.24 Thùng chứa cồn đầu và thùng chứa dầu fusel ..............................................75 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................78 SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 4 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần trong 100g gạo nếp………………………………………... 10 Bảng 1.2. Hàm lượng các Vitamin có trong gạo nếp………………………………12 Bảng 1.3. Hàm lượng khoáng chất có trong gạo nếp………………………………13 Bảng 1.4. Chỉ tiêu chất lượng nước……………………………………………….. 20 Bảng 2.1 Chế độ nhân giống phòng thí nghiệm……………………………………39 Bảng 3.1 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng năm 2020………………………….. 43 Bảng 3.2 Hao hụt nguyên liệu qua từng công đoạn sản xuất………………………43 Bảng 3.3. Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín………………….51 Bảng 3.4. Bảng tổng kết cân bằng vật chất……………………………………….. 53 Bảng 4.1 Các thiết bị dùng trong dây chuyền sản xuất rượu nếp………………… 55 Bảng 4.2. Bảng tổng kết thiết bị............................................................................... 76 SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 5 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc của Amylose và Amylopectin…………………………............. 11 Hình 1.2 Nấm men Saccharomices cerevisiae……………………………………. 16 Hình 1.3 Nấm mốc Aspergillus Oryzae…………………………………………… 17 Hình 1.4 Nấm mốc Aspergillus niger……………………………………………... 18 Hình 1.5 Nấm mốc Mucor và Rhizopus……………………………………………18 Hình 1.6 Nấm mốc Penicillium……………………………………………………. 19 Hình 1.7 Bảo tàng rượu Sake……………………………………………………… 29 Hình 1.8 Rượu Soju……………………………………………………………….. 29 Hình 2.1 Dây chuyền sản xuất rượu nếp………………………………………….. 31 Hình 2.2 Sàng rung làm sạch……………………………………………………… 32 Hình 2.3 Máy nghiền búa…………………………………………………………. 33 Hình 2.4. Cấu tạo nồi nấu…………………………………………………………. 36 Hình 2.5. Thùng đường hóa gián đoạn……………………………………............. 38 Hình 2.6. Sơ đồ nuôi cấy men giống bán liên tục…………………………………. 39 Hình 2.7. Thùng lên men gián đoạn ……………………………………………… 40 Hình 2.8. Sơ đồ chưng liên tục ba tháp gián tiếp một dòng……………………….. 41 Hình 4.1. Sàng làm sạch…………………………………………………………… 56 Hình 4.2. Máy nghiền búa………………………………………………………… 56 Hình 4.3. Bunke chứa nguyên liệu………………………………………………… 57 Hình 4.4. Cân điện tử……………………………………………………………… 58 Hình 4.5. Gàu tải…………………………………………………………………... 58 Hình 4.6 Vít tải……………………………………………………………………. 59 Hình 4.7. Làm nguội ống lồng ống……………………………………………….. 62 Hình 4.8. Thùng chứa giấm chín………………………………………………….. 64 Hình 4.9. Thiết bị tách hơi………………………………………………………… 68 Hình 4.10. Thiết bị hâm giấm……………………………………………………... 69 Hình 4.11. Thùng chứa thành phẩm……………………………………….............. 75 SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 6 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ LỜI MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, quá trình đổi mới và phát triển nền kinh tế trong những năm qua đã giúp cho đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao. Xu hướng sử dụng rượu bia và các loại đồ uống có cồn khác trong sinh hoạt hàng ngày, trong những dịp lễ, hội, trong quan hệ công việc... đang ngày càng gia tăng. Ngành công nghiệp sản xuất rượu ở nước ta đã xuất hiện và hoạt động từ lâu. Nhiều làng nghề làm rượu truyền thống đã nổi tiếng khắp cả nước. Trước khi người Pháp đến Việt Nam trong những năm đô hộ, ngành nghề sản xuất rượu gạo theo phương pháp cổ truyền đã có từ rất lâu đời vì người Việt Nam rất phổ biến tập quán uống rượu. Tuy nhiên tình trạng sản xuất rượu bia tự nấu và sử dụng rượu bia ở mức độ lạm dụng ở một số nơi đã làm cho trật tự an toàn xã hội, an toàn giao thông trở thành những vấn đề đáng báo động. Theo ước tính của WHO, rượu bia không chính thống/ không thống kê được, phần lớn là rượu tự nấu, chiếm khoảng 64% lượng đồ uống có cồn tiêu thụ quy lít cồn nguyên chất tại Việt Nam. Rượu bia thống kê được (sản phẩm rượu bia thương mại) chiếm 36% lượng đồ uống có cồn tiêu thụ tại Việt Nam. Việt Nam là nước có truyền thống nông nghiệp lâu đời, vì vậy nguyên liệu có thể sử dụng làm rượu cũng rất phong phú, chủ yếu là nguyên liệu chứa nhiều tinh bột như: gạo, nếp, sắn, ngô, khoai mì,…tạo ra sản phẩm thơm ngon, mới lạ. Có nhiều nghiên cứu khoa học cũng cho thấy những lợi ích của các sản phẩm lên men, hàm lượng protein cao, các vitamin được bảo tồn có tác dụng tốt đến sức khỏe. Tuy nhiên, cho đến hiện nay, thì loại rượu được làm từ tinh bột, đặc biệt là gạo nếp vẫn được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi. Với lợi thế về nguồn nguyên liệu và nhu cầu sử dụng rượu an toàn, đảm bảo an toàn cho người dùng, việc xây dựng một phân xưởng sản xuất rượu nếp là điều cần thiết. Và em đã được giao đề tài đồ án công nghệ 2: “Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ”. SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 7 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về rượu nếp 1.1.1 Khái niệm Rượu nếp là đồ uống có cồn được sản xuất từ gạo nếp lên men, sau đó được đem đi chưng cất hoặc ủ để lấy rượu. 1.1.2 Tính chất vật lý Rượu nếp nguyên chất là chất lỏng có màu hoặc không màu (tùy thuộc vào loại nếp đem đi sản xuất), nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng, có vị cay, dễ bay hơi, dễ cháy. Rượu hòa tan trong nước ở bất cứ tỉ lệ nào, có kèm theo các hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích. Rượu hòa tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH…, nhiều chất khí: H2, N2, O2, SO2, CO…và hòa tan được nhiều chất hữu cơ. Các thông số vật lý của rượu nếp nguyên chất: - Tỷ trọng: d 420 = 0.7894, d 415 = 0.7942… - Phân tử khối: 46.03 - Nhiệt độ sôi: 78.320 C ở áp suất 760 mmHg, nhiệt độ bắt lửa 1200C. - Nhiệt dung riêng: 0.548 KJ/kg.độ (ở 200C) và 0.769 KJ/kg.độ (ở 600C). - Năng suất tỏa nhiệt: 6642÷7100 KJ/kg.độ 1.1.3 Tính chất hóa học Công thức hóa học: C2H6O Công thức cấu tạo: CH3-CH2-OH a) Tác dụng với oxy: Tùy theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà cho ra những sản phẩm khác nhau 2C2H5 OH + O2 Nhẹ 2CH3CHO + 2H2O 2C2H5OH + O2 Vừa đủ CH3COOH + 2H2O C2H5OH + 3O2 Mãnh liệt SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương 2CO2 + 3H2O GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 8 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ b) Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ: Trong trường hợp này rượu được coi như một axit yếu và có những phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo thành muối alcolat. 2C2H5OM + H2  2C2H5OH +2M (Alcolat kiềm) C2H5OH + Na C2H5ONa + 0.5 H2  (Natri Alcolat) c) Tác dụng với NH3: Ở nhiệt độ 2500C và có xúc tác rượu etylic tác dụng với NH3 tạo thành amin. C2H5OH + NH3 CH3CH2NH3 + H2O (etyl amin). d) Tác dụng với axit: Rượu etylic tác dụng với axit tạo thành este. Tùy theo từng loại axit khác nhau tạo thành este khác nhau, trong trường hợp này rượu đóng vai trò kiềm yếu. - Đối với axit hữu cơ tạo thành este thơm. C2H5OH + CH3COOH C2H5COOCH3 + H2O - Đối với axit vô cơ tạo thành este (muối) phức tạp. C2H5OH + HNO3 C2H5NO3 + H2O e) Rượu etylic và oxit sắt tạo thành aldehyt axetic: Phản ứng xảy ra như sau: 2FeO + O2 + C2H5OH Fe2O3 + CH3CHO + H2O Fe2O3 + C2H5OH FeO + CH3CHO + H2O Do vậy lượng rượu bị giảm đi rõ rệt nếu chưng cất, tinh chế hoặc bảo quản rượu bằng thiết bị chế tạo bằng sắt. 1.1.4 Công dụng ➢ Làm đẹp SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 9 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ Có thể dùng rượu nếp cẩm làm mặt nạ chăm sóc da vì trong rượu nếp cẩm lên men có chứa nhóm vitamin B và các chất có lợi khác. Vì thế, rượu nếp cẩm được sử dụng với mục đích làm đẹp, ảnh hưởng tích cực đến da, làm ẩm và phục hồi da. ➢ Phòng ngừa bệnh tiểu đường Cơm rượu được làm từ nếp cẩm, nếp cái hoa vàng vẫn còn lớp cám, lớp cám này rất giàu chất dinh dưỡng, bao gồm cả gluxit, protit, lipit, các muối khoáng, trong đó vitamin nhóm B và chất xơ là có nhiều hơn hết. Do đó, khi ăn cả nước lẫn cái của cơm rượu nếp không những bồi bổ cơ thể mà còn ngăn chặn được các bệnh đái tháo đường cũng như tim, đột quỵ, cao huyết áp. 1.2 Giới thiệu về nguyên liệu 1.2.1 Gạo nếp 1.2.1.1 Thành phần gạo nếp Gạo nếp, một sản phẩm của giống lúa, có tên khoa học là Oryza sativa L. Bảng 1.1. Thành phần trong 100g gạo nếp Thành phần Khối lượng Đơn vị Glucid 74,9 g Protid 8,6 g Lipid 1,5 g Nước 14 g Cenlulose 0,6 g Tro 0,8 g Canxi 32 mg Photpho 98 mg Sắt 1,2 mg SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 10 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ Trong gạo có 3 hợp chất đáng chú ý là tinh bột, protein và vitamin B1. Tinh bột gạo dễ dàng đồng hoá trong cơ thể. Tinh bột là thành phần chiếm số lượng nhiều nhất và quyết định giá trị cảm quan của gạo. Nó gồm hai cấu tử như các nguồn tinh bột khác: amylose và amylopectin. Hàm lượng hai cấu tử này quyết định tính dẻo của gạo. Amylozơ trong gạo nếp ít (2%), trong gạo tẻ nhiều hơn (9-11%). Gạo càng nhiều amylopectin càng dẻo. Gạo nếp nấu rượu cho chất lượng sản phẩm cao: hiệu suất lên men cao, ít tạp chất, vị ngọt, đặc biệt và hương thơm. Amylose là dạng mạch thẳng, chuỗi dài từ 500 – 20000 đơn vị glucose, liên kết với nhau bởi liện kết α-1,4 glycoside. Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glycoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glycoside. Chiều dài của mạch nhánh này khoảng 25 – 30 đơn vị glucose. Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucose. Hàm lượng amylose quyết định giá trị cảm quan của cơm. Hàm lượng amylose càng ít, cơm càng đạt độ dẻo cao. Đặc biệt trong gạo nếp thành phần amylose chỉ có rất ít hay không đáng kể, nhưng ngược lại hàm lượng amylopectin rất cao (gần 100%) vì thế cơm rất dẻo và dính. Hình 1.1 Cấu trúc của Amylose và Amylopectin Ngoài ra, protein gạo nếp gồm albumine, globuline, prolamine và glutein, trong đó glutein chiếm 75 – 85%. Protein của lúa gạo có giá trị dinh dưỡng cao nhất so với tất cả các loại protein của các loại ngũ cốc khác. Độ đồng hoá của protein của gạo đạt tới 98%. Hàm lượng protein của gạo không cao, vì vậy thích hợp cho lên men rượu. SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 11 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ Vitamin B1 tập trung ở lớp vỏ gạo, chủ yếu ỏ lớp cám. Do vậy, nấu rượu nên dùng gạo lật, không nên dùng gạo sát quá kỹ. Với gạo lật, hoặc cám gạo, cám mỳ dùng nuôi nấm mốc hoặc lên men xạ khuẩn là rất thích hợp. Khi lên men, vitamin Bt có ỏ lớp cám giúp cho nấm men sinh trưởng thuận lợi và hoạt tính hệ enzyme zimaza sẽ có thể được nâng cao. Bảng 1.2. Hàm lượng các Vitamin có trong gạo nếp Loại Vitamin Hàm lượng trung bình (mg/kg chất khô) Gạo lật Gạo xát Vitamin tan trong chất béo Vitamin A 13,1 Vitamnin E 0,13 Vitamin tan trong nước Vitamin B1 2,4 – 4,5 1,4 – 1,26 Vitamin B2 0,35 – 0,86 0,11 – 1,37 Vitamin B12 9,4 – 11,2 0,37 – 6,2 Acid 14,6 – 18,6 0,034 – 0,06 Niacin 0,20 1,16 Acid folic 0,0005 0,00016 pantothenic SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 12 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ Bảng 1.3. Hàm lượng khoáng chất có trong gạo nếp Chất Hàm lượng trung bình (mg/kg chất khoáng khô) Gạo lật Gạo xát Ca 135 - 213 73 – 185 Cl 203 – 273 163 – 238 Fe 26 - 46 1,8 – 13,6 Mg 379 – 1170 239 – 374 P 2520 – 3830 1110 – 1850 K 1240 – 2470 577 – 1170 Si 280 – 1900 140 – 370 Na 31 – 69 22 – 51 Mn 13 – 42 9,9 – 13,6 Zn 15 - 22 12 - 51 1.2.1.2 Yêu cầu chất lượng gạo • Chọn loại gạo vẫn còn nguyên lớp vỏ lụa và lớp cám bên ngoài hay còn gọi là gạo lứt. Lớp vỏ rất giàu chất dinh dưỡng, đặc biệt là protein, lipid, các nguyên tố vi lượng và vitamin (nhất là vitamin B1). • Tốt nhất nên chọn loại gạo nguyên hạt vì khi ủ men sẽ giúp cơm rượu ngấu hơn, men rượu ăn đều khi nấu sẽ đạt độ thơm ngon hoàn hảo. SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 13 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ • Chọn loại nếp sau thu hoạch khoảng 3-4 tháng, không chọn loại nếp quá cũ hoặc quá mới. Vì thông thường, gạo quá mới sẽ không cho rượu thơm đậm, dậy mùi, còn rượu quá cũ thường không được bảo quản tốt, khi nấu rượu có mùi vị kém ngon, không thơm nồng. 1.2.1.3 Bảo quản • Gạo nếp phải được bảo quản trong các xilo để tránh côn trùng gây ảnh hưởng chất lượng gạo. • Để gạo nếp ở nơi khô ráo, thoáng mát, không tiếp xúc trực tiếp với nền nhà vì tránh cho nguyên liệu bị ẩm mốc, vi sinh vật có thể phân hủy chất béo và tinh bột trong gạo, như thế gạo sẽ bị vàng, mốc. • Tránh nơi có nhiệt độ cao và ánh nắng trực tiếp vì dễ làm gạo mất chất lượng thành phẩm, hàm lượng dinh dưỡng cũng giảm. 1.2.2 Hệ vi sinh vật Nấm men [1] ➢ Hình dáng và cấu tạo của tế bào nấm men Tế bào nấm men có hình dáng rất đa dạng: hình cầu, hình elip, hình bầu dục.. Bình thường nấm men có kích thước 8 – 15 µm. Tế bào nấm men được cấu tạo bởi thành, màng nhân, tế bào chất, nhân, một hoặc hai không bào và những giọt mỡ, hạt glycogen và volutin. Trong tế bào chất chứa riboxom nơi tổng hợp protein và ti thể, nơi xảy ra quá trình oxy hóa khử, nơi cung cấp nguồn năng lượng cho tế bào. Ở một số nấm men vỏ tế bào có khả năng kết dính, vì vậy chúng có khả năng liên kết với nhau. Quá trình này gọi là sự kết lắng và có một ý nghĩa lớn trong nghề nấu bia và làm rượu vang, vì các tế bào dính lại với nhau lắng xuống dưới làm cho dịch lên men trong, men này gọi là men chìm. Những nấm men không có khả năng kết lắng được gọi là men nổi. ➢ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của nấm men SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 14 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ Nhiệt độ: nấm men có thể chịu đựng được giới hạn nhiệt độ khá rộng từ 0-45oC. Nếu nhiệt độ lớn hơn 50 oC, nấm men sẽ chết. Ảnh hưởng của pH: nấm men có thể phát triển được trong môi trường pH = 2-8 nhưng thích hợp nhất là pH = 4 – 4,5. Ảnh hưởng của oxy: trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, nấm men cần oxy để tăng sinh khối nhưng các giai đoạn sau thì không cần thiết. Ảnh hưởng của độ rượu: hàm lượng ethanol sinh ra nếu vượt quá giới hạn chịu đựng sẽ ức chế nấm men. ➢ Sinh sản của nấm men Nấm men có thể sinh sản bằng bào tử (từ 1 – 12, thường 4 – 8 bào tử). Bào tử khi ra ngoài gặp điều kiện thuận lợi phát triển thành một tế bào nấm men mới. Nấm men sinh sản chủ yếu bằng cách nảy chồi. Tế bào mẹ nảy sinh ra một chồi nhỏ rồi lớn dần lên và sẽ tách ra, quá trình xảy ra khoảng 2 giờ. Đặc tính này có ở các loài nấm men tạo màng. Trong mỗi gram bánh men có từ vài chục triệu đến vài triệu tế bào nấm men. Chúng bao gồm hai chi khác nhau: + Saccharomyces ( chủ yếu là saccharomyces cerevisiae) + Endomycopsis ( chủ yếu là endomycopsis fibuligenes) ❖ Endomycopsis Tế bào có dạng hình dài nối tiếp nhau thành sợi gọi là khuẩn ty, có hình thức sinh sản nảy chồi. Khi trưởng thành có hệ sợi giả cùng với bào tử đính nhiều chồi. Endomycopsis có khả năng đường hóa và rượu hóa. Enzyme của chúng hoạt động ở pH là 4,8 và nhiệt độ là 50oC. Endomycopsis fibulligenes là loài nấm men rất giàu enzyme amylase, glucoamylase. Chúng còn được gọi là giả nấm men. Ngoài ra, enzyme của chế phẩm Endomycopsis không có mùi mốc làm hương vị rượu tạo nên sẽ thơm ngon hơn. ❖ Saccharomyces Đặc điểm: • Các nòi lên men rượu của nấm men cần phải có một số tính chất sau: SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 15 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ • Có sức phát triển mạnh khi tiến hành lên men. • Có thể tiết ra hệ enzyme nhiều để lên men nhanh chóng. • Có khả năng chịu được độ cồn cao trong quá trình lên men. • Chịu được môi trường có độ acid cao. • Có thể lên men ở nhiệt độ tương đối cao. Saccharomyces là loài nấm men lên men nổi, có hình dạng chủ yếu là hình cầu, ovan,… Kích thước của nấm men đơn bào là 4 - 8µm, nấm men dạng sợi là 5 - 10µm. Hình thức sinh sản theo kiểu nảy chồi, phân đôi, bào tử. Loài nấm men kị khí không bắt buộc, tùy theo từng điều kiện • Trong điều kiện có oxy, nấm men sẽ phát triển sinh khối. • Trong điều kiện không có oxy, chuyển đường thành rượu. Saccharomyces cerevisae có khả năng lên men rất nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, galactose. Chúng đáp ứng được yêu cầu cần thiết của chủng nấm men trong rượu, có nghĩa là chúng có khả năng chịu được độ acid và khả năng lên men rượu ở nhiệt độ cao khoảng 36 – 40oC. Trong khi đó, nhiệt độ lên men thích hợp là 28 – 32oC. Hình 1.2 Nấm men Saccharomices cerevisiae Chúng có khả năng chịu được Na2SiF6 có tính sát khuẩn đến nồng độ 0,02 – 0,025%. Đặc điểm này rất thuận lợi cho lên men khi cần phải sử dụng tác dụng ức chế vi khuẩn. Đặc điểm quan trọng hơn hết là loài nấm men này có khả năng lên men các loại nguyên liệu rất khác nhau như: gạo, ngô, khoai, sắn, với lượng đường trong dung SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 16 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ dịch từ 12 – 14% có khi 16 – 18%. Nồng độ rượu trong dung dịch lên men là 10 – 12%. Nhiệt độ lên men thích hợp là 28 – 32 oC. Nấm mốc Có rất nhiều loài nấm mốc phát triển như Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Penicillium. Trong sản xuất chế phẩm amylase dùng cho sản xuất rượu, người ta dùng nhiều nhất là Aspergillus sau đó là Mucor. ❖ Aspergillus Các giống nấm mốc thuộc Aspergillus awamorii và Aspergillus usami tạo ra nhiều glucoamylase. Hai loài này sinh bào tử màu đen, nhìn thấy được bằng mắt thường, sự xuất hiện của chúng trong bánh men là rất phổ biến. • Aspergillus oryzae - Nấm có màu vàng ngà nên được gọi là mốc vàng hoa cau. Khi nấm mới phát triển, hệ sợi có màu trắng sau đó chuyển sang màu lục và khi già hệ sợi sẽ có màu vàng. - Khả năng sinh enzyme rất mạnh, chủ yếu là amylase, protease, maltase. - Nhiệt độ tối ưu phát triển khoảng 30 – 32oC. Hình 1.3 Nấm mốc Aspergillus Oryzae • Aspergillus niger - Còn có tên gọi khác là mốc đen. Bào tử tương đối lớn và rất đen. Khi mới phát triển, sợi nấm màu trắng, sau đó sẫm lại nhưng không hoàn toàn đen. Từ một SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 17 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ sợi đầu tiên, sau đó chúng phân nhánh tạo ra 2- 4 nhánh nhỏ, phát triển thành những bào từ có màu đen tuyền. - Nấm này có khả năng tạo rất nhiều enzyme amylase, đồng thời nó có thể tạo ra acid citric từ dịch đường, làm ảnh hưởng đến màu sắc thành phẩm. - Enzyme protease từ nấm mốc này hoạt động ở pH là 2,5 – 3,5 và nhiệt độ thích hợp phát triển là 30 -33o Hình 1.4 Nấm mốc Aspergillus niger ❖ Mucor và Rhizopus Hai loài này có hình dạng giống nhau, chỉ khác phần hệ sợi cơ chất. Rhizopus có màu trắng xám, rễ giả màu vàng, bọc bào tử hỉnh cầu. Bào tử kín và phân nhánh. Mucor màu trắng, có dạng sợi hình ống, nhung hay len, không có thân bò, cuống bọc bào tử dựng đứng, tận cùng bằng bọc bào tử dạng đơn hay phân nhánh. Hình 1.5 Nấm mốc Mucor và Rhizopus Cả Mucor và Rhizopus đền có khả năng sinh enzyme amylase và protease. Một số chủng Mucor có khả năng sản sinh hai hệ enzyme diastase đường hóa tinh bột và lên SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 18 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ men rượu từ đường. Do đó, chúng có khả năng lên men trực tiếp tinh bột thành rượu. Hơn thế, cả hai loại nấm mốc này khi lên men rượu đều giúp tạo hương thơm cho sản phẩm. ❖ Penicillium Là mốc sinh bào tử có màu xanh thường gọi là mốc xanh. Tuy có khả năng sinh hệ enzyme đường hóa mạnh nhưng nó thường có mùi vị mốc rất khó chịu như nhiều mốc khác. Hình 1.6 Nấm mốc Penicillium Vi khuẩn Chủ yếu là các loài vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic. Thời gian đầu của quá trình lên men, quá trình này xảy ra có lợi tạo ra pH thích hợp cho nấm mốc, nấm men phát triển. Tuy nhiên nếu pH quá thấp sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men. Mặt khác trong dịch lên men có oxy thì vi khuẩn sẽ oxy hóa rượu thành acid acetic, quá trình này làm tổn hao lượng ethanol tạo thành. 1.2.3 Nước [2] Nước là một nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình sản xuất rượu. Chất lượng nước sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng rượu sau này. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nước dùng để sản xuất và pha chế rượu phải đạt tiêu chuẩn 01:2009/BYT thông qua các chỉ tiêu như sau: SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 19 Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất rượu nếp năng suất 400 kg nguyên liệu/mẻ Bảng 1.4. Chỉ tiêu chất lượng nước Giới STT Tên chỉ tiêu Đơn vị hạn tối đa cho Mức Phương pháp thử phép độ giám sát TCVN 6185 - 1996 1 Màu sắc(*) TCU 15 (ISO 7887 - 1985) hoặc A SMEWW 2120 2 Mùi vị(*) - Không Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 có mùi, B và 2160 B A vị lạ TCVN 6184 - 1996 3 Độ đục(*) NTU 2 (ISO 7027 - 1990) hoặc A SMEWW 2130 B pH(*) 4 Trong - khoảng 6,5-8,5 5 6 Độ cứng, tính theo CaCO3(*) Tổng chất rắn hoà tan (TDS) (*) mg/l 300 mg/l 1000 mg/l 0,2 Hàm lượng 7 Nhôm(*) Amoni(*) SVTH: Lê Nữ Ngọc Chương SMEWW 4500 - H+ TCVN 6224 - 1996 hoặc SMEWW 2340 C SMEWW 2540 C A A B TCVN 6657 : 2000 (ISO B 12020 :1997) Hàm lượng 8 TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - NH3 C hoặc mg/l 3 B SMEWW 4500 - NH3 D GVHD: TS. Tạ Ngọc Ly 20