Khảo sát quy trình chế biến rượu bắp khoa công nghệ sinh học chuyên ngành nông nghiệp – môi trường

Một lượng bắp nhất định được thủy phân hay xử lý bằng enzym để sản xuất siro, một tác nhân làm ngọt và đôi khi được lên men để sau đó chưng cất trong sản xuất một vài dạng rượu.. Ethanol

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:

KHẢO SÁT QUY TRÌNH CHẾ BIẾN RƯỢU BẮP

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CHUYÊN NGÀNH: NÔNG NGHIỆP – MÔI TRƯỜNG

GVHD: Ths Lý Thị Minh Hiền

Bình Dương, tháng 03 năm 2022

i

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt những năm học tập và rèn luyện dưới giảng đường trường Đại học

Mở Thành phố Hồ Chí Minh em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và hỗ trợ

từ phía nhà trường, quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Lý Thị Minh Hiền đã tận tình giúp đỡ, quan tâm, trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài thực tập tốt nghiệp

Em xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh cùng quý Thầy Cô ở khoa Công nghệ Sinh học đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn H’Tô Ngọc Du, Bùi Thị Ngọc Lệ và các anh chị khoá 2017, các bạn khoá 2018

Cuối cùng với lời cảm ơn chân thành nhất con xin gửi lời cảm ơn đến Ba Mẹ, gia đình đã nuôi dạy, động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình học tập và thực hiện đề tài thực tập

Em xin chân thành cảm ơn

Trân trọng

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Giới thiệu nguyên liệu bắp 2

1.1.1 Tình hình sản xuất bắp ở Việt Nam 2

1.1.2 Tình hình tiêu thụ bắp ở Việt Nam 3

1.1.3 Giới thiệu về nguyên liệu bắp sống 4

1.1.4 Thành phần hoá học 5

1.1.5 Giá trị sử dụng của bắp 6

1.2 Tổng quan về rượu 8

1.2.1 Giới thiệu chung về rượu 8

1.2.2 Cơ chế lên men 8

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 11

1.2.3.1 Nước 11

1.2.3.2 Nhiệt độ 11

1.2.3.3 pH 11

1.2.3.4 Nồng độ đường của dịch lên men 12

1.2.3.5 Lượng giống cấy 12

1.2.3.6 Oxy 12

1.2.3.7 Thời gian lên men 13

PHẦN 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 13

2.1.1 Thời gian địa điểm 13

2.1.2 Nguyên vật liệu: 13

iii

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị 14

2.2 Phương pháp nghiên cứu 15

2.2.1 Quy trình công nghệ dự kiến 15

2.2.1.1 Chọn – phân loại 16

2.2.1.2 Bóc vỏ và rửa 16

2.2.1.3 Tách hạt, nghiền 16

2.2.1.4 Nấu chín 16

2.2.1.5 Rắc men 16

2.2.1.6 Lên mốc 16

2.2.1.7 Lên men rượu 17

2.2.1.8 Lên men phụ 17

2.2.1.9 Sản phẩm rượu bắp 17

2.2.2 Bố trí thí nghiệm 17

2.2.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến qúa trình hấp nguyên liệu bắp 17

2.2.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lên mốc lên bắp 18

2.2.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lên men rượu đến chất lượng sản phẩm 19

2.2.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lên men phụ 20

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến qúa trình hấp nguyên liệu bắp 21

3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lên mốc trên nguyên liệu bắp 22

3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lên men rượu đến chất lượng sản phẩm 23

iv

3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lên men phụ đến chất lượng

sản phẩm 25

PHẦN 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26

4.1 Kết luận 26

4.2 Kiến nghị: 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thành phần hoá học trong những bộ phận chính của hạt bắp (%) 5

Bảng 1 2 Hàm lượng các Vitamin trong bắp 6

Bảng 2 1 Bảng bố trí thí nghiệm 18

Bảng 2 2 Bảng bố trí thí nghiệm 2 19

Bảng 2 3 Bảng bố trí thí nghiệm 3 20

Bảng 2 4 Bảng bố trí thí nghiệm 4 20

Bảng 3 1 Đặc điểm cảm quan của nguyên liệu bắp ở các thời gian hấp khác nhau 21

Bảng 3 2 Nồng độ chất khô hoà tan của bắp (⁰Bx) ở các hàm lượng men rượu bổ sung 22

Bảng 3 3 Nồng độ cồn trong rượu ở tỉ lệ bắp: nước khác nhau sau 5 ngày lên men 24

Bảng 3 4 Điểm cảm quan rượu bắp ở các tỉ lệ bắp: nước khác nhau 24

Bảng 3 5 Điểm cảm quan sản phẩm lên men phụ ở nhiệt độ 10⁰C sau 2 tuần 25

Ở nhiều nước bắp là một cây trồng quan trọng trong nền nông nghiệp trong đó

có Việt Nam Bắp được sử dụng chủ yếu là dùng cho thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm,

cỏ khô, cỏ ủ chua hay lấy hạt làm lương thực Cỏ ủ chua được sản xuất bằng cách lên men các đoạn thân cây bắp non Hạt bắp có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, như chuyển hóa thành chất dẻo hay vải sợi Một lượng bắp nhất định được thủy phân hay xử

lý bằng enzym để sản xuất siro, một tác nhân làm ngọt và đôi khi được lên men để sau

đó chưng cất trong sản xuất một vài dạng rượu Rượu sản xuất từ bắp theo truyền thống

là nguồn của wisky bourbon Ethanol từ bắp cũng được dùng ở hàm lượng thấp (10% hoặc ít hơn) như là phụ gia của xăng làm nhiên liệu cho một số động cơ để gia tăng chỉ

số octan, giảm ô nhiễm và giảm cả mức tiêu thụ

Sản xuất bắp ở Việt Nam từ 1990 đến nay có những bước nhảy vượt bậc về diện tích năng suất và tổng sản lượng, nhờ việc không ngừng mở rộng giống bắp lai ra sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác theo đòi hỏi của giống mới Năm 1991, diện tích trồng giống lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn ha bắp, năm 2007 giống lai đã chiếm khoảng 90% trong tổng số > 1 triệu ha Năng suất bắp của Việt Nam tăng nhanh liên tục với tốc độ cao hơn trung bình thế giới trong suốt hơn 20 năm qua Năm 1980, năng suất bắp nước ta chỉ bằng 34% so với trung bình thế giới (11/32 tạ/ha); năm 1990 bằng 42% (15,5/37 tạ/ha); năm 2000 bằng 60% (25/42 tạ/ha); năm 2005 bằng 73% (36/49 tạ/ha) và 2009 đạt 78,46% (40,8/52,0 tạ/ha) Sản xuất bắp trong năm 2010 đạt 1.112.000 ha với năng suất bình quân 46,06 tạ/ha và tổng sản lượng 4,620 triệu tấn (Hội nghị phi sinh học về Chọn tạo bắp chống chịu để tăng thu nhập và an ninh lương thực của người nghèo ở Nam và Đông Nam Á), trong năm 2015 sản lượng bắp đạt tới

Tuy nhiên, hiện nay tại nhiều địa phương trên địa bàn Tỉnh cả nước, khi đến vụ mùa thu hoạch nông sản bắp, sản lượng bắp tuy đạt năng suất, nhưng những người nông dân đang phải gặp khó khăn khi họ phải đối mặt với giá cả thị trường không ổn định Giá trị bắp thực tế hiện nay bán rất thấp, trong khi giá thành sản xuất rất cao Do vậy, nhằm nâng cao giá trị sử dụng cũng như làm đa dạng hoá sản phẩm đầu ra cho nông sản bắp tại địa phương trên thị trường thì em đã thực hiện đề tài “Khảo sát quy trình chế biến rượu bắp”

Mục tiêu nghiên cứu:

Xây dựng quy trình chế biến rượu bắp nhằm đa dạng hoá đầu ra cho nguyên liệu nông sản bắp tại địa phương

Nội dung tiến hành

- Tìm hiểu tình hình sản xuất và tiêu thụ bắp hiện nay ở Việt Nam

- Khảo sát quá trình xử lí nguyên liệu bắp: Tỷ lệ nước nấu bắp; Thời gian nấu/hấp bắp

- Khảo sát quá trình lên men rượu bắp: Hàm lượng giống bổ sung; Nhiệt độ lên men; Thời gian lên men

PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu nguyên liệu bắp [1] [2] [3] [5] [10] [11] [12]

1.1.1 Tình hình sản xuất bắp ở Việt Nam

Sản xuất bắp ở Việt Nam từ 1990 đến nay có những bước nhảy vượt bậc về diện tích năng suất và tổng sản lượng, nhờ việc không ngừng mở rộng giống bắp lai ra sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác theo đòi hỏi của giống mới

3

Năm 1991, diện tích trồng giống lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn ha bắp, năm 2007 giống lai đã chiếm khoảng 90% trong tổng số > 1 triệu ha Năng suất bắp của Việt Nam tăng nhanh liên tục với tốc độ cao hơn trung bình thế giới trong suốt hơn 20 năm qua Năm 1980, năng suất bắp nước ta chỉ bằng 34% so với trung bình thế giới (11/32 tạ/ha); năm 1990 bằng 42% (15,5/37 tạ/ha); năm 2000 bằng 60% (25/42 tạ/ha); năm 2005 bằng 73% (36/49 tạ/ha) và năm 2007 đạt 81,0% (39,6/49 tạ/ha), 2009 đạt 78,46% (40,8/52,0 tạ/ha) Sản xuất bắp trong năm 2010 đạt 1.112.000 ha với năng suất bình quân 46,06 tạ/ha và tổng sản lượng 4,620 triệu tấn (Hội nghị phi sinh học về Chọn tạo bắp chống chịu để tăng thu nhập và an ninh lương thực của người nghèo ở Nam và Đông Nam Á), trong năm 2012 sản lượng bắp đạt 4,97 triệu tấn (FAOSTAT, 2012), trong năm 2015 sản lượng bắp đạt tới 5,287 triệu tấn (Theo tổng cục thống kê)

Hiện nay sản lượng bắp của Việt Nam cho niên vụ 2020/21 được đặt ở mức 4,5 triệu tấn, tăng nhẹ so với 2019/20 nhưng vẫn thấp hơn con số chính thức của bộ nông nghiệp Hoa Kì (USDA)

(Nguồn: Tổng cục thống kê, 2021)

Hình 1 1 Tổng diện tích và năng suất bắp trung bình tại Việt Nam

Năng suất bắp trung bình của Việt Nam tăng gấp đôi so với năm 1995, nhưng diện tích canh tác bắp lại có xu hướng giảm theo hình 1.1 Do giá thành sản xuất cao, chi phí lớn, năng suất ở một số địa phương không cao

1.1.2 Tình hình tiêu thụ bắp ở Việt Nam [12]

Hiện nay trên thị trường giá bắp hạt bán giao động khoảng 5.500đ – 7.000đ/1

kg, giá bán bắp trái giao động từ 40.000đ – 50.000đ// một chục, giá bán bắp lẻ cũng từ

Hiện nông dân trồng bắp Mỹ cũng gặp khó trong tiêu thụ sản phẩm do tiểu thương và đơn vị, doanh nghiệp ngừng thu mua bắp, khi nhiều chợ và các nhà hàng, quán ăn tạm thời phải đóng cửa để phòng, chống dịch COVID-19 Nếu trước đây giá bắp Mỹ được nông dân bán trái tươi tại ruộng ở mức 4.000-4.500 đồng/kg thì nay giá chỉ còn ở mức 3.000-3.500 đồng/kg nhưng rất ít người đến mua

Có thể thấy tình hình tiêu thụ bắp tại thị trường Việt Nam bị ảnh hưởng bởi đại dịch Covid và các yếu tố như thời tiết, giá bán, phân bón tăng cao và thêm nhiều các yếu

tố khác… ít thương lái đến thu mua bắp cho người nông dân Mặc dù năng suất bắp tăng cao hơn so với vụ mùa trước nhưng tại các địa phương giá thành lại rất thấp

1.1.3 Giới thiệu về nguyên liệu bắp sống [ 5]

Họ (Family) : Poaceae (hòa thảo)

Phân họ (Subfamily) : Andropogonoideae

Tộc (Tribe) : Tripsaceae

Chi (Genus) : Zea

Loài (Species) : Zea mays L

Bắp (ngô) trồng nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như Trung Mỹ, châu Á Hạt bắp có nhiều tinh bột, một ít đường, dùng để sản xuất ethanol rất tốt Cấu tạo của hạt bắp gồm có phôi và nội nhũ, trong đó khoảng 10-15% là amylose và 85-90% là amylopectin Ngoài ra, trong nội nhũ có khoảng 0,5-0,6% là acid béo Các hợp chất chứa nitơ hầu hết là protid, phần lớn thuộc nhóm zein Đặc biệt hàm lượng chất béo có trong

- Mày hạt: là phần lồi ra ngoài cuối hạt, là bộ phận dính hạt vào lõi bắp

- Vỏ hạt: là lớp màng mỏng bao quanh hạt để bảo vệ hạt, nó được cấu tạo từ 3 lớp

tế bào khác nhau và chứa các chất màu như: vàng, tím, tím hồng

- Lớp aleuron: chiếm khoảng 5-11% khối lượng toàn hạt cấu tạo từ tế bào tứ giác, thông thường không có màu nhưng đôi khi cũng có màu xanh do nhiễm sắc từ vỏ ngoài

- Nội nhũ: chiếm 75-83% khối lượng hạt Miền ngoài có màu vàng, đặc và cứng như sừng (gọi là miền sừng), miền trong trắng, xốp, nhiều glucid

1.1.4 Thành phần hoá học: [5]

Thành phần hóa học của hạt bắp thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại bắp, kỹ thuật canh tác, đất đai…Thành phần hoá học của hạt bắp phân bố không đều trong hạt, nó có tỷ lệ khác nhau giữa ba phần chính là vỏ, nội nhũ và phôi

Bảng 1 1 Thành phần hoá học trong những bộ phận chính của hạt bắp (%) Thành phần

6

Trong bảng 1.1 ta thấy, những bộ phận chính của hạt bắp có thành phần hóa học khác nhau Vỏ hạt có lượng chất xơ thô cao, vào khoảng 87%, chúng được cấu thành bởi hemicellulose 67%, cellulose 23%, lignin 0.1%

Phôi nhũ chứa hàm lượng tinh bột cao 87.6% và hàm lượng protid khoảng 8.6%, hàm lượng chất béo tương đối thấp (0.8%) Phôi có lượng dầu thô cao, trung bình khoảng 33% Phôi có chứa nhiều hàm lượng protid, đường và vitamin

Nội nhũ của bắp có thể trắng trong hoặc đục Độ trắng trong của bắp phụ thuộc vào hình dạng của các hạt tinh bột, độ chặt của các hạt tinh bột và ít liên quan đến hàm lượng protid Protid của bắp trương nở kém, không tạo thành gluten Protid trong bắp chủ yếu là prolamin và glutelin Bắp có hàm lượng vitamin khá cao (bảng 1.2)

Bảng 1 2 Hàm lượng các Vitamin trong bắp Tên hạt

Hàm lượng (µg/gam) Tiamin Riboflavin Hiaxin

(Nguồn: Bùi Đức Hợi, 2009)

1.1.5 Giá trị sử dụng của bắp [3] [5]

Bắp được sử dụng với 3 mục đích chính: làm lương thực cho con người, thức

ăn gia súc và nguyên liệu cho nhiều sản phẩm công nghiệp

Cây bắp được tiêu thụ trên cả thế giới do khả năng thích nghi với nhiều vùng khí hậu là cây lương thực chỉ sau gạo và lúa mì, đứng hàng thứ 3 về diện tích trồng Bắp

là cây lương thực nuôi sống 1/3 dân số toàn cầu Tất cả các nước trồng bắp nói chung đều ăn bắp ở mức độ khác nhau Trên thế giới 21% tổng sản lượng bắp được làm nguồn lương thực Các nước Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng bắp là nguồn lương thực chính Các nước Đông Nam Phi sử dụng 85% sản lượng bắp làm lương thực, Tây Trung Phi 80%, Bắc Phi 42%, Tây Á 21%, Nam Á 75%, Đông Nam Á và Thái Bình Dương 39%, Đông Á 30%, Trung Mĩ và vùng Caribe 61% Nếu như ở Châu Âu khẩu phần ăn

cơ bản là: bánh mì, khoai tây, sữa; Châu Á là cơm cá, rau xanh thì ở Châu Mĩ là bắp, đậu đũa và ớt Vì vậy trên toàn thế giới bắp vẫn là cây lương thực rất quan trọng

- Dùng cho ngành công nghiệp: 15 -20%

Bắp là cây thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay, thức ăn rất tốt cho gia súc vì thành phần dinh dưỡng khá đầy đủ về protid, glucid, lipid, chất khoáng và các vitamin Gần 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là từ bắp Ngoài ra bắp còn là nguồn thức ăn xanh và nguồn chua ủ lí tưởng cho đài gia súc đặc biệt là bò sữa

Ở Liên Xô cũ hàng năm trồng khoảng 20 triệu ha bắp trong đó có 3 triệu bắp lấy hạt, còn lại dùng làm thức ăn ủ chua

Bắp còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Trong công nghiệp thực phẩm, bắp được dùng để đóng hộp, làm bỏng bắp, làm bánh kẹo, đồ uống, dầu bắp…

Thân bắp làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp giấy Dầu bắp được dùng trong ngành công nghiệp sản xuất sơn, vecni, cao su nhân tạo…từ bắp có thể sản xuất

ra các dung môi như: ether, rượu ethanol, butylic, axeton, chất kháng sinh và các chất màu…Có thể dùng tinh bột bắp để làm khuôn đúc, làm pin, và dùng làm nguyên liệu để sản xuất dextrin và đường maltose, glucose Lõi chế biến phân bón, thức ăn gia súc, môi trường nuôi cấy vi sinh vật, làm chất cách điện, chất đốt

Với công nghệ ngày càng cao cây bắp còn chinh phục tính năng đặc biệt của nó

Ở Mỹ cây bắp được coi là nguồn nguyên liệu quý giá để tạo ra năng lượng hay còn gọi

là ethanol Ethanol từ bắp cũng được dùng hàm lượng thấp (10% hoặc ít hơn) như là phụ gia của xăng làm nhiên liệu cho một số động cơ để gia tăng chỉ số octan (chỉ số chống kích nổ) Chính vì thế những cánh đồng bắp ở trung tâm miền bắc Hoa Kỳ được coi là kho nguyên liệu rẻ tiền để tạo ra hàng ngàn thùng hoá chất ethanol, cung cấp 90% ethanol cho ngành công nghiệp Hoa Kỳ Hơn nữa cây bắp còn tạo ra khí đốt hidro và cacbonmonoxide, hỗn hợp cháy dễ dàng có thể thay cho khí đốt tự nhiên

Tóm lại, bắp là một loại nguyên liệu có giá trị về mặt thực phẩm cũng như về mặt công nghiệp Hơn nữa, công nghiệp phát triển sẽ tạo cơ hội vững chắc cho ngành

1.2.1 Giới thiệu chung về rượu [5]

Ở nước ta, việc nấu rượu đã có từ ngày xưa và rượu được sản xuất theo phương pháp cổ truyền thì uống rất ngon, êm dịu, say mà không thấy xốc hay đau đầu Ngày nay, rượu đã được đem sản xuất lên quy mô công nghiệp và được kiểm tra về chất lượng trước khi đưa ra thị trường

Rượu và các đồ uống có rượu chiếm một vị trí đáng kể trong công nghiệp thực phẩm Chúng rất đa dạng, tùy theo truyền thống và thị hiếu người tiêu dùng mà các nhà sản xuất làm ra nhiều loại rượu mang tên khác nhau

Dựa vào nồng độ rượu có thể chia rượu làm 3 loại: rượu mạnh cao độ có nồng

độ trên 30% v/v, rượu thông thường có nồng độ từ 15-30% v/v và rượu nhẹ có nồng độ dưới 15% v/v

1.2.2 Cơ chế lên men [4] [5]

Cơ chế lên men rượu đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu từ vài thế kỉ trước như:

Năm 1889, ông Lavoisier bằng các thí nghiệm của mình đã chứng tỏ được rằng: bên cạnh sản phẩm chính của quá trình lên men C2H5OH và CO2 còn có một số sản phẩm phụ khác Đến 1810, Gay-Lussac nghiên cứu sâu hơn và tìm ra rằng: trong quá trình lên men rượu thì 45% glucose tạo ra 23% C2H5OH và 22% CO2 Dựa trên cơ sở ông đã đưa ra phương trình tổng quát sau:

C6H12O6 → C2H5OH + CO2 + 27kcal

Vào năm 1871-1872, Manaxeni thử nghiền tế bào nấm men với cát thạch anh rồi mới cho vào dịch đường thì hiện tượng lên men vẫn xảy ra Đến 1879, Bucher tiến hành nghiền nát tế bào nấm men rồi chiết lấy dịch trong không chứa xác nấm men và cho vào dịch đường thì nhận thấy dịch chiết này vẫn có khả năng lên men Từ đó người

ta gọi các chất chứa trong tế bào men là zymase Đây chính là tập hợp nhiều enzyme chuyển hóa đường thành rượu và CO2

Trong sản xuất rượu cồn, người ta hay dùng chủng Saccharomyces Yêu cầu

chung với nấm men dùng trong sản xuất rượu ethanol là phải có năng lực lên men mạnh biến đường thành rượu nhanh và triệt để, đồng thời phải ổn định và chịu được những biến động của môi trường lên men

Trước khi lên men cần chuẩn bị dịch lên men Dịch sau khi đường hóa cần điều chỉnh hàm lượng đường, độ khô, hàm lượng nitơ, pH Tiếp đến cho 10% giống nấm men vào dịch lên men, tiến hành thổi khí ở giai đoạn đầu nhằm tăng số lượng nấm men cần thiết cho quá trình lên men Sau đó tiến hành lên men yếm khí và kiểm soát thường xuyên pH và lượng đường trong quá trình lên men Quá trình lên men kết thúc khi đạt

độ rượu 7-9%; đường sót 5g/l; tinh bột sót 10g/l; độ acid từ 1,7-2,2 g/l

Quá trình lên men rượu rất phức tạp, có hơn 10 phản ứng khác nhau, với sự tham gia của nhiều thế hệ enzyme xúc tác Kết quả cuối cùng của quá trình lên men rượu cho ta sản phẩm là rượu ethanol, CO2 và một số sản phẩm khác Trong quá trình lên men, ngoài hai sản phẩm chính là rượu và CO2 còn tạo ra nhiều sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác như: acid (acetic acid, lactic acid, citric acid, pyruvic acid, succinic acid), alcohol (propyl alcohol, isobutylic alcohol, isoamyl alcohol, amyl alcohol …)

Lên men rượu (ethanol) được thực hiện nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae Nấm men này có tính kỵ khí không bắt buộc, chúng có khả năng hô hấp và lên men, khả năng lên men của các chủng là rất khác nhau Sinh trưởng kỵ khí nghiêm ngặt ở Saccharomyces cerevisiae chỉ xảy ra qua một vài thế hệ, vì sự tổng hợp sterol

Trong điều kiện thoáng khí hay kỵ khí, tế bào vẫn cần một lượng ATP như nhau

để duy trì sự trao đổi chất Hậu quả là trong lên men thì glucose được tiêu dùng nhiều hơn khoảng 10 lần so với trong hô hấp Để tiến hành trao đổi chất một cách kinh tế, trong quá trình tiến hoá đã hình thành một cơ chế điều hoà, ức chế sự lên men khi có mặt oxy Đó là hiệu ứng Pasteur

Trong sản xuất bia, người ta dùng các chủng Saccharomyces cerevisiae khác

nhau, những chủng này do tính chất tạo thành những đám tế bào nổi, nên được gọi là men bia lên men nổi Các loại bia trắng, bia Ale và Porte được sản xuất bằng nấm men nổi Có ý nghĩa to lớn trong việc sản xuất bia (ví dụ đối với bia Pilsner) là các nấm men

lên men chìm được xếp thành các loài riêng Saccharomyces carlsbergensis Trong sản xuất rượu vang thì các loài là Kloeckera và Saccharomyces (ví dụ Saccharomyces vini)

có một vai trò quan trọng, chúng tồn tại trên các quả nho Ngày nay, chúng được dùng như những chủng thuần khiết để đưa vào dịch nho lên men Đối với việc sản xuất đồ uống chứa rượu, thì các chất thơm tạo thành với lượng nhỏ nhờ những phản ứng phụ của sự lên men rất có ý nghĩa và cần sự quan tâm

1.2.3.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát triển và lên men của nấm men Nấm men rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, trong môi trường lỏng ở nhiệt độ 40⁰C

- 50⁰C, nấm men hầu như ngưng trệ hoạt động và sau 1,5 giờ sẽ bị chết; ở nhiệt độ 60⁰C

- 65⁰C chúng sẽ bị chết sau 5 phút Trong môi trường khô (W = 13%) chúng chịu nhiệt tốt hơn, có thể chịu được từ 85⁰C - 105⁰C Nấm men tạo bào tử cũng tương tự, tuy có khá hơn nấm men không tạo bào tử, ví dụ trong môi trường khô chúng có thể chịu được nhiệt độ từ 115⁰C – 125⁰C

Nhiệt độ tối ưu cho nấm men hoạt động là 25⁰C - 28⁰C Ở nhiệt độ thấp hơn, khoảng 16⁰C, nấm men hoạt động chậm và yếu hơn Có những giống có thể lên men ở 4⁰C - 10⁰C, song rất chậm và yếu, vì vậy lượng đường còn lại trong môi trường lên men khá lớn Đây chính là môi trường tốt cho những vi sinh vật gây bệnh trong rượu hoạt động Nhiệt độ có thể tăng lên đến 36⁰C nấm men vẫn hoạt động bình thường, song trên 36⁰C thì nấm men bắt đầu bị ức chế, đến 38⁰C thì gần như không hoạt động và đến 40⁰C thì chúng bắt đầu bị chết dần Ở điều kiện nhiệt độ lớn hơn 40⁰C thì lại rất thuận lợi cho

vi khuẩn sinh acetic acid hoạt động, do đó trong sản xuất rượu cần phải kiểm soát không

để cho nhiệt độ lên men vượt quá 36⁰C

1.2.3.3 pH

pH môi trường ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của nấm men Mỗi loài vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt ở một khoảng giá trị pH nhất định (pH của hệ amylase thường 4,5 -5,7)

Nấm men có khả năng phát triển ở môi trường trung tính, kiềm nhưng lên men rượu tốt nhất ở môi trường acid và đặc tính chịu được độ acid cao của một số loài nấm

12

men giúp ích rất nhiều trong công nghiệp rượu để loại trừ một số vi khuẩn có hại Tuy nhiên nếu pH môi trường quá thấp thì có thể ức chế sự phát triển của nấm men Trong quá trình lên men rượu, một số acid được hình thành thêm, dẫn đến việc hạ thấp pH xuống Trong điều kiện sản xuất rượu người ta chuẩn bị môi trường nước quả có độ pH

là 4 – 6; pH tối ưu tạo ethanol là 4,0 – 4,5 Nếu tăng pH thì dễ bị nhiễm khuẩn, glycerin tạo thành nhiều hơn và do đó làm giảm hiệu suất lên men

1.2.3.4 Nồng độ đường của dịch lên men

Nồng độ chất khô dao động từ 20 – 24% Trong nước quả thường có hàm hượng đường không đều, do vậy người ta thường bổ sung thêm đường sucrose Đa số các loại nấm men hoạt động bình thường trong môi trường có hàm lượng đường 20% Khi nhân giống thường dùng đường có môi trường thấp hơn dưới 10%

Nồng độ đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men Kết quả là đường nhiều sẽ ức chế không những các tạp khuẩn

mà cả nấm men Mặt khác, đường nhiều sẽ giảm tới tổn thất hoặc kéo dài thời gian lên men Ngược lại, nếu nồng độ đường thấp sẽ làm giảm năng suất thiết bị, lượng rượu tạo

ra ít, rượu nhạt dễ nhiễm tạp khuẩn mau hỏng

1.2.3.5 Lượng giống cấy

Lượng giống cấy ảnh hưởng đến thời gian lên men và chất lượng rượu sau này Mỗi loài nấm men có khả năng lên men khác nhau Nấm men quá ít: hàm lượng đường còn sót nhiều, độ rượu thấp, do đó chất lượng rượu không đạt yêu cầu Nấm men quá nhiều: sản phẩm phụ do nấm men tiết ra có thể ảnh hưởng không tốt đến chất lượng rượu, sau quá trình lên men lượng men vẫn còn thừa không kinh tế Việc bổ sung tỉ lệ giống lên men cũng được lựa chọn tùy theo sản phẩm mong muốn

Tiếp theo, để chuyển hóa đường thành ethanol, vi sinh vật phải được phát triển trong điều kiện yếm khí Trong điều kiện yếm khí, sự hô hấp của nấm men bị ức chế và nấm men phải tìm năng lượng cần thiết bằng con đường lên men Để đáp ứng năng lượng cần thiết, nấm men cần phân hủy một lượng đường lớn và chuyển hóa thành ethanol và CO2

1.2.3.7 Thời gian lên men

Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Thời gian lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ lên men, pH, nồng độ đường, chủng nấm men…

Thời gian lên men được tính bắt đầu từ khi cấy chủng nấm men vào môi trường lên men cụ thể và tùy thuộc vào mục đích lên men mà ta dừng quá trình lên men Trong sản xuất rượu, thường người ta xác định điểm kết thúc lên men bằng cách đo độ cồn, độ

pH, hàm lượng đường sót, hàm lượng acid tổng Ở đây chỉ nói thời gian kết thúc giai đoạn lên men chính Giai đoạn lên men phụ là giai đoạn ủ chín và tàng trữ có thể kéo dài từ vài tháng trở lên

PHẦN 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Thời gian địa điểm

Địa điểm: phòng thí nghiệm thực phẩm tại trường Đại học Mở TP.HCM cơ sở