Bài tập tiểu luận vi sinh vật học thực phẩm công nghệ lên men ethanol và ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TẬP TIỂU LUẬN VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM CÔNG NGHỆ LÊN MEN ETHANOL VÀ ỨNG DỤNG SVTH Nhóm 1 Nguyễn Dương Bảo Châu MSSV 2005211172[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TẬP TIỂU LUẬN VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM

CÔNG NGHỆ LÊN MEN ETHANOL VÀ ỨNG

DỤNG

SVTH: Nhóm 1

Nguyễn Dương Bảo Châu MSSV: 2005211172 LỚP: XXXXXX Nguyễn Thị Trúc Phương MSSV: 2005211154 LỚP: XXXXXX Trần Thị Kim Son MSSV: 2005211126 LỚP: XXXXXX

Đỗ Đức Thiện MSSV: 2005218066 LỚP: 12DHTP08 Hoàng Thị Thu Tình MSSV: 2005210254 LỚP: XXXXXX

TP HỒ CHÍ MINH, 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TẬP TIỂU LUẬN HỌC PHẦN VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM

CÔNG NGHỆ LÊN MEN ETHANOL VÀ ỨNG DỤNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

Lời mở iv

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Tìm hiểu chung về Ethanol 1

1.2 Công nghệ lên men Ethanol 2

1.2.1 Ethanol là gì? 2

1.2.2 Khái niệm lên men 2

1.2.3 Công nghệ lên men Ethanol 2

1.3 Cơ chế lên men rượu 2

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ LÊN MEN ETHANOL TRONG SẢN SUẤT RƯỢU VANG 3

2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của rượu vang 3

2.1.1 Lịch sử hình thành của rượu vang 3

2.1.2 Sự phát triển của rượu vang 3

2.2 Sơ lược về quá trình lên men 5

2.2.1 Lên men là gì? 5

2.2.2 Nguồn gốc và lịch sử của lên men 5

2.3.1 Nho 5

2.3.2 Nấm men 5

2.3.3 Chất dinh dưỡng cho nấm men 5

2.3.4 Đường 5

2.3.5 Nước 6

2.3.6 Sodium Metabisulfite 6

2.3.7 Tannin 6

2.3.8 Pectin Enzyme 6

2.3.9 Finings 6

2.3.10 Hỗn hợp axit 6

2.3.11 Phụ gia 6

2.3 Nguyên liệu 6

2.3.1 Nho 7

2.3.2 Nấm men 10

2.3.3 Nguyên liệu phụ 11

2.3.3.2 Đường 11

2.3.3.3 Chất phụ gia: 11

2.4 Vi sinh vật trong sản suất rượu vang 12

2.4.1 Nấm nem 12

2.4.1.1 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 12

2.4.1.2 Nấm nem Saccharomyces ellipsoids 13

2.4.1.3 Nấm men Sacchoromyces carlsbergensis 14

2.4.1.4 Nấm men Saccharomyces chevalieri 14

2.4.1.5 Nấm men Saccharomyces oviformics 14

2.4.2 Nấm mốc 14

2.4.3 Vi khuẩn 15

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu 15

2.5.1 Nồng độ đường 15

2.5.2 Oxy 15

2.5.3 Độ rượu 16

2.5.4 pH 16

2.5.5 Nhiệt độ 16

2.6 Phân loại rượu vang: 16

2.6.1 Phân loại rượu vang theo màu rượu 16

2.6.2 Phân loại dựa trên độ đường của chai vang 17

2.6.3 Phân loại dựa theo nồng độ cồn 17

2.6.4 Phân loại theo dòng rượu vang 17

2.7 Bảo quản rượu vang: 17

2.7.1 Nhiệt độ bảo quản phải luôn duy trì ở mức ổn định 17

2.7.2 Tránh ánh sáng 18

2.7.3 Giữ cho nút chai luôn có độ ẩm 18

2.7.4 Tránh rung động ,thay đổi 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

HÌNH ẢNH THAM KHẢO 20

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Nho Chardonnay[1] 15

Hình 2 Nho Cabernet Sauvignon[2] 15

Hình 3 Nho Sauvignon Blanc[3] 16

Hình 4 Hình dạng của nấm nem 17

Hình 5 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 19

Hình 6 Nấm men Saccharomyces ellipsoids 20

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Một số sản phẩm của quá trình lên men 9Bảng 2 Thành phần hóa học của thịt quả 14Bảng 3 Một số loại nấm mốc 21

Lời mở

Hiện tại ở nước ta các tổn thất sau thu hoạch do chưa biết ứng dụng khoa học

kỹ thuật còn có tỷ lệ khá cao Hầu hết các mặt hàng nông sản xuất khẩu còn ở dạngtươi và thô đi các nước khác Do đó còn tiềm ẩn nguy cơ thua lỗ cao nếu đầu ra bị bãohòa, nhu cầu xuất khẩu do lý do gì đó mà ngưng trệ Tiêu biểu như giai đoạn đầu năm

2022 thanh long rớt giá chỉ còn 1000 đồng/kg hay những đợt giải cứu nông sản trênkhắp cả nước do Trung Quốc đóng cửa khẩu Đó chỉ nên là những giải pháp ngắn hạn

và chúng ta phải tập chung vào công nghệ bảo quản và chế biến sau thu hoạch màcông nghệ lên men rượu là một trong những giải pháp để giải quyết những vấn đề trên.Công nghệ lên men rượu không chỉ giúp giảm tổn thất sau thu hoạch mà còn đem lạilợi ích kinh tế cao đặc biệt trong ngành tiêu thụ rượu bia và đồ uống có cồn Nhưngvới sự thoái vốn của nhà nước và sự đầu tư từ nước ngoài ngành rượu bia đang vấpphải sự cạnh tranh hết sức gắt gao

Nhóm 1 GVHD: Liêu Mỹ Đông

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tìm hiểu chung về Ethanol

Tại Việt Nam hiện nay, hơn 50% trái cây được tiêu thụ tươi Tổn thất sau thuhoạch về số lượng và chất lượng của các loại trái cây này thường rất cao, đặc biệt ởgiai đoạn vận chuyển đường dài đến thị trường hoặc xuất khẩu Ước tính, tổn thấttrong quá trình thu hoạch và sau thu hoạch còn khá lớn (khoảng 25% về khối lượng,chưa kể đến tổn thất về chất lượng) So với các nước đang phát triển trong khu vựcchâu Á tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch của Ấn Độ chỉ là 3-3,5%, Bangladesh 7%, Pakistan2- 10%, Indonesia 6-17%, Nepan 4-22%…, thì Việt Nam vẫn còn lạc hậu Những nămgần đây, cùng với việc ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất, chế biến vàbảo quản sau thu hoạch được coi là giải pháp căn cơ và bền vững cho ngành nôngnghiệp góp phần tạo ra những sản phẩm đa dạng, giá trị kinh tế và sức cạnh tranh cao.Lên men là một phương pháp bảo quản và chế biến thực phẩm được áp dụng rất phổbiến ở Việt Nam Không chỉ vậy, nhiều loại thực phẩm nổi tiếng trên thế giới cũng sửdụng rộng rãi phương pháp này.[1]

Lên men rượu (ethanol) cùng với lên men lactic và lên men propionic là mộttrong ba phương pháp lên men được con người ứng dụng trong việc chế biến và bảoquản thực phẩm Mặc dù chưa hiểu được cơ chế lên men cũng như sự tồn tại củanhững vi sinh vật nhưng kỹ thuật lên men đã được áp dụng từ rất lâu trước đây Lênmen rượu được xem là phương pháp được biết đến đầu tiên với những dấu vết củarượu trong các bình gốm được phát hiện vào 7.000 năm TCN

Lên men rượu được sử dụng để chế biến các đồ uống có cồn được làm từ nhohoặc các loại trái cây khác bằng phương pháp lên men, một số sản phẩm tiêu biểu như:

Bảng 1 Một số sản phẩm của quá trình lên menViệt Nam đứng thứ hai thuộc các nước Đông Nam Á, đứng thứ 10 châu Á vàđứng thứ 29 trên toàn thế giới về tiêu thụ rượu, bia Chính vì vậy việc nghiên cứu côngnghệ lên men rượu giúp đưa ra các biện pháp giảm mức tiêu thụ rượu, bia, kiểm soátviệc cung cấp rượu, bia, giảm tác hại, bảo đảm nguồn lực cho phòng chống tác hạirượu, bia để nâng cao sức khỏe cộng đồng Đồng thời đem lợi ích kinh tế và giành lạithị phần ngành đồ uống có cồn từ những công ty nước ngoài

1.2.2 Khái niệm lên men

Là quá trình nuôi cấy vi sinh vật để tạo ra tăng sinh khối lượng hoặc thúc đẩy visinh vật tạo ra các sản phẩm trao đổi chất Quá trình lên men thúc đẩy việc trao đổichất bên trong và chuyển hóa đường thành các sản phẩm như: acid, rượu,

1.2.3 Công nghệ lên men Ethanol

Lên men ethanol là quá trình phân giải yếm khí đường thành ethanol dưới tácdụng của vi sinh vật, được diễn ra trong tế bào chất của nấm men Khi đó đường cùngvới các chất dinh dưỡng khác trong môi trường lên men, đầu tiên sẽ được hấp thụ trên

bề mặt rồi sau đó khuếch tán qua màng tế bào và vào bên trong tế bào nấm men Quátrình phân hủy đường thành ethanol trong tế bào nấm men xảy ra hàng loạt qua cácphản ứng với sự tham gia của nhiều loại enzym khác nhau, bước cuối cùng của quátrình lên men chính là sự chuyển hóa acid pyruvic thành ethanol và CO ₂

Quá trình trên được biễu diễn bằng phương trình hóa học tổng quát sau đây:

C6H12O6 + 2P( ax pyruvic) + 2ADP  2C2H5OH + 2CO2 + 2ATPTrong tế bào chất của nấm men diễn ra quá trình chuyển hóa đường hexose thànhethanol và khí CO Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men trong điều kiện

kỵ khí, ethanol và CO tạo ra trong tế bào sẽ được nấm men thải vào môi trường lênmen

Trong điều kiện kỵ khí, quá trình lên men bị ức chế, việc này làm hydro tách rađược chuyển qua chuỗi hô hấp tới oxy và acid pyruvic, sản phẩm của quá trình đườngphân sẽ tiếp tục bị oxy hóa qua nhiều bước trong chu trình Krebs, các cặp hydro tách

ra được chuyển tới oxy Quá trình này liên hợp với quá trình tạo ATP Sự lên menrượu có thể tiến hành theo nhiều kiểu khác nhau, tùy vào điều kiện môi trường

Bên cạnh ethanol và khí CO, tế bào nấm men còn tổng hợp và “thải” vào dịchhàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác trong quá trình lên men Nhữnghợp chất này được tìm thấy trong dịch lên men với hàm lượng rất nhỏ, chẳng hạn như:glycerol cùng các rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và ester

Quá trình lên men có thể tạo ra 1 lượng lớn pectin gây ảnh hưởng xấu tới sứckhỏe của con người nên cần phải chú ý Tác nhân vi sinh vật của quá trình lên menrượu là: nấm men, nấm mốc và vi khuẩn Trong đó tác nhân cơ bản là nấm menSaccharomyces cerevisiae.[2]

Nhóm 1 GVHD: Liêu Mỹ Đông

1.3 Cơ chế lên men rượu

Lên men rượu là một quá trình phức tạp đã được nghiên cứu từ lâu về bản chấtcủa quá trình lên men Kết quả cuối cùng của quá trình lên men là rượu ethanol

Thực chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học cung cấpnăng lượng cho vi sinh vật Trong lên men rượu, ethanol và CO2 là sản phẩm tích tụchiếm ưu thế, ngoài ra còn nhiều sản phẩm khác như este, aldehyde, rượu cao phân tử

Nấm men là tác nhân chính của quá trình lên men, đường là cơ chất chủ yếu.Quá trình lên men liên quan mật thiết đến quá trình phosphoryl hóa các hợp chất hữucơ

Phương trình tổng quát của quá trình lên men rượu là:

Nhóm 1 GVHD: Liêu Mỹ Đông

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ LÊN MEN ETHANOL TRONG

SẢN SUẤT RƯỢU VANG 2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của rượu vang

2.1.1 Lịch sử hình thành của rượu vang

Lịch sử rượu vang đã có từ rất lâu, nó kéo dài cả hàng nghìn năm đến nay Lịch

sử đó gắn bó chặt chẽ với lịch sử của nông nghiệp, nền văn hóa ẩm thực và nền vănminh của nhân loại

Với bằng chứng khảo cổ sớm nhất cho thấy con người đã làm ra rượu vang tạiGruzia vào khoảng 6000 năm TCN Một số bằng chứng về địa điểm khảo cổ đáng chú

ý khác là Iran với niên đại là 5000 năm TCN và Armenia cũng được phát hiện với niênđại là 4000 năm TCN Bằng chứng khảo cổ học cũng cho thấy nho thuần hóa đã đượctrồng vào thời đại đồ đồng sớm ở Cận Đông, Sumer và Ai Cập từ khoảng thiên niên kỷthứ ba TCN

Các bằng chứng về việc sản xuất rượu vang sớm nhất ở Châu Âu được pháthiện tại các địa điểm khảo cổ ở miền bắc Hy Lạp có niên đại cách đây khoảng 6500năm Những địa điểm khảo cổ khác cũng phát hiện các tàn tích chứng minh việcnghiền nho đã xuất hiện từ rất sớm ở tại Hy Lạp Ở Ai Cập, rượu vang đã trở thànhmột phần của lịch sử, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống nghi lễ cổ xưa.Dấu vết về rượu vang hoang dã từ thiên niên kỷ thứ hai và thứ nhất TCN được pháthiện ở Trung Quốc

2.1.2 Sự phát triển của rượu vang

Rượu vang gắn liền với thần thoại về Dionysus/Bacchus, phổ biến ở La mã và

Hy Lạp cổ đại, và nhiều vùng làm rượu vang chính ở Tây Âu ngày nay đã được thiếtlập với các đồn điền của người La Mã và người Phoenicia

Kỹ thuật làm rượu vang, như ép rượu, được cải thiện đáng kể vào thời Đế chế

La Mã, rất nhiều giống nho và kỹ thuật canh tác đã được phát hiện và thùng đựng rượu

đã được phát triển để cất và vận chuyển rượu vang

Ở Châu Âu thời trung cổ, sau sự suy tàn của Rome và sản xuất rượu vang quy

mô công nghiệp để xuất khẩu, Giáo Hội Kitô giáo đã trở thành một người ủng hộ nhiệtthành việc dùng rượu vang trong cử hành Thánh lễ Công giáo Trong khi đó, rượuvang lại bị cấm trong các nền văn hóa Hồi giáo thời trung cổ, việc dùng rượu vangtrong các giáo lễ Kitô đã được chấp nhận rộng rãi, Geber và các nhà hóa học Hồi giáokhác là những người tiên phong trong hoạt động chưng cất rượu vang phục vụ chomục đích y học hồi giáo, cũng như hoạt động công nghiệp để làm nước hoa Sản xuấtrượu vang dần dần phát triển và rượu vang đã được sử dụng phổ biến từ thế kỷ 15 trở

đi, ngành làm rượu vang vẫn tồn tại sau đợt dịch bệnh Phylloxera tàn phá vào thậpniên 1870 và đến ngày nay đã hình thành các vùng làm rượu vang trên khắp thế giới.[4]

Bên cạnh đó với công nghệ lên men ngày càng hoàn thiện, trang thiết bị hiệnđại và để đáp ứng được nhu cầu thị hiếu của con người, người ta đã sản xuất ra nhiềuloại rượu vang khác nhau Phải kể đến 5 loại rượu vang phổ biến đó là rượu vang đỏ,rượu vang hồng, rượu vang trắng, rượu vang ngọt và rượu vang sủi tăm.

- Rượu vang đỏ: là loại vang được yêu thích và sử dụng nhiều nhất trênthế giới Nó có nguồn gốc từ giống nho có màu đỏ sẫm, lên men cả từngoài vỏ đến trong ruột Màu đỏ nằm trong chai rượu là của sắc tốanthocyan xuất hiện trong vỏ nho Màu thực tế của vang đỏ có thểchuyển từ màu đỏ thẫm sang nâu cam

- Rượu vang trắng: được làm từ giống nho trắng, có vỏ màu xanh hoặcngã vàng Các giống nho trắng nổi tiếng nhất thế giới là Chardonnay,Sauvignon Blanc và Riesling Nho đỏ cũng có khả năng làm rượu vangtrắng nếu phần vỏ được loại bỏ cẩn thận, không bị loang màu qua nước

ép nho

- Rượu vang hồng: cũng được làm từ loại nho như rượu vang đỏ, nhưngkhác nhau một chỗ là thời gian để nước nho tiếp xúc với vỏ nho sẽ ngắnhơn nhiều so với vang đỏ Có thể gọi rượu vang hồng là loại rượu vang

cổ nhất vì nó có phương pháp sản xuất đơn giản nhất là cho nước ép tiếpxúc với vỏ nho Rượu vang hồng rất đa dạng, có thể là vang không sủităm, bán sủi tăm, hoặc sủi tăm với nhiều mức độ hương vị từ ngọt đếnkhông ngọt

- Rượu vang ngọt: thuộc thế giới đối lập với vang không ngọt, lượngđường trong một chai vang ngọt khoảng từ 45g/L hoặc hơn Nồng độcồn trung bình của vang ngọt sẽ rơi vào khoảng từ 15% đến 22% Đây làmột loại vang rất dễ uống Lí do vì sao được gọi là vang ngọt, bởi đây làloại rượu được làm từ những chùm nho đã chín quá mức với lượngđường trong nho rất nhiều Do đó, sản phẩm sau khi lên men sẽ có vịngọt hơn các loại sản phẩm khác

- Rượu vang sủi tăm: là một loại vang rất đặc biệt và khác hoàn toàn cácloại rượu vang còn lại bởi quy trình sản xuất, nó được lên men hai haitrong chai thay vì trong thùng gỗ, điều này dẫn đến việc tạo ra các vếtbọt từ khí CO2 Rượu vang sủi tăm có thể có là màu đỏ, hồng hoặctrắng Mùi vị cũng đa dạng từ nhiều mùi khoáng cho đến đậm đà và ngọtngào.[5]

2.2.2 Nguồn gốc và lịch sử của lên men

Các sản phẩm lên men được phát hiện vào 7.000 năm TCN nhờ vào dấu vết củarượu trong các bình gốm Đến năm 200 TCN thì những sản phẩm lên men được pháthiện ngày càng nhiều như: Rau muối, phô mai,

Vào đầu thế kỷ 19, nhà khoa học Theodor Schwann đã phát hiện ra sự sinh sảncủa loài sinh vật đơn bào Với phát hiện này thì thường dùng đường để tạo ra rượu vàđây được coi là nguyên nhân khởi nguồn của lên men

2.3 Nguyên liệu rượu vang

2.3.1 Nho

Nền tảng của rượu vang này tự nó có tất cả các thành phần chính để lên men

Từ nấm men hoang dã sẽ bắt đầu quá trình, đến các loại đường sẽ được chuyển hóathành rượu và CO2

2.3.2 Nấm men

Sự hiện diện của các sinh vật sống này (vi sinh vật nấm có trong mô của nho,hoặc do các nhà sản xuất rượu thêm vào) là yếu tố quan trọng để tạo ra rượu vang.Chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men, chuyển hóa đường thành rượu

và CO2 Để có kết quả tốt nhất, nấm men phải sinh sôi trong môi trường từ 70 đến 80

độ F

2.3.3 Chất dinh dưỡng cho nấm men

Chúng cung cấp các vitamin và nguyên liệu bổ sung cần thiết cho quá trìnhnhân lên thành công hơn của nấm men Nó được thêm vào khi bắt đầu lên men

Nhóm 1 GVHD: Liêu Mỹ Đông

2.3.7 Tannin

Nguyên tố tự nhiên có trong Nho này đôi khi có thể được thêm nhân tạo để tăng

độ khô trong sản phẩm cuối cùng (tannin điều chỉnh nước bọt trong miệng của chúng

ta bằng cách loại bỏ tác dụng bôi trơn của nó)

2.3 Nguyên liệu

Nguyên liệu là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng không nhỏ đếnquá trình lên men Thông thường, rượu vang khi dùng trong nghĩa hẹp là từ để chỉrượu được lên men từ dịch ép của quả nho Ngày nay, người ta đã sử dụng nhiều loạiquả khác nhau để lên men rượu như quả táo, dâu, việt quất và được gọi là rượu vangkèm theo tên của loại quả đó Điểm chung là các loại quả này đều có chưa đường,protein, muối khoáng không chứa chất độc hại với nấm nem nên đều được sử dụng

để chế biến rượu vang, tuy nhiên nho vẫn là nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuấtrượu vang

2.3.1 Nho

Nho là một loại quả mọng lấy từ các loài cây thân leo thuộc chi Nho (Vitis).Quả nho mọc thành chùm từ 6 đến 300 quả, chúng có màu đen, lam, vàng, lục, đỏ-tíahay trắng Khi chín, quả nho có thể ăn tươi hoặc được sấy khô để làm nho khô, cũngnhư được dùng để sản xuất các loại rượu vang, thạch nho, nước quả, mật nho, dầu hạtnho

Theo thống kê năm 2017 của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên HiệpQuốc (FAO), 71% sản phẩm nho trên thế giới sử dụng để làm rượu vang, 27% để ăn