nghiên cứu chế biến rượu không chưng cất từ nguyên liệu nếp trắng

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang v 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nước nấu cháo đến sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan, cồn tuyệt đối được tro

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN RƯỢU KHÔNG CHƯNG

CẤT TỪ NGUYÊN LIỆU NẾP TRẮNG

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

Ts Vũ Trường Sơn Huỳnh Thị Hồng Nhung

MSSV:LT10031 Lớp: CNTP K36LT

Cần Thơ, 2012

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang i

L I CAM OAN

Luận văn đính kèm theo đây, với đề tài “Nghiên cứu chế biến rượu không chưng

cất từ nguyên liệu nếp trắng” do sinh viên Huỳnh Thị Hồng Nhung thực hiện và

báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua

Giáo viên hướng dẫn

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012

Chủ tịch hội đồng

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang ii

L I C M T

Xin chân thành cảm tạ:

Quý Thầy Cô Trường Đại học Cần Thơ đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong những năm học qua

Thầy Vũ Trường Sơn, giảng viên Bộ Môn Công nghệ Thực phẩm đã tận tình hướng dẫn

và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp chuyên Ngành Công nghệ Thực phẩm

Tập thể cán bộ phòng thí nghiệm Bộ Môn Công nghệ Thực phẩm và các bạn đã giúp đỡ

và trao đổi kiến thức trong quá trình làm thí nghiệm vừa qua

Các bạn lớp Công nghệ Thực phẩm K36 liên thông đã động viên, trao đổi, góp ý và giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp của mình

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thị Hồng Nhung

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang iii

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu quy trình sản xuất rượu không chưng cất từ nguyên

liệu nếp trắng” được thực hiện với mục tiêu

i Tìm ra được lượng nấu cháo tối ưu ứng với thời gian lên men đối với từng tỉ lệ khác nhau

ii Tìm ra tỉ lệ nấm men bổ sung vào và thời gian lên men rượu tối ưu nhất

iii Tìm ra lượng cồn và đường bổ sung vào thích hợp làm tăng chất lượng và khả năng bảo quản sản phẩm

Kết quả thu nhận được cho thấy các thông số thích hợp để cho ra sản phẩm có thể chấp nhận được trong điều kiện phòng thí nghiệm là:

Lượng nước nấu cháo tối ưu là 1:4, lượng nấm men so với nguyên liệu là 0,7%, thời gian lên men đạt kết quả cao nhất là 5 ngày, nồng độ ethanol sau khi bổ sung là 20% V và nồng

độ đường là 3% cho giá trị cảm quan tốt nhất

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang iv

MỤC LỤC

L I CAM OAN i

L I C M T ii

MỤC LỤC iv

DANH S CH H NH vi

Chương 1 ẶT VẤN Ề 1

1.1 Tổng quan 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

Chương 2 LƯỢC KH O TÀI LIỆU 2

2.1 Nguyên liệu sản xuất rượu nếp trắng 2

2.1.1 Nếp trắng 2

2.1.2 Bánh men thuốc bắc 3

2.2 Kỹ thuật lên men 7

2.2.1 Khái quát quá trình lên men rượu 7

2.2.2 Động học của quá trình lên men 7

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 8

2.3 Các quá trình sinh hóa trong lên men rượu 10

2.3.1 Các quá trình vi sinh vật 10

2.3.2 Các quá trình sinh hóa 10

2.3.3 Cơ chế chuyển hóa đường thành rượu và các sản phẩm phụ 11

2.4 Qui trình công nghệ sản xuất rượu nếp 17

2.4.1 Qui trình sản xuất 17

2.4.2 Thuyết minh qui trình 18

Chương 3 PHƯƠNG TIỆN - PHƯƠNG PH P THÍ NGHIỆM 20

3.1 Phương tiện thí nghiệm 20

3.1.1 Thời gian – địa điểm 20

3.1.2 Nguyên liệu 20

3.1.3 Thiết bị - dụng cụ 20

3.2 Phương pháp thí nghiệm 20

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang v

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nước nấu cháo đến sự thay đổi hàm lượng chất khô

hòa tan, cồn tuyệt đối được trong quá trình lên men 21

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ men bổ sung vào đến sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan, pH, nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men 23

3.2.3 Nghiên cứu điều vị sản phẩm 26

Chương 4 KẾT QU TH O LUẬN 28

4.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nước nấu cháo đến sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan, cồn tuyệt đối thu được trong quá trình lên men 28

4.1.1 Nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men 28

4.1.2 Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan 31

4.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ men bổ sung đến sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan, pH, nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men 32

4.2.1 Nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men 32

4.2.2 Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan 33

4.2.3 Biến đổi pH 35

4.3 Nghiên cứu điều vị 36

Chương 5 KẾT LUẬN – Ề NGHỊ 38

5.1 Kết luận 38

5.2 ề nghị 40

TÀI LIỆU THAM KH O 41

PHỤ LỤC 1 PHƯƠNG PH P PHÂN TÍCH viii

PHỤ LỤC 2 KẾT QU PHÂN TÍCH THỐNG KÊ x

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang vi

DANH S CH H NH

Hình 1: Cánh đồng lúa nếp 2

Hình 2: Saccharomyces cerevisiae 4

Hình 3: Mucor 5

Hình 4: Rhizopus 5

Hình 5: Sự chuyển hóa Glucose thành Glucose-6-phosphat 11

Hình 6: Sự chuyển hóa Glucose-6 phosphat thành Fructose-6-phosphat 12

Hình 7: Sự chuyển hóa Fructose-6-phosphat thành Fructose-1,6-phosphat 12

Hình 8: Sự chuyển hóa Fructose-1,6-phosphat thành PGA và PDA 12

Hình 9: Sự chuyển hóa thuận nghịch giữa PGA và PDA 13

Hình 10: Sự chuyển hóa PGA thành acid 1, 3-diphosphoglyceric 13

Hình 11: Sự chuyển hóa acid 1,3-diphosphoglyceric thành acid 3-phosphoglyceric 14

Hình 12: Sự chuyển hóa acid 3-phosphoglyceric thành acid 2-phosphoglyceric 14

Hình 13: Sự chuyển hóa acid 2-phosphoglyceric thành PEP 14

Hình 14: Sự chuyển hóa PEP thành acid pyruvic 15

Hình 15: Sự chuyển hóa acid pyruvic thành acetaldehyde 15

Hình 16: Sự chuyển hóa acetaldehyde thành ethanol 15

Hình 17: Sự tạo thành acid acetic 15

Hình 18: Sự tạo thành acid lactic 16

Hình 19: Sự tạo thành alcol cao phân tử 16

Hình 20: Sự tạo thành este 16

Hình 21: Sự chuyển hóa acid pyruvic thành acetaldehyde 16

Hình 22: Qui trình sản xuất vang rượu nếp trắng 17

Hình 23: Nếp đã được nấu cháo 21

Hình 24: Men Hải Anh Quang 24

Hình 25: Chai rượu nếp trắng 27

Hình 26: Nồng độ cồn thu được trong quá trình lên men 29

Hình 27: Cồn tuyệt đối thu được trong quá trình lên men 30

Hình 28: Sự thay đổi chất khô hòa tan theo thời gian lên men 31

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang vii

Hình 30: Sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan trong quá trình lên men 34

Hình 31: Dịch lên men 5 ngày 35

Hình 32: Sự thay đổi pH trong quá trình lên men 36

Hình 33: Qui trình sản xuất rượu vang nếp trắng 39

Hình 34: Thiết bị chưng cất viii

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang viii

DANH S CH B NG

Bảng 1: Thành phần hóa học của nếp 3

Bảng 2: Thành phần thuốc bắc của bánh men sản xuất rượu nếp 6

Bảng 3: Nồng độ cồn thu được theo thời gian lên men 28

Bảng 4: Hàm lượng cồn tuyệt đối thu được theo thời gian lên men 29

Bảng 5: Thống kê sự biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan ở các tỉ lệ nước nấu cháo trong quá trình lên men 31

Bảng 6: Nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men (%V) 32

Bảng 7: Thống kê sự biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan ở các tỉ lệ nấm men trong quá trình lên men 34

Bảng 8: Sự thay đổi pH trong quá trình lên men 35

Bảng 9: Kết quả đánh giá cảm quan về nồng độ cồn và % đường bổ sung vào của sản phẩm sau khi đã được điều vị 37

Bảng 10: Thang điểm ưa thích ix

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 1

CHƯƠNG 1 ẶT VẤN Ề

1.1 Tổng quan

Rượu bia đóng vai trò quan trọng đối với cuộc sống con người, nó tồn tại trong đời sống con người rất lâu đời và có ý nghĩa về cả vật chất lẫn tinh thần Ở nước ta, rượu được sử dụng rộng rãi và gần như phổ biến trong nhân dân, nó không chỉ được

sử dụng để tiếp đãi khách trong các bữa tiệc mà còn được dùng để chữa bệnh, làm lễ… Tuy nhiên đa phần là rượu lên men đã qua quá trình chưng cất nên nồng độ rượu rất cao Khi sử dụng nhiều có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe, do đó mục tiêu của đề tài này là sản xuất rượu không qua chưng cất còn gọi là rượu vang Loại rượu này có nồng độ rượu thấp, phù hợp với sở thích của nhiều người Trong rượu vang có chứa một lượng các acid vô cơ và hữu cơ như acid tartric, acid malic, acid citric, acid oxalic… có thể nói rượu vang là thức uống có độ chua cao

Vì là một nước nông nghiệp nên từ xa xưa ông cha ta đã biết tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn để sản xuất rượu như gạo, nếp, bắp… Tuy nhiên, do sản xuất bằng thủ công dựa vào kinh nghiệm là chính chưa áp dụng được những tiến bộ khoa học

kỹ thuật nên chất lượng chưa ổn định

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Để áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật vào việc cải tiến các sản phẩm truyền thống nên việc nghiên cứu sản xuất rượu không chưng cất từ nguyên liệu nếp trắng dựa trên các tài liệu thu thập được nhằm tìm ra được qui trình sản xuất rượu thích hợp để nâng cao giá trị sử dụng của hạt nếp

Một vài yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng rượu được tiến hành khảo sát như sau:

 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu cháo đến quá trình lên men

 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ men thuốc bắc bổ sung vào đến quá trình lên men

 Nghiên cứu điều vị sản phẩm

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KH O TÀI LIỆU

2.1 Nguyên liệu sản xuất rượu nếp trắng

2.1.1 Nếp trắng

Ngũ cốc là loại nguyên liệu chứa hàm lượng tinh bột rất cao phù hợp với ngành công nghiệp sản xuất rượu Trong đó, nếp trắng là một loại ngũ cốc với hàm lượng tinh bột trên 70%được sử dụng rộng rãi trong sản xuất rượu

Hình 1: Cánh đồng lúa nếp

(Nguồn: http://www.agroviet.gov.vn/Pages/news_detail.aspx?NewsId=19974)

Tinh bột là glucid dự trữ chủ yếu trong thực vật Thành phần hóa học của tinh bột được cấu tạo từ 2 loại polysaccharide hoàn toàn khác nhau về tính chất vật lý cũng như hóa học là amylose và amylopectin Ví dụ, amylose tạo màu xanh với iod còn amylopectin cho màu tím đỏ, amylose và amylopectin cũng khác nhau về tính hòa tan, amylose dễ hòa tan trong nước ấm và tạo nên dung dịch có độ nhớt không cao, còn amylopectin chỉ hòa tan khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao Trong tinh bột tỉ lệ giữa amylose và amylopectin thay đổi tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu Trong nếp thì amylopectin gần như 99,3% còn amylose thì chỉ chiếm một lượng nhỏ chỉ 0,7%, (PGS.Ts Lương Đức Phẩm, 2010)

Amylopectin là một polysaccharide có cấu tạo dạng nhánh, trong phân tử amylopectin gồm nhiều gốc glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4-glucoside và α-1,6-glucoside (chiếm khoảng 4%) Trung bình mỗi nhánh của amylopectin chứa khoảng 15 ÷ 30 gốc glucose Trong khi đó amylose có cấu trúc mạch thẳng không phân nhánh gồm 200 đến hàng ngàn gốc glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glucoside, (Lê Mỹ Hồng, 2011)

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 3

Nấm men:

Tế bào nấm men có cấu tạo đơn bào và thường sinh sản bằng cách nẩy chồi và khi gặp điều kiện không thuận lợi chúng có thể sinh sản bằng bào tử, bào tử khi ra ngoài gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành một tế bào nấm men mới Tế bào nấm men có hình trứng, hình elip, hình cầu, hình gậy… Kích thước của tế bào nấm men khoảng 8 ÷ 15m, (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2010)

Trong mỗi gam bánh men có từ vài chục triệu đến vài trăm triệu tế bào nấm men Chúng gồm hai loại khác nhau:

 Endomycopsis (chủ yếu là Endo Fibuligenes): là loài nấm men rất giàu

enzyme amylase, glucoamylase Do đó chúng vừa có khả năng đường hóa, vừa có khả năng rượu hóa

 Saccharomyces (chủ yếu là S cerevisiae): có khả năng lên men nhiều loại

đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, galactose Chúng có khả năng lên men ở nhiệt độ cao (36 ÷ 40o

C), chịu được độ acid Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 với nồng độ 0,02 ÷ 0,025% Đặc điểm này rất có lợi cho lên men khi cần phải sử dụng thuốc sát trùng 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 dịch từ 12 ÷ 14%

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 4

có khi 16 ÷ 18% Nồng độ rượu trong dung dịch lên men là 10 ÷ 12% Nhiệt độ lên men thích hợp là 28 ÷ 32oC

Hình 2: Saccharomyces cerevisiae

(Nguồn : http://www.flickr.com/photos/ajc1/3507133086/)

Ngoài 2 nấm men cơ bản trên, trong men thuốc bắc còn thấy nhiều loài nấm men dại khác nhau Chúng vừa có khả năng thủy phân tinh bột, vừa có khả năng chuyển đường thành cồn, tuy rằng sự chuyển hóa này còn thấp Điều đặc biệt là các loài nấm men dại này chịu nhiệt rất cao, có khi lên tới 60 ÷ 65oC và chịu được chất sát trùng ở nồng độ 0,05 ÷ 1%,(Lê Mỹ Hồng, 2011)

Vai trò của nấm men chuyển hóa đường thành rượu, trong suốt quá trình lên men ngoài ethanol còn có CO2 và các sản phẩm khác như glycerol, ester, acid hữu cơ, acid vô cơ, aldehyde… Sự hiện diện của những chất này tùy thuộc vào dòng nấm men và điều kiện lên men, chúng góp phần tạo hương vị đặc trưng cho rượu

Nấm mốc:

Nấm mốc là một nhóm thực vật hạ đẳng rất lớn và đa dạng Chúng không có chất diệp lục, do vậy chúng không thể tổng hợp được các hợp chất hữu cơ từ khí để phát triển và hoạt động sống Mốc mọc tốt trong môi trường có nhiều không khí, vì vậy chúng thường phát triển trên bề mặt cơ chất dưới dạng hình sợi lún phún, lớp mạng nhện hay khối bông, (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2010)

Trong bánh men thuốc bắc thấy phát triển rất nhiều loài mốc khác nhau thuộc

Aspergillus, Penicillium, Mucor và Rhizopus Trong đó Mucor và Rhizopus phát

triển nhiều hơn cả Loài Mucor, đặc biệt là Mucor rouxii có nhiều đặc tính quí như

khả năng chịu nhiệt độ cao 32 ÷ 35oC, chúng vừa có khả năng đường hóa và vừa có khả năng rượu hóa

Vai trò của nấm mốc có khả năng sinh ra enzyme amylase và glucoamylase thủy phân tinh bột thành đường Nguồn tinh bột ban đầu được hồ hóa bằng cách nấu Glucoamylase không chỉ có khả năng phân cắt nối α-1,4-glucoside mà còn phân cắt nối α-1,6-glucoside và biến 100% tinh bột thành đường glucose

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 5

do chúng tạo ra sẽ thích hợp cho nấm men và nấm sợi phát triển Tuy nhiên pH xuống quá thấp lại ảnh hưởng xấu cho quá trình lên men Mặt khác nếu trong dịch lên men có mặt O2 thì vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa rượu thành acid acetic, quá trình này làm tổn hao lượng cồn tạo thành, (Lê Mỹ Hồng, 2011)

Các vị thuốc bắc:

Việc cho thuốc bắc vào bánh men có tác dụng kích thích sinh trưởng của vi sinh vật trong bánh men, có khả năng sát trùng Ngoài ra, các vị thuốc bắc còn có tác dụng tạo hương vị đặc trưng cho rượu, các vị thuốc bắc được bổ sung vào với liều lượng khác nhau tùy vào bài thuốc (bảng 2)

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 6

Bảng 2: Thành phần thuốc bắc của bánh men sản xuất rượu nếp

Tên thuốc bắc Bài thuốc 1

(liều lượng, g)

Bài thuốc 2 (liều lượng, g)

Bài thuốc 3 (liều lượng, g)

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 7

2.2 Kỹ thuật lên men

2.2.1 Khái quát quá trình lên men rượu

Lên men rượu là quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của các enzyme tương ứng gọi

là chất xúc tác sinh học (được sinh ra từ sự trao đổi chất để duy trì sự sống của nấm men) Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau Tuy nhiên có 2 hình thức lên men chính: lên men yếm khí và hiếu khí

 Lên men hiếu khí: là sự thủy phân đường với sự có mặt của O2 như quá trình lên men acid acetic, citric…

 Lên men yếm khí: là sự thủy phân đường không có sự hiện diện của O2 như quá trình lên men lactic, lên men rượu, butylic…

Lên men rượu, bia là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men Nấm men chuyển hóa đường lên men thành rượu etylic và CO2 Người ta còn có thể gọi

là quá trình rượu hóa, cồn hóa

Trong quá trình lên men rượu người ta chia làm 2 quá trình chính:

 Thời kỳ phát triển sinh khối: giai đoạn này với sự có mặt của O2 tế bào nấm men phát triển sinh khối (gia tăng kích thước và số lượng)

 Thời kỳ lên men chuyển đường thành rượu và CO2: giai đoạn này nấm men hấp thụ chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình để thực hiện xúc tác sinh hóa trong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống tạo thành rượu và CO2 (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2010)

2.2.2 Động học của quá trình lên men

Tốc độ của quá trình lên men có thể quan sát được bằng cách theo dõi sự thay đổi của hàm lượng đường trong dịch lên men, quan sát bằng cách theo dõi sự thay đổi lượng rượu và CO2 tạo thành

Quá trình lên men chia làm 3 thời kỳ chính:

 Thời kỳ đầu: khoảng 60 giờ kể từ khi cho nấm men tiếp xúc với dịch lên men Sự lên men xảy ra chậm, đường lên men không đáng kể

 Thời kỳ 2: đây là thời kỳ lên men chính Chiếm khoảng 60 ÷ 120 giờ sau thời

kỳ đầu Sự phát triển của nấm men và sự lên men sau mỗi giờ gia tăng nhanh đáng

kể và đạt đến trị số cực đại

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 8

 Thời kỳ cuối: đây là giai đoạn lên men phụ xảy ra rất chậm đồng thời là thời

kỳ ổn định tạo mùi cho sản phẩm Tùy theo phương pháp lên men, loại sản phẩm

mà thời gian lên men phụ kéo dài khác nhau không quan sát được

Thời kỳ lên men chính là thời kỳ biến đổi sâu sắc các thành phần trong dịch lên men Chúng ảnh hưởng đến kết quả của quá trình lên men Trong giai đoạn này, trong điều kiện lên men bình thường sau mỗi giờ nồng độ đường trong dịch lên men

sẽ giảm đi khoảng 1 độ (Brix, balling, %)

Sự tồn tại của thời kỳ lên men cuối là đặc trưng đối với quá trình lên men dịch đường hóa từ nguyên liệu chứa tinh bột

Trong dịch lên men nếu biểu thị hàm lượng đường tồn tại trong dịch lên men là 100% thì 4 ÷ 6% là dạng chất không tan, 75 ÷ 77% được chuyển thành maltose và 19% là dextrin

Trong giai đoạn lên men sự đường hóa cũng xảy ra nhưng rất chậm và không hoàn toàn, đặc biệt khó khăn với tinh bột không hòa tan Do đó tốc độ lên men trong thời

kỳ này không phụ thuộc vào số lượng tế bào nấm men mà chủ yếu phụ thuộc vào sự thủy phân hàm lượng đường dextrin không lên men còn lại Tuy vậy chính những loại đường không lên men này sẽ tạo vị ngọt cho sản phẩm Như vậy chu kỳ lên men dịch đường hóa tinh bột phụ thuộc vào thời gian lên men cuối hay phụ thuộc vào khả năng đường hóa của phức hệ enzyme amylase Rất nhiều thí nghiệm cho thấy càng kéo dài thời gian lên men cuối thì càng gia tăng hiệu suất của quá trình lên men

Tuy vậy tùy theo sản phẩm của sự lên men, nồng độ glucid của dịch đường hóa, phương pháp lên men, nhà sản xuất cũng tạo ra một qui trình sản xuất riêng biệt với chất lượng và thành phần mong muốn của họ, (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2010)

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Mỗi hoạt động sống của vi sinh vật nói chung của nấm men nói riêng liên hệ mật thiết với ngoại cảnh Có 3 mức độ ảnh hưởng khác nhau đến hoạt động sống của nấm men

 Điểm cực tiểu: là điều kiện tối thiểu để nấm men tồn tại, ở điều kiện này bắt đầu xuất hiện hoạt động sống

 Điểm cực thích: là điều kiện tốt nhất cho hoạt động sống Nấm men có cường độ hoạt động mạnh nhất

 Điểm cực đại: là điều kiện tối đa và là giới hạn trên tồn tại của hoạt động sống Quá giới hạn này nấm men sẽ chết

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 9

Vì vậy vấn đề quan trọng trong quá trình nuôi cấy nấm men là điều chỉnh điều kiện ngoại cảnh sau cho đạt được giới hạn tối ưu

 Nhiệt độ

Để thấy rõ ảnh hưởng của nhiệt XII trong quá trình độ đến hoạt động sống của nấm men cụ thể là nấm men Saccharoyce Cerevisiae Rasse lên men rượu Nấm men chủng XII phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 ÷ 33oC, nhiệt độ tối đa 38oC, tối thiểu là

5oC Nấm men được nuôi cấy ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tối ưu ở 17 ÷ 22oC có năng lực lên men rất lớn Đối với quá trình lên men thì nấm men sẽ chịu được giới hạn nhiệt độ khá rộng từ 1 ÷ 45oC, nếu nhiệt độ quá 50oC nấm men sẽ chết

 pH

Nấm men có thể phát triển trong môi trường có pH từ 2 ÷ 8 nhưng thích hợp nhất là

4 ÷ 4,5 Vì vậy trong lên men rượu người ta thực hiện ở pH từ 3,8 ÷ 4,0 để ngăn ngừa khả năng nhiễm khuẩn, vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH ở 4,2 Tuy nhiên trong thực tế có những loài vi khuẩn quen dần với pH thấp nên ngoài việc ứng dụng điều chỉnh pH thích hợp còn phải kết hợp sử dụng chất sát trùng Khi pH ở 8 thì nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh Ở pH ở 3,8 nấm men phát triển mạnh thì hầu như vi khuẩn chưa phát triển

Để tạo pH thích hợp trong môi trường nuôi cấy nấm men (kể cả lên men) người ta

có thể bổ sung vào môi trường bắt cứ loại acid nào miễn là anion của acid không gây ảnh hưởng mạnh mẽ đến trung tâm hoạt động của nấm men

 Nồng độ rượu

Nồng độ rượu sinh ra ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men Nồng độ rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phụ thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và nguyên liệu chuẩn bị môi trường nuôi cấy Cùng một môi trường nuôi cấy, số lượng tế bào nấm mem cho vào bằng nhau, điều kiện nuôi cấy giống nhau thì nồng độ rượu ban đầu 1% chưa có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men, từ 4 ÷ 6% đã có ảnh hưởng xấu

 Oxy

Oxy là thành phần không thể thiếu ở giai đoạn phát triển sinh khối Tuy nhiên nó lại

là nguyên nhân gây hư hỏng cho rượu, bia trong các giai đoạn chế biến còn lại Với

sự có mặt của O2 nấm men sẽ lên men không hoàn toàn vì chúng sẽ phát triển sinh khối Trong giai đoạn bảo quản chúng sẽ làm cho sản phẩm có nhiều aldehyde, sản phẩm rất dễ bị biến màu do phản ứng oxy hóa, phản ứng hóa nâu gây tối màu sản phẩm, làm chua sản phẩm do sự tạo thành các acid hữu cơ

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 10

Còn thiếu oxy trong giai đoạn đầu quá trình lên men diễn ra chậm do không đủ oxy cho quá trình tăng sinh khối làm cho không đủ tế bào lên men ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và dây chuyền sản xuất

(Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2010)

2.3 Các quá trình sinh hóa trong lên men rượu

Lên men rượu là một quá trình hết sức phức tạp Ở đây xảy ra các quá trình hóa học các quá trình sinh hóa và quá trình vi sinh

Nấm mốc phát triển thủy phân tinh bột thành đường, lúc này mới tạo điều kiện cho các loài nấm men phát triển mạnh Việc phân ra các giai đoạn phát triển của vi khuẩn, nấm mốc và nấm men một cách rõ ràng là điều rất khó khăn Vì thực tế việc phát triển của các loài vi sinh vật trong khối lên men này diễn ra đồng thời Chỉ một điều khẳng định là sự phát triển đó thường không cùng một mức độ Sự phát triển của vi khuẩn, nấm mốc đòi hỏi sự tồn tại trong môi trường phải có mặt của oxy Chính vì vậy các loài vi sinh vật phát triển mạnh ở giai đoạn đầu, nấm men cũng cần có oxy để tăng sinh khối tuy nhiên ở mức độ không cao như nấm mốc Mặt khác nấm men phát triển cần có đường, do đó cần có thời gian để nấm mốc chuyển hóa tinh bột thành đường, (Lê Mỹ Hồng, 2011)

2.3.2 Các quá trình sinh hóa

Trong quá trình lên men xảy ra ba quá trình sinh hóa cơ bản:

Quá trình chuyển đường và các thành phần khác thành các acid hữu cơ Trong đó có hai quá trình tạo acid hữu cơ cơ bản: quá trình tạo acid acetic và quá trình tạo acid lactic Cả hai quá trình này xảy ra với cường độ không mạnh vì giai đoạn đầu lượng đường trong khối lên men chưa cao nên việc chuyển hóa đó không xảy ra mạnh Quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường: do sự phát triển của nấm mốc và sự

phát triển của nấm men Endomycopsis,tinh bột được chuyển thành đường Các loài nấm mốc, nấm men này trong quá trình phát triển tạo ra rất nhiều enzyme amylase, glucoamylase Các enzyme này hoạt động rất thuận lợi trong giai đoạn đầu và được kéo dài suốt thời gian đường hóa Bản chất của các enzyme này là các enzyme cảm

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 11

ứng Do đó nguyên liệu là loại chứa nhiều tinh bột, kích thích quá trình sinh tổng hợp rất mạnh mẽ Điểm quan trọng thứ hai cần đề cập đến là enzyme này chịu sự điều khiển bởi sản phẩm cuối cùng là glucose Bình thường thì glucose sẽ ức chế

phản ứng thủy phân tinh bột Nhưng các loài nấm mốc Mucor rouxii, Rhizopus delemar, các loài nấm men thuộc Endomycopsis vừa có khả năng chuyển hóa đường

tạo thành cồn, mặt khác các loài nấm men Saccharomyces cũng rất tích cực chuyển

hóa đường glucose thành cồn Kết quả là lượng đường glucose được tạo thành bao nhiêu, ngay lập tức được chuyển hóa thành cồn, một phần được phục vụ cho sinh sản và phát triển của chính loài vi sinh vật đó Do đó, trong khối lên men này thường không xảy ra cơ chế kiềm hãm ngược bởi glucose, (Lê Mỹ Hồng, 2011)

2.3.3 Cơ chế chuyển hóa đường thành rượu và các sản phẩm phụ

Nhóm vi sinh vật tham gia quá trình chuyển hóa gồm Saccharomyces sp, Mucor,

Rhizopus và Endomycopsis sp Trong đó các loài nấm men Saccharomycesđóng vai trò cơ bản Nấm men thủy phân đường theo lộ trình đường phân cho ra pyruvate, pyruvate tiếp tục chuyển hóa thành acetaldehyde và cuối cùng cho ra rượu etylic Quá trình chuyển hóa đường thành rượu chia làm 4 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1:

Đầu tiên glucose bị phosphoryl hóa bởi ATP để tạo nên glucose-6-phosphat dưới tác dụng của enzyme hexokinase (glucokinase) và sự tham gia của ion Mg2+

Hình 5: Sự chuyển hóa Glucose thành Glucose-6-phosphat

Sau đó glucose-6-phosphat chuyển hóa thuận nghịch dưới tác dụng của enzyme đồng phân hóa phosphoglucoisomerase thành fructose-6-phosphat

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 12

Hình 6: Sự chuyển hóa Glucose-6 phosphat thành Fructose-6-phosphat

Một gốc phosphat nữa từ phân tử ATP thứ hai chuyển đến fructose-6 phosphat dưới tác dụng của enzyme phosphofructokinase

Hình 7: Sự chuyển hóa Fructose-6-phosphat thành Fructose-1,6-phosphat

Các chuyển hóa hóa học glucose trong giai đoạn này có tính chất chuẩn bị Phân tử glucose sau khi gắn 2 phân tử acid phosphoric vào trở nên kém bền vững hơn, ATP

đã cung cấp cho nó năng lượng trong các liên kết este phosphat

Giai đoạn 2:

Fructose-1,6-diphosphat dưới tác dụng của enzyme aldolase tạo thành 2 đường triphosphat: 3-phosphodihydroxyaceton (PDA) và 3-phosphoglyceraldehyde (PGA)

Hình 8: Sự chuyển hóa Fructose-1,6-phosphat thành PGA và PDA

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 13

Giai đoạn này rất cơ bản trong quá trình đường phân nhưng phản ứng vẫn chưa giải phóng năng lượng mặc dù đường hexo đã bị gãy đôi PDA khi cần thiết có thể chuyển hóa thành PGA Sự đồng phân hóa này xảy ra theo cách chuyển vị trí hydro bên trong phân tử giữa nguyên tử C thứ nhất và hai của PDA

Hình 9: Sự chuyển hóa thuận nghịch giữa PGA và PDA

Kết quả là 1 phân tử fructose-1,6-diphosphat cho ra 2 phân tử 3-phospho glyceraldehyde (PGA)

Giai đoạn 3:

PGA bị oxy hóa kèm theo việc giải phóng năng lượng và năng lượng đó tích lại trong các liên kết phosphat cao năng khi có mặt enzyme PGA dehydrogenase với coenzyme NAD+ và sự tham gia 1 phân tử H3PO4 Kết quả tạo thành acid 1,3-diphosphoglyceric

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 14

Giai đoạn 4: ở giai đoạn này xảy ra 4 phản ứng

Acid 1,3-diphosphoglyceric chuyển gốc phosphat giàu năng lượng của mình cho ADP để tạo nên acid 3-phosphoglyceric và ATP dưới tác dụng của enzyme phosphoglycerate kinase

Hình 11: Sự chuyển hóa acid 1,3-diphosphoglyceric thành acid 3-phosphoglyceric

Acid 3-phosphoglyceric nhờ chuyển nội phân tử nhóm phosphat dưới tác dụng của enzyme phosphoglycerat mutase chuyển thành acid 2-phosphoglyceric

Hình 12: Sự chuyển hóa acid 3-phosphoglyceric thành acid 2-phosphoglyceric

Acid 2-phosphoglyceric mất đi một phân tử nước chuyển thành dạng enol của acid pyruvate

Hình 13: Sự chuyển hóa acid 2-phosphoglyceric thành PEP

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 15

Chuyển gốc phosphat cao năng từ phosphoenolpyruvic lên cho ADP để tạo thành ATP và pyruvic với sự xúc tác của enzyme pyruvatekinase

Hình 14: Sự chuyển hóa PEP thành acid pyruvic

Sau đó acid pyruvic trong điều kiện yếm khí dưới tác dụng của enzyme pyruvatedecarboxylase có coenzyme vitamin B1 sẽ khử CO2 để tạo acetaldehyde

Hình 15: Sự chuyển hóa acid pyruvic thành acetaldehyde

Tiếp đó dưới tác dụng của enzyme alcoldehydrogenase của nấm men nó sẽ chuyển hóa thành rượu etylic

Hình 16: Sự chuyển hóa acetaldehyde thành ethanol

(Phan Thị Bích Trâm, 2008)

Trong quá trình lên men, ngoài sản phẩm chính là rượu và CO2 còn tạo ra nhiều chất khác nhau Nhưng có thể xếp thành 4 nhóm chính: acid, este, aldehyde và alcol cao phân tử (alcol có số cacbon lớn hơn 2)

CH 3 -CHO alcoldehydrogenase CH 3 -CH 2 -OH

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 16

Acid lactic được tạo bởi pyruvate dehydronaza theo phản ứng:

CH 3 COCOOH +NAD.H 2 CH 3 CHOHCOOH +NAD

Hoặc

CH 2 O(H 2 PO 3 )CHOHCHO + H 2 O CH 3 CHOHCOOH + H 3 PO 4

Hình 18: Sự tạo thành acid lactic

Sự tạo thành alcol cao phân tử:

Là một trong những sản phẩm phụ quan trọng được tạo thành trong quá trình lên men rượu Các alcol này tuy ít nhưng nếu lẫn vào rượu etylic sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm Đó là các alcol propylic, izobutylic, izoamylic, amylic các alcol này có tên chung là dầu fusel và vì có mùi hôi khó chịu nên còn gọi là dầu khét

Nguyên nhân hình thành dầu fusel là do nấm men sử dụng nitơ của các acid amin Phương trình tổng quát quá trình tạo thành alcol có phân tử cao được đơn giản theo phản ứng:

Hình 21: Sự chuyển hóa acid pyruvic thành acetaldehyde

(PSG Ts Nguyễn Đình Thưởng, Ts Nguyễn Thanh Hằng, 2000)

COOH-CO-CH 3 CHPyruvate 3 -CHO

eeeeedecacboxylase

CO2

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 17

2.4 Qui trình công nghệ sản xuất rượu nếp

2.4.1 Qui trình sản xuất

Hình 22: Qui trình sản xuất vang rượu nếp trắng

Trộn nấm men Men thuốc bắc

Nếp trắng

Xử lý Nấu cháo Làm nguội

Lên men

Điều vị Lọc, chiết rượu

Sản phẩm

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 18

2.4.2 Thuyết minh qui trình

v Lên men

Lên men ở nhiệt độ thường, trong thời gian lên men có 3 quá trình xảy ra song song với mức độ khác nhau Đó là quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật, quá trình đường hóa và quá trình rượu hóa

vi Lọc và chiết rượu

Sau khi kết thúc quá trình lên men tiến hành lọc và chiết rượu để thu được dịch trong, sau đó tiến hành điều vị

vii Điều vị

Sau khi lên men hàm lượng cồn đạt khoảng 7 ÷ 10% Do độ cồn thấp nên rất khó bảo quản và chất lượng không cao Chính vì lý do này, việc bổ sung thêm cồn được

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 19

tiến hành nhằm gia tăng lượng cồn trong sản phẩm cũng như gia tăng khả năng bảo quản sản phẩm

viii Sản phẩm

Rượu trong, vị ngọt, thơm mùi đặc trưng của rượu nếp

Nồng độ rượu khoảng 12,5 ÷ 20% (tùy theo yêu cầu khách hàng)

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 20

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN - PHƯƠNG PH P THÍ NGHIỆM

3.1 Phương tiện thí nghiệm

3.1.1 Thời gian – địa điểm

Thời gian thực hiện: 2/1/2012 đến ngày 28/4/2012

Thí nghiệm được tiến hành thí nghiệm tại phòng D006, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

3.1.2 Nguyên liệu

Gạo nếp trắng: mua tại chợ Xuân Khánh – Cần Thơ

Bánh men thuốc bắc: sử dụng men hiệu Hải Anh Quang của DNTN Hải Anh Quang Sản Xuất Thương Mại (Men Rượu) ngụ tại 39 Ấp 3, xã Xuân Thới Thượng, huyện Hóc Môn, Tp Hồ Chí Minh

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 21

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nước nấu cháo đến sự thay đổi hàm lượng chất khô

hòa tan, cồn tuyệt đối được trong quá trình lên men

Mục đích: nhằm tìm ra được tỉ lệ nước nấu cháo thích hợp cho quá trình lên men

rượu để thu được cồn tuyệt đối nhiều nhất

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 22

Sơ đồ bố trí thí nghiệm:

Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được tiến hành 2 lần lập lại với 2 nhân tố thay đổi

Nhân tố A: tỉ lệ nước nấu cháo

Lên men

0 ngày 1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày 6 ngày 7 ngày

Chưng cất Xác định lượng cồn tuyệt đối sinh ra

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 23

Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng chất khô hòa tan, cồn tuyệt đối thu được, thời gian lên men

Phương pháp đánh giá: xác định lượng rượu sinh ra trong quá trình chưng cất khi qui về với độ cồn 100%

Kết quả thu nhận sẽ được xử lý thống kê bằng chương trình Statgraphics 15.2

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ men bổ sung vào đến sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan, pH, nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men

Mục đích: nhằm tìm ra được tỉ lệ men và thời gian thích hợp cho quá trình lên men

rượu để thu được hàm lượng cồn sinh ra

Chuẩn bị mẫu: sử dụng khối lượng nguyên liệu và tỉ lệ nước nấu cháo tối ưu của

thí nghiệm 1 sau đó tiến hành bổ sung nấm men Hải Anh Quang

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 24

Hình 24: Men Hải Anh Quang

Bổ sung nấm men Làm nguội

Lên men

1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày 6 ngày 7 ngày

Chưng cất

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 25

Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được tiến hành 2 lần lập lại với 2 nhân tố thay đổi

Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng chất khô hòa tan, pH, nồng độ cồn và thời gian lên men

Phương pháp đánh giá: xác định lượng rượu sinh ra trong quá trình chưng cất khi qui về với độ cồn 100%

Kết quả thu nhận sẽ được xử lý thống kê bằng chương trình Statgraphics 15.2

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 26

3.2.3 Nghiên cứu điều vị sản phẩm

Mục đích: nhằm tìm ra lượng cồn và % đường bổ sung vào thích hợp nhất để làm

tăng chất lượng và khả năng bảo quản sản phẩm

Chuẩn bị mẫu: dịch rượu thu được tối ưu ở thí nghiệm 2 tiến hành hãm cồn và bổ

sung đường theo các tỉ lệ khác nhau

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng Trang 27

Chỉ tiêu theo dõi: đánh giá cảm quan về vị sản phẩm

Phương pháp đánh giá: đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm (xem chi tiết phần phụ lục)

Kết quả thu nhận sẽ được xử lý thống kê bằng chương trình Statgraphics 15.2

Hình 25: Chai rượu nếp trắng