Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất rượu vang từ khoai lang tím nhật bản

Như vậy với nguồn nguyên liệu dồi dào đây là một sản phẩm cần được khai thác để làm nguyên liệu sản xuất một loại rượu vang có giá trị không những về mặt thẩm mĩ mà còn là loại đồ uống t

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS Đặng Hồng Ánh – chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Đồ Uống và Ths Phạm Thị Thu, Ths.Nguyễn Thu Vân – Viện Công nghiệp thực phẩm, người thầy khoa học đã định hướng và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian thực tập và hoàn thành khóa luận này

Tôi xin trân trọng cảm ơn các cô chú, anh chị đang công tác tại bộ môn Công nghệ Đồ Uống đã luôn hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tận tình để tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận này

Đồng thời, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo khoa Công nghệ Sinh học – Viện Đại Học Mở Hà Nội, người đã trang bị cho tôi những hành trang là kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại khoa

Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian qua

Hà N ội, ngày 26 tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Tuấn Mạnh

Mục lục

LỜI CẢM ƠN 1

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Sơ lược về rượu vang 3

1.1.1 Định nghĩa về rượu vang 3

1.1.2 Phân loại rượu vang 3

1.1.3 Thành phần rượu vang 5

1.1.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất rượu khoai lang trên thế giới và ở Việt Nam 6

1.2 Nguyên liệu 8

1.2.1 Giới thiệu về khoai lang tím 8

1.2.2 Thành phần nguyên liệu 12

1.3 Enzyme 16

1.3.1 Cấu trúc và tính chất chung 16

1.3.2 Các nguồn thu enzyme 16

1.3.3 Enzyme trong sản xuất rượu 17

1.4 Nấm men trong sản xuất rượu vang 18

1.4.1 Nấm men rượu vang 18

1.4.2 Tính chất sinh lí, sinh hóa 20

1.4.3 Quá trình lên men rượu 21

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 21

1.5 Sử dụng SO2 trong sản xuất rượu vang 24

1.6 Quá trình làm trong rượu vang 25

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 26

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.1.2 Vật liệu nghiên cứu 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

2.2.1 Khảo sát thành phần nguyên liệu 28

2.2.2 Phương pháp hoá lý 28

2.2.3 Phương pháp vi sinh 31

2.2.4 Phương pháp định tính 32

2.3 Phương pháp công nghệ 32

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Xác định thành phần nguyên liệu khoai lang tím 34

3.2 Nghiên cứu lựa chọn chế độ xử lý nguyên liệu phù hợp 35

3.3 Xác định nồng độ enzyme cho quá trình dịch hoá và đường hoá 37

3.3.1 Xác định tỷ lệ enzyme Thermamyl SC thích hợp cho quá trình dịch hoá38 3.3.2 Xác định tỷ lệ enzyme Dextrozyme GA thích hợp cho quá trình đường hoá 39

3.4 Lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu/nước thích hợp 40

3.5 Xác định nồng độ đường đầu cho quá trình lên men 44

3.6 Xác định pH thích hợp cho quá trình lên men 48

3.7 Xây dựng quy trình sản xuất rượu vang từ khoai lang tím quy mô phòng thí nghiệm 49

3.8 Sản xuất rượu khoai lang tím quy mô 100kg nguyên liệu/mẻ 51

3.8.1 Lên men rượu quy mô 100kg/mẻ 51

3.8.2 Lựa chọn nồng độ Bentonite thích hợp cho quá trình kết lắng rượu vang 53 3.8.3 Lựa chọn nồng độ SO2 thích hợp trong qúa trình tang trữ rượu vang khoai

Danh mục bảng

Bảng 1.1 Phân loại rượu vang 4

Bảng 1.2 Hàm lượng các chất chống oxy hóa trong các loại khoai lang 9

Bảng 1.3 Hàm lượng các chất vi lượng trong các loại khoai lang 9

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của củ khoai lang tím trong 100g nguyên liệu tươi 13 Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng của khoai lang tím 14

Bảng 3.1 Thành phần khoai lang tím tươi 34

Bảng 3.2 OD 520nm và đánh giá cảm quan chất lượng dịch đường hoá 36

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Thermamyl SC đến độ nhớt của dịch 39

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Dextrozyme tới quá trình đường hoá 40

Bảng 3.5 Nồng độ chất khô và cảm quan độ trong dịch đường theo thời gian 42

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước đến hiệu suất đường hoá, độ trong, độ màu của dịch đường hoá 44

Bảng 3.7 Động học quá trình lên men ở các nồng độ đường đầu khác nhau 46

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của quá trình lên men ở các điều kiện pH khác nhau 48

Bảng 3.9 Động học lên men rượu vang khoai lang tím 52

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của hàm lượng Bentonit 54

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng K2S2O5 tới màu sắc của rượu vang 55

Danh mục hình

Hình 1.1 Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím 10

Hình 2.1 Hình ảnh thiết bị cất cồn 29

Hình 3.1 Ảnh hưởng của axit tới màu sắc của dịch khoai lang tím 37

Hình 3.2 Bốn mẫu khi đem tủa cồn sau 2 giờ đường hoá 43

Hình 3.3 Màu sắc 4 mẫu có nồng độ đường đầu khác nhau 47

Danh mục đồ thị Đồ thị 3.1: Theo dõi mật độ tế bào nấm men theo thời gian lên men 53

MỞ ĐẦU

Hiện nay, rượu vang đang được xem là loại thức uống có lợi cho sức khỏe vì đây là một loại đồ uống lên men tự nhiên và có giá trị dinh dưỡng cao vì các chất dinh dưỡng từ quả được chuyển vào trong rượu không bị mất đi do không qua giai đoạn chưng cất Ở trên thế giới rượu vang là sản phẩm rất được ưa chuộng, không thể thiếu trong các buổi lễ hội, các buổi tiệc gia đình Rượu vang đã trở thành thức uống truyền thống từ xa xưa của người Âu – Mỹ Hiện nay, khi xã hội ngày càng phát triển thì người Châu Á cũng đang dần làm quen với rượu vang trong mỗi bữa ăn

Những năm gần đây khi nền công nghiệp phát triển mạnh thì nghành vi sinh ứng dụng đã trở thành công nghệ khá vững mạnh, đạt được những thành tựu đáng

kể nhất là trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm Đó là những quy trình sản xuất thực phẩm lên men truyền thống với những dây chuyền thiết bị hiện đại của công nghệ sản xuất rượu vang, rượu sâm banh, cồn thực phẩm Bên cạnh đó vì tính phổ biến và tính lợi ích của rượu vang, đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu và hàng loạt các mặt hàng rượu vang với nhiều hương vị khác nhau

có mặt trên thị trường Sự đa dạng về nguyên liệu đã tạo ra các loại rượu vang phong phú về hương vị Ngoài việc lên men từ nước quả, thì ngày nay rượu vang còn được sản xuất từ tinh bột của gạo nếp cẩm, gạo đỏ, khoai lang tím…mà không qua quá trình chưng cất

Khoai lang tím có nguồn gốc từ Nhật Bản mới được nhập vào nước ta trong thời gian gần đây và có thể trồng quanh năm đem lại nguồn thu nhập ổn định cho người dân Do vậy đây có thể coi là tiềm năng kinh tế rất lớn còn đang bị bỏ ngỏ, vậy nên việc nghiên cứu để sản xuất đồ uống lên men từ khoai lang tím là rất cần thiết và hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới và Việt Nam Như vậy với nguồn nguyên liệu dồi dào đây là một sản phẩm cần được khai thác để làm nguyên liệu sản xuất một loại rượu vang có giá trị không những về mặt thẩm mĩ

mà còn là loại đồ uống tận dụng được các thành phần có lợi trong khoai lang để

nâng cao sức khỏe và phòng ngừa bệnh tật, cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột làm tăng khả năng tiêu hóa thức ăn đồng thời là loại đồ uống thích hợp với mọi lứa tuổi đặc biệt là phụ nữ và trẻ em Đặc biệt khoai lang tím không chỉ có tác dụng phòng ngừa ung thư mà còn chứa hoạt chất giúp làm chậm sự lão hóa và duy trì độ đàn hồi cho da, rất tốt cho phụ nữ Chính sự phát triển của rượu vang từ củ khoai lang tím sẽ góp phần tận dụng được các chất dinh dưỡng trong củ và tạo ra sự đột phá cho sản phẩm mới này

Vì vậy chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất rượu vang từ khoai lang tím” với các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

- Nghiên cứu chế độ xử lý nguyên liệu

- Nghiên cứu xác định thông số thích hợp cho quá trình dịch hóa

- Nghiên cứu xác định thông số thích hợp cho quá trình đường

- Nghiên cứu xác định thông số công nghệ trong quá trình lên

- Xây dựng quy trình sản xuất rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản

- Sản xuất rượu khoai lang trên quy mô 100kg/mẻ

+ Lựa chọn hàm lượng bentonite thích hợp cho quá trình kết lắng rượu vang + Lựa chọn hàm lượng SO2 thích hợp cho qúa trình tàng trữ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sơ lược về rượu vang

1.1.1 Định nghĩa về rượu vang [2]

Rượu vang là sản phẩm lên men không chưng cất từ dịch quả nói chung mà chủ yếu là từ nho (thường có độ cồn từ 9-15%V) Đây là sản phẩm tự nhiên, có giá trị dinh dưỡng cao do các chất dinh dưỡng từ các loại quả được chuyển vào trong rượu không bị mất đi do không qua giai đoạn chưng cất Ngoài thành phần chính là cồn với nồng độ vừa phải 10 – 14 %V trong vang còn có hầu hết các axit amin không thay thế như lisin, treonin, leusin, isoleusin, valin, arginine, histidin, phenuyalanin… các vitamin B2, PP, P, các chất vi lượng Na, Ca, Mg, Fe, Mn, các chất tạo vị chua chát như: axit lactic, malic, citric, tartaric, các polyphenol…, các chất tạo màu tự nhiên và mùi thơm tinh tế được chắt lọc từ quả Ngoài ra vang còn chứa các đường đơn dễ tiêu hóa tốt cho dạ dày, dùng là rượu bồi dưỡng cho người

có sức khỏe yếu

1.1.2 Phân loại rượu vang [11,15]

Chúng ta có thể chia rượu vang thành hai loại chính: rượu vang không có gas

và rượu vang có gas (Bảng 1.1)

• Rượu vang không có Gas

Rượu vang được lên men từ nước quả tươi không bổ sung thêm cồn Rượu vang cay phần lớn hoặc tất cả đường được chuyển hoá, trong khi đó ở rượu vang ngọt khi lên men kết thúc vẫn còn đường sót Màu của rượu vang có thể là trắng, hồng, đỏ Người ta sản xuất rượu vang hồng từ dịch quả và sau khi lên men có bổ sung cồn tinh chế (cường hoá) Rượu vang tạo hương là loại pha chế bằng cách trộn nguyên liệu nho, cồn tinh cất, hương liệu: chất màu, rễ thực vật (ngãi cứu, bạc hà, vani, quế )

• Rượu vang có Gas

Rượu vang có gas được bão hoà CO2 tự nhiên khi lên men trong thùng kín có

áp lực hoặc bão hoà CO2 nhân tạo Loại rượu vang lâu năm chất lượng cao được bảo tàng trữ từ 1,5 - 4 năm (phụ thuộc từng loại rượu vang) Ở nhà máy rượu California các thùng rượu vang được bảo quản trong hầm lạnh hàng tháng, hoặc hàng năm, trước khi đem đóng chai Sampagne được lên men phụ trong chai không

ít hơn 3 năm Quá trình lên men phụ được tiến hành bằng cách thêm đường và nấm men vào vang đã lên men chính và đóng vào chai chịu áp lực

Bảng 1.1 Phân loại rượu vang

( % v/v )

Độ đường

( %w/v )

1 Rượu vang không gas

1.1.Rượu vang bàn ăn

1.1.1 Cay 1.1.2 Nửa cay 1.1.3 Nửa ngọt

2 Rượu có gas

2.1 Sâm banh (sampagne)

2.1.1 Brut 2.1.2 Rất cay 2.1.3 Cay 2.1.4 Nửa cay 2.1.5 Ngọt 2.2 Rượu vang ngọt

2.2.1 Đỏ 2.2.2 Hồng 2.2.3 Muxcat 2.2.4 Rượu vang bọt

11 – 13,5 10,5 – 12,5 10,5 – 12,5

9 – 12

<0,3 0,5 –0,3 3,0 – 8,0

7 – 8

6 – 7

9 – 12

3 – 8

1.1.3 Thành phần rượu vang

Thành phần hóa học của rượu vang khá phức tạp và thay đổi tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu sử dụng, những biến đổi trong quá trình lên men chính, lên men phụ, quá tình tàng trữ và sự kết hợp của những phương pháp sản xuất

- Rượu ethylic: là thành phần quan trọng nhất của các loại rượu vang và các loại nước giải khát có cồn Hàm lượng ethylic trong rượu vang do quá trình lên men tạo ra đạt từ 10 - 12% thể tích

- Đường: hàm lượng đường trong rượu vang tùy thuộc vào loại rượu Chủ yếu là đường glucose, fructose, có thể có dextrin và một số loại đường khác

- Acid: có nguồn gốc từ nguyên liệu hay bổ sung và tăng lên trong quá trình lên men, làm chín Thành phần chủ yếu là các acid hữu cơ như: acid malic, tartaric Hàm lượng acid trong rượu vang có thể dao động trong một khoảng lớn từ 0,4-1% tùy loại rượu

Rượu bậc cao: gồm amyl, isoamyl, nbutyl, propilic…Với hàm lượng 10 75mg/100ml

Aldehyde: chỉ ở dạng vết, quan trọng nhất là acetaldehyde

- Ethylacetat: là ester quan trọng nhất với nồng độ lớn hơn 150ppm

- Tanin: tùy loại rượu có thể chứa từ 0,01 - 0,3%

- Chất màu, mùi: Chất màu tạo ra do bản thân nguyên liệu còn lại trong quá trình lên men, thường là họ màu flavanal, anthocyanne… Hương vị và các chất thơm của rượu vang phụ thuộc vào nguyên liệu, quá trình lên men và tàng trữ rượu

- Vitamin: trong rượu vang có chứa khá nhiều loại vitamin, đặc biệt là vitamin nhóm B

Giá trị của rượu vang

Rượu vang được biết có tác dụng kích thích tiêu hoá, giúp ăn ngon miệng, làm cho tinh thần sảng khoái, tăng cường thêm năng lượng, chất dinh dưỡng cho

cơ thể

Theo một nghiên cứu của các nhà khoa học Hà Lan cho biết, mỗi ngày dùng ít nhất một ly rượu vang có thể giúp giảm bớt nguy cơ tử vong do các vấn đề về tim mạch và các vấn đề khác ở nam giới, và có thể giúp họ sống lâu hơn nhiều năm nữa Nghiên cứu của trường Ðại Học Davis và khoa học gia Pháp còn chỉ ra uống rượu vang có lợi cho sức khỏe, giúp làm tăng cholesterol có lợi, tăng lipoprotein vì trong rượu vang có chứa hai thành phần là resveratrol và saponin

- Rượu vang đỏ có tác dụng chống béo phì

- Rượu vang có tác dụng giảm nguy cơ ung thư tiền liệt tuyến [31]

- Rượu vang giúp giữ sạch răng miệng và chống viêm họng

Nghiên cứu cho thấy rượu vang đỏ có hiệu quả chống vi khuẩn gây bệnh sâu răng và vi khuẩn gây viêm họng tốt hơn rượu vang trắng Dùng rượu vang với lượng vừa phải, có tác dụng kích thích, có lợi cho sức khỏe Hơn nữa việc sản xuất rượu vang thương phẩm làm tăng giá trị kinh tế, thu nhập cho người làm vườn

1.1.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất rượu khoai lang trên thế giới và ở Việt

Nam

1.1.4.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất rượu khoai lang trên thế giới

Khác với Châu Âu, rượu truyền thống của quốc gia Châu Á được sản xuất chủ yếu từ các loại lương thực như gạo, ngô, khoai, sắn Đặc biệt phải kể đến các loại rượu Sake của nhật bản làm từ gạo Kojiu, tại Kagoshima, Rượu Imo Shochu được làm từ khoai lang, rượu hoàng tửu Trung Quốc làm từ gạo nếp, Vang Brem bali của Indonesia từ gạo nếp than Sake là đồ uống cổ truyền của Nhật, không màu

chiếm 15% thị trường của Nhật Sake được sản xuất từ gạo được xát kỹ hoặc tại Kagoshim, khoai lang là nguyên liệu chính dùng để sản xuất rượu Sake Loại rượu này có tên gọi Imo Shochu Khác với Sake làm từ gạo, Imo Shochu có quá trình chưng cất tăng độ cồn (từ 20 – 25%) Người ta chỉ sử dụng khoai lang trắng có chất lượng tốt nhất để ủ rượu Rượu Imo Shochu có màu trắng trong, vị ngọt tự nhiên của khoai lang và rất thơm Quy trình sản xuất rượu Imo Shochu như sau: khoai lang nấu chín, sau đó được trộn đều với 20% Koji ( loại vi nấm có khả năng thủy phân tinh bột thành đường ), 7% Moto (nấm men) Rồi lên men ở nhiệt độ 25-30°C trong 15-20 ngày Quá trình lên men kết thúc đem đi chưng cất, tinh luyện, pha chế tạo thành phẩm

1.1.4.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất rượu từ khoai lang tại Việt Nam

Cũng như các quốc gia khác, ở Việt Nam, việc sản xuất rượu từ các nguyên liệu lương thực đã có từ lâu đời Từ Bắc đến Nam, từ miền xuôi đến miền ngược, nhân dân ta đã biết sử dụng nấm men thuốc bắc để lên men rượu từ gạo, ngô nổi tiếng như rượu làng Vân, rượu Mẫu Sơn, rượu cần, rượu Kim Long, rượu Phú Lễ, rượu ngô Bắc Hà…Trong vài năm gần đây, người dân Bình Liêu đã áp dụng quy trình sản xuất truyền thống nấu rượu từ khoai lang Rượu có đặc trưng là mùi thơm nổi rõ, có nồng độ hơi nhẹ và mát Tuy nhiên, công nghệ sản xuất thủ công dựa trên kinh nghiệm chưa có cơ sở khoa học

Ở Việt Nam, hiện nay các nghiên cứu về rượu khoai lang rất ít, hầu như chưa

có Năm 2010, đề tài của tác giả Hồ Thanh Sang (trường Đại Học Cần Thơ) đã nghiên cứu quy trình sản xuất rượu không chưng cất từ khoai lang tím, năm 2011,

đề tài của tác giả Nguyễn Thị Ngọc Hà (trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội) đã nghiên cứu quy trình sản xuất rượu từ khoai lang, nhưng các đề tài chỉ mới dừng lại việc nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất theo phương pháp cổ truyền dùng bánh men rượu chưa đưa ra được quy trình sản xuất công nghệ mới, tiên tiến có thể

áp dụng vào quy mô công nghiệp

1.2 Nguyên liệu

1.2.1 Giới thiệu về khoai lang tím [6,22]

Khoai lang tím Nhật Bản (Murasakimasa – Nhật tím 1) có nguồn gốc từ Nhật Bản, do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội năm

1994 từ Công ty FSA Giống tuyển chọn và giới thiệu hiện được trồng chủ yếu ở vùng đồng bằng sông Cửu Long với đặc tính nông học chủ yếu như sau: thời gian sinh trưởng 105 – 110 ngày với năng suất củ tươi đạt 10 – 22 tấn/ha, hàm lượng chất khô 27 – 300Bx, vỏ củ màu tím sẫm, thịt củ màu tím đậm, có thể trồng quanh năm và cho thu nhập cao, gấp đôi các loại khoai khác Đây là giống khoai dễ trồng, bình quân mỗi dây khoai cho từ 3 – 7 củ, ít bị sùng ăn Do khoai lang tím Nhật Bản

có chất lượng cao nên ngoài tỷ lệ củ dùng để ăn tươi còn được chế biến ra nhiều sản lượng khác như sấy khô, chế biến bánh kẹo, mứt đóng hộp… Nhờ vậy có thể tiêu dùng trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài trên thế giới như: Nhật Bản, Mỹ, Singapore, Hàn Quốc… mang lại giá trị kinh tế cao

Ngoài các thành phần hóa học như khoai lang thì trong khoai lang tím còn có chứa một thành phần quan trọng là anthocyanin tạo nên giá trị về dinh dưỡng cho củ khoai lang tím Chất màu này gồm các dạng mono hoặc di-acylated của cyanidin và peonidin

Tính ưu việt của khoai lang tím Nhật Bản so với các loại khoai lang khác

Ngoài giá trị cung cấp năng lượng với nhiều loại vitamin A, B, C, E và các chất khoáng K, Ca, Mg, Fe, Se…, giàu chất xơ thực phẩm thì khoai lang tím Nhật Bản còn có những ưu điểm vượt trội so với các giống khoai lang khác Những nghiên cứu gần đây cho thấy giống khoai lang tím có chứa một lượng anthocyanin đáng kể với tác dụng kháng oxy hóa rất mạnh, có khả năng kiềm chế đột biến của tế bào ung thư, ngăn ngừa ung thư, hạ huyết áp, phòng ngừa bệnh tim mạch Chất màu trong khoai lang tím hiện đang được một số nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu

để thu nhận chất màu thực phẩm thiên nhiên thay thế cho chất màu nhân tạo Bao gồm các hợp chất phenol, anthocyanin, carotenoid, trong đó khoai lang tím chứa

chất chống oxy hóa tổng số nhiều nhất Ngoài ra, khoai lang tím là một trong những nguyên liệu chủ yếu để chế biến loại nước uống chức năng

Bảng 1.2 Hàm lượng các chất chống oxy hóa trong các loại khoai lang

Hợp chất anthocyanin có trong củ khoai lang tím

Hợp chất anthocyanin có trong khoai lang tím với hàm lượng từ 0,23 – 1,82%, đây là một hợp chất thuộc nhóm flavonoid Anthocyanin là chất màu tự nhiên có nhiều tính chất, tác dụng quý báu, bởi vậy nó được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm cũng như trong y học Trong sản xuất thực

phẩm cùng với các chất màu tự nhiên khác như carotenoid, clorofil, anthocyanin giúp sản phẩm hồi phục màu tự nhiên ban đầu, tạo ra màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm Đồng thời do có khả năng kháng oxy hóa nên chúng còn được dùng để làm bền chất béo Trong y học tác dụng của anthocyanin rất đa dạng nên được ứng dụng rộng rãi: được sử dụng trong trường hợp chảy máu, hoặc có nguy cơ chảy máu do khả năng làm giảm tính thấm thành mạch và thành tế, có khả năng chống oxy hóa nên được sử dụng để chống lão hóa, hạn chế sự giảm sức đề kháng do sự suy giảm của hệ thống miễn dịch, nhờ có tác dụng chống tia phóng xạ nên có thể hỗ trợ cho

cơ thể sống trong môi trường có những bức xạ điện từ Ngoài ra, anthocyanin còn được dùng trong điều trị chống dị ứng, viêm loét, kháng nhiều loại vi khuẩn khó tiêu diệt, tăng chức năng chống độc của gan, ngăn ngừa sự nhiễm mỡ gan và hoại tử

mô gan, điều hòa lượng cholesterol trong máu, tránh nguy cơ tắc nghẽn xơ vữa động mạch, phục hồi trương lực tim, điều hòa nhịp tim và huyết áp, điều hòa chuyển hóa canxi, làm giảm đau do tác dụng co thắt cơ trơn, làm giảm các đám xuất huyết nhỏ trong bệnh tiểu đường Ngoài ra anthocyanin còn có thể có nhiều ứng dụng khác do các phản ứng đa dạng của chúng trong các enzym và các quá trình trao đổi chất khác nhau, chính vì vậy việc quan tâm tới thực phẩm giàu anthocyanin ngày càng được tăng cường vì nó có lợi cho sức khỏe con người

Hình 1.1 Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím

Anthocyanin trong rượu vang [25]

Anthocyanin là chất tạo nên màu sắc của rượu vang khoai lang tím, sự thay đổi hàm lượng anthocyanin làm thay đổi màu sắc của rượu Màu sắc anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, pH, thời gian bảo quản và ánh sáng, nồng độ các chất màu kết hợp với anthocyanin

- Nhi ệt độ: khi tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến sự thay đổi độ hấp thu cực đại, màu

của anthocyanin cũng giảm khi gia tăng nhiệt độ

- pH: pH quá cao hoặc quá thấp sẽ dẫn đến sự thoái hóa màu anthocyanin, hiệu quả của chất màu này đạt cực đại ở pH = 3,5

- Th ời gian bảo quản và ánh sáng: tăng thời gian bảo quản thì chất màu

anthocyanin giảm và khi bảo quản ở các điều kiện môi trường khác nhau cũng ảnh hưởng đến sắc tố anthocyanin Thời gian bảo quản và chiếu sáng trực tiếp ảnh hưởng lên sự ổn định của anthocyanin Các nhà nghiên cứu đã cho rằng giữ mẫu ngoài ánh sáng thì nồng độ của chất màu giảm mạnh hơn trong tối

Các loại axit ảnh hưởng đến màu sắc của rượu vang

- Ảnh hưởng của axit citric đến khả năng duy trì màu sắc sản phẩm

Axit citric có tác dụng giữ được màu tím tự nhiên của sản phẩm, dể màu sắc ít bị biến đổi theo thời gian Ở nồng độ 0.3% axit citric tạo cho sản phẩm có vị chưa thành

và màu sắc của sản phẩm cũng ít bị biến đổi Do vậy sử dụng các loại axit tự nhiên như axit citric, malic, ascorbic sẽ giảm được tốc độ phản ứng hóa nâu và có giá trị dinh dưỡng

Axit citric thường được dùng với acid ascorbic hay sodium sulphite như những tác nhân chống enzyme phenolase và glucosidase Axit citric hạ thấp pH của sản phẩm và do đó giảm tốc độ phản ứng hóa nâu do enzyme ( Nguyễn Thị Thu Thủy, 2010)

- Ảnh hưởng của axit ascorbic đến khả năng duy trì màu sắc sản phẩm

Theo Mayer thì axit ascorbic bảo vệ và làm giảm sự thoái hóa màu sắc của anthocyanin trong dâu tây, mận và đào, nhưng trong nước nho thì không Vì axit ascorbic dễ bị hư hỏng trong điều kiện áp suất cao Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ

bền của axit ascorbic, khi nhiệt độ cao axit ascorbic bị hư hỏng nhanh chóng, nhiệt độ tốt nhất để bảo vệ axit ascorbic là 0÷40C Do axit ascorbic phân hủy dần theo thời gian bảo quản bởi các điều kiện trên nên không có tác dụng bảo vệ màu anthocyanin trong dịch trích Khi bổ sung axit ascorbic với nồng độ càng cao thì nồng độ H2O2 sinh ra trong dung dịch tương ứng càng cao nên hàm lượng anthocyanin bị phân hủy nhanh và còn lại thấp vì axit ascorbic bị oxy hóa bởi nhiều yếu tố như áp suất riêng phần oxy, pH, nhiệt độ, đặc biệt khi có mặt xúc tác là các ion kim loại nặng như Cu2+ ,

Fe3+ thì tốc độ phản ứng tăng lên nhiều lần so với quá trình tự oxy hóa khi không có xúc tác (các ion này có mặt trong thành phần khoai) Do tham gia vào một loạt các phản ứng trên nên hàm lượng các hợp chất phenol làm giảm xuống kéo theo là giảm một lượng đán kể anthocyanin (Lê Ngọc Tú và cộng sự, 2003)

1.2.2 Thành phần nguyên liệu

1.2.2.1 Thành phần hóa học của khoai lang tím [3]

Củ khoai lang chứa nhiều thành phần dinh dưỡng rất tốt cho sức khỏe (bảng 1.4)

- Gluxit: Là thành phần chủ yếu, chiếm tỉ lệ lớn nhất và có ý nghĩa nhất trong củ khoai lang Hàm lượng gluxit chiếm 80-90% chất khô, tương đương 24-27% trọng lượng củ tươi

- Tinh bột: Là thành phần chủ yếu trong các chất gluxit Hàm lượng tinh bột

trung bình của khoai lang khoảng 60-70% chất khô, tương đương khoảng 18% trọng lượng củ tươi Với các giống khoai Việt Nam, con số này dao động trong khoảng khá lớn 9,3-31,2% Nói chung khoai trồng vụ xuân hè có hàm lượng tinh bột cao hơn trồng vụ đông

- Đường: Trong khoai có hàm lượng đường khá cao, biến động khoảng

13,9% - 22,7% Đường trong khoai lang vừa có giá trị dinh dưỡng, vừa đem lại giá trị cảm quan cho sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm chế biến trực tiếp từ củ tươi

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của củ khoai lang tím trong 100g nguyên

- Vitamin: So với các loại cây hoa màu khác, vitamin trong khoai tương đối cao trong đó có các loại B1, B2, PP, C Một số loại khoai thịt củ màu vàng nghệ, màu tím sẫm có hàm lượng carotene, anthocyanin khá cao Hàm lượng vitamin thay đổi từ 23-30mg/100g Trong khoai lang cũng có các chất khoáng, chất béo thì rất ít

- H ợp chất polyphenol: Trong củ khoai có chứa một số hợp chất polyphenol,

với hàm lượng khoảng 0,16% phân bố khá đều trong vỏ và thịt củ Hiện tượng oxy hóa hợp chất polyphenol là nguyên nhân chính gây màu thâm đen cho các sản phẩm chế biến từ củ, giảm độ sang màu của tinh bột khoai lang

1.2.2.2 Giá trị của khoai lang tím [19]

Khoai lang tím có hàm lượng dinh dưỡng cao (bảng 1.6)

Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng của khoai lang tím

4,2 3,0 0,1

14185 IU 2,4 mg 0,2 mg 30,0 mg

337 mg

25 mg

Củ khoai lang như là một nguồn vitamin A (dưới dạng beta-caroten) tuyệt vời, một nguồn vitamin C và magnesium đáng kể Cả hai dạng beta-caroten và vitamin C có tiềm năng chống oxy hóa lớn giúp cơ thể loại bỏ các gốc tự do hiệu quả

Trong khoai lang còn có chất xơ rất tốt cho cơ thể, chúng chiếm gần 2% khối lượng tươi của củ chất xơ trong khoai lang chứa nhiều chất pectin với hàm lượng methoxyl cao, khoảng 9,7%, chất này có tác dụng hạn chế hấp thu cholesterol trong ruột vào máu, tránh hiện tượng tắc động mạch vánh tim, hạn chế tỉ lệ mắc bệnh ung

thư đại tràng Khoai lang có thể thúc đẩy nhu động ruột, tránh bị táo bón

Hàm lượng vitamin B6, kali, canxi và sắt Nguồn vitamin B6 cần thiết để chuyển đổi homocysteine là acid amin chứa sulfur được tạo bởi chuyển hóa methionine (acid amin thiết yếu) Methionine được khử nhóm metyl để tạo thành homocysteine và adenosine Khi homocysteine cao có liên quan làm tăng nguy cơ đau tim và đột quỵ

1.2.2.3 Giới thiệu về tinh bột [16]

Trong khoai lang chứa rất nhiều tinh bột Tinh bột khoai lang có hình bầu dục, kích thước hạt khoảng 5-50 nm, hàm lượng amylose khoảng 20%

Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500 – 2000 đơn vị glucose, liên kết với nhau bởi liên kết glucoside

Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết 1-4 glucoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết 1-6 glucoside

Quá trình dịch hóa tinh bột [13,14]

Tinh bột của các loại nguyên liệu: gạo, ngô, khoai, sắn… Có lớp màng bền vững bảo vệ nó khỏi bị men amylase tác dụng Mặt khác, ở trạng thái bình thường tinh bột không ở trạng thái hòa tan nên sự tác dụng của men amylase lên nó rất yếu Muốn tăng cường quá trình đường hóa cần phải phá vỡ cấu trúc tế bào chuyển tinh bột về trạng thái hòa tan và đến lúc đó enzym α - amylase đã được bổ sung vào sẽ hoạt động phân cắt những tinh bột thành dextrin mạch ngắn và một lượng nhỏ đường glucose tạo thuận lợi cho quá trình đường hóa

Qua những nghiên cứu người ta thấy rằng, khi đun tinh bột với nước lên tới

400C, hạt tinh bột bắt đầu trương nở Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, thể tích của hạt tinh bột tiếp tục tăng, mối liên kết giữa các phần tử của hạt tinh bột yếu dần và tới một lúc nào đó thì các phần tử tinh bột được tan ra trong dung dịch Hiện tượng tan ra

của tinh bột này gọi là hiện tượng hồ hóa Khi tinh bột bị hồ hóa thì enzym α -

amylase và phân cắt tinh bột thành những mạch ngắn làm dịch cháo loãng ra

Quá trình đường hóa

Trong quá trình sản xuất rượu, tế bào nấm men không có khả năng chuyển hóa tinh bột, hồ tinh bột thành rượu Chúng chỉ có khả năng sử dụng đường, chuyển hóa đường thành rượu Vì vậy, sau khi dịch hóa, dịch tinh bột cần được chuyển

thành đường trước khi lên men Về lý thuyết, sự chuyển tinh bột thành đường có thể xảy ra nhờ sự xúc tác của các chất hóa học (acid, bazơ) hoặc men amylase Trong sản xuất rượu người ta chỉ sử dung enzym amylsae để đường hóa

Sau khi dịch hóa tinh bột chủ yếu bị biến đổi thành dextrin mạch ngắn và một phần glucose khi vào ở thời điểm thích hợp cho glucoamylsae hoạt động thì các enzym này sẽ tiến hành phân cắt dextrin và tạo ra các sản phẩm chủ yếu là đường glucose để chuẩn bị cho quá trình lên men

1.3 Enzyme [4,5,7,8,9,12,13,17,20,22,26,28,29]

1.3.1 Cấu trúc và tính chất chung

Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein Phần lớn enzyme có lượng phân tử lớn từ 20.000 đến 90.000 Da, enzyme có phân tử lượng nhỏ nhất là ribonucleaza với M=12.700 Da , đặc biệt có các enzyme có phân tử lượng lên đến hàng triệu Da hoặc lớn hơn

- Enzyme có hình cầu, hoà tan trong nước, trong dung dịch muối loãng trong các dung môi hữu cơ có cực nhưng không hoà tan trong các dung môi không phân cực

- Enzyme không bền dưới tác dụng của nhiệt, ở nhiệt độ cao, enzyme dễ bị biến tính, mất khả năng xúc tác, giảm hoạt tính tương ứng với mức độ biến tính của protein Enzyme cũng bị mất khả năng hoạt động dưới tác dụng của các tác nhân gây biến tính protein như axit mạnh, kiềm mạnh hoặc muối kim loại mạnh

- Enzyme có tính lưỡng tính, trong điều kiện điện ly của môi trường có thể tồn tại dưới dạng anion, cation hoặc dạng trung hoà điện

1.3.2 Các nguồn thu enzyme

Enzyme là những chất xúc tác sinh học có bản chất là protein Chúng có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng triệu lần, không độc, có thể hoạt động trong điều kiện bình thường có tính đặc hiệu cao Nguồn thu enzyme rất phong phú và rẻ tiền

có thể thu nhận enzyme từ thực vật như Papain từ đu đủ, Bromelin từ động vật như Pepxin từ dạ dày lợn, Trypsin và Kimotryspin từ tuỵ tạng lợn… tuy nhiên từ 2

nguồn trên, lượng enzyme không cao, tốn công chăm sóc, tốn thời gian, không đa

dạng, hầu hết các enzyme đang sử dụng phổ biến được thu nhận từ vi sinh vật

1.3.3 Enzyme trong sản xuất rượu

Việc sử dụng enzyme để thuỷ phân các chất cao phân tử phi tinh bột trong nguyên liệu hạt có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghiệp sản xuất rượu bia

Nó làm tăng hiệu suất thu hồi, giảm độ đục của sản phẩm, tăng giá trị cảm quan của thành phẩm

1.3.3.1 Chế phẩm của enzyme α – amilaza (Thermamyl)

Thermamyl là chế phẩm của α – amilaza của hảng Novo – Đan Mạch Đây là một chế phẩm lỏng, màu nâu, sánh, chịu được nhiệt độ cao và được sản xuất từ vi sinh vật Bacillus Lichenifomis Termanyl là một enzyme nội phân tử, có tác dụng thuỷ phân tương tự như α – amilaza Cơ chất tinh bột dưới tác dụng của termanyl sẽ nhanh chóng tạo thành dextrin và oligosaccarit

Enzyme Termanyl tan trong nước ở mọi nồng độ trong điều kiện thường dùng Độ vẩn đục có thể xảy ra trong chế phẩm enzyme nhưng không ảnh hưởng tới hoạt tính chung hoặc tính năng của sản phẩm, sản phẩm này không cháy và tan hoàn toàn trong nước

Enzyme Termanyl được ứng dụng trong ngành công nghiệp tinh bột, cồn, bia, sản xuất đường, công nghệ dệt Đối với quá trình dịch hoá, Termanyl được sử dụng để dịch hoá tinh bột thành dextrin Nhiệt độ dịch hoá khoảng từ 90-950 tại pH=5 – 10

1.3.3.2 Enzyme Dextrozyme GA

Dextrozym GA chứa enzyme glucoamylaza thu nhận từ chủng Aspergillus

đã được biến đổi gen chế phẩm DGA hiện đang được sử dụng tại nhiều nhà máy cồn của nước ta, enzym này được sử dụng kết hợp cùng Termamyl và cũng cho hiệu suất lên men khá cao (>90%)

Enzyme này xúc tác thủy phân các liên kết α – 1,4 glucozit và cả 1 – 6 của phân tử tinh bột và các polysaccarit tương tự

Ngoài ra, còn sử dụng một số loại enzyme như: enzyme α – Amylaza, enzyme β Amylaza, enzyme Cereflo – endo Glucanaza, enzyme glucoamylaza, enzyme proteaza, enzyme neutraza, enzyme xenlulaza… trong công nghiệp sản xuất bia và rượu

1.4 Nấm men trong sản xuất rượu vang [1,21,23,26]

1.4.1 Nấm men rượu vang

Nấm men rượu vang dùng trong sản xuất rượu vang là nấm men thuộc giống

Saccharomyces Con người sử dụng chúng để nấu bia, cồn, glyxerin Trong rượu vang thì chúng chủ yếu có mặt trong dịch nước quả và dịch đang lên men, khi đường xuất hiện thì mật độ Saccharomyces tăng lên nhanh chóng Nó đóng vai trò đặc biệt trong tất cả các loài nấm men có liên quan đến rượu vang vì vai trò biến đường thành cồn và cho hương vị đặc trưng

Có rất nhiều loài nấm men thuộc chủng Saccharomyces, trong đó nấm men thuần chủng được sử dụng trong sản xuất rượu vang thuộc giống Saccharomyces, lớp Ascomycetes, họ Saccharomyceteae Saccharomyces có thể duy trì khả năng

sống và nhiệt độ cao lên tới 380C

Theo khóa phân loại hiện nay giống Saccharomyces được phân thành 3 nhóm trong đó nhóm đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp lên men là

Saccharomyces sensu stricto , gồm 4 loài S cerevisiae và S bayanus, S

paradoxus là được ứng dụng nhiều nhất trong sản xuất rượu vang Các loài này không khác nhau đáng kể về hình dáng tế bào nhưng khác nhau về khả năng đồng hóa các loại đường

• Các chủng nấm men thường sử dụng trong sản xuất rượu vang

- Saccharomyces bayanus : Nấm men này chịu được độ cồn tới 17 – 18%

theo thể tích Ở giai đoạn cuối lên men, S bayanus kết lắng rất nhanh, làm trong

rượu dễ dàng Nó có thể tạo ra tập hợp các cấu tử bay hơi, các sản phẩm thứ cấp làm cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt

- Saccharomyces cerevisiae : Đây là loài nấm men còn được dùng trong sản

xuất bánh mì Chủng nấm men này có khả năng chuyển hóa đường thành rượu rất tốt, có khả năng thích nghi với môi trường và khả năng chịu hàm lượng đường cao nhất Theo một số nghiên cứu gần đây là chủng chịu được nồng độ đường cao, vì vậy chúng thường được sử dụng đối với các công nghệ lên men một giai đoạn và rượu vang có độ rượu cao Khi lên men nó có thể đạt tới 18 – 20% cồn theo thể tích Ngoài ra nấm men này cũng có khả năng kết lắng nhanh Chủng này được sử dụng rất nhiều trong sản xuất rượu vang ở nước ta

- Schizosaccharomyces ; Schizosaccharomyces pombe là nấm men đôi khi

được phân lập từ nước quả hoặc vang Do nấm men này sử dụng axit L-malic làm

nguồn cacbon để tạo thành cồn nên S.pombe đã được đề xuất như một lựa chọn thay

thế vi khuẩn lactic trong việc khử axit của các dịch lên men có nồng độ axit cao Sponbe phát triển chận và thường bị lấn át bởi các nấm men khác Vì vậy S.cerevisiae đã được đưa vào để thực hiện quá trình lên men cồn sau khi sự biến đổi malic đã đạt đến độ axit mong muốn Tuy nhiên sự phát triển của một số chủng S.pombe có thể tạo cho vang một số tính chất cảm quan không mong đợi

Khi lên men tự nhiên thường cho độ cồn không cao (nhỏ hơn 10%V) và rất

dễ bị nhiễm tạp gây hỏng sản phẩm Trong khi đó men nuôi cấy thuần khiết có các

ưu điểm là lên men nhanh, cho độ cồn cao, rượu vang thu được có hương vị thanh khiết hơn, màu sắc đẹp, dễ lắng và dễ tách cặn men Do vậy việc sử dụng các chủng nấm men thuần khiết trong ngành công nghiệp lên men nói chung và lên men rượu vang nói riêng đã được áp dụng trên thế giới một cách phổ biến Ngày nay khi ngành công nghiệp rượu vang ngày càng phát triển thì việc nghiên cứu, tuyển chọn những chủng nấm men cho hiệu quả kinh tế cao, chất lượng sản phầm tốt càng trở nên cần thiết

1.4.2 Tính chất sinh lí, sinh hóa

Nấm men là ví dụ điển hình của vi sinh vật kị khí tùy tiện Trong điều kiện

đủ oxi, nấm men sẽ phát triển tăng sinh khối là chủ yếu, còn rượu không trực tiếp

tạo thành hoặc tạo thành rất ít theo phương trình:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Q Ngược lại, khi không đủ oxi hoặc kị khí thì hoạt động lên men chủ yếu theo con đường EMP sinh ra rượu từ quá trình khử axetaldehit:

Khi quá trình lên men giảm dần và ngừng hẳn do các chất dinh dưỡng của môi trường cạn dần và sản phẩm của quá trình lên men: rượu tăng dần và chúng bắt đầu kết lắng Chỉ tiêu này có ý nghĩa lớn trong công nghệ sản xuất vang và bia Ngày nay người ta xác định tính kết lắng của nấm men phụ thuộc vào thành phần tế bào, trong vỏ tế bào cũng tồn tại hai thành phần hydrat cacbon manan và hàm lượng acid amin càng lớn thì nấm men kết lắng càng nhanh Sự kết lắng của nấm men còn

do canxi tạo ra các cầu liên kết giữa các nhóm cacboxyl của hai tế bào cạnh nhau

Về phương diện di truyền, đặc tính lắng kết trội hơn so với không lắng kết

Nấm men trong sản xuất rượu vang thuộc giống Saccharomyces Meyer Meyer năm 1938 lần đầu tiên đã gộp các loài nấm men bia và nấm men rượu vang thành một giống

1.4.3 Quá trình lên men rượu

Lên men rượu là một quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của các enzym 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

Lên men rượu, bia đều là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men Nấm men chuyển hóa đường thành rượu etylic và CO2 Người ta còn gọi lên men là quá trình cồn hóa, rượu hóa Trong quá trình lên men rượu người ta chia làm hai thời kỳ 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 các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzym 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

Cơ chế

Cơ chế của giai đoạn lên men này như sau: đường và các chất dinh dưỡng của môi trường lên men được hấp thụ và khuếch tán vào trong tế bào nấm men qua màng tế bào và được giữ lại trong tế bào Thông qua các hoạt động sống của tế bào,

sự xúc tác của hàng loạt các men khác nhau do nấm men tiết ra, rượu và CO2 được tạo thành và thoát ra khỏi tế bào Rượu tan tốt trong nước nên khuếch tán rất nhanh vào môi trường CO2 thoát ra bám vào tế bào nấm men, khi bọt khí CO2 đủ nhiều thì lực nâng sẽ lớn hơn trọng lượng tế bào nấm men, làm cho bọt khí và cả tế bào nấm men cùng nổi lên bể mặt dịch lên men, CO2 thoát ra đi vào không khí, còn tế bào nấm men thì chìm xuống trở lại và sau đó lại có bọt khí CO2 khác bám vào, tiếp tục nhiều lần như vậy cho đến khi tế bào nấm men không chuyển động lên xuống nữa thì xem như kết thúc quá trình lên men

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men [1,24]

Có năm yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men rượu như: ảnh hưởng của

nồng độ đường, nhiệt độ, của pH, nồng độ rượu, ảnh hưởng của oxy

* Ảnh hưởng của nồng độ đường trong dịch lên men

Nồng độ đường trong dịch lên men ảnh hưởng đến hiệu suất, hoạt động của nấm men, quá trình lên men Đường cung cấp nguồn cacbon là nguồn thức ăn cho nấm men hoạt động

Hàm lượng đường trong khoai lang tím thấp hơn nhu cầu của nấm men trong quá trình lên men Để tăng độ đường ta tiến hành đường hóa tinh bột trong khoai lang

và bổ sung đường tinh luyện sacharose vào dịch lên men

Với nấm men rượu vang có khả năng lên men biến đường thành rượu nồng

độ đường 16 - 25%, nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men và khả năng lên men rượu giảm khi nồng độ đường 30 - 35%, ngược lại nồng độ đường quá thấp giảm năng lực lên men

* Ảnh hưởng nhiệt độ

Nhiệt độ lên men có ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm men và động học của quá trình lên men Theo Fleet và Heard [23] nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến sinh thái nấm men

Saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men rượu, chúng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 20 - 300C, nhiệt độ tối đa là 380C, tối thiểu là 50C Nấm men được nuôi cấy ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tối ưu 17 - 220C có năng lực lên men rất lớn Quá trình nên men thì nấm men sẽ chịu được giới hạn nhiệt độ khá rộng từ 1 - 450C Nếu nhiệt độ quá 500C nấm men sẽ chết

* Ảnh hưởng của pH

Độ pH tối ưu cho nấm men hoạt động là 4-6 Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng khoảng pH thích hợp cho lên men rượu vang là 2,8 – 4,2 Trong khoảng này nấm men vẫn hoạt động được nhưng tạp khuẩn lại bị ức chế Tuy nhiên pH quá thấp sẽ ức chế hoạt động của nấm men, kéo dài thời gian lên men Do đó cần điều chỉnh độ pH trước khi lên men [1], trong lên men rượu để ngăn ngừa khả năng nhiễm khuẩn người

ta thực hiện trong giới hạn pH 3,5 - 4,0, với độ pH thấp nên ngoài việc ứng dụng điều chỉnh pH thích hợp còn phải kết hợp sử dụng các chất sát trùng

* Ảnh hưởng nồng độ rượu

Rượu tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng tới sự lên men

Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men Đa số nấm men có thể lên men cho đến khi nồng độ rượu đạt 12 - 14%V Khi nồng độ rượu cao hơn mức giới hạn này sẽ ức chế nấm men và kìm hãm sự lên men rượu

* Ảnh hưởng của oxy

Nấm men thuộc loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện yếm khí và

pH acid nó sẽ lên men đường tạo ra rượu và CO2 Trong điều kiện đầy đủ oxy nấm men sinh sản và phát triển mạnh nó oxy hóa đường và tạo ra các sản phẩm là CO2 và

H2O, chỉ một lượng rất nhỏ rượu được hình thành Do vậy trong sản xuất rượu, giai đoạn đầu tạo điều kiện hiếu khí để nấm men sinh sản nhanh và đầy đủ số lượng tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu, sau đó phải tạo môi trường tuyệt đối yếm khí để nấm men thực hiện vai trò lên men chuyển hóa đường thành rượu etylic

* Ảnh hưởng của nguồn Nitơ

Tùy nguồn nguyên liệu ban đầu có thể bổ sung hay không bổ sung nguồn dinh dưỡng nitơ cho nấm men Tùy thuộc vào đặc tính của từng nguyên liệu mà có thể sử dụng (NH4)2S04, NH4H2PO4, NH4NO3 nước chiết nấm men, pepton…

* Ảnh hưởng của SO 2

SO2 được sử dụng xử lý môi trường trước khi lên men vì có tác dụng nhiều mặt: chống oxi hóa (SO2 có tác dụng làm tê liệt các enzim oxi hóa khử), làm giảm hoặc tiêu diệt nhiều vi khuẩn có hại trong đó chủ yếu là ngăn chặn sự phát triển của acetic và lactic

1.5 Sử dụng SO 2 trong sản xuất rượu vang

Tác dụng chống oxy hóa

SO2 chống lại quá trình oxy hóa bằng cách phá hủy enzyme oxy hóa hoặc ít nhất bất hoạt nó Quá trình oxy hóa bởi enzyme bị ức chế bằng cách này cho đến khi bắt đầu quá trình lên men Từ lúc này đặc tính khử của quá trình lên men tiếp tục đảm bảo sự bảo vệ này Hiện tượng oxy hóa có thể lại tiếp tục ở cuối quá trình lên men khi hoạt tính enzyme oxy hóa còn duy trì sau khi đã hết SO2 tự do

Sự ức chế, khởi động và lựa chọn nấm men

SO2 nhìn chung kháng khuẩn với hoạt tính rất chọn lọc của vi sinh vật rượu vang Đối với nấm men SO2 được dùng trước tiên để đảm bảo sự chậm pha trong khởi động quá trình lên men giúp cho một sự làm mát nhất định dich quả Quá trình lên men được kéo dài trong khoảng thời gian dài theo các ngày để tránh nhiệt độ quá cao Ngoài ra việc sunphit hóa làm thay đổi tốc độ lên men Sau một giai đoạn chậm pha lúc ban đầu thì khi kết thúc quá trình lên men sẽ làm cho đường còn lại bị hao nhanh chóng Cuối cùng thì quá trình lên men sẽ hoàn thành nhanh hơn với các dịch lên men được sunphit hóa nhẹ Sunphit hóa còn được xem như là có ảnh hưởng đến sự lựa chọn nấm men Các loại nấm men dại thường phát triển trước các loại khác, tạo ra rượu vang có chất lượng thấp với nồng độ cồn thấp, các loại này thường nhạy cảm với SO2 hơn, do vậy nồng độ SO2 sẽ ngăn chặn sự phát triển của chúng

Sự lựa chọn giữa nấm men và vi khuẩn

SO2 hoạt động mạnh lên vi khuẩn hơn là nấm men rượu vang Nồng độ thấp

là hiệu quả để ức chế sự phát triển hoặc giảm hoạt tính của vi khuẩn Một vai trò chính của việc sunphit hóa trong rượu vang là thu nhận dịch lên men nhạy cảm hơn với sự phát triển của vi khuẩn trong khi quá trình lên men cồn diễn ra bình thường

Sự bảo vệ này cần thiết nhất khi sự lên men giàu đường, axit thấp và nhiệt độ cao Nguy cơ quá trình lên men bị ngừng trệ là rất cao trong trường hợp này Nhìn chung

SO2 chỉ làm chậm chứ không ngăn cản sự sinh sản của nấm men và lên men cồn Vi khuẩn từ nho thì bị giết hoặc ít nhất bị tê liệt hiệu quả để bảo vệ môi trường khỏi sự phát triển của chúng trong khi nấm men chuyển đường thành cồn Nhìn chung việc sunphit hóa làm tăng chất lượng rượu vang Để đảm bảo sự thành công của quá

mức độ nhiễm tạp và một số yếu tố khác Sự phát triển của vi khuẩn phải được khởi động nhanh chóng sau khi lên men cồn kết thúc để phân hủy axit malic

1.6 Quá trình làm trong rượu vang [25]

Độ trong của rượu vang là một yêu cầu chất lượng thiết yếu Rượu vang non có thành phần hạt lơ lửng rất cao gồm có bã nấm men và các mảnh thịt quả.Các hạt lơ lửng hoặc tạo thành sương mù hoặc phân tán trong dịch lỏng không chỉ gây nên sự hư hỏng về hình thức mà còn ảnh hưởng đến hương vị của rượu vang Theo truyền thống,

độ trong ổn định thu được sau một thời gian tàng trữ dài Công nghệ mới hiện nay đưa

ra khái niệm làm trong rượu vang dùng để chỉ việc thêm chủ động một chất hấp phụ nào đó để kết lắng các cấu tử có khả năng hòa tan một phần trong rượu vang để đảm bảo độ trong cho rượu vang và giữ cho rượu vang ổn định về mặt hóa lý

Các phản ứng làm trong quan trọng:

(1) Sự loại bỏ tanin và các hợp chất polyphenol gây nâu hóa bằng các chất làm trong có bản chất protein như casein, isinglass, albumin và gelatin

(2) Hấp phụ protein rượu vang bằng đất trao đổi ví dụ như bentonit

(3) Sự loại bỏ các hợp chất momo- và poly- phenol phân tử nhỏ bằng các vât liệu polyamide như là polyvinylpolypyrrolidone (PVPP) và nylon

(4) Sự loại bỏ các mùi không mong đợi của vang bằng sunphat đồng hoặc một

số hợp chất khác

(5) Sự loại bỏ các hạt keo và các kết tủa mới hình thành bằng các vật liệu gelatin

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Khoai lang tím - giống có nguồn gốc Nhật Bản được trồng tại Vĩnh Long

Chọn nguyên liệu phù hợp với những tiêu chuẩn quy định

Các loại chế phẩm enzyme: enzyme Thermanyl SC và enzyme Dextrozyme

GA nguồn gốc từ NOVO Đan Mạch

Chủng nấm men: saccharomyces cerevisiae ký hiệu là SLS của bộ môn công

nghệ Đồ uống-Viện Công nghiệp thực phẩm

- Cân phân tích : Thụy Điển

- Thiết bị chưng cất chân không : Nhật Bản

- Thiết bị ổn định nhiệt : Hàn Quốc

- Kính hiển vi và buồng đếm hồng cầu