Nghiên cứu lên men rượu từ Dong riềng.

Mặc dù cây Dong riềng đã có mặt từ lâu đời nhưng đầu ra của sản phẩm vẫn chưa ổn định, vì vậy năng suất và sản lượng vẫn còn bấp bênh làm cho người dân chưa yên tâm vào sản xuất, sản phẩ

NÔNG VĂN ĐƯỜNG

NGHIÊN CỨU LÊN MEN RƯỢU TỪ DONG RIỀNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : Công nghệ Sau thu hoạch Khoa : CNSH - CNTP

Khoá học : 2011 - 2015

Thái Nguyên, năm 2015

NÔNG VĂN ĐƯỜNG

NGHIÊN CỨU LÊN MEN RƯỢU TỪ DONG RIỀNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : Công nghệ Sau thu hoạch

Khoa : CNSH - CNTP Khoá học : 2011 - 2015 Giảng viên hướng dẫn : ThS Bùi Tuấn Hà

Thái Nguyên, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm - Đại học Nông lâm Thái Nguyên, cùng với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ của mọi người tôi đã hoàn thành kháo luận của mình

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Sinh Học và Công nghệ Thực phẩm đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất

để tôi tiến hành nghiên cứu và làm khóa luận tốt nghiệp

Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS Bùi Tuấn Hà, giáo viên trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.Thầy đã tận tình chỉ dẫn và giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Cuối cùng, tôi bày tỏ long biết ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người luôn quan tâm giúp đỡ, động viên, đồng thời là chỗ dựa tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành tốt mọi công việc được giao trong suốt thời gian học tập, thực hiện khóa luận tốt nghiệp để có được kết quả ngày hôm nay

Thái nguyên, ngày tháng năm 2015

Người thực hiện

Nông Văn Đường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1.So sánh sản lượng của Dong riềng với một số hoa màu khác 7

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của củ và thân lá dong riềng 8

Bảng 2.3 Đặc điểmcủa một số hệ thống tinh bột 11

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu tới quá trình lên men rượu 35

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cảm quan rượu thành phẩm theo tiêu chuẩn TCVN 3217 -79 38

Bảng 3.3 Hệ số quan trọng của từng chỉ tiêu 39

Bảng 3.4 Quy định đánh giá mức chất lượng rượu theo TCVN 3217-79 40

Bảng 4.1 Khả năng lên men của các loại bánh men lá 41

Bảng 4.2 Đánh giá cảm quan chất lượng rượu của 3 loại bánh men lá 42

Bảng 4.3 Kết quả ảnh hưởng của quá trình xử lý nguyên liệu tới quá trình lên men rượu 43

Bảng 4.4 Kết quả ảnh hưởng của thời gian lên men 44

Bảng 4.5 Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ men 44

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của enzyme thô amylase tới khả năng lên men 45

Bảng 4.7 So sánh lượng rượu thu hồi khi lên men gạo và Dong riềng ở cùng điều kiện nhiệt độ 46

Bảng 4.9 Tổng hợp kết quả đánh giá cảm quan 48

Bảng 4.10 Kết quả xử lý đánh giá cảm quan rượu 50

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Củ Dong riềng 5

Hình 2.2 Cây Dong riềng 5

Hình 2.3 Hình dạng của một số hạt tinh bột khác nhau[29] 12

Hình 2.4 Cấu tạo phân tử amilopectin 14

Hình 2.5 Đường cong sinh trưởng và nấm men 20

Hình 2.6 Phương trình tổng quát của quá trình lên men 22

Hình 2.7 Cơ chế phân hủy đường trong tế bào nấm men 24

Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng của bánh men tới chất lượng cảm quan của rượu từ Dong riềng 42

Hình 4.2 Biểu đồ kết quả đánh giá cảm quan rượu 50

MỤC LỤC

Phần 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu 3

1.2.1 Mục đích của đề tài 3

1.2.2 Yêu cầu của đề tài 3

1.3 Ý nghĩa của đề tài 3

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Giới thiệu chung về cây Dong riềng 4

2.1.1 Đặc điểm của Dong riềng 4

2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụDong riềng trên ThếGiới và Việt Nam 8

2.2 Giới thiệu chung về tinh bột 9

2.2.1 Khái quát chung về tinh bột 9

2.2.2 Hình thái, cấu trúc của tinh bột nói chung và của tinh bột Dong riềng 11

2.3 Giới thiệu chung về Ethanol 15

2.3.1 Tính chất vật lý, hóa học của ethanol 15

2.3.2 Ứng dụng của ethanol 15

2.3.3 Các phương pháp sản xuất cồn ethanol 16

2.4 Giới thiệu chung về quá trình lên men rượu 16

2.4.1 Men thuốc bắc và nấm men 16

2.4.2 Quá trình lên men 21

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men 25

2.5 Quy trình sản xuất rượu truyền thống 27

2.5.1 Quy trình sản xuất rượu tuyền thống [13], [22] 27

2.5.2 Công nghệ sản xuất rượu truyền thống tại Việt Nam 28

2.5.3 Một Số sản Phẩm Rượu Truyền Thống Của Việt Nam 30

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 32

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 32

3.3 Hóa chất và dụng cụ 32

3.3.1 Dụng cụ thí nghiệm 32

3.4 Nội dung nghiên cứu 33

3.5 Phương pháp nghiên cứu 33

3.5.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 33

3.5.2 Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan rượu thành phẩm 37

Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41

4.1 Kết quả lựa chọn bánh men lá phù hợp để sản xuất rượu Dong riềng 41

4.2 Kết quả ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu tới quá trình lên men rượu Dong riềng 43

4.3 Kết quả ảnh hưởng của các yếu tố lên men (thời gian lên men, tỷ lệ men) tới quá trình lên men rượu Dong riềng 43

4.4 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của quá trình thủy phân nguyên liệu bằng enzyme amylase thô từ nấm mốc tới khả năng lên men 45

4.5 Kết quả xác định tỷ lệ nguyên liệu gạo phối trộn với Dong riềng nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi rượu 46

4.6 Kết quả đánh giá cảm quan về chất lượng rượu thành phẩm 47

4.7 Quy trình sản xuất rượu Dong Riềng 51

Phần 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

5.1 Kết luận 53

5.2 Đề nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

I Tài liệu tiếng Việt: 54

II Tài liệu tiếng Anh 55

120 tấn/ha tương đương với 70- 200 triệu đồng, nếu chế biến thành bột giá trị gấp 3 lần Đặc biệt do Dong riềng là cây trồng rất dễ tính, có thể trồng trên nhiều địa hình khác nhau, thích nghi với nhiều kiểu khí hậu, chịu nóng, chịu lạnh, chịu bóng trồng Dong riềng không sợ bị mất mùa Dong riềng có độ che phủ độ dốc lớn, trồng vào mùa xuân thu hoạch giữa mùa khô nên có tác dụng hạn chế dòng chảy bảo vệ đất dốc Ngoài ra Dong riềng còn có giá trị trong y học và trong chăn nuôi Những tỉnh miền núi phía bắc có tiềm năng đất dốc, cây Dong riềng là cây giảm nghèo và làm giàu nếu được thâm canh hợp lý kết hợp chế biến Dong riềng được trồng nhiều nơi

ở Việt Nam và nhiều nhất là các tỉnh miền núi phía bắc như Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lạng Sơn, Hà Giang, Cao Bằng, Quảng Ninh Mặc dù cây Dong riềng đã

có mặt từ lâu đời nhưng đầu ra của sản phẩm vẫn chưa ổn định, vì vậy năng suất và sản lượng vẫn còn bấp bênh làm cho người dân chưa yên tâm vào sản xuất, sản phẩm từ Dong riềng chủ yếu phục vụ tiêu dùng nội địa đáp ứng nhu cầu về chế biến các sản phẩm thức ăn thông dụng như sản xuất miến dong, bánh, hạt trân châu nấu chè…

Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu đã phát triển ngày càng lớn mạnh và có vai trò rất lớn trong đời sống hằng ngày của con người với việc ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm rượu có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong công nghệ hóa chất, làm dung môi cho các

phản ứng hóa học, nguyên liệu cho các ngành sản xuất khác như trong công nghiệp sản xuất acid acetic, andehyt acetic, trong sản xuất giấm ăn, làm nhiên liệu (chất đốt) Trong y tế rượu là chất sát trùng hoặc pha thuốc…

Ngành công nghiệp rượu trên Thế giới đang rất sôi động, phát triển với nhiều thương hiệu nổi tiếng, kèm theo đó là sự khuyến khích ra đời của nhiều sản phẩm mới có chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ rượu ngày càng lớn hiện nay Trong khi đó, ngành công nghiệp rượu Việt Nam đang bước đầu hình thành những thương hiệu nổi bật với khá nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau Trong thực tế quan sát của những chuyên gia có thể kết luận rằng Việt Nam đang giữ kỷ lục về số lượng và tính đa dạng về sản phẩm rượu Nguyên liệu sản xuất rượu hiện nay rất đa dạng, rượu Việt Nam chủ yếu được sản xuất từ các cây có hàm lượng tinh bột và đường cao như gạo, ngô, khoai, sắn, mía… rượu truyền thống Việt Nam rất đa dạng mỗi vùng miền đều có những sản phẩm đặc trưng riêng và đều rất nổi tiếng như rượu đế Làng Vân- Hà Bắc, rượu ngô Bắc Hà- Lào Cai, rượu Bầu Đá- Bình Định… Các nguyên liệu dễ tìm kiếm mỗi loại nguyên liệu khác nhau cho ra sản phẩm riêng biệt với hương vị đặc trưng Đối với các loại rượu truyền thống đặc trưng ở Việt Nam, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng, chủng loại sản phẩm cũng như sáng tạo tên gọi sản phẩm mang tính truyền thống vừa có cá tính để hấp dẫn khách hàng đưa sản phẩm rượu truyền thống Việt Nam chinh phục thị trường rượu quốc tế cao cấp và khó tính Dựa vào nguồn nguyên liệu đa dạng, sẵn có để nghiên cứu tạo ra sản phẩm rượu chất lượng tốt dựa trên các kiến thức lý thuyết và kiến thức bản địa Trong các loại rượu truyền thống hiện nay rượu từ củ Dong riềng là một sản phẩm còn khá mới mẻ do việc ứng dụng nguồn nguyên liệu chưa được phổ biến Trong củ Dong riềng tươi, nước chiếm 72% và hydrat cacbon chiếm 24,2% (trong đó tinh bột chiếm 70,9%) củ Dong riềng chứa 0,9% - 10% protein, 0,30% chất béo, xơ thô 1,3%, và khoáng chất chiếm 1,4% [10]

Từ việc khảo sát thành phần dinh dưỡng trong củ Dong riềng cho thấy hàm lượng tinh bột cao có khả năng lên men rượu tốt Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi

thực hiện đề tài: “Nghiên cứu lên men rƣợu từ Dong riềng” nhằm góp phần tận

dụng nguyên liệu, đa dạng hóa sản phẩm nhất là sản phẩm rượu truyền thống hiện nay, đáp ứng nhu cầu thị trường hiện nay, giúp cho bà con nông dân yên tâm sản xuất, nâng cao thu nhập cho người dân

1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu

1.2.1 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu lên men rượu từ Dong riềng làm cơ sở để ứng dụng các kết quả của nghiên cứu vào thực tế sản xuất tìm hướng đi mới cho củ Dong riềng

1.2.2 Yêu cầu của đề tài

- Nghiên cứu được bánh men truyền thống phù hợp cho quá trình lên men rượu Dong riềng

- Nghiên cứu được ảnh hưởng của kích thước cuả nguyên liệu tới quá trình lên men

- Nghiên cứu được ảnh hưởng của các yếu tố lên men (thời gian lên men, tỷ lệ men) tới quá trình lên men rượu Dong riềng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thủy phân nguyên liệu bằng enzyme amylase thô từ nấm mốc tới khả năng lên men

- Xác định tỷ lệ nguyên liệu gạo phối trộn với Dong riềng nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi rượu

- Đánh giá chất lượng rượu cảm quan thành phẩm, độ cồn tang trữ qua thời gian bảo quản

- Xây dựng được quy trình sản xuất rượu Dong riềng và nguyên liệu gạo bổ xung

1.3 Ý nghĩa của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Biết được các thông số tối ưu các yếu tố ảnh hưởng tới

quá trình lên men từ Dong riềng

- Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng hoàn thiện được quy trình sản xuất lên men rượu từ Dong riềng để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu chung về cây Dong riềng

2.1.1 Đặc điểm của Dong riềng

và một số nước nhiệt đới, trung đới khác Sau này Dong riềng được phát triển trồng

ở Trung Quốc và Đông Nam Á [7]

Ở Việt Nam, Dong riềng được người Pháp trồng ở nước ta vào đầu thế kỷ 19, được trồng ở hầu hết khắp các địa phương trong nước Là cây quan trọng ở vùng đất dốc (đồi núi) Để giải quyết vấn đề lương thực, có thể trồng Dong riềng trên nhiều loại đất

mà không lo bị mất mùa Các tỉnh có diện tích và sản lượng Dong riềng lớn phải kể đến

đó là: Sơn La, Cao Bằng, Bắc Kạn, Hòa Bình, Thanh Hóa,…Đến năm 1993 nước ta có khoảng 30.000ha trồng cây Dong riềng, sản xuất hàng năm gần 300.000 tấn củ tươi Một khóm Dong riềng trồng trên đất thích hợp có thể thu được 15 - 20kg củ Năng suất có thể đạt tới 45 - 65 tấn củ/vụ Nếu sản xuất tinh bột thì được 8,1 - 11,7 tấn tinh bột/ha/ vụ Trong điều kiện bình thường đạt 15 - 25 tấn củ/ha [6]

2.1.1.2 Đặc điểm sinh vật học của cây Dong riềng

Dong riềng (Canna edulis Ker- Gawler) là cây rễ củ giàu tinh bột thuộc bộ Scitaminales, họ Cannaceae Dong riềng có tên địa phương là khoai chuối tây

(Thừa Thiên, Quảng Trị, Nghệ An, Hà Tĩnh), củ đót ( Hòa Bình, Nam Định, Ninh Bình), dong đao tây, dong tây, khoai riềng Căn cứ vào tính chất của củ, thân, lá,

hoa có thể chia Dong riềng ra làm 3 loại: cây chuối hoa (Canna indica L.), cây dong đao (Canna sp.) và cây khoai riềng (Canna edulis Ker) [7]

Cây Dong riềng có thân cao từ 1,2 - 1,5m, màu tía, thân ngầm phình to thành

củ có dạng giống củ riềng, nhưng to hơn, củ nằm ngay dưới mặt đất Lá hình thuôn dài, to, mọc cách thành hai dãy, phiến lá hình bầu dục, nhọn đầu, có gân giữa to, cuống lá dạng bẹ ôm lấy nhau, mặt trên màu xanh lục mặt dưới màu tía, dài 50- 60cm, rộng 25 - 30 cm, thời gian sinh trưởng 10-12 tháng: 1 tháng đầu (từ khi cây mọc) là thời kỳ cây con, 5 tháng tiếp theo là thời kỳ cây đẻ nhánh phát triển hoàn chỉnh về thân lá, 4-5 tháng cuối là thời kỳ củ phình to, tích lũy tinh bột thời kỳ này được nhận biết từ khi Dong riềng đẻ nhánh đông đặc kín đất và cây bắt đầu ra hoa Sau 12 tháng cây sinh trưởng trở lại khi đó củ non nảy mầm hàm lượng tinh bột trong

củ chính sẽ giảm dần Hoa dạng chùm nằm ở đầu ngọn cây, có màu đỏ tươi [6] Củ dong có hình tháp tròn, đường kính trung bình 25 - 35mm, chiều dài từ 10 - 15mm, vỏ nhiều xơ, màu trắng, có các vảy mỏng xếp thành vòng so le bao lấy vỏ củ [7]

Bộ phận chính được chú ý đến là bộ phận củ Dong riềng Củ dong là loại củ

có hàm lượng tinh bột rất cao và chất lượng tinh bột khá tốt Hàm lượng tinh bột trong củ Dong riềng là khoảng 10 - 20% so với trọng lượng của củ [9] Củ Dong riềng có thể dài tới 60 cm, thông thường mỗi cây Dong riềng khi thu hoạch cho 5 nhánh, trong đó nhánh thứ 2 và thứ 4 có khối lượng lớn nhất Hàm lượng tinh bột trong mỗi nhánh củ là khác nhau, ở nhánh thứ 2, 3, 4 thì hàm lượng tinh bột cao hơn

so với nhánh thứ 1 và thứ 5 [10]

Dưới đây là hình ảnh về cây, củ Dong riềng ( hình 2.1 và 2.2)

2.1.1.3 Đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây Dong riềng

Cây Dong riềng chịu được nhiệt độ cao tới 37 - 38oC, chịu được gió Lào khô, nóng và chịu rét tốt nên thích hợp ở vùng núi cao, ở đây có khi nhiệt độ xuống rất thấp gần 0oC Dong riềng cũng chịu hạn tốt hơn lúa, ngô, khoai lang và sắn[ 10]

Nhu cầu dinh dưỡng của cây Dong riềng không cao, nên có thể trồng được trên nhiều loại đất có độ phì khác nhau Dong riềng thích hợp nhất để phát triển trong những khe núi ẩm, đất còn tương đối tốt, thành phần của đất giàu hạt sét, có hàm lượng mùn ở tầng bề mặt tương đối khá và đất ít chua Ở những nơi này, Dong riềng cho năng suất cao nhất Trên những vùng đất dốc, Dong riềng có vai trò quan trọng trong việc che phủ đất, chống xói mòn

Nhu cầu về ánh sáng của cây Dong riềng cũng không cao, có thể trồng dưới bóng râm, tán che của nhiều loại cây ăn quả hay cây rừng Chính vì vậy mà cây Dong riềng hay được trồng xem kẽ với các loại cây ăn quả hay các loại cây trồng khác trong hệ thống canh tác đất dốc bền vững

Cây Dong riềng còn có khả năng chống đỡ sâu bệnh khá tốt, rất ít loại sâu bệnh có thể làm hại được cây Dong riềng [10]

2.1.1.4 Phân loại

Cây Dong riềng có rất nhiều loại khác nhau, với các đặc điểm về hình dạng khác nhau

Họ Dong riềng có một chi Canna duy nhất với khoảng 50 loài phân bố ở các

vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Mỹ Ở Việt Nam có một số loài phổ biến như: Cây chuối hoa lai, cây chuối hoa và cây Dong riềng Trong số đó, cây Dong riềng được trồng chủ yếu là để lấy củ, 2 loài còn lại được trồng làm cảnh hoặc lấy hoa

2.1.1.5 Thời vụ trồng

Thời vụ trồng Dong riềng là bắt đầu từ khoảng tháng 2 đến tháng 4, khi thời tiết bắt đầu có mưa phùn, đất đủ ẩm Sau thời gian trồng khoảng 9-10 tháng thì sẽ cho thu hoạch Thời điểm thu hoạch có ảnh hưởng rất lớn tới hàm lượng và chất lượng tinh bột trong củ Bên cạnh đó thì lượng mưa, loại đất và điều kiện chăm sóc cũng có ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng củ

2.1.1.6 Thành phần của củ Dong riềng

Phần có giá trị chính của Dong riềng là thân củ, ngoài ra có thể là thân lá Trong củ tươi nước chiếm 72% và hydrat cacbon chiếm 24,2% (trong đó tinh bột chiếm 70,9%) củ dong riềng chứa 0,9% - 10% protein, 0,30% chất béo, xơ thô 1,3%, và các khoáng chất chiếm 1,4% Hàm lượng amylose trong tinh bột Dong riềng khác nhau tùy thuộc vào từng giống khác nhau, thông thường là từ 20-30% Theo nghiên cứu của Kittiwut Thitipraphunkul thì hàm lượng amilose trong tinh bột

Dong riềng là 22% , cũng có loại hàm lượng amylose lên tới 25-30% Theo nghiên

cứu của Phạm Văn Hùng, Naofumi Norita về tinh bột Dong riềng tại Việt Nam thì

hàm lượng amylose của loại này khoảng 35-40% [6]

2.1.1.7 Giá trị kinh tế của cây Dong riềng

Dong riềng được trồng chủ yếu để chế biến lấy bột làm miến, bánh, hạt trân châu nấu chè, nguyên liệu sản xuất rượu cồn, mang lại giá trị khá cao cho người trồng và chế biến

Dong riềng là cây dễ trồng, có thể trên nhiều địa hình khác nhau, thích nghi với nhiều kiểu khí hậu, chịu nóng, chịu lạnh, chịu bóng và cho sản lượng cao hơn nhiều so với nhiều loại hoa màu khác như ngô, khoai lang, sắn,…Điều này được thể hiện rõ trong bảng 2.1 [10]

Bảng 2.1.So sánh sản lƣợng của Dong riềng với một số hoa màu khác

Nguồn: Ban khoa học và kỹ thuật Bắc Thái ( 2000)

Số liệu ở bảng 2.1 cho thấy, trên cùng một diện tích, sản lượng Dong riềng gấp 15 - 22 lần ngô; 4 - 5,5 lần khoai lang; 4,5 - 6,5 lần sắn Bên cạnh đó, Dong riềng là loại cây có tính thích nghi cao, có thể trồng xen với nhiều loại cây nên có

thể phát triển hợp lý diện tích trồng Dong riềng mà không ảnh hưởng tới diện tích trồng lúa và các loại cây trồng khác

Dong riềng là loại cây không những cho phép khai thác sản phẩm chính là củ

mà còn cho phép tân dụng triệt để các sản phẩm phụ như lá và thân cây Lá và thân cây có thể dùng làm phân bón và nguyên liệu cho công nghiệp, thân cây Dong riềng còn có sợi màu trắng, bền có thể dệt thành bao đựng Một hecta Dong riềng có thể lấy được 900kg tơ dùng cho sản xuất các loại bao đựng [ 10 ]

Theo phân tích của học viện Winter thì thành phần hóa học của củ, thân, lá như sau (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của củ và thân lá dong riềng

2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụDong riềng trên ThếGiới và Việt Nam

2.1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ Dong riềng trên Thế Giới

Trên thế giới Dong riềng được trồng ở quy mô thương mại tại các nước vùng Nam mỹ, Châu Phi, Châu Á và một số nước nam thái bình dương Diện tích trồng Dong riềng khoảng 3.000.000 ha năng suất trung binh đạt 30 tấn/ha [10]

Tại châu Á Dong riềng được trồng tại Thái Lan, Indonexia, nam Trung Quốc

và Đài Loan Trung Quốc là nước có diện tích trồng Dong riềng lớn nhất châu Á

2.1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ Dong riềng tại Việt Nam

Trong những năm gần đây cây Dong riềng đang được phát triển mạnh tại nhiều địa phương như Trảng Bom Đồng Nai, Hướng Hóa Quảng trị, Tam Đường sơn La, Bình Liêu Quảng Ninh, Nguyên Bình Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang,

Hà Giang, Hòa Bình, cây Dong riềng đã trở thành cây trồng mang lại hiệu quả kinh

tế cao được người nông dân lựa chọn làm cây trồng xóa đói giảm nghèo Không chỉ diện tích cây trồng Dong riềng được phát triển mở rộng ra nhiều địa bàn mà các sản phẩm được chế biến từ tinh bột Dong riềng cũng đã được nhiều địa phương quan tâm.Diện tích trồng Dong riềng của Việt Nam đạt khoảng 30.000 ha/năm Sản lượng hàng năm đạt khoảng 450.000 tấn củ tươi Dong riềng được trồng ở những chân đất khô hạn, trên đất dốc.Các tỉnh trồng nhiều Dong riềng để sử dụng làm miến là Hà nội, Hưng Yên, Hòa Bình và Đồng Nai Tại những vùng có diện tích trồng đáng kể, Dong riềng được chế biến thành tinh bột sau đó làm miến Tuy nhiên các quy trình chế biến miến dong ở nước ta hiện nay vẫn mang tính thủ công chưa đảm bảo chất lượng và chỉ có một số ít nhà máy sử dụng tinh bột dong để sản xuất miến ăn liền Dong riềng nay được chế biến với khối lượng lớn chủ yếu tại một số làng nghề tại Quốc oai, Hoài Đức, Ba Vì (Hà Nội), Trảng Bom (Đồng Nai), Yên

Mỹ, Khoái Châu (Hưng Yên) [7]

2.2 Giới thiệu chung về tinh bột

2.2.1 Khái quát chung về tinh bột

Tinh bột là một loại polysaccharit dự trữ chủ yếu ở thực vật, có trong các hạt hòa thảo, trong củ, thân cây và lá cây, một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Tinh bột được giải phóng khi tế bào bị phá vỡ Hàm lượng tinh bột được

dự trữ, thành phần, kích thước và hình dạng của hạt tinh bột trong các nguyên liệu khác nhau thì khác nhau

Tinh bột không phải là một chất riêng biệt mà gồm hai thành phần là amilose

và amilopectin Hai chất này khác nhau về cấu tạo, tính chất vật lý và tính chất hóa

học Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia được hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết

Các phương pháp để tách và xác định hàm lượng amilose và amilopectin là:

- Chiết rút amilose bằng nước nóng

- Kết tủa amylose bằng rượu

- Hấp thụ chọn lọc amylose trên xenlulose

Tinh bột là loại polysaccharit có khối lượng phân tử cao, gồm các đơn vị glucose được nối với nhau bởi các liên kết α - glycozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất hóa lí của chúng Tinh bột thường dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tương, như các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng,

độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm Ngoài ra tinh bột còn nhiều ứng dụng trong dược phẩm, công nghiệp dệt, hóa dầu…

Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hòa tan trong nước

Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến

áp suất thẩm thấu Các hydrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hóa, rất linh động nên có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hóa thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả củ, rễ thân

và bẹ lá [6]

Có thể chia tinh bột thành ba hệ thống:

- Tinh bột của các hạt cốc

- Tinh bột của các hạt họ đậu

- Tinh bột của các loại củ

Bảng 2.3 Đặc điểmcủa một số hệ thống tinh bột

Hàm lƣợng amylose, %

Nhiệt độ hồ hóa, 0 C

(Nguồn: Lê Văn Hoàng, Tinh bột thực phẩm, NXB Đại học Đà Nẵng)

Hạt tinh bột của tất cả các loại trên có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình

đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột gạo Tinh bột dong riềng có dạng hình bầu dục và hình tròn, kích thước hạt từ 4 - 17µm

2.2.2 Hình thái, cấu trúc của tinh bột nói chung và của tinh bột Dong riềng

2.2.2.1 Hình dạng, đặc điểm, kích thước của hạt tinh bột Dong riềng

Tinh bột nói chung là loại polysaccarit khối lượng phân tử cao, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, gồm các phân tử glucose được nối với nhau bằng các liên kết 1-4-glucosid Các loại tinh bột khác nhau thì có hình dạng và kích thước hạt tinh bột khác nhau Hạt tinh bột có thể có hình tròn, hình đa giác, hình bầu dục… Kích thước và hình dạng của các hạt tinh bột khác nhau dẫn đến tính chất cơ lý của tinh các loại tinh bột cũng khác nhau như: nhiệt độ hồ hóa, khả năng hấp thụ xanh methylen…[6]

Hình dạng của tinh bột Dong riềng nói riêng có hình ovan, bề mặt hạt nhẵn mịn Hạt tinh bột Dong riềng có nhiều kích thước khác nhau, kích thước nhỏ, trung bình và kích thước lớn.Tuy nhiên hạt chiếm đa số trong đó có đường kính khoảng 44.7μm [6] Hạt tinh bột Dong riềng là hạt tinh bột có kích thước lớn nhất: 30-100 μm[6]

Hình 2.3 Hình dạng của một số hạt tinh bột khác nhau[6]

2.2.2.2 Thành phần của tinh bột

Trước đây, các nhà khoa học cho rằng tinh bột thương phẩm chỉ có 2 thành phần amylose, amylopectin Nhưng nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy tinh bột còn chứa nhiều thành phần khác với hàm lượng rất nhỏ, nhưng có khả năng ảnh hưởng chất lượng sản phẩm [10] Tinh bột Dong riềng có hàm lượng protein, chất béo và hàm lượng tro thấp Hàm lượng protein trong tinh bột Dong riềng nằm trong khoảng 0,06-0,08 %, thấp hơn rất nhiều so với hàm lượng protien của tinh bột Sắn 0,157% Hàm lượng lipid của tinh bột Dong riềng cũng rất thấp, khoảng 0,01 – 0,02 %, trong khi của tinh bột Đậu xanh là 0,04% Lipid trong tinh bột có thể nằm ở dạng liên kết với phân tử amilose Hàm lượng tro thì trong khoảng 0.25 - 0.33%, tùy thuộc vào từng loại chủng giống và điều kiện vệ sinh trong quá trình tách cũng như bảo quản tinh bột

Hàm lượng các chất vô cơ trong tinh bột Dong riềng như sau: Hàm lượng photphos là 350 - 400 ppm, hàm lượng Canxi: 110 - 160 ppm, hàm lượng Magie: 17

- 30 ppm, hàm lượng Kali: 35 - 65 ppm…[6]

Ngoài những thành phần nói trên, chủ yếu, tinh bột là một hợp chất đồng thể gồm 2 polysaccarit khác nhau là amilose và amilopectin.Tỷ lệ amilose/amilopectin của mỗi loại tinh bột khác nhau thì khác nhau

Đặc điểm cấu tạo của phân tử amylose

Phân tử amilose là một chuỗi polyme được cấu tạo từ 500 - 20.000 các đơn phân α 1-4 - D - glucose, số lượng các gốc α 1-4 - D - glucose phụ thuộc vào từng

loại tinh bột [32].Khối lượng phân tử amilose khoảng 100 kDa Khi có mặt các tác

nhân kết tủa như acid béo, ceton hay iot thì amilose có cấu tạo hình xoắn ốc, mỗi xoắn ốc gồm 6 phân tử glucose, đường kính xoắn ốc là 12,97Ao, chiều cao mỗi vòng xoắn là 7,91Ao

[6]

Trong tinh bột Dong riềng, chiều dài trung bình của chuỗi amilose là khoảng

450, mức độ trùng hợp trung bình là 160, số chuỗi trung bình trong một phân tử amilose là 3.6 Phần trăm mạch thẳng trong phân tử amilose của tinh bột Dong riềng là 87%, mạch nhánh là 13% Số chuỗi trong một nhánh của phân tử amilose là 21 [6]

Đặc điểm cấu tạo của phân tử amylopectin

Amylopectin là một polysaccharide và là một polyme đa nhánh của glucose,

có trong các vật liệu thực vật Amilopectin không tan trong nước Các đơn vị glucose tạo thành mạch thẳng bằng liên kết α(1 - 4) glucosid Các mạch nhánh được tạo bởi các liên kết α(1 - 6) glucozit xuất hiện sau mỗi 24 đến 30 đơn vị glucose Trong khi đó thì amilose có rất ít các liên kết α(1 - 6) glucosid nên bị thủy phân

chậm và có tỉ trọng cao hơn [6]

Amylopectin chiếm khoảng 70% khối lượng tinh bột, phụ thuộc vào nguồn gốc và loại tinh bột.Amylopectin có khối lượng phân tử lớn hơn so với amylose rất nhiều, dao động trong khoảng 104

- 106 kDa Phân tử Amylopectin có mức độ phân nhánh cao, mỗi nhánh chứa từ 20 - 30 gốc glucose Phân tử amylopectin có cấu tạo như chùm nho, trong đó có xen kẽ hai loại vùng: là vùng có cấu tạo chặt, sắp xếp có

trật tự và có độ tinh thể do đó khó bị thủy phân, còn vùng thứ hai được sắp xếp không có trật tự, có nhiều điểm phân nhánh và không có độ tinh thể do đó rất dễ bị

thủy phân [5]

Hình 2.4 Cấu tạo phân tử amilopectin

Trong hạt tinh bột thì amylose và amylopectin được sắp xếp thành các lớp bán tinh thể và các lớp vô định hình xen kẽ từ tâm ra đến rìa ngoài Lớp bán tinh thể có cấu trúc không đồng nhất, bao gồm nhiều lớp tinh thể và lớp vô định hình xếp nối tiếp nhau.Các lớp bán tinh thể có thể tiếp tục tập hợp và hình thành lớp tinh thể bên trong hạt tinh bột Lớp vô định hình được cấu tạo từ các phân tử amylose và phần vô định hình của phân tử amylopectin

Trong hạt tinh bột, các phân tử amylose nằm xen kẽ với các phân tử amylopectin, chúng tập trung nhiều ở phía tâm ngoài hơn là trong tâm hạt Vùng vô định hình của hạt tinh bột có các lỗ hổng mà rãnh, các rãnh này có kích thước thu hẹp từ bề mặt vào bên trong hạt và chạy hướng từ tâm ra ngoài hạt Hệ thống các

rãnh nối từ tâm ra bề mặt hạt này chính là con đường thuận lợi cho enzyme và các tác nhân hóa học khác di chuyển vào bên trong hạt Do đó mật độ và kích thước các rãnh này góp phần quyết định độ bền của tinh bột với các tác nhân thủy phân

Phân tử amylopectin của tinh bột Dong riềng có các tính chất sau: chiều dài trung bình của chuỗi là khoảng 25, thành phần các chuỗi đơn vị: Chuỗi đơn vị A, B1chiếm khoảng 84.2%, chuỗi B2+B3 là 15.5% [6]

2.3 Giới thiệu chung về Ethanol

2.3.1 Tính chất vật lý, hóa học của ethanol

Ethanol nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng, vị cay sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi có thể hòa tan trong nước với bất kỳ

tỉ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích Rượu hòa tan được nhiều chất

vô cơ và nhiều khí nhưng không hòa tan được tinh bột, disaccharide…[14] Ethanol

có tính co dãn ở dạng hơi khá lớn so với nước gấp 2-2,5 lần Nó rất hút nước từ độ

ẩm cũng như tổ chức các mô tế bào động vật, thực vật đặc biệt là tế bào vi sinh vật

do đó có tính sát khuẩn Cồn ethanol tinh khiết có phản ứng trung tính nhưng cồn thu được theo phương pháp lên men có lẫn một lượng nhỏ acid hữu cơ vì vậy có phản ứng acid nhẹ và không có muội Hơi cồn trong không khí gây độc cho người

và động vật giới hạn nồng độ cho phép ở không khí là ≤1mg/l

2.3.2 Ứng dụng của ethanol

Ứng dụng đầu tiên ai cũng biết được đó là rượu là một đồ uống không thể thiếu trong các lễ hội truyền thống như: lễ tết, hội hè, đám cưới…ta thường chia thành các loại rượu như sau:

công dụng khác…Đặc biệt với khả năng làm nguyên liệu (chất đốt) của cồn tuyệt đối hứa hẹn cho một ngành sản xuất nhiên liệu với nhiên liệu tái sinh- một viễn cảnh sáng sủa và rộng lớn Mai đây nếu như dầu mỏ và khí đốt trong tự nhiên cạn kiệt thì cồn tuyệt đối là nguyên liệu thích hợp để sản xuất sẽ không bao giờ hết

2.3.3 Các phương pháp sản xuất cồn ethanol

Cồn ethanol được sản xuất bằng 2 phương pháp chính là: lên men và tổng hợp bằng con đường hóa học Cồn sản xuất bằng phương pháp lên men được dùng làm thực phẩm (đồ uống) và cồn kỹ thuật dùng cho các ngành khác, cồn tổng hợp chỉ làm nguyên liệu kỹ thuật không được dùng làm đồ uống

2.3.3.1 Phương pháp hóa học

Cồn kỹ thuật có thể được sản xuất từ khí chứa ethylene, dịch thủy phân từ gỗ (lên men), dịch kiềm sunfit trong công nghiệp giấy (lên men) Loại cồn này dùng làm nguyên liệu cho hàng loạt ngành công nghiệp khác nhau như dung môi trong sản xuất cao su tổng hợp, sợi tổng hợp, long- len tổng hợp, da nhân tạo, chất dẻo, phim ảnh, thủy tinh hữu cơ, chất nổ, sơn… có tới 150 ngành kinh tế quốc dân sử dụng cồn ethanol

2.3.3.2 Phương pháp sinh học [12]

Sản xuất rượu bằng phương pháp lên men được áp dụng phổ biến từ xưa.Theo phương pháp này thì rượu được lên men từ dịch đường nhờ các nòi nấm men trong điều kiện yếm khí Nguyên liệu dùng cho sản xuất rượu là các loại ngũ cốc, sắn, khoai tây, rỉ đường, các loại quả và gỗ Ngoài sản phẩm chính là cồn ethanol trong quá trình lên men còn tạo thành khí CO2, glycecerine, cồn bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và sinh khối nấm men tích tụ đồng thời với sự hình thành các sản phẩm

2.4 Giới thiệu chung về quá trình lên men rƣợu

2.4.1 Men thuốc bắc và nấm men

2.4.1.1 Men thuốc bắc

Men thuốc bắc là loại men phổ biến cho sản xuất rượu tại Việt Nam ở miền núi nhân còn dùng men lá để nấu rượu Thông thường các vị thuốc bắc trong bánh

men gồm 6- 12 vị tùy theo kinh nghiệm của từng địa phương và gia đình là rất khác nhau, trong đó 6 vị chính được nghiền nhỏ trộn lẫn với bột và cho nhiễm nấm mốc, nấm men từ không khí rơi vào, sau đó nặn thành bánh giữ ở nơi khô ráo hoặc gói kín để gác bếp dùng dần Trong men thuốc bắc có các loại nấm mốc, nấm men phân giải tinh bột thành đường và nấm men chuyển hóa đường thành rượu Hai quá trình này xảy ra liên tục, chồng chéo và có thể coi như xảy ra đồng thời [14].Trong đó lợi

dụng hệ enzyme amylase của endomycopsis để đường hóa tinh bột và hệ enzyme amylase của saccharomyces để lên men rượu [13] Đây chính là quy trình sản xuất

“rượu ngang” (rượu nấu thủ công từ nguyên liệu gạo bằng men thuốc bắc)

Hệ vi sinh vật trong bánh men thuốc bắc bao gồm cả nấm mốc, nấm men và vi khuẩn Số lượng vi khuẩn, nấm mốc và nấm men trong mỗi bánh men thuốc bắc phân bố không đồng đều Thường lớp trong nhiều hơn lớp ngoài nhiều hơn lớp trong, có trường hợp hoàn toàn toàn không thấy bào tử nấm mốc ở trong bánh men Vai trò của các vị thuốc bắc trong bánh men: với kinh nghiệm gia truyền ở mỗi địa phương, thậm chí từng gia đình số vị thuốc được dùng là rất khác nhau, có nhiều ý kiến cho rằng các vị thuốc trong bánh men có tác dụng sát khuẩn, cũng có ý kiến cho rằng các vị thuốc kích thích sinh trưởng các vi sinh vật trong bánh men Qua nghiên cứu 20 vị thuốc bắc bổ xung cho bánh men thuốc bắc của Nguyễn Văn Hiệu (1992) [10] thì trừ Hoàng liên, Hoàng bá và Bạch đàn còn lại các vị khác đều

có tác dụng kích thích sự phát triển mạnh của nấm men Trong đó có những vị có tác dụng rất mạnh như: Nhục đầu khấu, Quế chi, Bạch truật, Thảo quả, Tế tân

2.4.1.2 Nấm men

Sơ lược nghiên cứu về nấm men

Năm 1803 L.j Thernard chứng minh rằng nấm men chính là nguyên nhân trực tiếp của quá trình lên men rượu Quá trình này về sau được Gay- Lussac viết thành phương trình:

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2

Muller và Thurgau đã nghiên cứu một cách có hệ thống (1880-1890) quá trình lên men rượu vang với chủng thuần khiết và từ đó tới nay đã có hàng nghìn

những công trình nghiên cứu về các loại men rượu có thể hiểu sơ bộ về các nghiên cứu này qua các tổng quan của N.M Stelling- Dekker (1931); J Lod-der, N, J, W Kreger Van Rij (1952) [11] Ở nước ta vấn đề nghiên cứu sử dụng nấm men trong chăn nuôi cũng đã được tiến hành nghiên cứu men bia và tiến hành xây dựng quy trình sản xuất phổ biến cho nhiều hợp tác xã [9] Năm 1965 trường đại học tổng hợp

đã tiến hành phân lập, nuôi cấy hướng dẫn làm bánh men thuốc bắc áp dụng và có kết quả tại nhiều địa phương [8] và trường đã tiếp tục nghiên cứu lựa chọn chủng nấm men và điều kiện sản xuất sinh khối để đưa ra ứng dụng [11]

Đặc điểm của nấm men

Đặc điểm chung của nấm men

Nấm men là loại nấm đơn bào hoặc tập hợp đơn bào, nhân chuẩn hiển vi, không có thể hình sợi, có dạng hình cầu hoặc oval điển hình [13]

Nấm men được phân bố rộng rãi trong tự nhiên thường tìm thấy trên hoa quả và lá cây như lớp phủ ngoài dạng bột màu trắng.Nấm men sinh sản vô tính bằng nảy chồi, đó là quá trình trong đó có một tế bào mới hình thành qua u lồi (nảy chồi)

từ tế bào mẹ.Trong nhiều trường hợp các chồi không thể tự tách ra, một chuối ngắn các tế bào được gọi là chuẩn ty Khi nấm men sinh sản hữu tính chúng có thể sinh ra một hoặc vài bào tử giới tính Loại bào tử giới tính được sản xuất bởi một loài nấm men được sử dụng để phân loại như sự phân chia (ngành) Hoạt động trao đổi chất cũng được sử dụng để đánh giá các loại giống nấm men Nấm men thuộc loại yếm khí tùy tiện hoạt động trao đổi chất của chúng thường được sử dụng nhiều trong quá trình lên men công nghiệp Kích thước tế bào nấm men: Tế bào nấm men thường có kích thước lớn gấp 5-10 lần tế bào vi khuẩn và thay đổi không đồng đều ở các loài khác nhau, ở các lúa tuổi khác nhau và điều kiện nuôi cấy khác nhau

Kích thước trung bình:

+ Chiều dài:9-10µm

+ Chiều rộng: 2-7 µm

Đặc điểm sinh lý sinh hóa của nấm men

Tế bào nấm men có thể sống độc lập quá trình sống của chúng gồm có các quá trình sinh trưởng với đặc điểm di truyền để bảo tồn nòi giống và những quá

trình hóa sinh trao đổi chất trong tế bào để phục vụ cho sự sinh trưởng cũng như tạo thành các sản phẩm [13]

Nấm men đặc biệt là chủng S Cerevisiae là loại hiếu khí nhưng khi thiếu

oxy chúng lên men tạo thành ethanol và CO2 qua con đường EM: deccacboxygenlase (phụ thuộc TTP) sau đó acetaldehyde bị khử thành ethanol nhờ

pyruvate-alcohol-dehydrogenase Nếu thêm hydrogen sulfit vào dung dịch nấm men đang lên men glucose, axetaldehyde sẽ bị giảm: hiệu suất ethanol và CO2 giảm đồng thời grexerin xuất hiện Nấm men là vi sinh vật kỵ khí tùy tiện khi thiếu O2 chúng lên men mạnh nhưng không sinh trưởng khi có O2 chúng hô hấp và lên men bị ức chế (hiệu ứng Pasteur), sự tiêu thụ glucose sản lượng ethanol và CO2 đều giảm, trái lại

sự tăng lên tế bào chỉ tạo thành 2 mol ATP/mol glucose khi lên men so với 38 ATP/mol glucose khi hô hấp Hiện tượng trên chịu sự điều chỉnh của một số cơ chế cạnh tranh ADP và Pi

Sự sinh trưởng của nấm men

Sự sinh sản của nấm men

Nấm men có các hình thức sinh sản sau [12] :

- Sinh sản vô tính bằng nảy chồi hoặc sinh sản bằng cách phân đôi

- Sinh sản hữu tính bằng bào tử và sự hình thành bào tử theo kiểu:

+ Tiếp hợp đẳng giao

+ Tiếp hợp dị giao

+ Sinh sản đơn tính

Sự sinh trưởng của nấm men

Khi cấy nấm men hay vi sinh vật nói chung vào môi trường dinh dưỡng chúng sẽ sinh sản tới khi cơ chất trong môi trường dinh dưỡng xuống tới mức thấp nhất khi đó sinh trưởng sẽ chậm dần và ngừng hẳn, cũng có thể còn vài lần phân chia liên tiếp nhưng sự gia tăng sinh khối không đáng kể

Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật nói chung và nấm men nói riêng thường chia làm 4 pha: pha thích ứng (lag), pha chỉ số (logaride), pha cân bằng và suy vong [5]

Hình 2.5 Đường cong sinh trưởng và nấm men

Sự trao đổi chất của nấm men [12]

Trong quá trình hoạt động sống của nấm men cũng như các vi sinh vật cần tiêu hóa các chất dinh dưỡng từ môi trường để xây dựng tế bào mới phục vụ cho sinh trưởng đồng thời sản sinh ra môi trường một số sản phẩm Tất cả quá trình này gọi là quá trình trao đổi chất ở tế bào

Sự trao đổi chất được chia làm 3 giai đoạn:

+ Phân cắt các đại phân tử ở ngoài tế bào để có thể qua màng vào nội bào + Phân cắt các phân tử bé để tạo ra các chất trao đổi, chất trung gian (pyruvate, acetyl, CoA), và năng lượng hữu ích ATP

+ Sụ phân giải triệt để các chất trao đổi trung gian thành CO2 và H2O với sự giải phóng ra nhiều năng lượng ở dạng ATP với hàng loạt các phản ứng oxygen hóa khử các chất vô cơ và hữu cơ

Trao đổi chất ở tế bào nấm men cũng tương tự như ở hầu hết giới vi sinh vật Chức năng cơ bản của trao đổi chất là tạo ra các vật liệu tế bào và nguồn năng lượng phục vụ cho hoạt động sống của tế bào Trao đổi chất ở trong tế bào nấm men gồm 2 quá trình ngược chiều nhau (có khi xen kẽ với nhau) lả dị hóa và đồng hóa

Sự dị hóa

Là quá trình phân giải các hợp chất dinh dưỡng có phân tử lớn để có thể qua màng vào nội bào sau đó tiếp tục phân giải các chất có phân tử nhỏ thành các hợp chất

trung gian và thu nhận năng lượng Tiếp tục phân giải triệt để các hợp chất hữu cơ (kể

cả các sản phẩm trung gian) thành các sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O [13]

Sự đồng hóa

Là sử dụng hợp chất trao đổi trung gian do quá trình dị hợp hóa tạo thành hoặc có sẵn trong môi trường để thực hiện các quá trình sinh tổng hợp ra các chất cấu trúc tế bào, như các chất cấu trúc cao phân tử Polisaccharide, protein, acid nucleic, lipid….tạo ra các tế bào mới từ các tiền chất đơn giản (acid amine, các base purine và pyrimidine, acid hữu cơ, phosphate- đường) Sự tổng hợp gắn liền với nhu cầu về năng lượng tự do được giải phóng do khử phosphor của ATP Quá trình tổng hợp như vậy được gọi là trao đổi chất kiến tạo hay cấu trúc xây dựng [4]

2.4.2 Quá trình lên men

“Lên men là quá trình phân giải đường trong điều kiện yếm khí” [14]

Từ cổ xưa khái niệm lên men là sự sủi bọt theo định nghĩa của pasteur lên men thực chất là quá trình kỵ khí xảy ra đối với hoạt động của vi sinh vật để thu năng lượng trong đó hydrogen được tách ra và chuyển đến cho chất nhận là hợp chất hữu cơ được tạo thành trong chối biến đổi hóa sinh

Trong lên men rượu chất nhận hydrogen là acetaldehyde và chất này được khử thành ethanol Đối với tế bào thì ý nghĩa của sự lên men là ở chỗ chúng thu được năng lượng ở dạng ATP Các sản phẩm lên men không có ý nghĩa đối với các

tế bào sinh trưởng kỵ khí chúng được so sánh với H2O và CO2 sinh ra trong quá trình hô hấp Sự tạo thành sản phẩm cuối cùng là nhằm để phục hồi NAD từ NADH2 sinh ra khi thủy phân cơ chất (NAD và NADH2) là: adenide Nicotinamite Nucleotide và dạng khử của nó [4]

Phương trình tổng quát của quá trình lên men:

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Hình 2.6 Phương trình tổng quát của quá trình lên men

Quá trình lên men rượu qua các bước sau: đường và các chất dinh dưỡng của môi trường lên men quá trình lên men rượu sau khi bỏ tế bào nấm men, muốn thu được rượu tinh khiết cần chưng cất dịch lên men để loại bỏ tạp chất, kỹ thuật chưng cất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng rượu thu được

Vi sinh vật lên men rượu

a Nấm men

Nấm men là tác nhân cơ bản gây nên quá trình lên men rượu, tuy nhiên không phải loài nào cũng lên men đường thành rượu được mà chỉ là một số loài có khả năng này.Trong sản xuất hiện nay người ta thường dùng một số loài thuộc họ

Saccharomyces cerevisiae Theo đặc tính lên men người ta chia nấm men thành 2

nhóm: nấm men lên men nổi và nấm men lên men chìm

Nấm men nổi: Là nấm men lên men với cường lực rất nhanh và mạnh Nhiệt

độ thích hợp cho nấm men sịnh trưởng từ 20- 280C, có tốc độ lên men rất lớn, lượng đường tiêu thụ nhiều Do sinh ra nhiều khí CO2 nên các tế bào nấm nen ở dưới sẽ theo CO2 nổi lên bề mặt, vì vậy nấm men hoạt động mạnh hơn và lên men tất cả các

phần tử đường trên bề mặt Chủng nấm men nổi thường dùng sản xuất bánh mỳ tiêu

biểu là loài Saccharomyses cerevisiae

Nấm men chìm: Là nấm men lên men có cường lực lên men yếu nhiệt độ thích hợp 5- 100C Trong quá trình lên men lượng CO2 tạo ra ít và do nhiệt độ thấp nên được giữ lại trong quá trình lên men Nấm men tiếp xúc ít và sau khi lên men chúng tạo thành váng cặn dưới đáy thùng.Quá trình lên men chậm và xảy ra từ từ

Tiêu biểu là loài Saccharomyces elilipsoideus nấm men chìm thường dùng trong sản

xuất bia, rượu vang, champagne

b Nấm mốc

Nếu sản xuất rượu từ tinh bột thì chúng ta phải trải qua quá trình đường hóa tức là giai đoạn chuyển tinh bột thành đường.Ngày nay người ta thường sử dụng

nấm mốc cho giai đoạn này nấm mốc cho enzyme amilase để chuyển tinh bột thành

đường Hiện nay người ta thường dùng các loại nấm mốc sau:

+ Aspergillus oryae: là nấm mốc có màu vàng bào tử hở có hệ enzyme amilase và protease được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nước tương và nước chấm

+ Aspergillus usamii: là nấm mốc có màu xám trắng rất giàu enzyme amilase

được sử dụng trong sản xuất rượu

+ Aspergillus awamori:là nấm mốc có màu xám đen giàu enzyme amilase

được sử dụng rộng rãi trong sản xuất rượu

+ Mucor rouxii: thường có màu xám trắng được dùng trong các nhà máy sản

xuất rượu theo phương pháp amilo Khác với cả 3 loài trên phải nuoi cấy trên môi

trường đặc, mucro phát triển tốt trong môi trường lỏng cho nhiều enzyme amilase

c Vi khuẩn

Một số loài vi khuẩn có khả năng lên men chuyển hóa đường thành rượu như:

samina ventriculi, zymononas mobylis, ngoài ra còn có vi khuẩn lactic dị hình, vi khuẩn đường ruột hay clostridium cũng có khả năng lên men đường thành rượu

ethanol, buthanol…Tuy nhiên trong công nghiệp thực phẩm người ta chủ yếu sử dụng vi khuẩn lactic để tạo PH môi trường thích hợp cho quá trình lên men rượu

Tức là sau khi đường hóa xong người ta cho vi khuẩn lactic vào môi trường chúng

sẽ phát triển và tạo lượng acid nhất định, độ acid này thích hợp cho nấm men phát

triển và tiến hành lên men Thường sử dụng vi khuẩn Thermobacterium cereal và vi khuẩn Denbrue

Cơ chế của quá trình lên men

Hình 2.7 Cơ chế phân hủy đường trong tế bào nấm men

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men

Các yếu tố ảnh hưởng ở đây là nhiệt độ, oxygen hòa tan hay độ hiếu khí, pH môi trường, hàm lượng sản phẩm chính tạo ra, thành phần môi trường và các điều kiện khác của môi trường nuôi cấy

2.4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ [14]

Đối với sinh trưởng của đa số nấm men thì nhiệt độ tối thích vào khoảng

28-320C Đối với lên men rượu ethanol để sản xuất rượu trắng (cồn thực phẩm, rượu vodka, các loại rượu trắng truyền thống) thì nhiệt độ tối thích là 30-350C, với lên men rượu vang là 20-250C, lên men bia 6-100C hoặc 8-100C…Nhiệt độ lên men cao khoảng 30-350C sự tích tụ rượu ethanol càng sớm, tốc độ lên men nhanh và kết thúc sớm nhưng không lên men được hết đường (đường sót lại một lượng khá lớn) thì điều này có thể là nguy hiểm vì đường sót sẽ bị lên men bởi vi khuẩn lactic để tạo thành acid lactic làm chua dịch lên men làm ảnh hưởng tới mùi vị của sản phẩm kể

cả rượu trắng, bia và rượu vang Lên men ở nhiệt độ cao cũng làm cho các vi khuẩn tạp nhiễm phát triển nhanh làm biến đổi xấu về chất lượng sản phẩm Nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn

2.4.3.2 Ảnh hưởng của pH môi trường

Ph của môi trường lên men hay môi trường vi sinh vật nói chung với mỗi chủng hay mỗi nhóm vi sinh vật đều có khoảng pH tối thích cho sự sinh trưởng và

phát triển Đối với nhóm nấm men nhóm men rượu Saccharomyces cũng có những

ph tối thích khác nhau thông thường từ: 4,5- 5,5

Với men rượu và men bia thuộc giống Saccharomyces ph ban đầu thích hợp

cho việc lên men khoảng 5,5 Trong quá trình lên men ph giảm xuống 4,4- 4,5 rồi lại tăng dần lên Nguyên nhân giảm pH là do sự tạo thành CO2 và các acid hữu cơ trong quá trình lên men

Với rượu vang có thể lên men ở pH 2,8- 3,8 so với men rượu thì men rượu vang chịu được độ acid cao hơn Nâng cao dộ acid của môi trường sẽ làm cho nấm men thay đổi hình dáng: tế bào nhỏ hơn và hình tròn nhiều hơn, tế bào tích tụ các chất béo

2.4.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dịch đường

Nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng quá trình thẩm thấu và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men Kết quả là rượu nhiều sẽ làm ức chế không cho nhiễm tạp khuẩn và nấm men Mặt khác đường nhiều sẽ dẫn tới tổn thất hoặc kéo dài thời gian lên men

Nếu nồng độ dịch đường thấp sẽ không kinh tế vì sẽ giảm năng suất thiết bị lên men mặt khác sẽ tốn hơi khi chưng cất và tăng tổn thất rượu trong bã rượu và nước thải [14]

Bình thường người ta khống chế nồng độ chất khô của dịch đường từ 18% tùy theo mức độ thuần khiết tương đương 13-15% đường để sau khi lên men

16-sẽ nhận được nồng độ rượu trong dấm chín là 8,5-9,5% thể tích

2.4.3.4 Ảnh hưởng của oxygen hòa tan- độ hiếu khí [13]

Quá trình lên men rượu thường được thực hiện trong điều kiện kỵ khí nhưng khi nấm men mới được nhân giống thì nhất thiết phải có một lượng oxygen nào đó

để nấm men sử dụng.Trong thực tế sản xuất đây là thời điểm duy nhất trong quá trình lên men rượu oxygen có ích cho nấm men

Thời gian đầu nấm men sinh trưởng mạnh nhờ có oxygen của không khí hòa tan vào dịch lên men Nếu lượng giống tiếp vào lên men ít (còn xa mới tới lượng cần để cho lên men) người ta phải thổi sạch khí để cho nấm men sinh trưởng Oxygen hòa tan vào môi trường lỏng ở dạng bọt khí nhỏ và làm kích thích sinh sản của nấm men và tạo điều kiện thuận lợi cho tế bào nấm men hô hấp Trong môi trường có khuấy trộn và thổi khí làm cho bọt khí càng phân tán nhỏ và nhiều hơn do

đó tế bào nấm men càng được tiếp xúc với chất dinh dưỡng và oxygen tốt hơn Bình thường oxygen hòa tan tối đa trong nước đến 9mg/l nồng độ giảm xuống còn 1mg/l nấm men sẽ ngừng sinh sản

2.4.3.5 Ảnh hưởng của các nguồn nitơ tới quá trình lên men

Nấm men sử dụng nitơ để tổng hợp tế bào mới và các enzyme protease trong

quá trình sinh trưởng và sinh sản.Trong quá trình lên men việc cung cấp đủ lượng nitơ mà nấm men có thể đồng hóa được là rất cần thiết nó ảnh hưởng tới tốc độ