điều tra hiện trạng sản xuất rượu truyền thống ở bến lức – long an và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm.

điều tra hiện trạng sản xuất rượu truyền thống ở bến lức – long an và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

TpHCM, tháng 5 năm 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

CBHD : PGS TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TpHCM, tháng 5 năm 2010

ii

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả sự thành kính, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến:

 PGS TS Nguyễn Đức Lượng – Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM – đã gợi ý đề tài, hướng dẫn tận tình, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

 Các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu có liên quan đến đề tài

 Ông Trương Tấn Mãnh – chủ tịch Hội sản xuất rượu đế Gò Đen và một số hộ dân sản xuất rượu tại khu vực Gò Đen, huyện Bến Lức, tỉnh Long An – đã tạo điều kiện tốt cho tôi trong việc cung cấp thông tin có liên quan đến đề tài và truyền đạt các kinh nghiệm quý báu về việc nấu rượu truyền thống nổi tiếng của khu vực

 Các bạn sinh viên lớp HC06BSH – Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM – đã cùng học tập, trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm việc

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu một số phương pháp sản xuất rượu 3

2.1.1 Phương pháp sử dụng bánh men thuốc bắc 3

2.1.2 Phương pháp đường hóa bằng acid 4

2.1.3 Phương pháp maltasa 4

2.1.4 Phương pháp amylose 4

2.1.5 Phương pháp myco – malt 4

2.2 Bản chất sinh hóa của quá trình lên men rượu 5

2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự lên men rượu 10

2.3.1 Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng 10

2.3.2 Ảnh hưởng của điều kiện lên men 11

2.4 Các sản phẩm phụ của quá trình lên men 13

2.4.1 Sự tạo thành acid 13

2.4.2 Sự tạo thành rượu cao phân tử 13

2.4.3 Sự tạo thành ester 14

2.4.4 Sự tạo thành aldehyde 14

2.5 Vi sinh vật tạp nhiễm trong quá trình lên men rượu 14

2.6 Nguyên liệu trong sản xuất rượu truyền thống 15

iv

2.6.1 Gạo, gạo nếp 16

2.6.2 Bánh men thuốc bắc 24

2.7 Một số quy trình sản xuất rượu truyền thống ở Việt Nam 30

2.7.1 Rượu làng Vân 31

2.7.2 Rượu cần 33

2.7.3 Rượu Bầu Đá 35

2.7.4 Rượu Gò Đen 37

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 39

3.1 Nghiên cứu về vi sinh vật trong bánh men 39

3.2 Nghiên cứu về nấm mốc, nấm men trong quá trình lên men rượu nếp than 39

3.2.1 Giới thiệu 39

3.2.2 Kết quả và thảo luận 42

3.3 Nghiên cứu tình hình tiêu thụ rượu ở một số nước trên thế giới và Việt Nam 46

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐIỀU TRA VÀ BÀN LUẬN 51

4.1 Sơ lược về huyện Bến Lức – tỉnh Long An 51

4.2 Điều tra hiện trạng sản xuất rượu truyền thống ở Bến Lức – Long An 52

4.2.1 Chủng loại 52

4.2.2 Số lượng 53

4.2.3 Tình hình sản xuất 53

4.2.4 Tình hình tiêu thụ 62

4.3 Đề xuất phương pháp nâng cao và ổn định chất lượng sản phẩm 64

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tỷ lệ thành phần cấu tạo của lúa nếp, ngô và lúa mì 16

Bảng 2.2 Hàm lượng amylose của một số giống lúa Việt Nam 19

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của hạt gạo 20

Bảng 2.4 Hàm lượng khoáng chất có trong gạo nếp 21

Bảng 2.5 Hàm lượng các vitamine có trong gạo nếp 22

Bảng 2.6 Thành phần hóa học trung bình của một số hạt 23

Bảng 2.7 Thành phần và hàm lượng amino acid của protein các loại hạt 23

Bảng 3.1 Khả năng phân cắt tinh bột của một số loài nấm mốc 42

Bảng 3.2 Khả năng lên men của một số loài nấm men 47

Bảng 3.3 Mức tiêu thụ thức uống có cồn ở một số nước 47

Bảng 3.4 Lượng rượu bia tiêu thụ bình quân/người/năm tại một số nước Đông Nam Á 50

Bảng 4.1 Sản lượng rượu trung bình của một số lò nấu rượu tại Gò Đen 53

Bảng 4.2 Chi phí và lợi nhuận trung bình cho một mẻ nấu rượu 64

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Hình cắt dọc một hạt thóc 16

Hình 2.2 Vỏ trấu hạt thóc 17

Hình 2.3 Mặt cắt ngang lớp aleuron của hạt thóc 18

Hình 2.4 Bánh men thuốc bắc 24

Hình 2.5 Sơ đồ khối quy trình sản xuất bánh men lá 27

Hình 2.6 Sơ đồ khối quy trình sản xuất rượu Làng Vân 32

Hình 2.7 Hình ảnh rượu cần của người Tây Nguyên 33

Hình 2.8 Uống rượu cần 34

Hình 2.9 Sơ đồ khối quy trình sản xuất rượu cần 35

Hình 2.10 Sản phẩm rượu Bầu Đá 36

Hình 2.11: Sơ đồ khối quy trình sản xuất rượu Bầu Đá 37

Hình 2.12 Sản phẩm rượu Gò Đen 38

Hình 3.1 Đồ thị sự chuyển hóa glucose, ethanol và khí sinh ra bởi S cerevisiae No 2.1 ở 30o C 43

Hình 3.2 Đồ thị tỉ lệ sinh khí của 5 giống nấm men S.cerevisiae (No 2.1, 15.7, 20.4, 29.2) trong lên men fed-batch 44

Hình 3.3 Đồ thị hiệu suất tạo ethanol của 5 giống nấm men S.cerevisiae (No 2.1, 15.7, 20.4, 29.2) trong lên men fed-batch 45

Hình 3.4 Đồ thị phát triển và suy vong của 5 giống nấm men S.cerevisiae (No 2.1, 15.7, 20.4, 29.2) theo nồng độ rượu khác nhau 45

Hình 4.1 Sơ đồ khối quy trình sản xuất rượu đế Gò Đen tại Bến Lức – Long An 54

Hình 4.2 Cơm gạo nếp sau khi nấu chín 55

Hình 4.3 Bánh men được trộn với cơm gạo nếp để nguội 55

vii

Hình 4.4 Cơm gạo sau khi đã bổ sung thêm nước 56

Hình 4.5 Ảnh chụp hệ thống chưng cất rượu tại Gò Đen 57

Hình 4.6 Gạo nếp than 57

Hình 4.7 Sơ đồ khối quy trình sản xuất rượu nếp than 58

Hình 4.8 Gạo nếp than sau khi nấu chín 59

Hình 4.9 Bánh men được trộn đều với cơm gạo nếp than 60

Hình 4.10 Bổ sung rượu cao độ để hãm cồn 61

Hình 4.11 Sản phẩm rượu nếp than tại Gò Đen 61

Hình 4.12 Logo hội sản xuất rượu đế Gò Đen 62

Hình 4.13 Ảnh chụp hội sản xuất rượu đế Gò Đen 63

Hình 4.14 Ảnh chụp một số lò rượu tại khu vực Gò Đen 63

1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Rượu là một sản phẩm có từ lâu đời, mang tính truyền thống của nhiều dân tộc trên thế giới, đặc biệt rượu được sử dụng trong các dịp lễ hội, tết, đình đám, hay là một món quà giá trị để tặng người thân Từ thời xa xưa con người đã biết làm nước uống bằng phương pháp lên men, tuy nhiên đến thế kỷ XVI việc sản xuất rượu mới trở thành một ngành công nghiệp, và cũng từ đó ngày càng có nhiều thành tựu khoa học

kỹ thuật ứng dụng vào ngành công nghiệp này

Theo quan điểm về uống rượu của nhiều nhà khoa học: rượu ethylic nói theo y học

là chất độc đối với con người Điều này không ai chối cãi và rất đúng, nhưng chỉ đúng khi uống quá liều lượng cho phép đối với mỗi người Mặt khác, ngoài thành phần chính là ethanol, trong rượu còn có một số hợp chất có giá trị dinh dưỡng như đường, các vitamine, một số nguyên tố vi lượng, Nếu thỉnh thoảng hoặc ngày một lần uống vào buổi tối không quá 50ml (một chén uống trà) rượu ngâm thuốc bắc thì chúng ta sẽ

ăn và ngủ cũng tốt hơn Lúc đó rượu sẽ làm tăng sức khỏe, con người sẽ cảm thấy sảng khoái thậm chí minh mẫn hơn Về mặt kinh tế, ngành sản xuất rượu là ngành có vốn đầu tư ban đầu ít, khả năng thu hồi vốn nhanh, đem lại lợi nhuận cao, vì vậy nhiều nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang đầu tư phát triển ngành sản xuất rượu [2]

Ở nước ta, nghề nấu rượu đã có từ lâu đời trong dân gian Ở miền núi, đồng bào dân tộc dùng gạo, ngô, sắn nấu chín rồi cho lên men, men này được lấy từ lá cây hoặc cho lên men thuần khiết Ở một số nơi khác, người ta nuôi cấy và phát triển nấm men, nấm mốc trong thiên nhiên trên môi trường thích hợp (gạo và một số vị thuốc bắc) để lên men rượu từ nguyên liệu tinh bột đã được nấu chín Vì vậy nguồn nguyên liệu trong sản xuất rượu đã góp phần tạo nên nét đặc trưng cho từng vùng, là một trong những yếu tố tạo nên giá trị truyền thống và đặc sắc cho sản phẩm của vùng đó, chẳng hạn như rượu Vân Hà – Đại Lâm thường gọi là rượu làng Vân (Hà Bắc), rượu cần Tây Nguyên, rượu Bầu Đá (Bình Định), rượu nếp than (nếp cẩm), rượu Gò Đen ở Bến Lức – Long An, Tất cả đều làm theo kinh nghiệm “cha truyền con nối” [1, 2]

Việc nấu rượu truyền thống nếu thực hiện đúng thì rượu làm ra phải nói là uống rất ngon, vị đậm và êm dịu, say mà không cảm thấy sốc hoặc đau đầu Tuy nhiên, rượu truyền thống chưa được hưởng lợi nhiều từ các nghiên cứu khoa học, thực trạng sản xuất rượu truyền thống ở một số địa phương của nước ta hiện vẫn đang còn là một điều bất cập, chất lượng sản phẩm chưa ổn định, chưa đạt tiêu chuẩn để xuất khẩu, thương hiệu chưa được nhiều người biết đến, Mặt khác, xu hướng trên thế giới là tiến hành công nghiệp hóa các sản phẩm truyền thống và quảng cáo hình ảnh thương

2

hiệu của mình đến khắp nơi, sản phẩm rượu Vodka của người Nga là một ví dụ điển hình Để thực hiện được điều này cần làm tốt về nhiều mặt – cả kinh tế lẫn kỹ thuật, trong đó việc nâng cao và cải thiện chất lượng sản phẩm là điều không thể thiếu xót

Vì vậy, với sự gợi ý đề tài của PGS TS Nguyễn Đức Lượng, tôi đã thực hiện đồ án

“Điều tra hiện trạng sản xuất rượu truyền thống ở Bến Lức – Long An và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm” nhằm góp phần giải quyết một số vướng mắc

nêu trên đối với sản phẩm rượu truyền thống này

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đồ án này được thực hiện nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể sau:

- Xác định thực trạng sản xuất rượu truyền thống ở Bến Lức – Long An hiện nay

- Đưa ra một số giải pháp để nâng cao và ổn định chất lượng rượu

1.3 Nội dung nghiên cứu

Việc nghiên cứu được thực hiện ở mức độ tổng quan về lý thuyết và qua quá trình khảo sát thực tế, với ba nội dung chính như sau:

- Tổng quan tài liệu về các vấn đề liên quan đến sản xuất rượu truyền thống

- Điều tra, khảo sát, tìm kiếm thông tin liên quan đến hiện trạng sản xuất rượu truyền thống ở Bến Lức – Long An

- Đưa ra một số giải pháp khả thi để nâng cao và ổn định chất lượng rượu

3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu một số phương pháp sản xuất rượu

Sản xuất rượu bằng phương pháp lên men được áp dụng từ thời cổ xưa Theo phương pháp này, rượu được lên men từ các dịch đường nhờ các loài nấm men trong điều kiện kỵ khí Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu là các loại ngũ cốc, sắn, khoai tây, rỉ đường, các loại nước quả và gỗ Ngoài sản phẩm chính là cồn ethylic trong quá trình lên men còn tạo thành khí CO2, glyxerin, một vài loại rượu bậc cao, aldehyte, các acid hữu cơ và sinh khối nấm men tích tụ đồng thời với sự hình thành các sản phẩm Sản xuất rượu bằng phương pháp lên men bao gồm ba giai đoạn:

- Chế biến các nguyên liệu thành dịch đường có thể len men được bằng nấm men

- Lên men đường thành rượu

- Chưng cất và tinh chế cồn

Các nguyên liệu lên men trừ các hợp chất đường, các nguyên liệu khác (các loại chứa tinh bột và cellulose) cần phải qua quá trình đường hóa Những chất chứa cellulose như gỗ, mùn cưa, rơm rạ, thường dùng acid chlohydric hoặc sunfuric để đường hóa Các chất có tinh bột thường đường hóa bằng hệ enzyme amylase của thóc mầm hoặc của nấm mốc Đường hóa các chất bột cũng có thể dùng acid, nhưng cần phải có thiết bị chịu acid và tốn kém về kinh tế Nấm mốc được dùng để đường hóa

thường dùng các giống Aspergillus hoặc gần đây có chiều hướng dùng các giống giả nấm men Endomycopsis Các giống này có khả năng sinh ra nhiều enzyme

glucoamylase – có tác dụng chuyển tinh bột thành glucose Trong quá trình lên men

thường dùng các nấm men Saccharomyces cerevisiae

Hiện nay sản xuất rượu chủ yếu dùng hai nguồn nguyên liệu là nguồn tinh bột gạo, ngô, khoai, sắn và rỉ đường

Lên men rượu từ các loại nguyên liệu chứa tinh bột về nguyên lý không khác với nguồn nguyên liệu khác, còn về chế biến nguyên liệu cần phải qua đường hóa để biến tinh bột thành đường Các loài nấm men rượu không có enzyme đường hóa được tinh bột, vì vậy nhất thiết phải qua khâu đường hóa Hiện nay trên thế giới dùng nhiều phương pháp đường hóa khác nhau và do đó sản xuất rượu từ các nguồn nguyên liệu tinh bột được mang tên các phương pháp đường hóa [1, 2]

2.1.1 Phương pháp sử dụng bánh men thuốc bắc

Men thuốc bắc có từ lâu đời ở nước ta cũng như ở Trung Quốc Ở miền núi nhân dân còn dùng men lá để nấu rượu Đặc điểm của phương pháp này là trong

4

men thuốc bắc có các loại nấm mốc và nấm men, nấm mốc phân giải tinh bột thành đường và nấm men chuyển đường thành rượu Hai quá trình xảy ra liên tục

và người ta tưởng rằng chúng xảy ra đồng thời Thuốc bắc gồm 20 vị, trong đó có

6 vị chính, được nghiền nhỏ rồi trộn lẫn với bột và cho nhiễm nấm mốc, nấm men

từ không khí rơi vào, sau đó tạo hình thành từng bánh giữ ở chỗ khô ráo hoặc gói kín để gác bếp dùng dần Phương pháp nấu rượu thủ công hoặc rượu nếp vẫn dùng men thuốc bắc đã tán nhỏ Để một vài giờ nấm mốc phát triển và sinh ra hệ enzyme thủy phân tinh bột, sau đó ủ và cho lên men Rượu nấu bằng men thuốc bắc từ gạo nếp cho chất lượng cao, hương vị đậm đà [1]

2.1.2 Phương pháp đường hóa bằng acid

Theo phương pháp này, giai đoạn nấu và giai đoạn đường hóa xảy ra đồng thời Các acid dùng trong mục đích này là acid chlohydric với tỷ lệ 8 – 10% hoặc acid sunfuric với tỷ lệ 2 – 5% Kết quả thu được là một dạng dịch đường glucose [1]

2.1.3 Phương pháp maltasa

Tác nhân đường hóa trong phương pháp này là thóc malt (thóc đại mạch nảy mầm) hoặc các loại thóc nảy mầm Trong các hạt nảy mầm có hệ enzyme amylase (α – amylase và β – amylase) thủy phân tinh bột thành các dextrin và maltose Sản phẩm chủ yếu là dịch đường maltose Phương pháp này trước đây được dùng chủ yếu ở các nước giàu đại mạch như Châu Âu và Mỹ, nhưng ngày nay được thay thế dần bằng phương pháp myco – malt [1]

2.1.4 Phương pháp amylose

Khoảng năm 1895, một số các nhà bác học người Pháp là Calmette, Colette, Boidin đã nghiên cứu dùng nấm men để lên men rượu tại Lille và Viện Pasteur Sài Gòn áp dụng cho Việt Nam Kết quả đã tìm ra được một số loài mốc là

Amylomyces rouxii có khả năng đường hóa tinh bột và phương pháp này được

mang tên là Amylose Phương pháp này dễ cơ khí hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất, kỹ thuật nuôi cấy mốc và lên men tương đối gọn, nhưng đồng thời cũng có nhược điểm là yêu cầu vô trùng tuyệt đối, thời gian lên men dài khoảng 6 – 8 ngày, có khi tới 9 – 10 ngày [1]

2.1.5 Phương pháp myco – malt

Nấm mốc được nuôi cấy theo phương pháp bề mặt hoặc phương pháp chìm sinh

ra nhiều enzyme amylase dùng để đường hóa tinh bột Amylase của nấm mốc là α – amylase, glucoamylase và dextrinase Sản phẩm đường hóa là hỗn hợp các dextrin cuối, maltose, và glucose (trong dịch đường chủ yếu là glucose)

Dùng phương pháp này cho phép rút ngắn được chu trình sản xuất (chỉ bằng 1/3 – 1/2 thời gian của phương pháp amylose), thời gian đường hóa từ 1 – 3 giờ Nhờ

5

khả năng đường hóa của nấm mốc cao nên có thể dùng nhiều nguồn nguyên liệu tinh bột khác nhau để sản xuất rượu Trong khi lên men rượu không đòi hỏi vô trùng tuyệt đối mà vẫn có thể đạt được hiệu suất lên men cao Trong giai đoạn sản xuất nấm mốc đường hóa dùng phương pháp bề mặt nên khó cơ khí hóa, cần diện tích mặt bằng rộng và đòi hỏi nhiều nhân công

Phương pháp myco – malt tương đối thích hợp với nhiều quy mô sản xuất rượu

từ trung ương đến địa phương Nhiều nước trên thế giới, kể cả những nước tiên tiến hiện nay áp dụng phổ biến phương pháp này Ở nước ta áp dụng nấm mốc trong sản xuất rượu từ năm 1959 tại nhà máy rượu Hà Nội

Sản xuất rượu từ rỉ đường không cần phải qua khâu đường hóa, nhưng cần xử

lý để loại bỏ tạp chất và những vi sinh vật có sẵn trong rỉ đường Để tăng cường dinh dưỡng cho nấm men cần phải bổ sung vào môi trường rỉ đường các muối phosphate và muối amoni sulphat hoặc dịch nấm men tự phân Trong lên men người ta thường bổ sung dịch chiết từ superphosphate hoặc acid phosphoric làm nguồn phospho [1]

2.2 Bản chất sinh hóa của quá trình lên men rƣợu

Đây là quá trình phức tạp xảy ra với sự hoạt động của vi sinh vật Các quá trình vi sinh vật có đặc điểm là quá trình sinh sản, sinh trưởng của vi sinh vật, xảy ra nhanh ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, các loài vi sinh vật phát triển đồng thời nhưng với các mức độ khác nhau

Các quá trình sinh hóa gồm:

- Chuyển đường và một số thành phần khác thành acid hữu cơ

- Quá trình tạo acid acetic: CH3CH2OH + O2  CH3COOH + H2O

- Quá trình tạo acid lactic:

6

12C6H12O6  4CH3-CO-CH3 + CH3-CH2-CH2-CH2-OH + CH3-CH2-OH + CH3-CH2

-CH2-COOH + 28CO2 + 18H2 + H2O

- Chuyển hóa tinh bột thành đường không xảy ra cơ chế kìm hãm ngược bởi glucose

Do sự phát triển của nấm mốc và sự phát triển của nấm men Endomycopsis, tinh bột

chuyển thành đường Các loài nấm mốc, nấm men này tạo ra rất nhiều amylase, glucoamylase là các enzyme cảm ứng, chịu sự điều khiển cuối cùng là của glucose

Tuy nhiên, glucose vừa được sinh ra sẽ được các loài nấm men như Endomycopsis, Saccharomyces tích cực chuyển hóa đường thành cồn nên đường sinh ra bao nhiêu

chuyển hết thành cồn và phục vụ cho sinh sản, phát triển của chính vi sinh vật đó Do

đó, khối lên men thường không xảy ra cơ chế kìm hãm ngược bởi glucose

- Chuyển hóa đường thành cồn được thực hiện bởi: Saccharomyces sp, Mucor và

Rhizopus sp, Endomycopsis sp Từ đường, acid hữu cơ cho ra sản phẩm phụ khác Saccharomyces sp đóng vai trò cơ bản

Quá trình lên men rượu xảy ra theo phản ứng tổng quát sau:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP Đầu tiên đường thẩm thấu vào trong tế bào nấm men, ở đó đường chuyển hóa qua hàng loạt sản phẩm trung gian, thẩm thấu và cuối cùng tạo thành acid pyruvic Acid pyruvic dưới tác dụng của enzyme pyruvat decarboxylase tạo thành acetaldehyde (enzyme này có coenzyme là thiamine pyrophosphate (cocarbozilase) và cần có Mg2+

làm chất xúc tác) Sau đó, acetaldehyde bị khử thành cồn ethylic do enzyme alcol dehydrogenase xúc tác (enzyme này có phân tử lượng là 151KDa, có chứa 4 trung tâm hoạt động độc lập nhau và 4 nguyên tử Zn, coenzyme của enzyme này là NAD) Sơ đồ chuỗi phản ứng như sau:

7

Glucose

Hexokinaza Glucose – 6 – phosphat Photphoglucoza isomeraza Fructose – 6 – phosphat Phosphofructokinaza Fructose – 1,6 – diphosphat

Aldolaza Triophosphat izomeraza

8

CH3COCOOH CH3CHO + CO2

CH3CH=O + NAD-H+ + H+ CH3CH3OH + NAD

Tùy theo điều kiện môi trường, sự lên men rượu có thể xảy ra theo mấy cách sau:

 Sự lên men bình thường:

Kiểu lên men này xảy ra khi pH môi trường từ 4-5 Cơ chế chung xảy ra theo phản ứng:

CH3COCOOH CH3CHO + CO2

Và CH3CHO + NADH2 CH3CH2OH + NAD

Tuy vậy có thể chia làm hai thời kỳ:

 Thời kỳ cảm ứng

Ở thời kỳ này, lượng acetaldehyde tạo thành còn ít nên hydro từ NADH2 được chuyển đến glyceraldehyd-3-phosphate để tạo thành glycerin-3-phosphate Sau đó glycerin-3-phosphate bị mất gốc phosphate và tạo thành glycerin

9

 Thời kỳ tĩnh

Khi acetaldehyde đã đạt được một lượng nào đó, chất tiếp nhận hydro lúc này là acetaldehyde và acetaldehyde bị khử thành rượu etylic Vậy trong sự lên men rượu bình thường, glycerin chỉ là sản phẩm phụ mà thôi Phương trình phản ứng tổng quát của sự lên men rượu bình thường như sau:

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP 2CH3CH2OH + CO2 + 2ATP + 2H2O

 Sự lên men trong môi trường kiềm

Nếu kiềm hóa môi trường bằng các chất như Na2CO3, K2CO3 hoặc các carbonat amon thì acetaldehyde khi đó không còn bị khử bình thường như trước nữa, mà chất nhận hydro từ NAD.H2 là hehydroxy aceton phosphate Do đó, không còn NAD.H2 (ở dạng khử) nữa để có thể khử acetaldehyde thành ethanol Thay vào đó một phản ứng khác xảy ra do enzyme aldehytdehydrogenase có coenzyme là NAD+

xúc tác và kết quả là sản phẩm tạo thành là glycerin theo phản ứng:

Vậy sản phẩm thu được trong môi trường kiềm là glycerin, acid acetic, cồn etylic, với glycerin là thành phần chính Phản ứng tổng cộng của sự lên men rượu trong môi trường kiềm như sau:

2C6H12O6 + H2O 2CO2 + CH3COOH + C2H5OH + C3H8O3

 Sự lên men trong môi trường có Bisulfit

Khi đưa bisulfate natri (hoặc hydrazine thế) sẽ kết hợp với acetaldehyde tạo thành hợp chất khó tan Nói cách khác khi đó enzyme alcoldehydrogenase thiếu mất chất tiếp nhận hydro bình thường là acetaldehyde và chất tiếp nhận hydro bây giờ là dihydroxyaceton phosphate

2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự lên men rượu

2.3.1 Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng

Nấm men sinh trưởng và phát triển tốt thì môi trường dinh dưỡng phải đầy đủ nguồn cacbon, nitơ và các chất khoáng khác

 Nguồn cacbon

Nguồn dinh dưỡng cung cấp cho nấm men thường là các loại đường như mono,

di hoặc trisaccharide Các loại đường đơn phân tử như glucose, fructose,… được lên men trực tiếp, các loại đường disaccharide và trisaccharide chỉ được lên men khi đã bị thủy phân bởi enzyme của nấm men, trong đó saccharose dễ bị thủy phân nhất [4]

11

Môi trường thuận lợi cho lên men chứa khoảng 10 – 18% đường Tuy nhiên, một số loài nấm men có khả năng lên men rượu trong môi trường chứa từ 25 – 30% đường [5]

 Nguồn nitơ

Nấm men có thể sử dụng nitơ vô cơ dưới dạng muối amone như NH4Cl, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4,… và các loại nitơ hữu cơ có phân tử lượng thấp, chủ yếu

là các acid amine và một số amide Loài Saccharomyces cerevisiae không sử dụng

được nguồn nitơ dưới dạng nitrat và nitrit [4]

 Các nguyên tố vi lượng

Các nguyên tố như P, S, Mn, Zn, Cu, Co, Ni, Na, Si,… rất cần thiết cho quá trình trao đổi chất của vi sinh vật mặc dù chỉ với một lượng nhỏ Chúng tham gia vào cấu trúc enzyme hoặc kích thích các quá trình sinh trưởng khác [5]

2.3.2 Ảnh hưởng của điều kiện lên men

Nói đến quá trình lên men thì cần lưu ý các yếu tố sau:

- Tốc độ phát triển của sinh khối

- Tốc độ và mức độ sử dụng cơ chất của nấm men

- Nồng độ các sản phẩm chính và sản phẩm phụ

Các thông số trên chịu tác động của rất nhiều yếu tố, trong đó các yếu tố sau được xem như là các yếu tố ảnh hưởng nhất:

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Mỗi vi sinh vật đều có nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của chúng Đối với nấm

men Saccharomyces, nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 28 – 32oC Tuy nhiên, nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn Mặt khác, nếu có điều kiện làm lạnh dịch đường tới 20 – 22oC sẽ hạn chế được phát triển của tạp khuẩn Sau 8 – 10 giờ nhiệt độ len men sẽ tăng đến 28 – 30oC, tiếp đó cần làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giới hạn tối ưu Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men sẽ giảm nhanh nhưng chủ yếu bị nhiễm vi khuẩn lactic và nấm men hoang dại Ở nhiệt độ 30oC, nấm men hoang dại phát triển nhanh hơn

gấp 6 đến 8 lần Mặt khác, khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều ester, aldehyde

và tổn thất rượu theo CO2 sẽ tăng [13]

 Ảnh hưởng của pH

12

Nồng độ ion H+ trong môi trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men Chúng có thể thay đổi điện tích các chất của vỏ tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men Mỗi vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong trạng pH nhất định

Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo alcol ethylic là 4,5 – 5,0 Đối với dịch đường từ nguyên liệu tinh bột thường khống chế ở pH = 4,8 – 5,2, nhằm kết hợp giữ cho amylase tiếp tục chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường lên men được Nếu tăng pH thì dễ bị nhiễm khuẩn, glycerin sẽ tạo nhiều hơn và do đó làm giảm hiệu suất lên men Chính vì vậy khi gây men giống trong điều kiện sản xuất, người ta điều chỉnh pH tới 3,8 – 4,0 để hạn chế phát triển của vi khuẩn lactic

và nấm men hoang dại

Ở pH ≤ 4,2 nấm men phát triển tuy chậm hơn so với ở pH = 4,5 – 5,0 nhưng tạp khuẩn hầu như không phát triển Tới lúc nào đó, nấm men đã phát triển được nhiều

và đủ mạnh ta tăng pH đến tối ưu cho nấm men phát triển nhanh hơn Lúc này điều kiện cũng tốt hơn cho các tạp khuẩn nhưng vì nấm men đã nhiều và đủ mạnh

để lấn át nên tạp khuẩn cũng khó gây tác hại cho lên men Phương pháp này được

áp dụng để gây men trong điều kiện sản xuất và gọi là nuôi cấy nấm men thuần khiết tự nhiên [13]

 Ảnh hưởng của áp suất bề mặt

Áp suất bề mặt của dịch lên men xác định mức độ bão hòa CO2 trong dịch lên men Hợp chất này là nhân tố ức chế quá trình sinh trưởng của nấm men, đặc biệt

ở giai đoạn đầu và giai đoạn logarit Ở nhiệt độ thường tốc độ lên men sẽ bị ức chế khi áp suất trong thiết bị lên men lên đến 3 – 4kG/cm2 Cho nên trong thực tế sản xuất, áp suất này không tăng hơn 1kG/cm2

[13]

 Ảnh hưởng của nồng độ chất hòa tan trong dịch lên men

Nồng độ chất hòa tan có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của nấm men Thông thường, trong giới hạn nồng độ đường từ 2,5 đến 12% thì tốc độ lên men không thay đổi nhiều Nếu nồng độ thấp hơn hoặc cao hơn thì cường độ lên men

sẽ giảm đi đáng kể Nếu nồng độ quá cao sẽ tạo áp suất thẩm thấu lớn gây phá hủy trạng thái sinh lý bình thường của nấm men Khi đó thời gian lên men sẽ kéo dài, nấm men không sử dụng hết đường và lượng rượu tạo ra nhiều cũng gây ức chế quá trình lên men Ngược lại, môi trường có nồng độ quá thấp sẽ không thuận lợi

về mặt kinh tế (tốn chi phí hơn, dung tích thiết bị lớn hơn,… ) Tùy thuộc vào chủng nấm men sử dụng và các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm lên men mà ta chọn nồng độ chất hòa tan ban đầu cho phù hợp [13]

 Ảnh hưởng của hàm lượng oxy hòa tan

13

Lên men rượu là quá trình yếm khí, nhưng nấm men vẫn cần một lượng oxy vừa đủ để tăng sinh khối Do đó, oxy chỉ cần ở giai đoạn đầu của quá trình lên men

Nếu lượng oxy quá ít thì quá trình lên men bị hạn chế, tốc độ lên men bị chậm lại, hương vị của sản phẩm không đạt Ngược lại, hàm lượng oxy quá nhiều thì tế bào sẽ tăng sinh và nảy chồi nhiều hơn, hàm lượng các sản phẩm phụ cũng gia tăng nhiều hơn [13]

2.4 Các sản phẩm phụ của quá trình lên men

Ngoài hai sản phẩm chính là ethanol và CO2 thì quá trình lên men còn sinh ra nhiều sản phẩm khác Có thể chia thành 4 nhóm chính như sau: acid, ester, aldehyde

và rượu [6]

2.4.1 Sự tạo thành acid

Trong quá trình lên men rượu luôn có sự tạo ra các acid hữu cơ bao gồm các acid như lactic, acetic, citric, pyruvic và succinic, nhưng nhiều hơn cả là acid acetic và acid lactic

Acid acetic được tạo thành từ giữa hai phân tử acetaldehyde, phương trình phản ứng như sau: 2CH3CHO + H2O  CH3COOH + C2H5OH

Acid lactic được tạo thành từ acid pyruvic theo phản ứng:

CH3-CO-COOH + NADH2  CH3-CHOH-COOH +NAD Hoặc CH2O(H2PO3)CHOHCHO + H2O  CH3-CHOH-COOH + H3PO4

2.4.2 Sự tạo thành rượu cao phân tử

Trong quá trình lên men rượu thì ngoài rượu ethylic còn có các rượu có số Cacbon lớn hơn 2 (gọi là rượu cao phân tử) Các rượu này tuy ít nhưng nếu lẫn vào các sản phẩm sẽ gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm Đó là các rượu propylic, isobutylic, isoamylic, amylic,… Hàm lượng của chúng chỉ khoảng 0,4 – 0,5% so với rượu ethylic nhưng gây cho sản phẩm có mùi hôi khó chịu Các rượu này có tên chung là dầu fusel và vì có mùi hôi khó chịu nên còn gọi là dầu khét Nguyên nhân tạo dầu fusel do nấm men sử dụng nitơ của các acid amine

Dầu fusel là hỗn hợp của nhiều rượu khác nhau nhưng chủ yếu là isoamylic và isobutylic Nếu tăng hay giảm nhiệt độ lên men so với bình thường thì hàm lượng dầu fusel sẽ giảm đi Trong giới hạn pH 3 – 5 lượng rượu cao phân tử được tạo ra nhiều, nhưng nếu tiếp tục tăng pH thì hàm lượng này sẽ giảm Sục khí vào môi trường cũng như bổ sung acid amine vào môi trường chứa saccharose cũng làm tăng lượng rượu cao phân tử Khảo sát cho thấy hàm lượng cao phân tử tăng cùng

R1CH2OH + R2COOH  R2COO-CH2R1 + H2O

Dựa vào những kết quả thu được trong các phòng thí nghiệm cũng như trong thực tế sản xuất, người ta nhận thấy rằng lượng sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình lên men phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: nhiệt độ,

pH, mức độ sục khí cũng như chủng giống nấm men và cả nguồn nguyên liệu

2.4.4 Sự tạo thành aldehyde

Aldehyde được tạo thành do phản ứng oxy hóa nhóm cacbonyl của ceto acid trong quá trình tạo thành rượu cao phân tử, có nhiều loại aldehyde tạo ra trong quá trình lên men rượu từ formaldehyde đến hexanal, có thể cả isoaldehyde Acetaldehyde là phổ biến hơn cả, được sinh ra trong quá trình lên men và mất đi ngay sau đó [6]

2.5 Vi sinh vật tạp nhiễm trong quá trình lên men rƣợu

Các vi sinh vật tạp nhiễm trong quá trình lên men rượu gồm:

Botryobasidium subcoronatum, Xeromyces bisporus, Burkholderia ubonensis, Ralstonia solanacearum và Pelomonas puraquae chủ yếu tạp nhiễm từ thực vật và môi

trường như nguồn nước, không khí, đất… trong quá trình chế biến, lưu trữ bánh men hoặc nguyên liệu nếp than Các vi sinh vật này có không có vai trò gì trong quá trình lên men hoặc vai trò chưa được báo cáo

Trong nguyên liệu nếp than, quá trình bảo quản không tốt có thể bị nhiễm

Aspergillus, Penicilium gây mốc, hư hỏng, giảm chất lượng nguyên liệu và gây độc Trong quá trình lên men có thể bị nhiễm Clostridium acetobutylicum lên men

trong môi trường acid cho ra các sản phẩm như aceton, butanol, etanol, CO2 và H2O

giảm hiệu suất quá trình lên men Propionibacterium, phát triển ở pH = 4,5-5, kỵ khí

tùy tiện, nhiệt độ 30-35oC,nhiễm vào sẽ phân hủy đường, axit lactic, muối lactat tới axit propionic, CO2 và H2O

Các vi khuẩn có lợi ở giai đoạn đầu nhưng sự phát triển dư thừa gây hỏng sản

phẩm lên men: vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic Vi khuẩn lactic: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Pediococcus pentosaceus, Weissella confusa, hoạt động lên men lactic Vi khuẩn acetic: Acetobacter orientalis, Acetobacter

15

pasteurianus, Acetobacter orleanens lên men acetic, có khả năng chuyển rượu thành

acid acetic khi có mặt O2 [16]

2.6 Nguyên liệu trong sản xuất rƣợu truyền thống

Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là glucid lên men được, gồm tinh bột và một số đường Glucid trong tự nhiên được chia làm ba nhóm chính là monosaccharide, oligosaccharide và polysaccharide Monosaccharide là những glucid đơn giản không thể thủy phân được, trong đó lại chia ra: monosaccharide trioza, tetroza, pentoza, hexoza và heptoza Người ta còn căn cứ vào glucid chứa nhóm –CHO gọi là aldoza hay nhóm -CO- gọi là xetoza

Trong thiên nhiên phổ biến nhất là hexoza và pentoza Hexoza là glucid lên men được, dưới tác dụng của nấm men đa số hexoza sẽ biến thành rượu và CO2 Pentoza thuộc glucid không lên men được, gồm arabinoza, riboza và kxiloza,… không có khả năng chuyển hóa thành rượu và CO2 dưới tác dụng của nấm men

Oligosaccharide là những glucid chứa từ hai đến mười gốc monosaccharide Trong thiên nhiên phổ biến nhất là oligo chứa 2 hoặc 3 gốc mono và còn gọi là di- hay trisaccharide Đại diện cho disaccharide là maltoza và saccharose (C12H22O11), đại diện cho trisaccharide là rafinoza (C18H32O16) Maltoza và saccharose dễ dàng chuyển hóa thành rượu và CO2 dưới tác dụng của hệ enzyme amylase của nấm men Rafibonoza không có nhóm aldehyt hoặc xeton tự do nên không có khả năng khử Dưới tác dụng của acid, rafibonoza sẽ bị thủy phân thành ba đường đơn giản và đều có thể lên men được Nhưng dưới tác dụng của nấm men thì chỉ có fructose được giải phóng, còn melibioza xem như tổn thất Vì trong hệ zymaza của đa số nấm men không chứa enzyme melibiose, còn gọi là enzyme α-galactosidase Trên cơ sở đó, người ta nói đường rafibonoza chỉ len men được một phần ba, đường này có chứa trong mật rỉ Polysaccharide là những glucid chứa từ mười gốc mono trở lên và được gọi là glucid có phân tử lớn Polysaccharide lại được phân chia thành hai loại gồm: gomopolysaccharide cấu tạo từ nhiều gốc của một loại mono Ví dụ tinh bột, glucogen hay cellulose chỉ cấu tạo từ nhiều gốc glucose – còn gọi là hexozan Polysaccharide chỉ cấu tạo từ các gốc đường 5C cùng loại cũng thuộc gomopolysaccharide còn gọi là pentozan Ghete polysaccharide được cấu tạo từ hai hoặc nhiều loại mono khác nhau

Ví dụ hemicellulose – trong thành phần của glucid này có đường 6C lẫn đường 5C Nguyên liệu trong sản xuất rượu truyền thống theo phương pháp thủ công ở nước ta chủ yếu là gạo tẻ, gạo nếp, gạo nếp than, ngô, sắn, ít khi dùng khoai tây, khoai lang vào sản xuất rượu Trong các nguyên liệu kể trên, gạo nếp (nếp cái hoa vàng, nàng hương, nếp than) là loại nguyên liệu cho sản phẩm rượu ngon nhất [1, 2]

16

2.6.1 Gạo, gạo nếp

2.6.1.1 Cấu tạo hạt thóc [7, 8]

Thóc thuộc loại hạt ngũ cốc Cấu tạo gồm vỏ, aleuron, nội nhũ và phôi

Bảng 2.1 Tỷ lệ thành phần cấu tạo của lúa nếp, ngô và lúa mì [7]

- Vỏ trấu: có tác dụng bảo vệ hạt thóc, chống lại các ảnh hưởng xấu của điều

kiện môi trường (nhiệt, ẩm) và sự phá hủy của sinh vật có hại (côn trùng, nấm mốc) Trên mặt vỏ trấu có các đường gân và có nhiều lông ráp xù xì Tùy theo giống lúa mà vỏ thóc có độ dày và chiếm tỷ lệ khác nhau so với toàn hạt thóc Độ dày của vỏ trấu thường là 0,12-0,15mm và thường chiếm 18-20% so với khối lượng toàn hạt thóc

17

Hình 2.2 Vỏ trấu hạt thóc [7]

- Vỏ quả: gồm các lớp tế bào biểu bì, vỏ quả ngoài, vỏ quả giữa và vỏ quả

trong: biểu bì ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ Lớp vỏ quả ngoài gồm 2-3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt Lớp vỏ quả giữa là các tế bào dài hướng ngang hạt Đối với hạt đã chín thì lớp tế bào giữa trống rỗng, còn ở hạt xanh thì lớp tế bào này chứa các hạt diệp lục tố nên hạt có màu xanh Lớp vỏ quả trong là các tế bào hình ống hướng dọc hạt Vỏ quả thường liên kết không bền với vỏ hạt Trong thành phần vỏ quả thường chứa cellulose, pentosan, pectin và khoáng Trong cùng một hạt, chiều dày lớp tế bào vỏ quả không giống nhau, ở gần phôi, lớp vỏ quả là mỏng nhất

- Vỏ hạt: là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ, có màu trắng đục hay vỏ cua Gồm

hai lớp tế bào: lớp ngoài chứa tế bào hình chữ nhật nhỏ, sít có chứa các sắc tố thuộc nhóm flavon Lớp bên trong có các tế bào hình dạng không đều, xốp, dễ dàng cho ẩm đi qua Tùy theo giống lúa và độ chín của thóc mà lớp vỏ hạt này dày hay mỏng Trung bình lớp vỏ hạt chiếm 1-2,5% khối lượng hạt gạo

Lớp aleuron có cấu tạo chủ yếu là protid (35-45%), lipid (8-9%), vitamine và tro (11-14%), đường (6-8%), cellulose (7-10%), pentozane (15-17%)

Khi xay xát lớp vỏ hạt (chủ yếu là aleuron) bị vụn nát ra thành cám Nếu cám còn sót lại nhiều trong gạo, trong quá trình bảo quản dễ bị oxy hóa làm cho gạo

bị chua (độ acid cao) và ôi khét (do lipid bị oxy hóa)

18

Hình 2.3 Mặt cắt ngang lớp aleuron của hạt thóc [7]

Nội nhũ là thành phần chính trong hạt thóc Trong nội nhũ chủ yếu là glucid, chiếm tới 90%, trong khi đó trong toàn hạt gạo glucid chỉ chiếm khoảng 75% Nội nhũ được chia thành hai vùng: vùng lớp gần vỏ hạt gọi là lớp subaleurone và vùng nội nhũ tâm hạt Tùy theo giống và điều kiện canh tác mà nội nhũ có thể trắng trong hay trắng đục Các giống lúa hạt dài thường trắng trong, còn các giống lúa hạt ngắn (bầu) nội nhũ thường trắng đục Các giống thóc mà nội nhũ trắng đục thường có một vệt trắng ở giữa hạt hay phía bên hạt gọi là bạc bụng, khi xay xát dễ bị nát và khi nấu thì lâu chín, phẩm chất cơm không ngon bằng gạo có nội nhũ trắng trong

Phôi nằm ở góc dưới nội nhũ, thuộc loại đơn tử diệp (chỉ có một diệp tử áp vào nội nhũ), đây là bộ phận có nhiệm vụ biến các chất dự trữ trong nội nhũ thành chất dinh dưỡng nuôi mộng khi hạt thóc nảy mầm Phôi chứa nhiều protein, lipid, vitamine (vitamine B1 trong phôi chiếm tới 66% lượng vitamine B1 của toàn hạt thóc) Tùy theo giống và điều kiện canh tác mà phôi to, nhỏ khác nhau (chiếm 2,3-3% khối lượng toàn hạt) Phôi có cấu tạo xốp, nhiều dinh dưỡng, hoạt động sinh lý mạnh, trong quá trình bảo quản dễ bị côn trùng và vi sinh vật tấn công, gây hại, khi xay xát phôi thường vỡ vụn và thành cám

2.6.1.2 Thành phần hóa học [7, 8]

Thành phần hạt thóc nói chung bao gồm glucid, protein, cellulose, lipid, vitamine, khoáng vô cơ, các enzyme và nước Sự phân bố các chất dinh dưỡng trong các phần của hạt không giống nhau Các thành phần hóa học này thay đổi theo giống, chế độ canh tác, trồng trọt,… Trong các thành phần này thì glucid

19

(tinh bột) là thành phần chủ yếu, chiếm đến 90% lượng chất khô của hạt gạo xát Tinh bột tồn tại dưới hai dạng là amylose và amylopectin, có tỷ lệ thay đổi tùy thuộc vào giống lúa Tinh bột quyết định giá trị cảm quan của gạo Hàm lượng amylose quyết định giá trị cảm quan của cơm Nếu thành phần tinh bột trong gạo

có 10-18% amylose thì cơm được xem là mềm, dẻo; từ 25-30% thì cơm được xem là cứng Các loại gạo Việt Nam có hàm lượng amylose thay đổi từ 18-45% amylose Gạo nếp có thành phần tinh bột chủ yếu là amylopectin (xấp xỉ 100%), cơm rất dẻo và ít nở

Bảng 2.2 Hàm lượng amylose của một số giống lúa Việt Nam [7]

21

Tinh bột là thành phần quan trọng nhất trong gạo để sản xuất ethanol Hàm lượng tinh bột trong gạo càng cao thì hiệu suất thu hồi sản phẩm sẽ cao Tinh bột gạo gồm có amylose (15 - 35%) và amylose pectin (65 – 85%) Trong nội nhũ, tinh bột ở dạng hạt với kích thước trung bình 3 - 8μm Các hạt tinh bột gạo có cấu trúc rất chặt chẽ Đây là lý do khiến cho nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo (61 – 78oC) cao hơn so với các loại tinh bộ khác

Thành phần protein trong hạt gạo gồm có: albumin 5%, globulin 10%, prolamin (oryzin) 5%, và glutelin (oryzenin) 80% Phần lớn các protein này không hòa tan được vào môi trường lên men

Lúa nếp chỉ có từ 0 – 10% amylose (thường hàm lượng amylose dưới 2%) Protein trong gạo nếp có 4 loại: albumine, globuline, prolamine và glutelin Trong đó chủ yếu là glutelin, chiếm 75 – 85% Thành phần hóa học trong gạo nếp được cho trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Hàm lượng khoáng chất có trong gạo nếp [10]

Thành phần hóa học của một số loại hạt ngũ cốc khác được trình bày trong bảng 2.6

23

Bảng 2.6 Thành phần hóa học trung bình của một số hạt [11]

24

2.6.2 Bánh men thuốc bắc

Bánh men thuốc bắc là một loại men rượu được sản xuất thủ công Nguyên liệu

chính để sản xuất men thuốc bắc là: bột gạo, men giống, các vị thuốc bắc Bánh men thuốc bắc có chứa nhiều giống vi sinh vật thuộc vi khuẩn, nấm men và nấm mốc (nấm sợi) [1]

Hình 2.4 Bánh men thuốc bắc [23]

2.6.2.1 Cách làm bánh men

Gạo tẻ dùng loại gạo xay hoặc xát dối (chưa kỹ), ngâm nước khoảng 1 – 2 giờ Lấy gạo ra, để ráo nước, đem nghiền hoặc giã nhỏ rồi trộn với men giống theo tỷ

lệ 2 – 5 bánh men giống giã nhỏ trộn với bột gạo ẩm Sau đó nặn thành bánh tròn

có đường kính khoảng 3 – 5cm Bột gạo khi nặn bánh men có độ ẩm sao cho khi định hình bánh men không bị chảy nước hoặc không bị tơi bột và khi thành bánh được xoắn phần trên đỉnh thành dạng củ hành được là vừa đủ Chú ý: khi làm bánh men dùng gạo xay có nhiều cám, trong đó có chứa nhiều vitamine và chất khoáng, những chất này rất cần cho sinh trưởng và phát triển của nấm mốc và nấm men Bột gạo nhào trộn với bột men giống cần có độ ẩm khoảng 50 – 55%, nếu ẩm quá sự thoáng khí trong bánh men kém, nấm men và nấm mốc phát triển kém và vi khuẩn kỵ khí phát triển mạnh, trước hết là vi khuẩn lactic Trường hợp không đủ độ ẩm các hạt bột rời rạc không định hình được bánh men

Đặt bánh men lên một lớp trấu mới (đã rửa sạch, phôi khô kỹ) trải trên nong, mành hoặc có thể trên nền nhà sạch Đậy các bánh men bằng nong hoặc phủ trên mặt các bánh men bằng rơm sạch, để như vậy khoảng 2 – 3 ngày khi thấy bánh men phồng nở đều và xung quanh thấy các bào tử mốc có các chấm đen, vàng nhạt thì đêm bánh men ra phơi chỗ thoáng, có thể dưới ánh sáng mặt trời Nhiệt

độ khi ủ bánh men và phơi khô không nên để nóng quá (khoảng 30 – 35oC là tốt) Gói các bánh men đã tương đối khô vào gác bếp để hàng ngày được xông khói và làm khô thêm Sau khoảng 1 tháng thì đem dùng dần cho sản xuất rượu

25

Cách làm bánh men như trên ta nhận được bánh men bình thường, dễ bị tạp nhiễm các vi khuẩn không mong muốn khi ta sản xuất rượu làm ảnh hưởng xấu tới hiệu suất và chất lượng sản phẩm, đặc biệt là mùi vị kém Vì vậy trong dân gian thường làm bánh men có trộn thêm thuốc bắc hoặc các lá cây thu được các loại men thuốc bắc và men lá Các loại men này đã được dùng lâu đời và đã tạo

ra các loại rượu truyền thống nổi tiếng [1, 2]

Men thuốc bắc

Được trộn các vị thuốc bắc hoặc thuốc nam với bột gạo Bột gạo nghiền nhỏ, bột thuốc bắc nghiền nhỏ cùng bột bánh men, trộn đều Tỷ lệ thuốc bắc với bột gạo có thể là 1:10 (nếu lượng rượu thành phẩm quá nồng ta sẽ rút tỷ lệ thuốc bắc, hoặc ngược lại sẽ tăng thêm) Tỷ lệ bột men và nước như phần trên

Vai trò thuốc bắc ở đây là có tính kháng khuẩn chống các tạp khuẩn, tạo cho rượu thành phẩm có mùi vị riêng biệt và có thể là cung cấp thêm chất dinh dưỡng, cũng như làm chất kích thích sinh trưởng cho nấm men, nấm mốc

Người ta có thể dùng các bài thuốc bắc đầy đủ tới 24 vị, thường là 8 – 10 vị,

có khi dùng ít hơn Qua kinh nghiệm, càng nhiều vị thuốc bắc và nấu rượu bằng gạo nếp cho sản phẩm thơm ngon và hiệu suất thu được cao hơn

Sau đây sẽ giới thiệu một vài bài thuốc dùng trong sản phẩm bánh men (còn

có nhiều bài thuốc khác nữa, nhưng 6 – 8 vị cơ bản đầu gần giống nhau)

- Bài 10 vị Bắc:

Dùng các lá có sẵn ở miền núi thay cho các vị thuốc bắc Các lá thường dùng

là lá rừng có nhiều tinh dầu có mùi thơm Tùy mỗi địa phương có những bài lá khác nhau Mùi vị rượu thành phẩm phụ thuộc rất nhiều vào các loại lá, vào số lượng dùng trong bánh men

Tây Nghệ An dùng các loại lá: lá mít (bơ mị), lá mía (bơ òi), lá nhân trần (bơ

há nan), lá quế (bơ quẻ), không có lá quế thì dùng vỏ quế (pước quẻ) Các loại lá đem giã nhỏ rắc đều với bột gạo và làm bánh men cũng tương tự như trên

Men lá và men rượu cần ở Tây Nguyên cũng có đôi chút khác biệt Men lá ở Tây Nguyên chỉ dùng một thứ lá, có loại hai thứ lá và có loại ba thứ lá Men rượu cần của người K’Ho Tây Nguyên dùng men lá và quy trình làm men hai lá được trình bày trong hình 2.1 [1]

27

Hình 2.5 Sơ đồ khối quy trình sản xuất bánh men lá [1]

Nấu lấy nước

Nấu zút

Xác zút

me-kà-Hỗn hợp

Trộn đều

Tạo viên, bánh Bánh men

Ủ 2-3 ngày

Phơi nắng

3-5 ngày

Bánh men thành phẩm

28

2.6.2.2 Hệ vi sinh vật trong bánh men

Giống vi sinh vật dùng để làm bánh men là nấm men, nấm mốc có sẵn ở các bánh men cũ Vì vậy, men bánh có tính địa phương và không thuần khiết, nhưng nói chung hệ vi sinh vật ở đây thường là:

- Nấm mốc gồm có Aspergillus oryzae, A flavus, A awamorii, A usami, A niger (giống Aspergillus chiếm phần lớn), Mucor (M circinilloides), Rhizopus, Penicillium và Amylomyces rouxii, Nấm mốc sinh enzyme amylase đường hóa

- Trong bánh men ta còn thấy có loài men giả là Endomycopsis fibuliger

Giống Endomycopsis tương tự như nấm men nhưng có thể mọc sợi, có khả năng

sinh glucoamylase và thủy phân tinh bột thành glucose Vì vậy, trong nghề làm

rượu người ta rất muốn giống này để cùng Aspergillus, Mucor và Rhizopus

đường hóa tinh bột

- Vi khuẩn: thường thấy có mặt vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic, Ở giai đoạn

đầu, chúng có lợi do pH chúng tạo ra sẽ thích hợp cho nấm men và nấm sợi phát triển Sau đó chúng gây hại vì pH xuống quá thấp ảnh hưởng xấu cho quá trình lên men, vi khuẩn acetic oxy hóa rượu thành acid acetic nếu có mặt oxy Nói chung, vi khuẩn có mặt ở đây đều là vi khuẩn tạp nhiễm, ta không mong muốn Việc phân ra rõ ràng các giai đoạn phát triển của vi khuẩn, nấm mốc và nấm men là rất khó khăn Vì việc phát triển của các vi sinh vật này trong khối lên men

là đồng thời nhưng không cùng một mức độ Sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn, nấm men đòi hỏi trong môi trường phải chứa một lượng oxy nhất định

Các giống nấm mốc Aspergillus, Mucor, Rhizopus đóng vai trò sinh ra enzyme

amylase để đường hóa tinh bột Khi đường hóa hệ enzyme trong nấm mốc thường ít α – amylase và nhiều β – amylase, vì vậy đường tạo thành chủ yếu là maltose và các dextrin cuối (cũng có thể lên men được)

Một số chủng mốc thuộc loài Aspergillus awamorii, A usami sinh ra nhiều

glucoamylase, khi đường hóa cho sản phẩm là glucose Hai loài này sinh bào tử

có màu đen nhìn thấy bằng mắt thường như các đầu kim nhỏ Về hình thức A usami và A awamorii khá giống nhau, chúng thường có mặt trong bánh men Aspergillus oryzae và A flavus cũng rất giống nhau, sinh bào tử khi già có

màu vàng lục (vàng hoa cau), vì vậy chúng được gọi là mốc vàng hoa cau Chúng

có khả năng sinh enzyme amylase và protease Trong nghề làm tương, làm xì dầu

và làm rượu rất hay gặp các mốc vàng

29

Aspergillus niger, bào tử tương đối lớn và rất đen, được gọi là mốc đen có khả

năng sinh ra nhiều enzyme amylase, nhưng đồng thời có thể tạo ra acid citric từ dịch đường Vì vậy, người ta cũng không mong muốn sự có mặt mốc này trong bánh men, nhưng đây là một điều khó khăn, vì mốc này rất phổ biến trong tự nhiên Trong sản xuất rượu nếp than, có tác giả khuyến nghị cần phải loại trừ sự

có mặt của Aspergillus niger trong bánh men, vì nó sinh ra acid làm oxy hóa chất

màu anthoxyanin của nếp than, gây ảnh hưởng xấu đến màu của rượu thành phẩm

Mucor và Rhizopus có hình dạng rất giống nhau, chỉ khác nhau phần hệ sợi cơ chất Trong nghề làm rượu rất hay gặp hai giống này, đặc biệt là Mucor rouxii,

M mucedo, M japanicus Ở ta hay gặp M rouxii (phát triển tốt trên môi trường

Czapek và trên gạo)

Một số chủng Mucor có khả năng sinh tổng hợp hai hệ enzyme diastase

(amylase) đường hóa tinh bột và zymase lên men rượu từ đường Vì vậy, chúng

có thể lên men trực tiếp từ tinh bột thành rượu Mucor rouxii sinh ra nhiều rượu

hơn một số loài khác và được dùng nhiều trong men rượu

Hơn nữa, khi có mặt Rhizopus và Mucor lên men rượu có mùi thơm rất dễ

chịu Cơ chế sinh mùi thơm ở đây của hai mốc này như thế nào hiện đến này còn chưa rõ

Penicillium là mốc sinh bào tử có màu xanh thường gọi là mốc xanh Tuy nó

có khả năng sinh ra hệ enzyme đường hóa mạnh, nhưng nó thường cho mùi vị rất khó chịu như nhiều mốc khác, những nấm mốc sinh mùi đặc trưng thường không được hoan nghênh trong nghề chế biến thực phẩm

Giống Endomycopsis được gọi là giả nấm men Khi trưởng thành có hệ sợi giả

cùng với bào tử đính nhiều chồi, bào tử phấn hoặc tế bào phân đôi bằng vách

ngăn hoặc nảy chồi ở nhiều phía Endomycopsis có khả năng sinh nhiều

glucoamylase và đặc biệt trong hệ enzyme do giống này sinh ra ưu việt hơn nấm mốc là có ít enzyme transglucosidase, khi có mặt enzyme này một phần glucose chuyển thành acid gluconic Hơn nữa, enzyme lấy từ chế phẩm nuôi

Endomycopsis không có mùi mốc làm cho hương vị của rượu thành phẩm thơm

ngon

Nấm men có trong bánh men rượu chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae,

chúng có khả năng lên men rất nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, galactose Chúng có khả năng lên men được ở nhiệt độ cao (khoảng từ 36 – 40oC), có khả năng 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 thuận lợi cho lên men khi cần phải sử dụng chất sát trùng Quan trọng hơn 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

30

12 – 14%, có khi 16 – 18% Nồng độ rượu trong dịch lên men là 10 – 12%, nhiệt

độ lên men thích hợp là 28 – 32o

C [1, 9]

2.7 Một số quy trình sản xuất rƣợu truyền thống ở Việt Nam

Ở nước ta, nhiều địa phương sản xuất rượu thủ công từ xa xưa và có một số vùng cho rượu đặc sản nổi tiếng như rượu Vân Hà – Đại Lâm thường gọi là rượu Làng Vân (Hà Bắc), rượu Bầu Đá (Bình Định), rượu ngô Bắc Hà (Lào Cai), rượu Gò Đen (Long An), rượu đế Nam Bộ, rượu cần Tây Nguyên, Tây Bắc, đặc biệt là rượu nếp than có cả

ở miền Nam và miền Bắc Các loại rượu này cho chất mùi vị thơm ngon làm cho người tiêu dùng nhớ mãi

Về cơ sở khoa học, sản xuất rượu công nghiệp và rượu thủ công là không khác nhau, nhưng về quá trình công nghệ, men giống và chất lượng thành phẩm là khác nhau

- Sản xuất công nghiệp có hai công đoạn, đường hóa và rượu hóa tách rời nhau, kế tiếp lẫn nhau cũng có thể xen kẽ với nhau Sản xuất rượu thủ công hai khâu này không tách biệt nhau và chúng ta tưởng như là xảy ra đồng thời Thực ra sản xuất thủ công, khâu đường hóa cũng xảy ra trước biến đổi bột thành đường Số đường tạo ra ban đầu được nấm men sử dụng trước tiên phục vụ cho sinh trưởng tăng sinh khối sau đó mới bắt đầu tích tụ trong dịch lên men Dịch lên men rượu thủ công xảy ra hai quá trình đường hóa và rượu hóa gần như đồng thời, nhưng vẫn theo quy luật là sinh trưởng của nấm men đến mật độ nào đó thì dừng lại và các tế bào nấm men vẫn sản sinh ra rượu Điểm cực đại sinh trưởng bao giờ cũng xảy ra trước điểm cực đại sinh sinh ra rượu của nấm men

- Men giống lên men công nghiệp là các giống thuần chủng Saccharomyces serevisiae

Men giống sản xuất rượu thủ công được bảo quản trong một bánh men khô cùng với các giống nấm nấm mốc và giả nấm men Vì vậy, khi rắc men vào cơm hoặc xôi từ các nguồn tinh bột (gạo, sắn, ngô) thì trước tiên nấm mốc phát triển sinh ra các enzyme đường hóa (amylase) chuyển hóa tinh bột thành đường maltosa, glucose, dextrin, Nấm men đồng hóa các glucid này để phát triển và lên men rượu Các loại bánh men chủ yếu là bột gạo, được bổ sung các vị thuốc bắc, thuốc nam hoặc các loại lá của thực vật (thường là thảo dược) Vì vậy bánh men được gọi là men thuốc bắc hoặc men lá Sản xuất rượu thủ công gồm hai dạng: dạng chưng cất gọi là rượu trắng, loại không chưng cất như rượu nếp, rượu nếp than, rượu cần

Nguyên liệu tinh bột gồm các loại hạt gạo nếp, gạo tẻ, ngô mảnh, sắn lát, được ngâm nước, không vo, lấy ra để cho ráo nước đêm đồ hoặc nấu chín Ở nước ta không dùng khoai tây, khoai lang để nấu rượu Sắn dùng cho nấu rượu là sắn lát (miếng hoặc sắn dập thành mảnh hay cạo thành sợi, ít dùng sắn bột trong nấu rượu truyền thống) Chú ý là gạo xát dối còn nhiều cám hoặc các loại gạo cũ, ít nhựa đem làm rượu thường thu được hiệu suất cao và dễ làm