Tài liệu ảnh hưởng của loại nguyên liệu và phụ gia bổ sung đến chất lượng rượu nếp than

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
 TRƯƠNG VĨNH HÙNG ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA BỔ SUNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG RƯỢU NẾP THAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Giáo viên hướng dẫn Th.s NHAN MINH TRÍ Cần Thơ – 6/2008 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Luận văn đính kèm theo đây với tên đề tài “Ảnh hưởng của loại nguyên liệu và phụ gia bổ sung đến chất lượng rượu nếp than” do Trương Vĩnh Hùng thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua. Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện Cần Thơ, ngày tháng năm 2008 Chủ tịch hội đồng Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 2 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm tạ Th.S Nhan Minh Trí là giảng viên của Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng – Trường Đại Học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để giúp em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt ngiệp này. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô của Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm nói riêng và Trường Đại Học Cần Thơ nói chung đã truyền đạt những kiến thức quý báu giúp cho em ra trường và bước vào đời một cách tự tin để có thể làm việc và phấn đấu đạt kết quả tốt sau này. Chân thành cảm ơn tập thể cán bộ phòng thí nghiệm Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm. Cảm ơn tập thể lớp Công Nghệ Thực Phẩm K29 đã giúp đỡ và cùng trao đổi những kiến thức cũng như kinh nghiệm trong suốt thời gian qua. Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2008 Sinh viên thực hiện Trương Vĩnh Hùng Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 3 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 TÓM LƯỢC Đề tài nghiên cứu với mục đích cải thiện chất lượng rượu nếp than so với những phương pháp lên men trước đây. Trên cơ sở tham khảo các tài liệu và các thí nghiệm thăm dò, đề tài đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn nếp thơm vào nếp than đến chất lượng rượu nếp than. Bột nếp thơm nguyên liệu được phối trộn với bột nếp than theo các tỉ lệ 20%, 25% và 30% rồi đem đi đường hóa, sau đó tiến hành lên men với nấm men bánh mì saccharomyces vàng. Trong quá trình lên men tiến hành theo dõi sự biến đổi về hàm lượng đường khử, độ Bx, pH, độ cồn sinh ra và mật số tế bào nấm men của từng mẫu. Rượu thành phẩm được phối trộn phụ gia (acid ascorbic, chất nhũ hóa) với các tỉ lệ 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% rồi đem bảo quản. Sau thời gian bảo quản tiến hành đo độ hấp thụ và đánh giá cảm quan về các chỉ tiêu màu, mùi, vị và trạng thái. Các số liệu được thống kê bằng chương trình STATGRAPHICS Plus 4.0 để so sánh, đánh giá và chọn kết quả. Kết quả thống kê cho thấy: Giữa các mẫu phối trộn nếp thơm vào nếp than thì không có sự khác biệt về mùi vị và trạng thái do thành phần của nếp thơm cũng gần giống với nếp than, cho nên sau khi đường hóa xong thì hàm lượng đường khử và độ Bx gần giống nhau giữa các mẫu. Chính vì vậy mà kết quả lên men không có sự khác biệt về độ rượu, nhưng màu sắc giữa các mẫu thì có sự khác biệt. Tuy nhiên khi phối trộn nếp thơm vào nếp than thì có thể giảm được chi phí nguyên liệu do giá trị kinh tế của nếp thơm thấp hơn nếp than. Các giá trị cảm quan khác giữa các mẫu không có sự khác biệt nhiều khi bổ sung chất phụ gia (acid ascorbic và chất nhũ hóa). Điều này có thể do thời gian bảo quản không đủ dài để thấy được sự oxi hóa chất màu anthocyanin. Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 4 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 MỤC LỤC Lời cảm tạ ....................................................................................................................... i Tóm lược ........................................................................................................................ ii Mục lục ......................................................................................................................... iii Danh sách bảng .............................................................................................................. v Danh sách hình .............................................................................................................. vi Chương I Đặt vấn đề .................................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1 Chương II Lược khảo tài liệu .................................................................................... 2 2.1 Gạo nếp than (Red Sticky Rice) .......................................................................... 2 2.2 Enzyme amylase ................................................................................................. 4 2.2.1 α-amylase (EC 3.2.1.1) ............................................................................. 4 2.2.2 γ-amylase (EC 3.2.1.3 ) ............................................................................ 6 2.3 Nấm men trong lên men rượu............................................................................. 7 2.3.1 Cấu tạo ...................................................................................................... 7 2.3.2 Sinh sản của nấm men .............................................................................. 7 2.3.3 Một số loại nấm men dùng trong sản xuất rượu ....................................... 8 2.3.4 Một số yêu cầu đối với nấm men rượu vang ............................................ 8 2.3.5 Ảnh hưởng của những yếu tố hóa lý lên hoạt động của nấm men vang ... 9 2.4 Cồn tinh khiết ..................................................................................................... 9 2.5 Nước dùng trong sản xuất rượu nếp than ......................................................... 10 2.6 Kỹ thuật lên men rượu nếp than ....................................................................... 10 2.6.1 Quá trình lên men rượu ............................................................................ 10 2.6.2 Quá trình sinh trưởng của nấm men ........................................................ 11 2.6.3 Cơ sở lý luận của quá trình lên men ........................................................ 12 2.6.4 Các quá trình chuyển hóa trong giai đoạn lên men ................................. 16 2.7 Quy trình sản xuất rượu vang nếp than ............................................................ 17 2.7.1 Quy trình sản xuất .................................................................................... 17 2.7.2 Thuyết minh quy trình ............................................................................. 19 2.8 Chất lượng và các dạng hư hỏng của rượu nếp than ........................................ 20 Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 5 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 2.8.1 Chất lượng rượu nếp than ........................................................................ 20 2.8.2 Các dạng hư hỏng của rượu nếp than khi lên men .................................. 21 Chương III Phương tiện nghiên cứu ........................................................................ 22 3.1 Phương tiện nghiên cứu .................................................................................... 22 3.1.1 Nguyên liệu .............................................................................................. 22 3.1.2 Hóa chất ................................................................................................... 22 3.1.3 Trang thiết bị trong quá trình thí nghiệm................................................. 22 3.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 22 3.2.1 Thí nghiệm 1 ............................................................................................ 22 a Mục đích thí nghiệm ..................................................................................... 22 b Bố trí thí nghiệm ............................................................................................ 23 c Tiến hành thí nghiệm...................................................................................... 23 d Chỉ tiêu theo dõi ............................................................................................. 23 3.2.2 Thí nghiệm 2 ............................................................................................ 25 a Mục đích thí nghiệm ..................................................................................... 25 b Bố trí thí nghiệm ........................................................................................... 25 c Tiến hành thí nghiệm..................................................................................... 25 d Chỉ tiêu theo dõi ............................................................................................ 25 Chương IV Kết quả và thảo luận ............................................................................. 27 4.1 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn nếp thơm và nếp than đến % đường khử, pH, độ Bx, độ rượu và mật số tế bào nấm men .................................... 27 4.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phụ gia bổ sung đến chất lượng rượu vang nếp than ........................................................................................................................ 33 Chương V Kết luận và đề nghị ................................................................................. 35 5.1 Kết luận ............................................................................................................ 35 5.2 Đề nghị ............................................................................................................. 35 Tài liệu tham khảo........................................................................................................ 36 Phụ lục.......................................................................................................................... 37 Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 6 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của nếp than .................................................................... 4 Bảng 2: Độ bền nhiệt của α-amylase từ các nguồn khác nhau ...................................... 5 Bảng 3: Nhiệt độ và pH tối thích của enzyme amylase ................................................. 6 Bảng 4: Hàm lượng muối của nước sử dụng trong sản xuất rượu bia ......................... 10 Bảng 5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn nếp thơm và nếp than đến % đường khử, pH, độ Bx, % cồn sinh ra và mật số tế bào nấm men .......................... 31 Bảng 6: Kết quả đo mật độ quang rượu thành phẩm ở bốn tỷ lệ phối trộn nếp thơm vào nếp than ........................................................................................................................ 32 Bảng 7: Kết quả cảm quan về 4 chỉ tiêu màu, mùi, vị và trạng thái của các mẫu có tỉ lệ phối trộn giữa nếp thơm và nếp than khác nhau ...................................................... 32 Bảng 8: Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ phụ gia bổ sung đến màu sắc của rượu thành phẩm ............................................................................................................................. 33 Bảng 9: Kết quả cảm quan về 4 chỉ tiêu màu, mùi, vị và trạng thái của các mẫu có tỉ lệ phối trộn phụ gia khác nhau ..................................................................................... 33 Bảng 10: Đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm ........................................ 40 Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 7 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Nếp than ............................................................................................................ 2 Hình 2: Cấu tạo hạt nếp than.......................................................................................... 2 Hình 3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin .................................................. 3 Hình 4: Cơ chế tác dụng của α-amylase lên amylose .................................................... 5 Hình 5: Cơ chế tác dụng của amylase ............................................................................ 6 Hình 6: Nấm men Saccharomyces ................................................................................. 7 Hình 7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ lệ phối trộn nếp thơm và nếp than với độ Bx và % đường khử ..................................................................................................... 27 Hình 8: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ lệ phối trộn nếp thơm và nếp than với pH........................................................................................................................... 28 Hình 9: Đồ thị biểu diễn mối qua hệ giữa tỉ lệ phối trộn nếp thơm và nếp than với % cồn sinh ra trong quá trình lên men ......................................................................... 29 Hình 10: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ lệ phối trộn nếp thơm và nếp than với mật số tế bào nấm men trong quá trình lên men .......................................................... 30 Hình 11: Nếp than ........................................................................................................ 41 Hình 12: Bột nếp than .................................................................................................. 41 Hình 13: Bột nếp thơm................................................................................................. 42 Hình 14: Nấm men Saccharomyces ............................................................................. 42 Hình 15: Môi trường Sabouraud .................................................................................. 43 Hình 16: Máy nghiền búa............................................................................................. 43 Hình 17: Khuẩn lạc nấm men ...................................................................................... 44 Hình 18: Máy đo màu .................................................................................................. 45 Hình 19: Máy đo pH .................................................................................................... 45 Hình 20: Thanh trùng dịch nếp than ............................................................................ 46 Hình 21: Quá trình lọc rượu nếp than .......................................................................... 46 Hình 22: Thành phẩm rượu nếp than ........................................................................... 47 Hình 23: Rượu thành phẩm ở 4 tỷ lệ phối trộn ............................................................ 47 Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 8 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Đặt vấn đề Rượu là một trong những sản phẩm lên men thực phẩm đã được biết đến từ rất sớm. Trong các dịp liên hoan, cưới hỏi, tết,…uống rượu cổ truyền là một phần không thể thiếu, đó là nét văn hóa mang đậm bản sắc riêng của dân tộc ta. Ở Việt Nam, thức uống lên men truyền thống cũng rất đa dạng, từ rượu cần của các dân tộc miền núi Tây Nguyên, rượu làng Vân – Bắc Giang, rượu San Lùng – Lào Cai, rượu Xuân Thạnh – Trà Vinh, rượu Gò Đen – Tiền Giang, rượu nếp than của người Kinh,…Trong đó rượu nếp than là một loại rượu khá đặc biệt. Sản phẩm là kết quả của quá trình lên men không chưng cất nguyên liệu nếp than mà thành. Ngoài các rượu được sản xuất chuyên nghiệp với chất lượng cao thì đa số là rượu do dân làm ra, với trình độ công nghệ còn kém và thiết bị sản suất thô sơ nên sản phẩm có thể bị nhiễm vi sinh vật lạ và tạp chất nên rượu có chất lượng không cao về cảm quan và an toàn, có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người tiêu dùng. Vì nhiễm tạp khuẩn nên hiệu suất thu hồi thấp, hao phí nguyên liệu lớn vì ủ mốc nên tổn hao chất khô, vì thế hiệu quả sản xuất chưa cao. Mặt khác rượu nếp than sau khi được bảo quản một thời gian thì mùi vị và màu sắc của sản phẩm thường bị giảm có thể do nguyên nhân là bị oxy hóa. Do nếp than có giá thành cao và với hy vọng bổ sung nếp thơm sẽ sản xuất được rượu vừa có chất lượng tốt vừa có giá thành hợp lý. Cho nên mục đích của đề tài “ Ảnh hưởng của loại nguyên liệu và phụ gia bổ sung đến chất lượng rượu nếp than” nhằm giảm chi phí sản xuất và tăng khả năng giữ màu, mùi vị cho sản phẩm rượu nếp than. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài này gồm hai mục tiêu: - Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn giữa nếp than và nếp thơm đến hương vị rượu nếp than. - Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phụ gia sử dụng đến khả năng giữ màu sắc và mùi vị rượu thành phẩm. Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 9 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Gạo nếp than (Red Sticky Rice) Hình 1: Nếp than Gạo nếp than là một loại gạo đặc biệt được trồng nhiều ở vùng Nam Bộ. Tên khoa học là Oryza Sativa Tamaka. Gạo nếp than gồm bốn loại: - Nếp cẩm Đức Hòa - Nếp đen Khánh Vinh - Nếp than Long Đất - Lúa lứt nếp cẩm Các loại lúa này có năng suất không cao, chỉ đạt khoảng 2,8 – 3,3 tấn/ha. Dân vùng Đồng bằng Nam Bộ phân loại nếp than theo màu sắc hạt gạo. Theo cách này, nếp than được chia thành hai loại: - Nếp than đen tuyền - Nếp than hồng đỏ Vỏ trấu Cám Nội nhũ Phôi Hình 2: Cấu tạo hạt nếp than www.ricebranoil.infoimage Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 10 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Sắc tố anthocyanin của nếp than rất dễ tan trong nước vì thế sản phẩm cũng mang màu sắc đặc trưng của nguyên liệu. Anthocyanin là những glucozit do gốc đường glucose, glactose... kết hợp với gốc aglucon có màu (Anthocyanidin). Aglucon của chúng có cấu trúc cơ bản được mô tả trong hình 3. Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3, 5, 7; thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít. Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit. R1 B O+ OH 3 3 A 7 5 OH R2 OH OH Hình 3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1 và R2, thường là H, OH hoặc OCH3. Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực. Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường. Thông thường khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh. Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7 ÷ 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh. Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ. Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm. Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác chất màu từ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 11 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng. Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ... Tuy khác nhau về màu sắc nhưng các loại nếp than có thành phần hóa học không khác nhau nhiều: Bảng 1: Thành phần hóa học của nếp than Thành phần Hàm lượng (%) Nước 14 Protein 8,2 Lipid 1,5 Glucid 74,9 Acid hữu cơ 0,6 Tro 0,8 Nguồn: PGS.TS Nguyễn Thị Hiền - Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền 2.2 Enzyme amylase Enzyme amylase thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác sự phân giải các liên kết glucoside nội phân tử trong các polysaccharide với sự tham gia của nước. Enzyme amylase cũng như các enzyme khác đều có bản chất là protein được sinh vật tổng hợp nên và tham gia vào các phản ứng sinh hóa. 2.2.1 α-amylase (EC 3.2.1.1) α-amylase là một metaloenzyme, là những protid đơn giản có chứa nhóm amin tự do. α-amylase được hoạt hóa bởi ion đơn hóa trị nếu chúng có nguồn gốc động vật và vi sinh vật. Nếu chúng có nguồn gốc thực vật thì được hoạt hóa bởi ion hóa trị hai. α-amylase kém bền trong môi trường acid nhưng khá bền nhiệt. α-amylase chỉ có khả năng phân cắt liên kết α-1,4 glycoside ở bất kì vị trí nào trên mạch tinh bột đã được hồ hóa. Do đó được gọi là enzyme nội phân tử (endoenzyme). Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 12 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Dưới tác dụng của enzyme α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide, sau này các mạch này bị phân cắt dần và bị phân giải chậm đến maltose tetrose, maltose triose, maltose. Sau thời gian thủy phân amylase, sản phẩm bao gồm: 87% maltose và 13% glucose. Hình 4: Cơ chế tác dụng của α-amylase lên amylose Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì α-amylase không phân cắt được liên kết α-1,6 glycoside ở chỗ mạch nhánh phân tử amylopectin nên dù có tác động lâu thì sản phẩm cuối cùng cũng là 72% maltose, 19% glucose, các dextrin phân tử thấp và các izomaltose 8%. Bảng 2: Độ bền nhiệt của α-amylase từ các nguồn khác nhau 0 Hoạt tính của α-amylase, % so với hoạt tính ban đầu Nhiệt độ ( C ) Nấm sợi Malt Vi khuẩn 65 100 100 100 70 52 100 100 75 3 58 100 80 - 25 92 85 - 1 58 90 - - 52 95 - - 8 Nguồn: Nguyễn Đức Lượng. Công nghệ enzyme Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 13 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 2.2.2 γ-amylase (EC 3.2.1.3 ) γ-amylase là enzyme ngoại phân (exoenzyme), nó thủy phân polysaccharide từ đầu không khử để tạo ra glucose. γ-amylase có khả năng xúc tác thủy phân cả liên kết α-1,4 glucoside lẫn α-1,6 glucoside. Khi thủy phân, γ-amylase thủy phân liên kết α-1,4 glucoside trong polysaccharide, tách lần lượt từng gốc glucose từ đầu không khử. Ngoài thủy phân các liên kết α-1,4 glucoside và α-1,6 glucoside, γ-amylase còn có khả năng thủy phân liên kết α1,2 và α-1,3 glucoside. γ-amylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, amylopectin, dextrin, maltose,… đến glucose. Các cơ chất có cấu tạo phân nhánh bị γ-amylase tấn công với vận tốc khá lớn. Đa số γ-amylase có hoạt lực cao nhất ở vùng pH 3,5 - 5,5 và nhiệt độ 500C. Nó bền với tác dụng của acid hữu cơ hơn α-amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, aceton và không được bảo vệ bởi ion Ca2+. Cơ chế tác dụng của enzyme amylase được minh họa như sau: Hình 5: Cơ chế tác dụng của amylase Trong thực tế có nhiều nguồn để sản xuất amylase, nhưng tùy thuộc vào từng nguồn mà amylase có điều kiện nhiệt độ và pH tối thích khác nhau: Bảng 3: Nhiệt độ và pH tối thích của enzyme amylase Nguồn gốc Nhiệt độ tối thích (0C ) pH tối thích Malt 72 – 75 5,5 – 5,7 Nấm mốc 50 – 60 5,5 – 6,0 Vi khuẩn 60 – 70 6,0 – 7,0 Nguồn: Nguyễn Đức Lượng. Công nghệ enzyme Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 14 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 2.3 Nấm men trong lên men rượu Quá trình lên men được thực hiện nhờ loài Saccharomyces, loài này có tính kỵ khí không bắt buộc, chúng có khả năng hô hấp và lên men, khả năng lên men của các chủng là rất khác nhau. Hình 6: Nấm men Saccharomyces 2.3.1 Cấu tạo Nấm men có thể ở dạng hình cầu, hình bầu dục, hình trứng, hình quả chanh,….Kích thước của tế bào nấm men có thể thay đổi trong khoảng 1,2 – 5,3µm hay có khi dài hơn nữa. Tế bào nấm men gồm có vỏ, màng, tế bào chất, nhân, một hoặc hai không bào và những giọt mỡ, hạt glycogen và votulin. Trong tế bào chất chứa riboxom. Ở một số nấm men, vỏ tế bào có khả năng kết dính, vì vậy chúng có thể liên kết với nhau. Quá trình này gọi là sự kết lắng và có một ý nghĩa lớn trong nghề nấu bia và làm rượu vang, vì các tế bào kết dính lại với nhau, lắng xuống dưới làm cho dịch lên men trong, loại nấm men này gọi là nấm men chìm. Những nấm men không có khả năng kết lắng được gọi là nấm men nổi. 2.3.2 Sinh sản của nấm men Nấm men có thể sinh sản bằng bào tử. Bào tử khi ra ngoài gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành một tế bào nấm men mới. Nấm men sinh sản chủ yếu bằng hình thức nảy chồi. Tế bào nấm men mẹ nảy sinh ra thành một chồi nhỏ rồi lớn dần lên và tách ra. Ở một số nấm men, tế bào con không tách ra mà kết thành một chuỗi, đặc tính này có ở các nấm men tạo màng. Đối với giống Saccharomyces thì giống này sinh sản bằng hình thức nảy chồi, khi gặp điều kiện không thuận lợi thì sinh bào tử. Những loài quan trọng như: - Saccharomyces cerevisiae: dùng trong sản xuất rượu, men bánh mì,.. - Saccharomyces vini: dùng trong sản xuất rượu vang. - Saccharomyces carbergensis: trong sản xuất bia. Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 15 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Mỗi loài có khả năng lên men các loại đường khác nhau, tạo thành một số lượng lớn rượu khác nhau, điều kiện nảy chồi và sinh bào tử cũng khác nhau. Mỗi loài gồm nhiều chủng. 2.3.3 Một số loại nấm men dùng trong sản xuất rượu * Nấm men dùng trong sản xuất rượu từ tinh bột: - Saccharomyces cerevisiae Rasse II: sinh sản trong môi trường nước đường, loài này có nhiều hạt glycogen, không bào lớn, hình thành bào tử nội sinh ít và chậm, sinh bọt nhiều thích nghi ở nhiệt độ và acid thấp, có sức kháng cồn cao, không lên men được đường lactose, kích thước tế bào khoảng 5 - 7µm. - Saccharomyces cerevisiae Rase XII: có tốc độ phát triển nhanh, không bào nhỏ, ít sinh bọt, tế bào hình trứng hoặc hình tròn, kích thước khoảng 5 - 8µm, lên men được các đường glucose, fructose, galactose, saccharose, maltose và 1/3 đường raffinose, không lên men đường lactose, có thể lên men đến 13% rượu. Loại này thuộc nấm men nổi, phân bố đều trong dịch lên men, không tạo thành đám trắng. * Nấm men thường gặp trong sản xuất rượu vang: - Saccharomyces vini: có dạng hình oval, kích thước (3 – 8)x(5 – 12)µm. Sinh sản theo lối nảy chồi và tạo thành bào tử, sinh ra enzyme invertase có khả năng khử đường saccharose thành glucose và fructose. Chủng này lên men chỉ đạt được 8 – 10% rượu, Saccharomyces vini kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu. Tuy nhiên, ở giai đoạn cuối của quá trình lên men các tế bào Saccharomyces vini thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành rượu và chết rất nhanh. - Saccharomyces uvarum: loại này được tách từ nước nho, về hình thái nó cũng giống như những loài khác, loài này có thể lên men 12 – 130 rượu trong dịch nước nho. - Saccharomyces chevalieri: men này cũng được trích từ nước nho lên men tự nhiên, Saccharomyces chevalieri có thể lên men được 160 rượu. - Saccharomyces oviformis: được tách từ nước nho lên men tự nhiên, có khả năng chịu được đường, cồn cao, lên men kiệt đường và tạo được 180 rượu, về hình thái thì loài này giống như Saccharomyces vini. Điều khác nhau cơ bản của Saccharomyces oviformis và Saccharomyces vini là không lên men được đường galactose và men nổi trên bề mặt dịch lên men tạo thành màng. 2.3.4 Một số yêu cầu đối với nấm men rượu vang - Khả năng lên men cao. Những chủng này khi ở điều kiện tối ưu cần đạt được 18 – 20% ethanol. Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 16 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 - Chịu được nhiệt độ thấp. Những nấm men của nhóm này cần có khả năng lên men ở nhiệt độ 4 – 100C và tích lũy trong môi trường trong thời gian ngắn, thực tế phải đạt được 8 – 12% ethanol. - Những nấm men đã được sulphit hóa: gồm những chủng có thể bắt đầu và hoàn thành quá trình lên men ở pH rất thấp. - Bền vững với ethanol. - Không được tạo lớp màng chung quanh thành thùng. - Các nấm men heres sau khi lên men, nếu được tiếp xúc với không khí sẽ tạo được váng trên bề mặt của rượu. Khi phát triển trên bề mặt của rượu trong thời gian ngắn sẽ tạo được hương vị đặc trưng của rượu. - Bền vững với nồng độ đường cao. 2.3.5 Ảnh hưởng của những yếu tố hóa lý lên hoạt động của nấm men vang - Ảnh hưởng của oxy: trong điều kiện có nhiều O2 thì hoạt động sinh sản của nấm men mạnh mẽ hơn, vì vậy lượng sinh khối tăng lên nhanh và trở thành sản phẩm chủ yếu trong môi trường lên men. Ngược lại, trong điều kiện thiếu hoặc không có O2, nấm men sẽ chuyển từ hoạt động hô hấp sang lên men kỵ khí, khi đó sản phẩm chủ yếu trong môi trường lên men là ethanol. Tuy nhiên, hai kiểu hô hấp trên đều có mối quan hệ chung với nguồn đường có trong môi trường. - Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nấm men sẽ chết ở nhiệt độ 60 – 650C sau 5 phút. Nhiệt độ tối ưu cho nấm men vang là 25 – 280C. - Ảnh hưởng của ánh sáng: ánh sáng là yếu tố kìm hãm hoạt động của nấm men vang. Đặc biệt là tia cực tím trong ánh sáng sẽ giết chết tế bào nấm men. Vì vậy, quá trình lên men phụ thuộc thời tiết của từng mùa. - Ảnh hưởng của các acid hữu cơ: nấm men vang có thể bảo vệ được hoạt tính ở 10 – 20g/l acid tự do. Ngoài ra nấm men còn bị ảnh hưởng bởi nồng độ rượu và khí CO2. 2.4 Cồn tinh khiết Trong quá trình lên men gạo nếp than, lượng rượu tạo thành chỉ khoảng 7 - 10%. Nồng độ rượu này thấp, rất dễ bị oxy hóa để tạo ra CO2 và nước. Do đó, sau khi lên men xong phải cho thêm một lượng cồn nhất định vừa để nâng cao hàm lượng cồn trong rượu vừa tránh bị oxy hóa rượu bởi vi khuẩn acetic. Cồn được dùng để làm rượu là loại cồn thực phẩm có độ tinh khiết cao với các chỉ tiêu sau: - Trong suốt, không màu, không mùi lạ. Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 17 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 - pH = 6,5 – 7,0 - Hàm lượng cồn 96,5%V - Không có furfurol - Hàm lượng aldehyde 6 – 10mg/l - Hàm lượng este 30 – 35mg/l - Dầu fusel 30 – 60mg/l Nước: thường sử dụng nước sạch, đun sôi để nguội, trong suốt, không mùi vị lạ, có pH = 6,5 – 7,5. 2.5 Nước dùng trong sản xuất rượu nếp than Tiêu chuẩn của nước trong công nghệ sản suất rượu có yêu cầu chất lượng giống như nước dùng trong sinh hoạt, nghĩa là có độ cứng không quá 7 mg đương lượng/l, trong suốt, không màu, không mùi. Bảng 4: Hàm lượng muối của nước sử dụng trong sản xuất rượu bia Ion Hàm lượng (mg/l ) Ion Hàm lượng (mg/l ) Cl- 0,5 F 3 SO42- 80 Zn 3 As 0,05 Cu 5 Pb 0,1 Fe 0,3 NO3 40 Nguồn: Hoa (2004 ) 2.6 Kỹ thuật lên men rượu nếp than 2.6.1 Quá trình lên men rượu Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, tác nhân của quá trình lên men rượu trong sản xuất là các loại nấm men Saccharomyces. Thực chất của quá trình lên men rượu chính là quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học. Trong quá trình lên men rượu, nguyên liệu là tinh bột cần phải qua quá trình đường hóa bằng hệ enzyme amylase để chuyển tinh bột thành đường glucose, sau đó glucose tiếp tục lên men yếm khí để chuyển hóa thành rượu ethylic C2H5OH, khí CO2 đồng thời giải phóng năng lượng. Phương trình tổng quát về quá trình lên men rượu như sau: Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 18 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 674Kcal Ngoài sản phẩm chính là rượu ethylic, trong quá trình lên men còn tạo thành khí CO2, glycerin và một vài loại rượu bậc cao, các acid hữu cơ như: acid succinic,… và sinh khối nấm men tích tụ đồng thời với sự hình thành các sản phẩm. Do đó làm giảm chất lượng tinh khiết của rượu ethylic. Sản phẩm thu được sau quá trình lên men có tỷ lệ như sau: 44,4% rượu ethylic; 46,6% CO2; 3,3% glycerin; khoảng 0,6% acid succinic và 5,1% các sản phẩm khác. Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men, người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau. Tuy nhiên có hai hình thức lên men chính: lên men yếm khí và lên men hiếu khí. • Lên men hiếu khí: là sự thủy phân đường có mặt O2 như quá trình lên men acid acetic, citric,… • Lên men yếm khí: là sự thủy phân đường không có sự hiện diện của O2 như quá trình lên men lactic, lên men rượu, butylic,… Trong quá trình lên men người ta chia làm hai thời kỳ chính: • Thời kỳ phát triển sinh khối: giai đoạn này với sự có mặt của O2, tế bào nấm men phát triển sinh khối (gia tăng kích thước và số lượng). Thời kỳ lên men chuyển đường thành rượu và CO2: giai đoạn này nấm men hấp thu các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme có sẵn của mình để xúc tác sinh hóa trong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống, tạo thành rượu và CO2. • 2.6.2 Quá trình sinh trưởng của nấm men Trong dịch lên men tĩnh có thể chia ra làm 5 giai đoạn như sau:  Giai đoạn tiềm phát (1): giai đoạn này tế bào nấm men làm quen với môi trường, sinh khối chưa tăng nhiều.  Giai đoạn logarit (2): đây là giai đoạn phát triển rất nhanh, sinh khối tăng ào ạt, kèm theo sự thay đổi mạnh mẽ của dịch lên men. 3 4 2 5 1 Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 19 Đại Học Cần Thơ Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008  Giai đoạn chậm dần (3): tốc độ sinh trưởng của nấm men giảm dần, thành phần dịch lên men còn lại ít, các sản phẩm lên men được tích tụ nhiều.  Giai đoạn ổn định (4): số lượng tế bào nấm men không tăng nữa, tốc độ sinh sản bằng tốc độ chết.  Giai đoạn chết (5): tốc độ chết tăng nhanh, tốc độ sinh sản rất ít do đó số lượng tế bào nấm men giảm dần. 2.6.3 Cơ sở lý luận của quá trình lên men a. Cơ chế của quá trình lên men Để lên men rượu, người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất định. Tùy theo phương pháp lên men mà lượng nấm men cho vào khác nhau. Thông thường khi lên men, lượng tế bào nấm men phải đạt được > 100 triệu tế bào trong 1ml dịch lên men. Do diện tích bề mặt của tế bào nấm men rất lớn nên khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng rất mạnh. Đường lên men và các chất dinh dưỡng khác trong môi trường lên men, trước tiên được hấp thụ trên bề mặt của nấm men, sau đó khuếch tán qua màng vào bên trong tế bào nấm men, rượu và CO2 sẽ được hình thành. Rượu ethylic tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào nấm men. Rượu hòa tan vô hạn trong nước nên khuếch tán rất nhanh vào môi trường, CO2 cũng hòa tan vào trong môi trường nhưng sự hòa tan không lớn. Ở áp suất 800mmHg, nhiệt độ 25 – 300C, là 0,865 – 0,837 lít CO2/lít nước. Vì thế CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuếch tán vào môi trường và nhanh chóng đạt được trạng thái bão hòa. Khi bão hòa, CO2 bám vào xung quanh tế bào nấm men hình thành những bọt khí. Tế bào nấm men thường dính liền với nhau, bọt khí sinh ra ngày càng nhiều và lớn dần lên hình thành túi lớn, đến lúc nào đó có sự chênh lệch giữa khối lượng riêng của môi trường và tế bào nấm men sẽ nổi lên trên bề mặt. Khi đến bề mặt, do có sự thay đổi đột ngột sức căng bề mặt nên chúng bị vỡ ra làm cho khí CO2 bị phóng thích ra ngoài. Lúc này do khối lượng riêng của nấm men đủ lớn trở lại nên chúng sẽ chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên tế bào nấm men vốn từ trạng thái tĩnh chuyển sang trạng thái chuyển động, làm gia tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men và môi trường, điều này làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra nhanh hơn, mạnh mẽ hơn, khi đó sẽ làm tăng nhanh quá trình lên men. Khí CO2 ức chế quá trình lên men, nhưng trong quá trình thoát khí làm tăng khả năng lên men của nấm men. Kích thước, vật liệu chế tạo của thiết bị lên men, các chất hòa tan mang điện tích, các vật lơ lửng khác hiện diện trong dịch lên men, khi lên men đều ảnh hưởng đến sự thoát khí CO2 nên cũng ảnh hưởng đến quá trình lên men. Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 20