Tài liệu Nghiên cứu quy trình sản xuất rượu không chưng cất từ khoai lang tím nhật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG PHAN HOÀNG OANH MSSV: LT10032 Kho tài liệu miễn phí của Ket-noi.com blog giáo dục, công nghệ NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU KHÔNG CHƯNG CẤT TỪ KHOAI LANG TÍM NHẬT Luận văn tốt nghiệp NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã Ngành: 08 Giáo viên hướng dẫn ThS. VŨ TRƯỜNG SƠN Cần Thơ, 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU KHÔNG CHƯNG CẤT TỪ KHOAI LANG TÍM NHẬT Luận văn tốt nghiệp NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã Ngành: 08 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện ThS. VŨ TRƯỜNG SƠN PHAN HOÀNG OANH MSSV: LT10032 Lớp: CNTP K36-LT Cần Thơ, 2012 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm Luận văn với đề tài “ Nghiên cứu quy trình sản xuất rượu Không chưng cất từ khoai lang tím Nhật ”, do sinh viên Phan Hoàng Oanh thực hiện và báo cáo trước hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Đại học và được Hội Đồng thông qua. Giáo viên hướng dẫn Vũ trường Sơn Khoa Nông nghiệp & SHƯD Cần thơ, ngày tháng 05 năm 2012 Chủ tịch hội đồng Trang i Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm LỜI CẢM TẠ --oOo-Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là kết quả của quá trình thí nghiệm và kết quả là trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây. Cần Thơ, ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện Phan Hoàng Oanh Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang ii Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm LỜI CẢM TẠ --oOo-Sau hơn ba tháng làm thí nghiệm tại bộ môn Công nghệ Thực phẩm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ, Tôi đã nổ lực và hoàn thành luận văn này với những kết quả trung thực và khoa học. Các kết quả có được là do sự động viên, giúp đỡ tận tình của gia đình, thầy cô và bạn bè. Đầu tiên, xin cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Cần Thơ đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong những học kỳ qua. Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Vũ Trường Sơn, đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức và những kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Tôi gởi lời cảm ơn đến Tập thể cán bộ phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và các bạn đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Kính chúc quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khoẻ và thành công trong công việc. Xin chân thành cảm ơn! Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang iii Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm TÓM LƯỢC --oOo-Khoai lang tím Nhật là loại khoai trồng khá phổ biến ở nước ta, bên cạnh giá trị dinh dưỡng cao có lợi cho sức khỏe của con người, nguyên liệu này lại là một nguyên liệu thích hợp cho việc chế biến các sản phẩm thực phẩm với giá trị kinh tế cao, nhất là sản phẩm rượu khoai lang tím Nhật. Do sản phẩm mới nên việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng rượu khoai lang tím Nhật là rất cần thiết để có cái nhìn mới về loại nguyên liệu này và để thỏa mãn thị hiếu người tiêu dùng. Chính vì những lý do đó mà đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất rượu không chưng cất từ khoai lang tím Nhật” được thực hiện gồm 3 thí nghiệm: i. Khảo sát ảnh hưởng của lượng nước nấu cháo khoai và thời gian lên men rượu đến lượng cồn sinh ra. ii. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nấm men và thời gian lên men rượu đến lượng cồn sinh ra. iii. Khảo sát lượng cồn cho vào dịch lên men đến chất lượng cảm quan sản phẩm rượu. Kết quả thu nhận được cho thấy các thông số thích hợp để cho ra sản phẩm chấp nhận được trong điều kiện phòng thí nghiệm là: Với lượng nước dùng để nấu cháo khoai là 1000 ml cho hiệu quả lên men tốt nhất. Và tỉ lệ nấm men sử dụng là 1,2% cho 1 kg nguyên liệu đã được nấu cháo, thời gian lên men là 4 ngày. Nồng độ cồn ethylic sau khi bổ sung là 25% V cho giá trị cảm quan tốt nhất. Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang iv Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm MỤC LỤC --oOo-LỜI CẢM TẠ..............................................................................................................ii LỜI CẢM TẠ............................................................................................................ iii TÓM LƯỢC ...............................................................................................................iv MỤC LỤC...................................................................................................................v DANH SÁCH BẢNG ...............................................................................................viii DANH SÁCH HÌNH ..................................................................................................ix Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ...........................................................................................1 1.1. 1.2. Đặt vấn đề ....................................................................................................1 Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................2 Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU...........................................................................3 2.1. Tình hình sản xuất và bảo quản khoai lang ở thế giới và Việt Nam ..............3 2.1.1. Sản xuất và tiêu thụ khoai lang trên thế giới .............................................3 2.1.2. Sản xuất và tiêu thụ khoai lang ở Việt Nam..............................................4 2.1.3. Thành phần dinh dưỡng, đặc điểm sinh lý, sinh hóa với khả năng bảo quản ................................................................................................................4 2.2. Sơ lược về rượu – cồn ethylic.......................................................................6 2.2.1. Rượu – cồn ethylic ...................................................................................6 2.2.2. Một số phương pháp sản xuất rượu – cồn từ tinh bột ................................7 2.2.2.1.Phương pháp đường hóa bằng acid .......................................................7 2.2.2.2.Phương pháp men thuốc bắc .................................................................7 2.2.2.3.Phương pháp maltaza ...........................................................................7 2.2.2.4.Phương pháp myco-malt (có nghĩa là nấm mốc) ...................................7 2.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men trong sản xuất rượu cồn ...7 2.2.3.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................................7 2.2.3.2.Ảnh hưởng của pH ...............................................................................8 2.2.3.3.Ảnh hưởng của nồng độ dịch lên men...................................................8 2.2.3.4.Ảnh hưởng của chất sát trùng ...............................................................9 2.2.3.5.Ảnh hưởng của nồng độ rượu ...............................................................9 2.3. Giới thiệu chung về enzyme amylase ...........................................................9 2.3.1. Nguồn enzyme amylase từ vi sinh vật.......................................................9 2.3.2. Thành phần cấu tạo ..................................................................................9 2.3.3. Đặc tính và cơ chế tác dụng của amylase................................................10 2.3.3.1.Đặc tính..............................................................................................10 Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang v Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm 2.3.3.2.Cơ chế tác dụng..................................................................................11 2.3.4. α-amylase (EC. 3.2.1.1)..........................................................................11 2.3.4.1.Đặc tính..............................................................................................11 2.3.4.2.Cơ chế tác dụng..................................................................................12 2.3.5. β-amylase (EC.3.2.1.2)...........................................................................13 2.3.6.1.Đặc tính..............................................................................................13 2.3.6.2.Cơ chế tác dụng..................................................................................13 2.3.6. Glucoamylase (EC 3.2.1.3).....................................................................14 2.3.6.3.Đặc tính..............................................................................................14 2.3.6.4.Cơ chế tác dụng..................................................................................14 2.4. Cơ chất của amylase là tinh bột và glycogen ..............................................14 2.4.1. Tinh bột..................................................................................................14 2.4.2. Glycogen................................................................................................15 2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme..................................15 2.5.1. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất .............................................................15 2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ .........................................................................16 2.5.3. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme ............................................................16 2.5.4. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính enzyme ...............................................17 2.5.5. Ảnh hưởng của các chất kìm hãm...........................................................17 2.5.6. Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa ...........................................................17 2.6. Cơ chế của quá trình lên men .....................................................................18 2.7. Động học của quá trình lên men .................................................................18 2.8. Vi sinh vật trong sản xuất rượu cổ truyền ...................................................19 2.8.1. Vi khuẩn.................................................................................................19 2.8.2. Nấm mốc................................................................................................19 2.8.2.1.Cấu tạo nấm mốc:...............................................................................20 2.8.2.2.Các loại nấm mốc thường gặp trong men rượu ...................................20 2.8.2.3.Vai trò của nấm mốc trong men rượu .................................................20 2.8.2.4.Các loại nấm men thường gặp trong viên men rượu............................21 2.8.2.5.Vai trò của nấm men trong viên men rượu..........................................22 2.9. Một vài quy trình sản xuất rượu từ tinh bột ................................................22 2.9.1. Sản phẩm rượu nếp than .........................................................................22 2.9.1.1.Qui trình công nghệ: ...........................................................................23 Quy trình sản xuất rượu nếp than ...............................................................................23 2.9.1.2.Giải thích quy trình.............................................................................23 2.9.2. Sản phẩm cơm rượu ...............................................................................24 2.9.2.1.Quy trình công nghệ ...........................................................................25 2.9.2.2.Giải thích quy trình............................................................................25 Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang vi Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm 2.9.3. Sản phẩm rượu cần.................................................................................26 Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ............................28 3.1. Phương tiện thí nghiệm ..............................................................................28 3.1.1. Địa điểm.................................................................................................28 3.1.2. Thời gian................................................................................................28 3.1.3. Nguyên liệu ............................................................................................28 3.1.4. Thiết bị - dụng cụ ...................................................................................28 3.2. Phương pháp thí nghiệm.............................................................................29 3.2.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của lượng nước nấu cháo khoai và thời gian lên men rượu đến lượng cồn sinh ra............................................................30 3.2.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nấm men và thời gian lên men rượu đến lượng cồn sinh ra.................................................................................32 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................35 4.1. Khảo sát ảnh hưởng của lượng nước nấu cháo khoai và thời gian lên men rượu đến lượng cồn thu được .................................................................................35 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nấm men và thời gian lên men rượu đến lượng cồn sinh ra .............................................................................................................38 4.3. Khảo sát lượng cồn cho vào dịch lên men đến chất lượng cảm quan sản phẩm rượu .............................................................................................................41 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................44 5.1. 5.2. Kết luận......................................................................................................44 Đề nghị ......................................................................................................44 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................45 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỐNG KÊ ............................................................................ix Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang vii Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm DANH SÁCH BẢNG --oOo-Bảng 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 ............................................................................ 31 Bảng 2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 ............................................................................ 33 Bảng 3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng nước nấu cháo và thời gian lên men rượu đến lượng cồn thu được ................................................................................... 36 Bảng 4: Kết quả khảo sát ảnh của tỉ lệ nấm men và thời gian lên men rượu đến nồng độ cồn sinh ra .......................................................................................................... 39 Bảng 5: Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm ......................................................... 42 Bảng 6: Các chỉ tiêu đo được của sản phẩm ............................................................. 43 Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang viii Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm DANH SÁCH HÌNH --oOo-Hình 1: Hình củ khoai lang tím Nhật ......................................................................... 5 Hình 2: Cánh đồng khoai lang.................................................................................... 5 Hình 3: Sơ đồ phân loại enzyme amylase................................................................. 10 Hình 4: Cơ chế phân cắt liên kết α -1,4 -và α-1,6-glycoside của amylase ................. 11 Hình 5: Cơ chế tác động của  - amylase lên tinh bột .............................................. 12 Hình 6: Cơ chế tác động của  - amylase lên tinh bột .............................................. 13 Hình 7: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến vận tốc phản ứng................................ 15 Hình 8: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng................................. 16 Hình 9: Hoàn thành ba bộ gene nấm mốc Aspergillus ............................................. 20 Hình 10: Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm ................................... 20 Hình 11: Quy trình sản xuất rượu nếp than .............................................................. 23 Hình 12: Quy trình sản xuất cơm rượu.................................................................... 25 Hình 13: Quy trình sản xuất rượu cần ...................................................................... 27 Hình 14: Quy trình sản xuất rượu khoai lang tím Nhật............................................. 29 Hình 15: Mẫu khoai lang đã nghiền ......................................................................... 30 Hình 16: Men nấu rượu thơm “Sachi”...................................................................... 30 Hình 17: Sản phẩm rượu khoai lang tím Nhật .......................................................... 34 Hình 18: Sự thay đổi độ Brix theo thời gian lên men ............................................... 37 Hình 19: Kết quả nồng độ cồn sinh ra ở các tỉ lệ men .............................................. 39 Hình 20: Sự thay đổi pH theo thời gian lên men ...................................................... 40 Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang ix Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Đặt vấn đề Công nghệ cồn ethylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến các nguyên liệu chứa tinh bột, đường, cenlulose, ethylen thành sản phẩm ethylic hay ethanol. Và thức uống có cồn là sản phẩm thực phẩm lên men có từ lâu đời và nó gắn liền với đời sống hàng ngày của người dân. Công nghệ sản xuất rượu đã và đang là một công nghệ chuyên nghiệp lâu đời ở nhiều nước trên thế giới. Phương pháp nấu rượu truyền thống là dựa vào kinh nghiệm và kỹ thuật thủ công, mỗi vùng miền đều có loại rượu đặc trưng. Rượu biểu trưng cho nét văn hoá của từng địa phương và có ý nghĩa về cả vật chất lẫn tinh thần. Rượu là một thức uống của hầu hết các nước nông nghiệp và trong nhiều xã hội, nó thỉnh thoảng coi như rất cần thiết trong bữa ăn. Ở nước ta, rượu được sử dụng rộng rãi và gần như phổ biến trong toàn dân, nó không chỉ sử dụng để tiếp đãi khách trong các bữa ăn thông dụng kể cả các bữa tiệc long trọng mà còn được dùng để chữa bệnh, làm lễ… Nhìn chung, nguồn nguyên liệu sản xuất rượu rất đa dạng và phong phú nhất là ở điều kiện nước ta là một nước nông nghiệp. Tất cả các loại nông sản như gạo, nếp, ngô, khoai, quả…đều có thể sản xuất được rượu. Và do nhu cầu lương thực nên người ta hạn chế sản xuất rượu từ nguyên liệu là gạo mà là từ những nguồn tinh bột khác nhằm đảm bảo an ninh lương thực của thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng. Chính vì vậy mà khoai lang là một loại nguyên liệu cần được quan tâm vì thành phần hoá học có chứa tinh bột và đường là hai thành phần quan trọng trong quá trình lên men. Bên cạnh đó, đây cũng là nguồn nguyên liệu dồi dào, hàng năm khoai cho năng suất cao bình quân đạt từ 8 tấn/ha. (http://www.card.com). Khoai lang đã từng được coi là cây lương thực quen thuộc và bổ ích bởi nó được dùng làm nhiều thức ăn quen thuộc như chè, cháo, mứt,…Khoai lang còn là vị thuốc phòng chữa bệnh trong dân gian như cảm sốt, táo bón, bệnh ngoài da…Và khoai lang còn làm được nhiều hơn thế. Thí dụ, trong khoai lang tím giàu chất anthocyanin chống lão hoá, chống tình trạng oxy hoá và có khả năng ngăn chặn tế bào ung thư ruột kết phát triển. (http://www.camnangthuoc.vn). Tuy nhiên, việc sử dụng khoai lang mới dừng lại ở việc ăn, luộc, làm bánh và làm thức ăn cho gia súc. Do đó để giải quyết được đầu ra của nguyên liệu và để nâng cao giá trị kinh tế của cây khoai lang cần có những biện pháp nghiên cứu chế biến thích hợp, đa dạng hoá sản phẩm rượu làm từ phương pháp cổ truyền có giá trị trong thị trường tiêu thụ nên đề tài rượu không chưng cất từ khoai lang tím Nhật được nghiên cứu. Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 1 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 1.2. Ngành Công nghệ thực phẩm Mục tiêu nghiên cứu Nhằm tăng giá trị cho khoai lang tím Nhật, đa dạng hóa các sản phẩm lên men và tìm loại men nấu rượu có hiệu suất thủy phân tinh bột cao để nâng cao hiệu suất thu hồi và chất lượng rượu thu được. Đề tài “Khảo sát quy trình sản xuất rượu không chưng cất từ khoai lang tím Nhật” được tiến hành tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ. Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 2 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Tình hình sản xuất và bảo quản khoai lang ở thế giới và Việt Nam 2.1.1. Sản xuất và tiêu thụ khoai lang trên thế giới Khoai lang (Ipomoea batatas) có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới châu Mỹ, được con người trồng cách đây trên 5000 năm. Khoai lang được trồng phổ biến rất sớm trong khu vực này, bao gồm cả khu vực Caribe. Khoai lang cũng đã được biết tới trước khi có sự thám hiểm của người phương tây tới Polynesia (CGIAR, 2000). Khoai lang là một cây trồng quan trọng ở nhiều nơi trên thế giới, được trồng ở hơn 100 quốc gia. Là một loại cây trồng trên thế giới, đứng thứ bảy trong tổng sản lượng sau cây lúa mì, gạo, ngô, lúa mạch, khoai tây và sắn (Kays, 2005). Đứng thứ mười ba trên toàn cầu trong sản xuất giá trị của hàng hóa, và thứ năm trên danh sách các cây lương thực của các nước đang phát triển có giá trị nhất (Woolfe, 1992). Việc sản xuất trên thế giới hàng năm là 110,1 triệu tấn (Mt) vào năm 2008 với 84% sản xuất ở châu Á (92,5 Mt), 12,7% ở châu Phi (14 Mt), 2,6% ở châu Mỹ (2,6 Mt), 0,7 tấn tại châu Đại Dương và ít hơn 0,1 Mt ở châu Âu (FAOSTAT, 2008). Hơn nữa, khoai lang là loại cây trồng chiếm khoảng một phần ba ở các nước đang phát triển. Trung Quốc là nước có vùng trồng và sản lượng lớn nhất, trong năm 2008 hơn 77% nguồn cung thế giới, tiếp theo là Nigeria, Uganda, Indonesia và Việt Nam. Diện tích đất toàn cầu được sản xuất trong năm 2008 ước tính đạt 8,2 triệu ha, với năng suất trung bình là 13,5 tấn/ha. Gần một nửa số khoai lang được sản xuất ở châu Á được sử dụng cho thức ăn chăn nuôi, trong khi phần còn lại chủ yếu được sử dụng cho con người tiêu thụ. Trung Quốc là quốc gia trồng nhiều khoai lang nhất. Tại Trung Quốc hiện nay có trên 100 giống khoai lang. Khoai lang được trồng dùng trong chăn nuôi là phần lớn, phần còn lại làm lương thực và xuất khẩu. Indonesia, Việt Nam, Ấn Độ cùng một số quốc gia châu Á khác cũng là các quốc gia trồng nhiều khoai lang. Ở châu Phi, khoai lang là một thành phần quan trọng trong khẩu phần ăn cho con người tại các quốc gia này. Bắc và Nam Mỹ, quê hương của khoai lang nhưng ngày nay chỉ chiếm không quá 3% sản lượng toàn thế giới. Châu Âu cũng có trồng khoai lang, nhưng sản lượng không đáng kể. Khoai lang là nguồn cung cấp tinh bột, đường, protein và vitamin cho con người. Trong củ khoai lang có chứa một lượng đáng kể caroten là chất tiền vitamin A có tác dụng chống lại các bệnh về mắt…Do có nhiều tính ưu việt nên khoai lang có vai trò đáng kể trong cuộc đấu tranh đẩy lùi sự thiếu hụt lương thực và suy dinh dưỡng, là hai vấn đề cấp thiết trên thế giới hiện nay. Khoai lang được sử dụng phong phú bằng nhiều cách khác nhau từ tiêu thụ lá, củ tươi hoặc chế biến thành thức ăn gia súc, tinh bột, bánh kẹo và rượu. Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 3 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm Khoai lang phổ biến từ rất sớm tại các đảo trên Thái Bình Dương, từ Nhật Bản tới Polynesia. Một lý do có thể khoai lang cho thu hoạch khá sớm nếu như các loại cây trồng khác bị thất thu do bão, lụt. Khoai lang là món ăn đặc trưng ở Nhật Bản, Đài Loan, Philipine và các quốc gia khác. Trong lịch sử của Hoa Kỳ, khoai lang đã từng là một phần quan trọng trong khẩu phần ăn, đặc biệt là tại khu vực Đông Nam. Tuy nhiên, trong những năm gần đây thì nó đã trở nên ít phổ biến hơn. Tiêu thụ bình quân trên đầu người tại Hoa Kỳ ngày nay chỉ khoảng 1,5  2 kg mỗi năm, trong khi trong thập niên 1920 là 13 kg (NCSPC, 2009). Ở Trung Quốc tinh bột khoai lang chiếm một tỷ lệ quan trọng từ 15%  20% tổng sản lượng tinh bột (với sản lượng hàng năm lên tới 300 nghìn tấn). Ở Nhật Bản hàng năm cũng sản xuất tới vài nghìn tấn. 2.1.2. Sản xuất và tiêu thụ khoai lang ở Việt Nam Ở Việt Nam, khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ ba sau lúa, bắp và đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây. Khoai lang được trồng ở khắp mọi nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi và duyên hải miền Trung. Việt Nam có sản lượng khoai lang 1,32 triệu tấn đứng hàng thứ năm của toàn thế giới sau Trung Quốc (85,21 triệu tấn), Nigeria (3,31 triệu tấn), Uganda (2,70 triệu tấn) và sau Indonesia (1,87 triệu tấn). (http://vi.wikipedia.org/wiki/) Việt Nam hiện nay khoai lang làm lương thực cho người giảm dần, chủ yếu làm thức ăn chăn nuôi và làm nguyên liệu chế biến hoặc được sử dụng làm rau xanh giáp vụ hay rau sạch cho nhân dân. Theo thống kê năm 2000 diện tích trồng khoai lang cả nước đạt 269.000 ha, giảm đi nhiều so với năm 1995 (304.600 ha), nhưng sản lượng lại tăng hẳn (1745.300 tấn) so với năm 1995 (1685.800 tấn). Trong 8 vùng trải dài của đất nước ta, xét cả 3 mặt diện tích, năng suất, sản lượng cây khoai lang thì chúng ta rút ra có 3 vùng chủ lực nhất là: Đồng bằng sông Hồng, Đông Bắc và Bắc Trung bộ. Trong đó vùng Bắc Trung bộ chiếm ưu thế về diện tích, sản lượng lớn và cao nhất. Song dẫn đầu có truyền thống về năng suất khoai lang cả nước phải nói đến Đồng bằng sông Cửu Long (đạt 13.44 tấn/ha năm 2000). (Mai Thạch Hoành, 2003) 2.1.3. Thành phần dinh dưỡng, đặc điểm sinh lý, sinh hóa với khả năng bảo quản Khoai lang là loại củ không có lõi. Cuống củ nối với thân cây có hệ xơ chạy dọc theo củ, có khi kéo dài đến hết củ tạo thành rễ đuôi củ. Thành phần chính của khoai lang khoảng 70% nước; 27,3% gluxit; 1,3% protein; 0,4% chất béo; 1% tro (Nguyễn Minh Thủy, 2010). Tuy nhiên, thành phần hóa học của củ không cố định mà dao động Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 4 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm trong khoảng khá rộng tùy thuộc giống, kỹ thuật canh tác, đất trồng, khí hậu,… Trong quá trình bảo quản các biến đổi về thành phần hóa học, biến đổi về chỉ tiêu dinh dưỡng và biến đổi về chỉ tiêu cảm quan phụ thuộc rất nhiều kỹ thuật thu hoạch và bảo quản. Hình 1: Hình củ khoai lang tím nhật (http://vi.wikipedia.org/wiki/Khoai_lang) Hình 2: Cánh đồng khoai lang (http://vi.wikipedia.org/wiki/Khoai_lang) Hàm lượng chất khô là một chỉ số về chất lượng khoai lang. Khoai lang ruột vàng có vị ngọt nhưng hàm lượng chất khô thấp (20%) là giống chiếm ưu thế được sản xuất tại Hoa Kỳ, nhưng ở vùng Sahara châu Phi (SSA) các loại giống ưa thích là khoai lang ruột trắng có hàm lượng chất khô cao (28  30%) và có ít vị ngọt. Chất khô là thành phần quan trọng của củ vì phần lớn chất khô là tinh bột nên có mối tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng chất khô và hàm lượng tinh bột. Lượng chất khô trong khoai lang dao động phụ thuộc vào hàm lượng tinh bột nhiều hay ít. Hàm lượng chất khô trong củ thay đổi phụ thuộc vào giống, độ già, kỹ thuật canh tác và điều kiện khí hậu. Nếu thu hoạch khoai lang sớm, củ sẽ ít tinh bột, nhiều nước và khó bảo quản, (Dương Minh, 1999). Hàm lượng chất khô thay đổi theo thời gian bảo quản phụ thuộc độ ẩm môi trường của các phương pháp bảo quản ( Rees et al., 2003b). Khi bảo quản trong hầm, hàm lượng chất khô giảm xuống trong 35 ngày đầu sau đó tăng lên, bảo quản bằng cách chất đống thì hàm lượng chất khô tăng lên trong thời gian đầu sau đó giảm xuống, (Namutebi et al., 2004). Theo Ravi et al. (1996) thời gian đầu bảo quản hàm lượng chất khô giảm xuống có thể do điều kiện độ ẩm môi trường trong bảo quản cao, sau đó hàm lượng chất khô tăng lên là do gia tăng sự thoát hơi nước trong củ. Trong khoai lang hàm lượng đường khoảng 3  7% (Trần Minh Tâm, 2000). Trong quá trình bảo quản, tinh bột và đường bị biến động khá nhiều. Trong củ nếu có sự hoạt động của  -amylase,  - amylase thì tinh bột sẽ bị thủy phân để tạo thành dextrin, đường maltose và cuối cùng là đường glucose (Nguyễn Mạnh Khải et al., 2005). Khi hàm lượng đường khử tăng lên sẽ góp phần tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động, vì vậy làm hao hụt chất khô và sự hư thối tăng lên. Theo Zhang et al., (2002), hoạt động của  -amylase tăng lên trong hai tháng đầu bảo quản sau đó giảm Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 5 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm xuống, hàm lượng tinh bột giảm, đường glucose và sucrose tăng nhanh trong thời gian đầu bảo quản sau đó chậm và chững lại. Sự tăng hàm lượng đường trong khoai là một điều bất lợi trong quá trình bảo quản. Đây là chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả bảo quản, nếu hàm lượng đường tăng gấp 2, 3 lần so với mẫu ban đầu chứng tỏ hiệu quả bảo quản không tốt, không phù hợp. Khi khoai mọc mầm sẽ thủy phân tinh bột thành các chất đơn giản và năng lượng cung cấp cho sự phát triển mầm, do đó hàm lượng đường tăng và làm thay đổi vị của sản phẩm chế biến. Bên cạnh đó, hàm lượng tinh bột cũng giảm xuống theo thời gian tồn trữ do bị thủy phân cung cấp năng lượng cho các quá trình hoạt động sống. 2.2. Sơ lược về rượu – cồn ethylic 2.2.1. Rượu – cồn ethylic Từ xa xưa người ta đã biết sản xuất ra rượu ethylic làm đồ uống. Ngày nay nghề rượu – cồn vẫn còn đang phát triển và chiếm tỷ lệ khá lớn trong ngành kinh tế quốc dân. Rượu với tư cách là đồ uống rất đa dạng và có nhiều mẫu mã khác nhau. Nói chung người ta có thể chia thành rượu mạnh ( khoảng trên 40° cồn), rượu thông thường khoảng (30  40°) và rượu nhẹ ( dưới 30°). Ở các nước phương Tây người ta sản xuất ra rượu trắng và được gọi là Vodka, như ở Nga và một số nước khác, rồi chứa trong các thùng gỗ sồi có màu nâu vàng nhạt đến màu nâu sẫm với các hương vị khác nhau và có tên gọi khác nhau. Tình hình tiêu thụ các loại rượu trên thế giới có thể 4  6 l/người/năm (tính ra cồn 100°), không tính bia và rượu vang. Cồn ethylic có tính co dãn ở dạng hơi khá lớn, so với hơi nước gấp 2  2,5 lần. Nó rất hút nước từ các độ ẩm không khí cũng như từ tổ chức mô động vật và thực vật, đặc biệt từ tế bào vi sinh vật. Do vậy nó có tính sát khuẩn, vì khi cồn hút một lượng nước từ tế bào sẽ có thể làm vỡ hoặc biến dạng tế bào vi khuẩn. Khi trộn 50% thể tích cồn với 50% thể tích nước ta thu được 96,4% thể tích hỗn hợp. Như vậy, cồn trộn với nước bị co thể tích. Cồn ethylic 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. Cồn và dung dịch cồn (nặng) – nước dễ bắt lửa bùng cháy với ngọn lửa xanh nhẹ và không có mùi. Hơi cồn trong không khí gây độc cho người, động vật và vi sinh vật. Giới hạn cho phép nồng độ ở không khí là  1 mg/l. Hỗn hợp không khí với hơi cồn ở nồng độ nào đó có thể nguy hiểm, vì dễ phát nổ khi gặp tia lửa. Giới hạn nồng độ gây nổ của hơi cồn trong hỗn hợp là 2,8  13,7% thể tích không khí. Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 6 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm Cồn có thể được sản xuất bằng hai phương pháp chính là lên men và tổng hợp theo con đường hóa học. Ở đây chỉ đề cập đến việc sản xuất rượu – cồn ethylic theo phương pháp lên men. 2.2.2. 2.2.2.1. Một số phương pháp sản xuất rượu – cồn từ tinh bột 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 clohydric với tỷ lệ 8  10% hoặc acid sunfuric với tỷ lệ 2  5%. 2.2.2.2. Phương pháp men thuốc bắc Đặc điểm của phương pháp này là men thuốc bắc có các loại nấm mốc và nấm men; nấm mốc phân giải tinh bột thành đường và nấm men chuyển hóa đường thành rượu. Hai quá trình này xảy ra liên tục và người ta tưởng rằng chúng xảy ra đồng thời. Phương pháp nấu rượu thủ công hoặc rượu nếp vẫn dùng men thuốc bắc đã tán nhỏ. Để một vài giờ mốc phát triển và sinh ra hệ enzyme thủy phân tinh bột, sau đó ủ và cho lên men. 2.2.2.3. Phương pháp maltaza 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 (  amylase và  - amylase) thủy phân tinh bột thành các dextrin và maltose. Sản phẩm thu được chủ yếu là dịch đường maltose. Phương pháp này trước đây chủ yếu dùng ở nước giàu đại mạch như châu Âu và Mỹ, nhưng ngày nay đã được thay thế bằng phương pháp myco-malt. 2.2.2.4. Phương pháp myco-malt (có nghĩa là nấm mốc) 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. Nhờ khả năng đường hóa của 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 đạt hiệu suất lên men cao. 2.2.3. 2.2.3.1. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men trong sản xuất rượu cồn Ảnh hưởng của nhiệt độ Một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của nấm men là nhiệt độ. Mỗi vi sinh vật đều có nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của chúng, đối với sinh trưởng của đa số nấm men nhiệt độ tối thích vào khoảng 28 ÷ 32°C nhưng với lên men thì lại hoàn toàn không trùng với khoảng nhiệt độ này. Đối với lên men rượu Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 7 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm ethylic để sản xuất rượu trắng (cồn thực phẩm, rượu Vodka, các loại rượu truyền thống) nhiệt độ thích hợp là 30 ÷ 35°C. Nhiệt độ lên men cao ở khoảng 30 ÷ 35°C sự bắt đầu tích tụ rượu ethylic càng sớm, nhưng không lên men được hết đường (đường sót còn lại với một lượng khá lớn). Điều này có thể làm nguy hiểm đến chất lượng rượu tạo thành vì đường sót sẽ được vi khuẩn lactic sử dụng để tạo thành axit lactic, làm chua dịch lên men, làm ảnh hưởng đến mùi vị sản phẩm. Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến cường độ lên men và sinh trưởng nấm men mà còn ảnh hưởng tới sinh tổng hợp các sản phẩm phụ và thứ cấp. Nhiệt độ lên men càng cao dẫn đến tích tụ nhiều loại rượu bậc cao cũng như acetaldehyde. Tuy nhiên, nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp khả năng lên men sẽ cao và kéo dài thời gian lên men hơn. Nếu làm lạnh dịch đường tới 20 ÷ 22°C sẽ hạn chế được phát triển của tạp khuẩn. ( Nguyễn Đình Thưởng, 2005) 2.2.3.2. Ảnh hưởng của pH Nồng độ H+ trong môi trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men. Chúng có khả năng làm 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 thái ion nhất định, trạng thái này lại phụ thuộc vào pH của môi trường. Trong điều kiện lên men rượu pH tối ưu cho hoạt động của nấm men 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 pH tăng thì dễ bị nhiễm khuẩn, glycerin sẽ nhiều 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 dại. (Nguyễn Đình Thưởng, 2005) 2.2.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dịch lên men Nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất thẩm thấu và làm tăng trạng thái cân bằng sinh lý của nấm men. Kết quả là rượu nhiều sẽ ức chế không những tạp khuẩn mà cả nấm men. Ngược lại nếu nồng độ dịch đường quá thấp sẽ không kinh tế. Bình thường người ta khống chế nồng độ chất khô của dịch lên men khoảng 16 ÷ 18% tương đương khoảng 13 ÷ 15% đường để sau khi lên men sẽ nhận được nồng độ rượu trong dấm chín 8,5 ÷ 9,5% V. Ở các nhà máy rượu của ta nhiều nơi chỉ khống chế nồng độ dịch đường 13 ÷ 14% chất khô, độ rượu trong dấm chính chỉ đạt 6,5 ÷ 7,5% V. Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 8 Luận văn tốt nghiệp_năm 2012 Ngành Công nghệ thực phẩm (Nguyễn Đình Thưởng, 2005) 2.2.3.4. Ảnh hưởng của chất sát trùng Trong điều kiện sản xuất dù có vệ sinh sạch đến mấy cũng khó đảm bảo vô trùng vì vậy cần phải sử dụng chất sát trùng để ngăn ngừa và hạn chế tạp khuẩn. Có thể dùng nhiều chất khác nhau như: formon (formalin), Na2SiF6, NaF, CaOCl2,... các muối kim loại nặng, các tia cực tím,... đều ảnh hưởng đến quá trình hoạt động sống của nấm men. Tùy theo chất lượng của hóa chất mà dùng nhiều hay ít, sao cho hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn nhưng không làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của nấm men. Khi sử dụng formalin hay fuosilicat natri, nồng độ không vượt quá 0,02% so với dịch lên men. ( Nguyễn Đình Thưởng, 2005) 2.2.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ rượu Rượu ethylic được nấm men tạo ra thường trong dịch lên men có khoảng 4 ÷ 6% rượu và được tích tụ trong môi trường ngày càng nhiều. Hàm lượng rượu cao dần sẽ làm cho nấm men sinh trưởng chậm dần và đến nồng độ nào đó sẽ làm cho nấm men giảm hoạt tính thậm chí có thể làm ngừng hẳn sự phát triển của nấm men. 2.3. Giới thiệu chung về enzyme amylase 2.3.1. Nguồn enzyme amylase từ vi sinh vật Trong thiên nhiên enzyme có ở hầu hết mọi thực vật, động vật và vi sinh vật. Song chỉ có một số hạt thực vật và một số loài vi sinh vật mới là những đối tượng có thể dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase, do chúng có khả năng tích lũy một lượng lớn enzyme này trong những điều kiện xác định. Ngày nay do có ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo. Người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các enzyme amylase. Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên, bởi vì các loài khác nhau và thậm chí các chủng vi sinh vật khác nhau cùng thường sản sinh ra nhiều hệ enzyme khác nhau. Chẳng hạn trong 287 loài Aspergillus (Asp) được tiến hành thử nghiệm thì chỉ có 34 loài α- amylase với lượng đáng kể. Vi sinh vật tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm sợi. Để thu amylase người ta thường dùng các giống nấm sợi Aspergiluss, Rhizopus. Nhiều loại thuộc các giống này (Asp. Oryzae, Asp. Niger…) 2.3.2. Thành phần cấu tạo Dựa theo tính chất và cơ chế tác dụng lên mạch tinh bột người ta xếp enzyme amylase thành hai nhóm là endoamylase (enzyme nội phân) và exoamylase (enzyme ngoại phân). Chúng gồm 6 loại: Khoa Nông nghiệp & SHƯD Trang 9