Giáo trình Kỹ thuật lên men thực phẩm: Phần 1 - PGS.TS. Đỗ Thị Bích Thuỷ

ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM PGS.TS ĐỖ THỊ BÍCH THỦY (Chủ biên) TS TRẦN BẢO KHÁNH GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT LÊN MEN THỰC PHẨM NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC HUẾ Huế, 2022 Biên mục xuất phẩm Thƣ viện Quốc gia Việt Nam Đỗ Thị Bích Thủy Giáo trình Kỹ thuật lên men thực phẩm / Đỗ Thị Bích Thủy (ch.b.), Trần Bảo Khánh - Huế : Đại học Huế, 2022 - 186 tr : hình vẽ ; 27 cm ĐTTS ghi: Đại học Huế Trƣờng Đại học Nông Lâm - Thƣ mục: tr 186 Công nghệ thực phẩm Lên men Giáo trình 664.0240711 - dc23 DUF0534p-CIP Mã số sách: GT/159-2022 LỜI NĨI ĐẦU Lên men q trình chuyển hóa tế bào vi sinh vật Đây q trình chuyển hóa phức tạp nhờ xúc tác hệ enzyme nội bào Lợi dụng chuyển hóa mà người điều khiển để tạo thành sản phẩm mong muốn Trong công nghệ thực phẩm, lĩnh vực công nghệ lên men sản xuất nhiều sản phẩm nhờ vào tác nhân gây lên men (nấm men, vi khuẩn, nấm mốc) như: (1) Các loại đồ uống có độ rượu (bia, rượu vang, rượu sake, rượu shochu…); (2) Các sản phẩm lên men lactic (sữa chua, phomat, lactic acid, muối chua quả, nem chua, tôm chua…); (3) Lên men sản xuất acetic acid (giấm ăn)… Mỗi tế bào vi sinh vật có hệ enzyme riêng nên khơng có quy trình cơng nghệ chung cho tất quy trình cơng nghệ sản xuất lên men Chính lý đó, chúng tơi tiến hành biên soạn Giáo trình Kỹ thuật lên men thực phẩm nhằm trình bày sở khoa học, đặc điểm tác nhân gây lên men quy trình cơng nghệ, thiết bị sản xuất sản phẩm lên men rượu, lactic acid acetic acid phần, chương sau: Phần Kỹ thuật sản xuất rượu vang số rượu cao độ (Biên soạn: Đỗ Thị Bích Thủy) Chương Thành phần hóa học nho rượu vang Chương Khoa học trình sản xuất rượu vang Chương Lên men rượu sản xuất rượu vang Chương Lên men malolactic sản xuất rượu vang Chương Công nghệ sản xuất số loại rượu uống cao độ Phần Lên men lactic thực phẩm (Biên soạn: Đỗ Thị Bích Thủy) Chương Vi khuẩn lactic - đặc tính ứng dụng công nghệ thực phẩm Chương Khoa học lên men sản xuất sữa chua Phần Lên men acetic (Biên soạn: Trần Bảo Khánh) Chương Vi khuẩn acetic Chương Cơng nghệ sản xuất giấm Giáo trình tài liệu để đào tạo thạc sỹ Công nghệ thực phẩm, đồng thời tài liệu tham khảo cho sinh viên, nhà nghiên cứu, nhà sản xuất có liên quan Mặc dù nỗ lực cỗ gắng trình biên soạn, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận góp ý quý đồng nghiệp bạn đọc để sách hoàn thiện lần tái sau Trân trọng! Chủ biên PGS.TS Đỗ Thị Bích Thủy MỤC LỤC Trang Bài mở đầu GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÊN MEN THỰC PHẨM Khái niệm lên men thực phẩm Bản chất trình lên men 11 Điều kiện trình lên men tác nhân gây lên men 12 PHẦN KỸ THUẬT SẢN XUẤT RƢỢU VANG VÀ MỘT SỐ RƢỢU CAO ĐỘ 14 CHƢƠNG THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NHO VÀ RƢỢU VANG 14 1.1 Giới thiệu chung 14 1.2 Tổng quan nhóm chức hóa học nho rƣợu vang 15 1.3 Thành phần hợp chất có nho rƣợu vang 17 CHƢƠNG KHOA HỌC VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT RƢỢU VANG 34 2.1 Giới thiệu chung rƣợu vang 34 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất rƣợu vang tổng quát 35 2.3 Một số kỹ thuật sử dụng công nghệ sản xuất rƣợu vang 39 CHƢƠNG LÊN MEN RƢỢU TRONG SẢN XUẤT RƢỢU VANG 60 3.1 Hóa sinh trình lên men rƣợu vang 60 3.2 Vi sinh vật sản xuất rƣợu vang - Bệnh vang 69 3.3 Thiết bị lên men 72 3.4 Sự biến đổi tác nhân vi sinh vật trình lên men 76 3.5 Sự tạo thành sản phẩm phụ trình lên men 79 3.6 Các yếu tố mơi trƣờng ảnh hƣởng đến q trình lên men 79 CHƢƠNG LÊN MEN MALOLACTIC TRONG SẢN XUẤT RƢỢU VANG 89 4.1 Vi khuẩn lactic trình lên men malolactic 89 4.2 Ảnh hƣởng lên men malolactic lên chất lƣợng rƣợu vang 91 4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến lên men malolactic 92 4.4 Kiểm soát lên men malolactic 98 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI RƢỢU UỐNG CAO ĐỘ 102 5.1 Công nghệ sản xuất rƣợu cognac 102 5.2 Công nghệ sản xuất rƣợu whisky 105 5.3 Công nghệ sản xuất rƣợu rhum 108 5.4 Công nghệ sản xuất rƣợu sake shochu 110 PHẦN LÊN MEN LACTIC TRONG THỰC PHẨM 116 CHƢƠNG VI KHUẨN LACTIC - ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 116 6.1 Khái niệm phân loại vi khuẩn lactic 116 6.2 Cơ chế lên men lactic vi khuẩn lactic ứng dụng 121 6.3 Tiềm probiotic vi khuẩn lactic 127 CHƢƠNG KHOA HỌC LÊN MEN SẢN XUẤT SỮA CHUA 132 7.1 Tác nhân vi sinh vật lên men sữa chua 132 7.2 Công nghệ sản xuất sữa chua 133 7.3 Quy trình thiết bị sản xuất sữa chua 148 PHẦN LÊN MEN ACETIC 153 CHƢƠNG VI KHUẨN ACETIC 153 8.1 Khái niệm phân loại 153 8.2 Cơ chế hóa sinh trình lên men acetic 154 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM 160 9.1 Giới thiệu chung 160 9.2 Tác nhân vi sinh vật lên men giấm 161 9.3 Công nghệ sản xuất 162 9.4 Thiết bị 172 TÀI LIỆU THAM KHẢO 186 Bài mở đầu GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÊN MEN THỰC PHẨM Khái niệm lên men thực phẩm Lên men thực phẩm phƣơng thức chế biến thực phẩm lâu đời Nhiều loại thực phẩm lên men đồ uống có cồn đƣợc sản xuất nhờ hệ vi sinh vật có tự nhiên sử dụng giống khởi động đƣợc chủng Hiện nay, giới có khoảng 5.000 loại thực phẩm đồ uống lên men Các loại thực phẩm đồ uống lên men truyền thống có nhiều Trung Quốc, Ấn Độ, châu Phi nƣớc Đông Nam Á Ngƣời ta ƣớc tính có khoảng 20 % số thực phẩm đƣợc tiêu thụ giới thực phẩm lên men Sự lên men thực phẩm q trình chế biến sinh học thực phẩm cách sử dụng vi sinh vật enzyme chúng Mục đích q trình chế biến tạo sản phẩm với chất lƣợng mong muốn nhƣ sau: - Tăng hấp dẫn sản phẩm nhƣ cấu trúc, mùi vị… - Tăng giá trị sử dụng nhƣ làm giảm thể tích, kéo dài thời gian bảo quản - Tăng tính chất chức nhƣ tính an toàn thực phẩm, chức probiotic, khả tiêu hóa Về phƣơng diện sinh hóa, sản xuất lên men dựa sở hóa sinh q trình trao đổi chất vi sinh vật Trong đó, hợp chất hữu cơ, trƣớc hết đƣờng bị biến đổi dƣới tác dụng xúc tác enzyme vi sinh vật thành sản phẩm tích tụ mơi trƣờng Tùy tác nhân vi sinh vật gây lên men điều kiện lên men, sản phẩm tích tụ chiếm ƣu mơi trƣờng là: dung mơi, acid hữu cơ, kháng sinh, vitamin Sự lên men điều kiện khơng có tham gia oxy phân tử gọi lên men yếm khí (ví dụ: lên men rƣợu, lên men lactic, aceton, butanol ) Trong trình này, chất nhận H cuối hợp chất hữu Còn lên men điều kiện có oxy phân tử gọi lên men hiếu khí (ví dụ: lên men acetic, citric ) Định nghĩa trình lên men thực phẩm khác theo cách giải thích riêng nhà nghiên cứu thực phẩm Một số ví dụ đƣợc đƣa dƣới đây: - Thực phẩm lên men thực phẩm đƣợc lên men số thành phần đƣợc chuyển hóa vi sinh vật thời gian lên men Kết sản phẩm cuối thƣờng trải qua thay đổi đáng kể thành phần hóa học nhƣ số tính chất khác so với ban đầu tác động vi sinh vật enzyme - Thực phẩm lên men truyền thống (địa phƣơng) thực phẩm có thay đổi sinh hóa trình lên men dƣới tác dụng vi sinh vật Những thay đổi góp phần làm tăng hấp dẫn cho thực phẩm thông qua việc tạo hƣơng vị, kết cấu thực phẩm nhƣ kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm thơng qua q trình lên men lactic, ethanol, kiềm, acetic Quá trình lên men thực phẩm cịn có tác dụng làm tăng hàm lƣợng protein, acid béo thiết yếu, vitamin, amino acid thiết yếu; giảm thời gian nấu nhƣ nhiên liệu - Thực phẩm lên men thực phẩm chịu tác động vi sinh vật enzyme dẫn đến thay đổi sinh hóa mong muốn làm thay đổi thực phẩm cách đáng kể đƣợc tiêu thụ trực tiếp - Đối với dân tộc (chủng tộc), thực phẩm lên men đƣợc sản xuất ngƣời dân tộc kiến thức địa họ Nguồn nguyên liệu thực vật động vật sẵn có địa phƣơng Tác nhân gây lên men từ tự nhiên bổ sung giống khởi động vi sinh vật chức với chất Sản phẩm lên men đƣợc sử dụng để bổ sung vào thức ăn họ phù hợp với văn hóa xã hội ngƣời tiêu dùng Thực phẩm đồ uống lên men phân loại dựa theo sản phẩm cuối gồm: - Nhóm thực phẩm có vị acid (Acidic in taste) - Nhóm thực phẩm có chất kiềm (Alkaline in nature) - Nhóm thực phẩm có cồn (Alcoholic) Thực phẩm lên men đƣợc phân nhóm dựa vào: - Hình thức lên men: Lên men bề mặt (lên men bán rắn (semi-solid)) lên men chìm (lên men môi trƣờng lỏng) - Sử dụng vi sinh vật: Lên men tự nhiên (sử dụng vi sinh vật tự nhiên) lên men có kiểm sốt (sử dụng vi sinh vật chủng loài kết hợp nhiều loài) - Cơ chất sử dụng để lên men nhƣ rau quả, củ, đậu nành, ngũ cốc, sữa, cá, thịt… Dựa vào vi sinh vật gây lên men, sản xuất, ngƣời ta phân biệt nhóm lên men bản: - Lên men ứng dụng nấm men nhƣ sản xuất rƣợu, glycerol, bia, rƣợu vang, lên men sản xuất bánh mỳ - Lên men ứng dụng vi khuẩn nhƣ acetone, butanol, acid acetic, lactic, butyric 10 Tùy thuộc vào khả lên men malolactic sau đóng chai mà thực cấp SO2 lọc vô trùng chiết chai số kỹ thuật khác Nói chung, q trình lên men malolactic chai khơng mong muốn làm cho rƣợu bị đục, sủi bọt tạo mùi khơng khó chịu CÂU HỎI ƠN TẬP Câu Vai trò lên men malolactic sản xuất rƣợu vang Câu Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men malolactic 101 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI RƢỢU UỐNG CAO ĐỘ 5.1 Công nghệ sản xuất rƣợu cognac 5.1.1 Giới thiệu chung Cognac loại rƣợu mạnh, đƣợc coi loại rƣợu mạnh Nó đƣợc làm từ nho trắng trồng vùng Charante Pháp đƣợc đặt tên theo thị trấn Cognac vùng Charante Pháp Mặc dù cognac chủ yếu đƣợc thƣởng thức nhƣ loại đồ uống, nhƣng đƣợc sử dụng nấu ăn để làm nƣớc sốt, gia vị, bảo quản trái chocolate Tùy theo nhu cầu thị hiếu ngƣời tiêu dùng, với điều kiện cụ thể nhà sản xuất mà cho thị trƣờng sản phẩm rƣợu cognac có mức độ phẩm cấp khác giới Hầu hết nƣớc trồng nho cơng nghiệp có ngành sản xuất rƣợu vang phát triển, đồng thời kéo theo ngành sản xuất rƣợu cognac phát triển Điển hình nhƣ nƣớc châu Âu có Pháp, Ý, Tây Ban Nha, Nga Ở nƣớc này, ngƣời ta sản xuất rƣợu cognac từ nho trắng, nho đỏ chí từ hỗn hợp hai giống nho mang dấu ấn đặc trƣng hƣơng vị cho nhà sản xuất Tuy nhiên, từ nguyên liệu nho trắng thƣờng cho sản phẩm cognac có chất lƣợng cao 5.1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất rượu cognac Sơ đồ 5.1 quy trình cơng nghệ sản xuất rƣợu cognac từ nguyên liệu nho trắng 102 Nho Nghiền ép Dịch tự chảy Lên men rƣợu Rƣợu vang (8–9o) Chƣng đơn giản (78–100oC) Rƣợu Cognac thô (27–35o) Chƣng cất phân đoạn lần Sản phẩm đỉnh Rƣợu Cognac I (65–700) Sản phẩm đáy Chƣng cất phân đoạn lần Rƣợu Cognac II (55–620) Ủ thùng gỗ sồi (5–10 năm) Ủ thùng gỗ sồi (3–4 năm) Phối chế Làm lạnh lọc Chiết chai Sản phẩm rƣợu cognac Sơ đồ 5.1 Sơ đồ quy trình sản xuất rƣợu cognac Thuyết minh sơ đồ quy trình cơng nghệ Nguyên liệu dùng để sản xuất rƣợu cognac nho trắng Quả nho trắng đƣợc nghiền ép để tách dịch tự chảy Kỹ thuật nghiền ép thực nhẹ nhàng để tránh làm nát vỏ hạt nho 103 Dịch tự chảy thu đƣợc sau nghiền ép đƣợc lắng kết hợp xông SO2 nhằm loại bỏ cặn pectin nhƣ phần tử nhỏ cuống, hạt theo dịch nho đồng thời loại bỏ vi sinh vật (chủ yếu nấm mốc, vi khuẩn số nấm men) trƣớc lên men Quá trình lên men đƣợc thực nhiệt độ 20–25°C Quá trình xảy theo hai giai đoạn; Giai đoạn lên men khoảng 6–10 ngày Khi CO2 tạo thành giảm nhiều, tiến hành hạ thấp nhiệt độ xuống từ 15–20°C để lên men phụ (2–6 tuần) tùy thuộc dung tích bồn lên men nhỏ hay lớn Chủng nấm men giống S ellipsoideus Kết thúc lên men phụ, rƣợu vang có độ rƣợu 8–90 đƣợc tiến hành chƣng đơn giản nhằm thu đƣợc sản phẩm có độ rƣợu cao (27–350) Cũng từ thiết bị chƣng cất đơn giản ta thu nhận phần chất thơm để sau bổ sung cho công đoạn phối chế Lƣợng rƣợu cognac thơ thu đƣợc có độ rƣợu 25–350 đƣợc đƣa vào thực chƣng cất phân đoạn Sau chƣng cất phân đoạn lần thứ thu đƣợc sản phẩm có độ rƣợu từ 62–700, sản phẩm có chất lƣợng tốt nhất, gọi rƣợu cognac loại I Sản phảm rƣợu cognac loại I thông thƣờng chiếm khoảng 30–35 % so với thể tích rƣợu cognac thơ (27–350) đƣa vào chƣng cất phân đoạn I Sản phẩm đỉnh chƣng cất phân đoạn I có chứa nhiều hợp chất dễ bay ethanol nhƣ ester, aldehyde, acid bay hơi, chiếm khoảng 8–15 % so với thể tích rƣợu cognac thơ đƣa vào chƣng cất phân đoạn I Sản phẩm đáy chƣng cất phân đoạn I chứa nhiều hợp chất khó bay ethanol, phần nhiều rƣợu bậc cao nhƣ amylic, butylic, propylic, chiếm 3–5 % so với thể tích rƣợu cognac thô Sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy chƣng cất phân đoạn lần I đƣợc chƣng cất phân đoạn lần thứ II Trong trình chƣng cất phân đoạn II, sản phẩm đỉnh đáy đƣợc loại bỏ Sản phẩm trung gian chƣng cất phân đoạn II, cịn gọi rƣợu cognac loại II, có độ rƣợu từ 55–60o Lƣợng sản phẩm trung gian thƣờng chiếm 20–25 % thể tích hỗn hợp sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy chƣng cất phân đoạn I Rƣợu cognac loại I loại II tiếp tục đƣợc tàng trữ thùng gỗ sồi với thời gian tƣờng ứng 5–10 năm 3–4 năm trƣớc phối chế Phối chế cơng đoạn quan trọng quy trình công nghệ Tùy thuộc vào mức chất lƣợng loại sản phẩm rƣợu cognac, ngƣời ta định công thức phối chế từ hai loại cognac I II với cho phù hợp Làm lạnh – lọc: bƣớc này, dùng yếu tố nhiệt độ thấp (-10 đến -15°C) để đƣa muối acid tartric, pectin, protein vơ định hình từ dạng hịa tan rƣợu trạng 104 thái khơng hịa tan (kết lắng), tiến hành lọc để tách chúng khỏi sản phẩm rƣợu cognac, làm cho sản phẩm ổn định bền thành phẩn hóa học, nhƣ tính chất cảm quan hồn thiện hài hịa với yêu cầu kỹ thuật, chất lƣợng cho loại sản phẩm cognac Chiết chai bƣớc cuối quy trình cơng nghệ, sản phẩm đƣợc chiết rót vào bao bì thủy tinh với hình dạng dung tích khác Tùy theo phẩm cấp chất lƣợng rƣợu cognac thành phẩm, nhà sản xuất cho thị trƣờng sản phẩm với mức độ chất lƣợng khác nnau, ví dụ nhƣ loại cao cấp (hảo hạng), mang tên thƣơng hiệu riêng nhƣ “Remi Martin”, “Henessy”, “Ararat” 5.2 Công nghệ sản xuất rƣợu whisky 5.2.1 Giới thiệu chung Tƣơng tự nhƣ tên tuổi rƣợu cognac Pháp, với sản phẩm rƣợu whisky đƣợc nhắc đến thƣơng hiệu whisky Scotland Đó sản phẩm rƣợu vừa mang dấu ấn chất lƣợng, vừa có tính truyền thống nhà sản xuất Rƣợu whisky loại rƣợu có lịch sử 500 năm, xuất kỷ 15 Scotland, đƣợc sáng tạo vị tu sĩ từ nguyên liệu từ loại đại mạch lên men Whisky loại đồ uống có chứa cồn đƣợc sản xuất từ ngũ cốc cách lên men chƣng cất 5.2.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất rượu whisky Thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất rượu whisky Ngun liệu đƣợc dùng để sản xuất rƣợu whisky hạt ngũ cốc giàu tinh bột nhƣ đại mạch, ngơ Có thể sử dụng hạt ngũ cốc nguyên sử dụng malt tùy theo điều kiện cụ thể nơi sản xuất tùy vào yêu cầu kỹ thuật, chất lƣợng sản phẩm Nguyên liệu ngũ cốc trƣớc tiên đƣợc xác định rõ, tỷ lệ nguyên liệu, chất lƣợng ban đầu nguyên liệu để đƣa giải pháp xử lý thích hợp q trình sản xuất Việc xử lý nguyên liệu gồm làm để loại bỏ tạp chất, xay, nghiền Nấu nguyên liệu sau xay nghiền với mục đích hồ hóa tinh bột, chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan Thiết bị nấu thiết bị chịu áp suất cao nhiệt độ tối thiểu để phá vỡ tế bào tinh bột 145 oC Khối nấu sau đƣợc làm nguội nhiệt độ để đƣờng hóa enzyme Nhiệt độ để đƣờng hóa phụ thuộc vào nguồn enzyme amylase từ malt hay nấm mốc Khi đƣờng hóa hồn tồn đƣợc kết thúc, nhiệt độ dịch đƣờng đƣợc giảm đến nhiệt độ lên men Hàm lƣợng chất khơ hịa tan dịch đƣờng trƣớc lên men 16–17 % 105 Nấm men đƣợc sử dụng để lên men S cerevisiae Nhiệt độ lên men cần kiểm soát từ 30–32°C, thời gian lên men từ 72–78 giờ, sau lên men kết thúc, hàm lƣợng ethanol dấm chín phải đạt tối thiểu 7,5–80 Dấm chín sau đƣợc chƣng cất tinh chế để loại bỏ tạp chất (tạp chất đầu tạp chất cuối) nhằm thu đƣợc sản phẩm trung gian Sản phẩm trung gian đƣợc gọi rƣợu whisky trung gian, thƣờng có hàm lƣợng ethanol 65–700 Trƣớc tàng trữ thùng gỗ sồi, rƣợu whisky trung gian đƣợc phối chế với nƣớc mềm để hạ độ rƣợu xuống 50–520 Quá trình tàng trữ thùng gỗ sồi làm chín rƣợu tạo hƣơng bền vững cho sản phẩm Quá trình đƣợc thực nhiệt độ 18–25 °C với thời gian năm Thời gian ủ lâu chất lƣợng sản phẩm cao Ở điều kiện kỹ thuật nhƣ vậy, q trình chín rƣợu diễn cách từ từ, chậm rãi theo biến đổi tích cực nhƣ oxy hóa số andehydevà acid bay rƣợu; phản ửng este hóa xảy ra, tạo nên cấu tử hƣơng mới, làm cho hƣơng thơm phong phú hài hòa Vị rƣợu dịu dần theo thời gian Thành phần lignin gỗ sồi từ từ chiết trích hòa tan rƣợu, làm cho màu rƣợu từ từ chuyển qua màu cánh gián óng ánh Bƣớc hồn thiện kỹ thuật, phối chế cuối cùng, nhằm điều chỉnh thông số, tiêu chất lƣợng cho sản phẩm cụ thể Bƣớc khác nhà sản xuất Sự khác thể qua chất phụ gia đƣa vào nhƣ rƣợu vang, sirô, màu caramel, cồn whisky, giống điểm đến lúc độ rƣợu sản phẩm phải đạt 43–450 Sau phối chế bổ sung phụ gia, cần để yên từ 1–3 ngày nhiệt độ thấp 25 °C cho rƣợu ổn định Cuối rƣợu đƣợc lọc nhằm tách bỏ cặn học hóa học nguyên nhân gây ảnh hƣởng xấu đến giá trị cảm quan sản phẩm Việc lựa chọn thiết bị lọc định đến chất lƣợng lọc Thiết bị lọc phổ biến đƣợc sử dụng thiết bị lọc khung thiết bị lọc đĩa Sản phẩm sau đƣợc lọc kiểm độ trong, màu sắc, đạt yêu cầu chất lƣợng đƣợc chiết rót vào bao bì thủy tinh với dung tích khác từ 0,25 L; 0,5 L; 0,75 L, L Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất rƣợu whisky tổng quát đƣợc trình bày sơ đồ 5.2 106 Nguyên liệu (Hạt ngũ cốc giàu tinh bột: Đại mạch, ngơ) Xử lý ngun liệu Nấu đƣờng hóa Lên men (30 oC, 72 giờ) để đạt độ rƣợu 7,5–80) Chƣng cất phân đoạn Rƣợu whisky trung gian (60–700) Phối chế để đƣợc độ rƣợu 50–520 Tàng trữ thùng gỗ sồi (18–25oC, tối thiểu năm) Phối chế để đƣợc độ rƣợu 43–450 để yên 1–3 ngày Lọc rƣợu Chiết chai Sản phẩm rƣợu whisky Sơ đồ 5.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất rƣợu whisky 107 5.3 Công nghệ sản xuất rƣợu rhum 5.3.1 Giới thiệu chung Rƣợu rhum thƣờng đƣợc sản xuất từ nguyên liệu rỉ đƣờng mía Sản phẩm có mùi thơm mạnh số loại rƣợu cao độ Mùi thơm vừa đặc trƣng nguyên liệu ban đầu vừa đƣợc tạo thành q trình chuyển hóa nấm men trình lên men rƣợu Ở nƣớc có diện tích trồng mía lớn nhƣ quốc gia Mỹ Latinh: Brazin, Achentina, Cuba , đôi khi, ngƣời ta dùng trực tiếp nƣớc mía để lên men sản xuất rƣợu rhum 5.3.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất rượu Rhum Rỉ đƣờng có độ Bx cao (80–90 Bx) nên cần đƣợc xử lý để pha loãng để thu đƣợc dịch đƣờng có nồng độ phù hợp với lên men (15–18 %) Bên cạnh đó, q trình xử lý, rỉ đƣờng đƣợc làm (lắng, lọc…), sát trùng acid hóa để có pH 4,5–5 Mặt khác, mật rỉ thƣờng nghèo chất dinh dƣỡng nên thƣờng bổ sung (NH4)2SO4 H3PO4 Lên men bƣớc công nghệ quan trọng, có ảnh hƣởng định đến chất lƣợng rhum sau Để thực trình lên men rhum, ta dùng nấm men S cerevisiae kết hợp với vi khuẩn Butyric-granulobacter phát triển cộng sinh dịch lên men Nhờ sử dụng kết hợp hai chủng vi sinh vật này, rhum thành phẩm thƣờng có hƣơng thơm mạnh, phong phú đặc trƣng Tuy nhiên, có nhà sản xuất lại sử dụng lồi nấm men chìm S carlsbergensis kết hợp với vi khuẩn butyric để lên men rhum, từ cho loại rhum có hƣơng thơm êm dịu hài hòa Nhiệt độ lên men dao động khoảng 25–27 °C, thời gian lên men thƣờng kéo dài 2–4 ngày Nồng độ cồn dịch dấm chín kết thúc lên men 7–80 Sau kết thúc lên men, tiến hành trình ly tâm nhằm tách bỏ bã men chất khơng hịa tan khỏi dịch dấm chín trƣớc chƣng cất Thực tế cho thấy, nhà sản xuất chƣng cất dịch giấm chín khơng qua ly tâm thành phần hóa học dịch cất thu đƣợc có thay đổi đơi chút so với trƣờng hợp sử dụng dịch dấm chín có qua ly tâm Kết rƣợu rhum thành phẩm có hƣơng vị gần giống nhƣ rƣợu cognac bị hƣơng vị đặc trƣng Sau lên men, rhum đƣợc đƣa chƣng cất phân đoạn hai lần Chƣng cất lần thu đƣợc sản phẩm cồn rhum Tạp chất đầu tạp chất đƣợc trộn lẫn, có nồng độ ethanol khoảng 20o tiếp tục chƣng cất phân đoạn lần hai, thu lấy sản phẩm phối trộn với sản phẩm lần thứ để đƣợc cồn rhum nồng độ ethanol 55–62 %v 108 Phân đoạn đầu cuối thu đƣợc lần chƣng cất thứ hai đƣợc xem phụ phẩm công nghệ sản xuất rƣợu rhum Hỗn hợp phân đoạn thu đƣợc từ hai lần chƣng cất có nồng độ ethanol dao động khoảng 54–600 Thành phần cấu tử hƣơng (tính theo mg/L cồn tuyệt đối) có hỗn hợp bao gồm: acid hữu cơ: 235; ester: 450; aldehyde: 20; rƣợu cao phân tử: 2.500; fufurol: Cồn rhum đƣợc ủ chín thùng gỗ sồi nhiệt độ 20–30°C, với thời gian ủ kéo dài từ 4–5 năm Trong thời gian này, xảy trình biến đổi chủ yếu nhƣ sau: Biến đổi vật lý: Xảy khuếch tán rƣợu vào mao dẫn thùng gỗ sồi, đồng thời có khuếch tán oxy khơng khí thơng qua nắp thân thùng vào dịch bên thùng Biến đổi hóa lý: Sự trích ly số hợp chất từ gỗ sồi vào rƣợu nhƣ các hợp chất polyphenol (lignin, tannin, flavonoid), carbohydrate (xylan, araban, glucan, methylpentosan); hợp chất chứa N (amino acid, protein), lipid, khoáng (Na, K) xảy Bên cạnh cịn có bay ethanol số cấu tử dễ bay khác mơi trƣờng bên ngồi Biến đổi hóa học: q trình tàng trữ gỗ sồi, nhiều phản ứng hóa học xảy làm hồn thiện chất lƣợng sản phẩm Các hợp chất hữu q trình tự oxy hóa tạo peroxyde hydroperoxyde Phản ứng oxy hóa đƣợc thúc đẩy có mặt ion đồng sắt Các phân tử rƣợu bị oxy hóa tạo nên aldehyde Đặc biệt, rƣợu vịng (sản phẩm thủy phân lignin) đƣợc chuyển hóa thành aldehyde mạch vòng Các hợp chất phenol bị oxy hóa làm sậm màu rƣợu, bị decarboxyl hóa hình thành nên phenol dễ bay Phản ứng ngƣng tụ phenol góp phần tạo nên hƣơng đặc trƣng cho sản phẩm Phản ứng ester hóa acid hữu rƣợu làm tăng lƣợng ester sản phẩm, đặc biệt ethylacetate Phản ứng thủy phân polysaccharide có nguồn gốc từ gỗ sồi tạo số đƣờng đơn nhƣ xylose, arabinose glucose rƣợu thành phẩm Phản ứng dehydrate hóa đƣờng tạo sản phẩm fufurol, methylfufurol, hydroxymethyl fufurol số hợp chất khác góp phần tạo nên mùi đặc trƣng rƣợu Sau tàng trữ, rƣợu đƣợc phối chế nhằm hiệu chỉnh nồng độ ethanol (khoảng 40–450) hàm lƣợng đƣờng sản phẩm Để hiệu chỉnh hàm lƣợng đƣờng sản phẩm, nhà sản xuất thƣờng sử dụng syrup Trong số trƣờng hợp, ngƣời ta bổ sung dung dịch acid citric, dung dịch caramel để hiệu chỉnh vị màu sắc sản phẩm Sau đƣợc hiệu chỉnh nồng độ ethanol hàm lƣợng đƣờng thích hợp, sản phẩm đƣợc lọc Dịch lọc tiếp tục đƣợc tiếp tục ủ thùng gỗ sồi nhiệt độ 15–20 °C 1–3 tháng Dƣới điều kiện này, chất khó tan nhiệt độ thấp tiếp tục lắng, làm cho rhum ổn định tính chất hóa lý 109 Sản phẩm đƣợc lọc lần cuối, đồng thời kiểm tra tiêu cảm quan sản phẩm rhum theo tiêu chuẩn kỹ thuật loại trƣớc chiết chai Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất rƣợu rhum đƣợc thể sơ đồ 5.3 Rỉ đƣờng mía Xử lý (sát trùng, hịa lỗng, acid hóa) Dịch rỉ đƣờng (15–18 Bx) Lên men (25–27 oC) Dấm chín (độ rƣợu 7–8o) Chƣng cất phân đoạn Cồn rhum (55–62o) Ủ thùng gỗ sồi (20–30oC, 4–5 năm) Phối chế đến 40–450 Lọc ủ thùng gỗ sồi (15–20 oC) Lọc chiết chai Sản phẩm rhum Sơ đồ 5.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất rƣợu rhum 5.4 Công nghệ sản xuất rƣợu sake shochu 5.4.1 Giới thiệu chung Sake loại đồ uống bắt nguồn từ Nhật Bản Đây loại đồ uống có cồn đƣợc lên men từ dịch thủy phân tinh bột không qua chƣng cất Sau lên men, dịch lên men thu đƣợc sau lọc có nồng độ cồn cao Sake đồ uống có độ cồn khơng qua chƣng cất phổ biến đƣợc lên men từ gạo nƣớc Nó có trạng thái cảm quan bên ngồi 110 nhƣ vang trắng, có có màu vàng Nồng độ ethanol khoảng 13–17 % Vị rƣợu sake dễ chịu chứa hàm lƣợng amino acid peptide cao so với bia rƣợu vang Shochu có quy trình sản xuất tƣơng tự Sake nhƣng sau lên men có q trình chƣng cất 5.4.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất rượu sake shochu Quy trình tổng quát sản xuất sake shochu đƣợc thể Hình 5.4 Thuyết minh quy trình cơng nghệ Quy trình cơng nghệ tổng qt sản xuất sake shochu Gạo Gạo Xử lý làm sạch, ngâm hấp chín Làm xay Làm nguội Chuẩn bị Ekika Ủ với bào tử nấm mốc (nuôi mốc) Hồ hóa đƣờng hóa Nƣớc (80 oC) Koji 300 450 L kg Đƣờng hóa (9–10 Be) (60–65 oC, 3–4 giờ) Nƣớc (10 oC) 450 L Dịch đƣờng Phối trộn (9–10 Be) (30–32 oC; 48 giờ) Nuôi tăng sinh Phối trộn với amylase chịu nhiệt Nhân giống Làm nguội Lên men Chƣng cất Vắt, lọc trùng Khử màu, mùi Tàng trữ Chiết chai Chiết chai Shubo Rƣợu Shochu Rƣợu Sake Nấm men Hình 5.4 Sơ đồ cơng nghệ tổng quát sản xuất rƣợu Sake Shochu 111 5.4.2.1 Chuẩn bị koji Mục đích tác dụng Koji tạo hƣơng thơm đặc trƣng cho rƣợu cung cấp amylase a Xử lý nguyên liệu gạo Có thể sử dụng nhiều loại gạo để sản xuất rƣợu sake shochu Tuy nhiên, giống gạo tốt Japonica giàu tinh bột cần thiết cho lên men hàm lƣợng protein thấp dễ hòa tan Nƣớc sử dụng sản xuất sake shochu cần yêu cầu hàm lƣợng khoáng hàm lƣợng sắt thấp (0,02 ppm) để tránh ảnh hƣởng đến màu, mùi vị sản phẩm Nguyên liệu gạo chà lại (40–70% tùy theo dòng sake) đƣợc rửa nƣớc nhiệt độ thƣờng nhằm loại bỏ bụi bẩn tạp chất Gạo đƣợc làm đƣợc ngâm nhiệt độ 16–19oC 17–22 Nƣớc ngâm ngập bề mặt gạo khoảng 40 cm Gạo sau ngâm đƣợc đƣa hấp Tùy theo chất lƣợng gạo hấp gạo thành lần, lần hấp kéo dài 60–65 phút, áp lực qua trình hấp 2,1 kg/cm2 Hấp lần nhằm mục đích làm phá tế bào tinh bột Hấp lần đƣợc thực trƣờng hợp gạo cịn cứng để gạo đạt mục đích q trình hấp Sau hấp lần 2, thủy phần cơm phải đạt 40–48% Trƣờng hợp gạo sau hấp bị ƣớt q mốc khơng phát triển đƣợc làm ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng rƣợu thành phẩm Gạo sau hấp đƣợc làm nguội băng tải lớn có hệ thống quạt gió (nhiệt độ thƣờng) (quạt 1), sau quạt lạnh (quạt 2) (khơng khí lạnh có đƣợc nhờ vào hệ thống làm lạnh) nhằm đƣa nhiệt độ cơm xuống 32–34oC Shochu 28–30oC Sake (tùy loại mốc giống), chuẩn bị cho trình cấy mốc b Cấy mốc nuôi mốc Nấm mốc đƣợc sử dụng để chuẩn bị koji Aspergillus oryzae Cơm sau làm nguội đƣợc chạy đến băng tải nhỏ để cấy mốc Mốc dạng bột đƣợc phun từ xuống nhờ máy trộn mốc (bào tử nấm mốc đƣợc trộn với chất mang) rải với cơm băng tải Nhiệt độ trộn mốc 28oC (cơm đƣợc làm nguội băng tải nhờ hệ thống quạt) Cơm đƣợc cấy bào tử nấm mốc đƣợc đƣa vào phịng ni Phịng ni mốc điều chỉnh đƣợc độ ẩm, nhiệt độ Nhiệt độ ban đầu 32–34oC, thời gian nuôi 18–19 giờ, sau 19 nhiệt độ đạt 42oC (Đối với Shochu) Q trình ni mốc gồm hai giai đoạn ủ mốc acid hóa Q trình ủ mốc thực chất trình sinh trƣởng, phát triển sinh tổng hợp amylase ngoại bào nấm mốc Chiều dày khối ủ 20cm Thời gian ủ 20 112 Trong 6–8 ủ đầu tiên, nhiệt độ khối ủ tăng từ 30–35oC, nấm mốc sinh sản phát triển sinh khối; 3–4 tiếp theo, nhiệt độ tăng từ 35 lên 40oC; 1–2 tiếp theo, nhiệt độ tăng lên 40–42oC độ ẩm khối ủ giảm dần, giai đoạn thủy phân tinh bột thành đƣờng amylase Khi nhiệt độ đạt 42 oC khơng cho tăng lên nữa, khơng, koji bị vàng Để tạo điều kiện nấm mốc sinh tổng hợp acid citric nhằm tạo hƣơng vị cho sản phẩm, đồng thời chống tạp nhiễm, thời gian lại, tiến hành thơng gió để hạ nhiệt độ xuống 32 oC Cần lƣu ý nhiệt độ 38 oC dễ sinh acid miro, ảnh hƣởng đến chất lƣợng rƣợu sau Vì vậy, giảm nhiệt độ, cần giảm nhanh qua mức nhiệt độ 5.4.2.2 Chuẩn bị dịch đường 8–9 Be Koji đƣợc chuẩn bị đƣợc cho thêm nƣớc (80oC) cho nhiệt độ hỗn hợp đạt đƣợc 60–65oC (300 kg koji + 450 L nƣớc) Có thể bổ sung thêm chế phẩm amylase thƣơng mại chất lƣợng koji không đạt yêu cầu Hỗn hợp đƣợc ủ 3–4 để tạo điều kiện cho amylase hoạt động thủy phân tinh bột thành đƣờng Dịch đƣờng đƣợc trích để làm môi trƣờng nuôi cấy tăng sinh nuôi cấy nhân giống phát triển nấm men (shubo) 5.4.2.3 Chuẩn bị shubo * Nuôi tăng sinh Nấm men đƣợc sử dụng để lên men đƣờng thành rƣợu thuộc loài S cereviseae Nấm men gốc trƣớc tiên đƣợc hoạt hóa bình tam giác 1.000 mL chứa 700mL dịch đƣờng 8–9 Be đƣợc chuẩn bị phần 5.4.2.2, lắc tủ ấm, nhiệt độ 32oC, thời gian 19 Canh trƣờng nấm men thu đƣợc sau tăng sinh đƣợc đƣa vào quy trình sản xuất bảo quản oC để sử dụng cho mẻ sản xuất * Nhân giống Canh trƣờng đạt đƣợc sau tăng sinh tiếp tục đƣợc nhân giống phát triển sinh khối dịch đƣờng 8-9 Be (chuẩn bị phần 5.4.2.2) Lúc này, số tế bào nấm men tăng lên nhanh chóng Sinh khối tế bào thu đƣợc đƣợc gọi shubo Shubo đƣợc sử dụng nhƣ tác nhân gây lên men q trình lên men rƣợu Shubo cần có độ acid cao, ngƣời ta bổ sung lactic acid vi khuẩn lactic vào Việc bổ sung lactic acid vào đơn giản tiết kiệm thời gian 113 5.4.2.4 Chuẩn bị hỗn hợp koji shubo trước cho vào thiết bị lên men Dịch đƣờng 8–9 Be đƣợc chuẩn bị phần 2.4.2.1 đƣợc bổ sung thêm bổ sung lƣợng nƣớc lại (450 L) có nhiệt độ 10 oC Nhiệt độ hỗn hợp lúc đạt 30–32oC toàn lƣợng shubo chuẩn bị giữ 32 oC 48 để đƣa lên men 5.4.2.5 Chuẩn bị Ekika * Xử lý nguyên liệu Nguyên liệu gạo đƣợc làm để loại bỏ tạp chất, sau đƣợc nghiền nhằm làm vỡ cấu trúc hạt gạo, tăng diện tiếp xúc với enzyme tạo điều kiện thuận lợi cho q trình hồ hóa đƣờng hóa tinh bột Gạo sau làm đƣợc chuyển lên thùng chứa, qua phận định lƣợng xuống bồn điều hợp có chứa nƣớc, tỷ lệ gạo/nƣớc khoảng 1/1, gạo đƣợc xay nhỏ trộn chung với nƣớc, trình khuấy đảo diễn liên tục thời gian 40 phút * Hồ hóa đường hóa Quá trình hồ hóa đƣờng hóa đƣợc chia làm giai đoạn Soe (dịch đầu), naka (dịch giữa) tome (dịch cuối) Tùy bƣớc mà có lƣợng gạo, lƣợng nƣớc enzyme riêng Gạo xay đƣợc bổ sung enzym CP40-Termamyl chuyển qua bồn dịch nguyên Ở bồn dịch nguyên, phải thƣờng xuyên khuấy để tránh lắng, đóng cặn Sau đó, dịch gạo đƣợc vận chuyển vào hệ thống ống lồng ống nhờ bơm đẩy Trong hệ thống này, dịch đƣợc gia nhiệt lên nhiệt độ 100 oC Sau trình gia nhiệt, dịch đƣợc đƣa vào tủ giữ nhiệt (90 oC) để làm chín dịch Sau đó, dịch đƣợc đƣa qua ống làm mát nƣớc lạnh (khoảng 25 oC) tiếp tục đƣợc đƣa vào ống làm lạnh khoảng 19°C giữ ổn định Mục đích việc hạ nhiệt độ tránh làm chết nấm men đạt đƣợc nhiệt độ lên men trình dịch đƣợc đƣa lên bồn lên men Thời gian tiến hành hồ hóa, đƣờng hóa làm lạnh kéo dài 32 phút 5.4.2.6 Lên men * Tiến hành Đầu tiên cho hỗn hợp Shubo Koji vào bồn lên men Cho dịch Soe (dịch đầu) vào, sau cho dịch Soe vào theo dõi ngày để nấm men làm quen với mơi trƣờng Ekika Trong q trình lên men khuấy trộn bồn lên men hệ thống cánh khuấy 2–3 phút, lần khuấy cách Nhiệt độ 18–20 oC đƣợc trì ngày, sau cho dịch Naka (dịch nuôi men) vào nhằm phát triển nấm men Sau đó, dịch Tome (dịch cuối) đƣợc bổ sung vào bồn Quá trình bổ sung dịch Naka, Tome ta cho 114 thêm lƣợng Koji vào để tạo dinh dƣỡng cho nấm men đồng thời tạo hƣơng vị đặc trƣng cho rƣợu (tùy loại rƣợu muốn làm mà ta cho vào lƣợng Koji khác nhau) Trong trình bổ sung dịch soe, naka, tome ngƣời ta bổ sung số thành phần nhƣ Na+, Mg2+, K+ để cung cấp dinh dƣỡng cho nấm men phát triển tốt Thời gian lên men 14–16 ngày tính từ cho Tome vào 5.4.2.7 Chưng cất để sản xuất rượu shochu Rƣợu sau lên men (moromi) đƣợc cho vào nồi chƣng Quá trình chƣng đƣợc thực áp suất chân không Nhiệt độ chƣng cất khoảng 40–44oC Hơi rƣợu sinh đƣợc dẫn qua hệ thống làm mát (15–18 oC) làm lạnh (5–10 oC) 5.4.2.8 Lọc trùng quy trình sản xuất rượu sake Kết thúc trình lên men, dịch lên men đƣợc lọc qua vải quy trình sản xuất sake nhằm loại bỏ chất khơng hịa tan tế bào nấm men Để thu rƣợu trong, ngƣời ta sử dụng chất trợ lọc nhƣ cellulose bột diatomit Sau lọc, rƣợu sake đƣợc trùng nhiệt độ 60–65oC trƣớc bảo quản Trong trình trùng, enzyme bị bất hoạt nấm men sót bị tiêu diệt Hƣơng thơm bị thay đổi trình trùng vậy, sake thƣờng đƣợc tàng trữ 18–20 oC 6–12 tháng Trong trƣờng hợp nồng độ cồn cao quá, ngƣời ta bổ sung nƣớc để độ cồn đạt đƣợc thích hợp 13–15% CÂU HỎI ÔN TẬP Câu So sánh loại rƣợu cao độ phổ biến châu Âu Câu So sánh loại rƣợu cao độ phổ biến châu Á 115