Khảo sát sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất rượu

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang iv TÓM LƯỢC Với mục đích thu được rượu có hàm lượng andehit theo quy định và mang lại hiệu quả việc khảo sát sự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 

NGUYỄN THỊ NHI

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG ANDEHIT

TRONG QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT RƯỢU

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn:

ThS VĂN MINH NHỰT

Cần Thơ, 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG ANDEHIT

TRONG QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT RƯỢU

MSSV: 2071826 Lớp: CB0708A2

Cần Thơ, 2011

Luận văn tốt nghiệp kèm theo đây, với tựa đề tài là “Khảo sát sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất”, do sinh viên Nguyễn Thị Nhi thực

hiện và báo cáo đã được hồi đồng chấm luận văn thông qua

Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện Giáo viên phản biện

Cần Thơ, ngày…tháng….năm 2011

Chủ Tịch Hội Đồng

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nhi

LỜI CẢM TẠ

Cùng với sự nổ lực của bản thân, luận văn tốt nghiệp được thực hiện tốt cũng nhờ

sự giúp đở của gia đình, thầy cô và bạn bè

Trước hết, con xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cha mẹ đã tạo điều kiện cho con học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn thầy Văn Minh Nhựt đã theo dõi, giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức quý báu và hướng dẫn rất tận tình

Cảm ơn Thầy cô bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Nghiệp và Sinh học

Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức trong thời

gian học tập tại trường Những kiến thức tích lũy được từ sự giảng dạy tận tình của quý thầy cô đã giúp tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này

Cảm ơn Cán bộ phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề tài của mình

Cảm ơn tất cả các bạn sinh viên lớp Công Nghệ Thực Phẩm khóa 33, đã động viên tinh thần, nhiệt tình đóng góp ý kiến và cung cấp cho tôi nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong suốt thời gian thực hiện đề tài tại phòng thí nghiệm

Kính chúc quý thầy cô và các bạn luôn dồi dào sức khỏe và thành công

Xin chân thành cảm ơn

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2010

Người thực hiện

Nguyễn Thị Nhi

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang iv

TÓM LƯỢC

Với mục đích thu được rượu có hàm lượng andehit theo quy định và mang lại hiệu quả việc khảo sát sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất được tiến hành theo hàm lượng andehit ban đầu, cường độ gia nhiệt và nồng độ rượu ban đầu Kết quả cho thấy: hàm lượng andehit càng giảm trong quá trình chưng cất, hàm lượng andehit ban đầu càng nhiều cần phải loại ra một lượng rượu nhiều hơn

so với hàm lượng andehit ban đầu thấp, cường độ gia nhiệt càng cao thì hàm lượng andehit thu được sẽ cao hơn so với cường độ gia nhiệt thấp, nồng độ rượu ban đầu không ảnh hưởng đến sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất, hàm lượng andehit còn lại trong rượu sau khi chưng cất không phụ thuộc vào nồng

độ rượu ban đầu và hàm lượng aldehit ban đầu trước khi chưng cất mà chỉ phụ thuộc vào cường độ gia nhiệt Cường độ càng cao % andehit còn lại trong rượu càng cao hơn so với cường độ thấp

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM LƯỢC iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Sơ lược về rượu 2

2.1.1 Định nghĩa 2

2.1.2 Tính chất của rượu 2

2.1.3 Phân loại 3

2.1.4 Tình hình sản xuất và sử dụng etanol trong và ngoài nước. 4

2.2 Giới thiệu về quy trình lên men rượu 5

2.2.1 Quy trình lên men rượu 5

2.2.2.Các công đoạn chính trong quá trình sản xuất rượu 5

2.3 Giới thiệu về andehit 11

2.3.1 Định nghĩa 11

2.3.2 Tính chất của andehit 11

2.3.3 Sự tạo thành aldehyde 11

2.3.4 Tác hại của andehit trong rượu 12

2.3.5 Tiêu chuẩn hàm lượng andehit trong rượu trắng 12

Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

3.1 Phương tiện thí nghiệm 13

3.1.1.Thời gian và địa điểm 13

3.1.2 Nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 13

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang vi

3.2 Phương pháp nghiên cứu 13

3.2.1 Phương pháp phân tích 13

3.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 13

3.2.3 Phân tích và xử lí số liệu 16

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17

4.1 Sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo hàm lượng andehit ban đầu, cường độ gia nhiệt và nồng độ rượu ban đầu 17

4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng andehit ban đầu, cường độ gia nhiệt và nồng độ rượu ban đầu đến % andehit còn lại trong rượu sau khi chưng cất 26

4.3 Sự tương quan giữa các thành phần nước, độ rượu, và hàm lượng andehit trong rượu sau khi chưng cất 28

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 29

5.1 Kết luận 29

5.2 Đề nghị 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

PHỤ LỤC viii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Thành phần hóa học của một số nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu 6 Bảng 2: Chỉ tiêu hóa học của rượu trắng 12 Bảng 3: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở nồng độ rượu ban đầu 10%, cường độ gia nhiệt 2 và hàm lượng andehit ban đầu 150mg/l, 100mg/l và 80 mg/l

… 17 Bảng 4: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở nồng độ rượu ban đầu 10%, hàm lượng andehit ban đầu 150mg/l và cường độ gia nhiệt 1, 2 và 3 19 Bảng 5: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở nồng độ rượu ban đầu 10%, hàm lượng andehit ban đầu 100mg/l và cường độ gia nhiệt 1, 2 và 3 20 Bảng 6: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở nồng độ rượu ban đầu 10%, hàm lượng andehit ban đầu 80mg/l và cường độ gia nhiệt 1, 2 và 3 21 Bảng 7: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở cường độ gia nhiệt 2, hàm lượng andehit ban đầu 150mg/l và nồng độ rượu ban đầu là 10%, 15%, 20% 23 Bảng 8: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở cường độ gia nhiệt 2, hàm lượng andehit ban đầu 100mg/l và nồng độ rượu ban đầu là 10%, 15%, 20% 24 Bảng 9: Hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất ở cường độ gia nhiệt 2, hàm lượng andehit ban đầu 80mg/l và nồng độ rượu ban đầu là 10%, 15%, 20% 25

DANH SÁCH HÌNH

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang viii

Hình 1: Quy trình lên men rượu 5 Hình 2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 14 Hình 3: Dung dịch rượu có hàm lượng andehit 17 Hình 4: Đồ thị thể hiện sự thay đổi của hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo hàm lượng andehit ban đầu 18 Hình 5: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo tốc độ nấu rượu ở cùng nồng độ rượu ban đầu và hàm lượng andehit ban đầu là

150 mg/l 19 Hình 6: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo tốc độ nấu rượu ở cùng nồng độ rượu ban đầu và hàm lượng andehit ban đầu là

100 mg/l 20 Hình 7: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo tốc độ nấu rượu ở cùng nồng độ rượu ban đầu và hàm lượng andehit ban đầu là

80 mg/l 22 Hình 8: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo nồng độ rượu ở hàm lượng andehit ban đầu là 150 mg/l 23 Hình 9: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo nồng độ rượu ở hàm lượng andehit ban đầu là 100 mg/l 24 Hình 10: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng andehit trong quá trình chưng cất theo nồng độ rượu ở hàm lượng andehit ban đầu là 80 mg/l 25 Hình 11: Đồ thị thể hiện % andehit còn lại trong rượu sau khi chưng cất theo nồng

độ rượu ban đầu và hàm lượng andehit ban đầu 26

Hình 12: Đồ thị thể hiện % andehit còn lại trong rượu sau khi chưng cất theo cường

độ gia nhiệt và hàm lượng andehit ban đầu 27

Hình 13: Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa nước, độ cồn và hàm lượng andehit trong rượu sau khi chưng cất ở nồng độ rượu ban đầu 10%, cường độ gia nhiệt 3 và hàm lượng andehit ban đầu 150mg/l 25

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Giới thiệu

Từ xưa đến nay, rượu là một loại thức uống phổ biến trong các dịp lễ hội, sinh hoạt văn hóa và giao tiếp của người Việt Nam, đặc biệt là rượu lên men truyền thống Rượu có nhiều loại được làm từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nhưng thường

có hai nhóm chính: rượu qua chưng cất (thường được lên men từ các hạt ngũ cốc hay dịch đường), và rượu không qua chưng cất (thường là rượu vang, được lên men

từ các loại quả có hàm lượng đường cao) Ở Việt Nam, rượu lên men qua quá trình chưng cất hoặc không, là thức uống có cồn được sản xuất bằng phương pháp lên men truyền thống, rất phổ biến và đặc biệt ưa thích Rượu cũng là một nét văn hóa mang đậm bản sắc riêng của từng dân tộc và từng vùng

Đồng bằng song Cửu Long là một trong những vùng có nghề sản xuất rượu lâu đời

và gắn liền với từng địa danh là những thương hiệu nổi tiếng như rượu Xuân Thạnh (Trà Vinh), rượu Gò Đen (Long An), rượu Phú Lễ (Bến Tre),…Nguyên liệu để nấu rượu thường là gạo, nếp, khoai mì Mỗi lọai nguyên liệu tạo thành một hương vị đặc trưng cho rượu Rượu gạo là loại rượu phổ biến nhất Việt Nam Chất lượng rượu thu được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại nguyên liệu sử dụng, loại men, nhiệt

độ lên men, phương pháp chưng cất

Rượu được đánh giá là ngon khi có độ tinh khiết cao, trong vắt, uống có mùi vị thơm, độ cồn tương đối cao nhưng êm dịu và uống không bị nhức đầu Nhưng trong quá trình sản xuất rượu hàm lượng tạp chất sinh ra sau quá trình lên men nhiều bao gồm: andehit, este, rượu bậc cao và acid Trong quá trình chưng cất các tạp chất này cũng được tách ra khỏi dịch lên men làm cho chất lượng rượu giảm và gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng Trong đó hàm lượng andehit thường không

đạt về chỉ tiêu chất lượng (vượt quá 50 mg/l) Do đó, cần xác định hàm lượng

andehit sinh ra trong quá trình chưng cất để có thể sản xuất ra rượu có chất lượng tốt hơn

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Theo dõi hàm lượng aldehit sinh ra trong quá trình chưng cất rượu theo cường độ gia nhiệt, nồng độ rượu và hàm lượng andehit ban đầu, từ đó xác định được rượu có chất lượng tốt

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 2

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về rượu

Khối lượng riêng: 0,7936 g/ml ở 150C

Vì lực liên kết hóa học cao trong liên kết của rượu nên chúng có nhiệt độ bốc cháy cao Do tạo liên kết hydro với nước nên rượu có nhiệt độ sôi cao hơn so với hydrocacbon và este tương ứng Mọi rượu đơn giản đều hòa tan trong các dung môi hữu cơ

Rượu còn được xem là những dung môi Chúng có thể mất proton H+ trong nhóm hydroxyl và vì vậy chúng có tính axit yếu: yếu hơn nước (ngoại trừ methanol), nhưng mạnh hơn ammoniac (NH4OH hay NH3) hay acetylene (C2H2)

Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ Ví dụ:

Mức 1, trong môi trường nhiệt độ cao:

CH3–CH2–OH + CuO –>CH3–CHO + Cu +H2O

Mức 2, có xúc tác:

H3–CH2–OH + O2 –> CH3-COOH + H2O

Mức 3, oxi hóa hoàn toàn:

C2H5OH + 3O2 –> 2CO2 + H2O

Phản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, Cu và

Al2O3 ở 380 - 4000C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước:

- Theo hóa học, rượu được phân loại theo:

+ Cấu trúc: có các loại rượu mạch thẳng, rượu mạch nhánh và rượu mạch vòng + Liên kết cacbon: có các loại rượu no và rượu không no

Ví dụ: CH3–CH2–OH là loại rượu no và CH2=CH–CH2–OH là loại rượu không no + Chức rượu: có loại rượu đơn chức và rượu đa chức

Ví dụ: CH3–CH2–OH (etanol) là rượu đơn chức còn OH–CH2–CH2–OH (etylenglycol) là rượu đa chức

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 4

- Trong thực phẩm, rượu được chia làm 2 nhóm chính, đó là:

+ Rượu qua chưng cất (thường được lên men từ các loại ngũ cốc và dịch đường), ví dụ: rượu Đế, Whisky, Brandy,…

+ Rượu không qua chưng cất (thường là rượu vang, được lên men từ các loại quả có hàm lượng đường cao), ví dụ: rượu vang, rượu nếp than, rượu sake,…

2.1.4 Tình hình sản xuất và sử dụng etanol trong và ngoài nước

Tình hình sản xuất và sử dụng etanol trong nước

Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ ngàn xưa và chưa có tài liệu nào cho

biết điểm khởi đầu Từ xưa, nghề nấu rượu là nghề gia truyền nhưng đến nay đã trở nên phổ biến

Hiện nay, ở nước ta vẫn tồn tại đồng thời 2 phương pháp cất rượu cổ truyền cũng như công nghiệp Sản xuất rượu theo kiểu công nghiệp ở nước ta chỉ bắt đầu vào khoảng 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng Năm 2004 cả nước có 72 đơn vị sản xuất rượu công nghiệp với công suất 103 triệu lít/năm, sản lượng đạt 76,3 triệu lít/năm, khai thác 74% công suất thiết kế; trong đó sản lượng rượu nhẹ có gaz đạt 10,6 triệu lít, rượu vang, champagne đạt 24,2 triệu lít Rượu mạnh và các loại khác 15,95 triệu lít, cồn công nghiệp dùng cho sản xuất và xuất khẩu khoảng 25,5 triệu lít Ngoài ra còn có khoảng trên 300 cơ sở dân tự nấu rượu, tự tiêu thụ với sản lượng

ước khoảng 242 triệu lít (Nguồn:

http://vietbao.vn/Kinh-te/Tong-hop-lai-tinh-hinh-san-xuat-kinh-doanh-ruou-bia/20628350/87) Trong hội thảo “Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia và nước giải khát” thì năm 2005 nước ta có khoảng 180 – 200 triệu lít rượu các loại, tương đương 50 triệu cồn tinh khiết Trong đó cồn được sản xuất từ nguyên liệu tinh bột chiếm khoảng 30 – 40%,

số còn lại là cồn từ rỉ đường

Tình hình sản xuất và sử dụng etanol trên thế giới

Rượu được xem là sản phẩm thực phẩm nhưng cũng là sản phẩm có nguy cơ độc hại cho cơ thể Tuy nhiên lượng cồn mà thế giới sản xuất ra hàng năm ngày càng tăng lên và chưa có tài liệu nào thống kê đầy đủ Hầu hết các nước trên thế giới đều dùng cồn để pha rượu và cho các nhu cầu khác nhau như: y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác Ở các nước có công nghiệp rượu vang phát triển như: Italia, Pháp, Tây Ban Nha,…cồn được dùng để tăng thêm nồng độ rượu Một số lượng khá lớn cồn dùng để pha chế các loại rượu mạnh, cao độ như Whisky, Brandy, Napoleon, Rhum,…

Hiện nay, trên thế giới sản xuất ngày càng nhiều cồn etanol và được sử dụng nhiều nhất để làm nhiên liệu Cồn etanol là nguồn nhiên liệu có tiềm năng phát triển có thể pha vào xăng với một tỉ lệ thích hợp và được sử dụng trong các động cơ đốt

trong thay thế xăng nguyên chất, ở một số nước phát triển đã dùng loại xăng pha cồn này Lượng etanol dùng làm nhiên liệu nhiều hơn lượng etanol dùng trong công nghiệp và thực phẩm cộng lại

2.2 Giới thiệu về quy trình lên men rượu

2.2.1 Quy trình lên men rượu

2.2.2 Các công đoạn chính trong quá trình sản xuất rượu

Nguyên liệu

Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được mà chủ

yếu là tinh bột và một số đường Do đó trong nấu rượu nguyên liệu thường được sử dụng là các loại nông sản chứa nhiều tinh bột như gạo, nếp, ngô, khoai, sắn,… và các nguyên liệu chứa đường mà chủ yếu là mật rỉ

Nguyên liệu

Xử lí

Phối trộn Bánh men thuốc bắc

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 6

Bảng 1: Thành phần hóa học của một số nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu

(Nguồn: công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, Bùi Ái,(2003))

Tinh bột là polysaccharit (cacbohydrat) dự trữ chủ yếu trong thực vật Hạt tinh bột

có hình dạng rất khác nhau với kích thước từ 2 – 15µm Tinh bột không nước có khối lượng riêng khoảng 1,633 – 1,648

Thành phần hóa học của tinh bột cấu tạo từ hai loại polysaccharit hoàn toàn khác nhau về tính chất vật lí và hóa học, đó là amylase và amylosepectin, tùy theo từng nguyên liệu mà thành phần của amylase và amylosepectin trong tinh bột là khác nhau Amylose có cấu tạo mạch thẳng gồm 200 đến hàng ngàn gốc glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glucoside, còn amylosepectin có cấu tạo mạch nhánh gồm nhiều gốc glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4-glucoside và α-1,6-glucoside tạo thành nhiều nhánh Ngoài ra trong tinh bột còn chứa các chất khác như muối khoáng, chất béo, protit,… hàm lượng của chúng khoảng 0,2 – 0,7% Tinh bột không hòa tan trong nước lạnh, cồn, este và benzene nhưng hòa tan trong nước nóng dễ dàng và tạo thành dung dịch có độ nhớt cao Mức độ trương nở của tinh bột trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng dịch tinh bột sẽ biến thành dạng keo và gọi là hồ tinh bột Nhiệt độ làm cho hồ tinh bột có độ nhớt cực

đại gọi là nhiệt độ hồ hóa tinh bột Trong thực tế luôn tồn tại một khoảng nhiệt độ

hồ hóa, vì tinh bột của bất kì một loại nguyên liệu nào cũng gồm một hỗn hợp các hạt có kích thước khác nhau và tỉ lệ amylase và amylosepectin trong các nguyên liệu khác nhau thì thường không giống nhau

Dưới tác dụng của acid hoặc enzyme thì tinh bột bị thủy phân tạo thành các phân tử nhỏ hơn như maltose, saccharose, glucose Đây là những chất chủ yếu tham gia vào quá trình lên men rượu

Xử lí

Nguyên liệu trước hết phải xử lí sơ bộ (vo với nước) để loại bỏ tạp chất bám bên ngoài hạt, đồng thời làm cho hạt gạo mềm, trương nở giúp dễ dàng cho quá trình nấu

Nấu nguyên liệu: trong các dạng nguyên liệu như gạo, nếp, ngô, khoai, hạt tinh bột luôn nằm trong các màng tế bào Màng tế bào sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzyme amylase với tinh bột Mặc khác ở trạng thái không hòa tan, amylase tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả Vì vậy mục đích chủ yếu của việc nấu nguyên liệu là phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến chúng thành trạng thái hòa tan trong dung dịch Trong quá trình nấu nguyên liệu thì thể tích của các hạt tinh bột tăng lên rất nhiều lần cho đến khi hạt tinh bột trở thành các túi vô

định hình thì ngừng tăng thể tích Theo một số nghiên cứu thì sự hồ hóa tinh bột sẽ

dẫn đến phá vỡ các liên kết hydro nội phân tử và tạo thành liên kết hydro với nước

đến khi độ nhớt cực đại Có thể nói nấu nguyên liệu là quá trình ban đầu nhưng rất

quan trọng trong quá trình sản xuất rượu etylic Các quá trình kỹ thuật tiếp theo tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết quả nấu nguyên liệu

Làm nguội – phối trộn

Nguyên liệu sau khi nấu chín được làm nguội đến nhiệt độ thích hợp sau đó trộn bánh men vào Nếu cho men vào lúc nhiệt độ nguyên liệu cao sẽ làm ức chế hoạt

động của hệ enzyme có trong nấm men Bánh men được trộn với tỷ lệ thích hợp tùy

theo từng loại men Sau đó cho vào dụng cụ chứa

Đường hóa

Nấu xong tinh bột đã chuyển sang trạng thái hồ hóa nhưng chưa thể lên men trực tiếp để biến thành rượu được mà phải trải qua quá trình thủy phân do tiếp xúc của enzyme amylase để biến thành đường Đường hóa là quá trình dùng enzyme amylase để chuyển tinh bột thành đường dễ lên men phục vụ cho quá trình lên men

Đường hóa quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột sót sau khi lên men

Ngoài biến đổi chủ yếu của tinh bột thành đường, khi đường hóa còn xảy ra một số biến đổi của các chất khác Mức độ biến đổi không nhiều mà phụ thuộc vào nguồn amylase sử dụng Trong chế phẩm amylase sử dụng từ nấm mốc luôn chiếm một lượng pectinase và hemixenlulose Do đó khi đường hóa sẽ có một lượng pectin

được phân hủy để tạo thành acid pectic và metylic Một lượng nhỏ hemixenlulose được phân hủy thành maltose và lên men được, còn pentose không tham gia vào

phản ứng tạo rượu

Trước kia người ta dùng acid HCl hoặc H2SO4 để thủy phân tinh bột, nhưng hiện nay rất ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất thu hồi rượu lại thấp Ở nhiều nước

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 8

Châu Âu vẫn còn dùng amylase trong thóc mầm (malt đại mạch) để thủy phân tinh bột trong sản xuất rượu, nhưng hiện nay phần lớn các nước đều dùng amylase nhận

được từ nuôi cấy vi sinh vật

Nấm mốc thường có mặt trong bánh men, chủ yếu là các chủng Rhizopus, Mucor, Aspergillus, Amylomyces chúng giữ vai trò đường hóa Loài Mucor, đặc biệt là

hóa, vừa có khả năng rượu hóa Các chủng nấm mốc thuộc vi sinh vật hiếu khí, chúng phát triển chủ yếu trên bề mặt của môi trường rắn hoặc lỏng

Lên men

Lên men xong, nước được chan thêm vào và dưới tác dụng của nấm men đường sẽ biến thành rượu, khí cacbonic và cùng với các sản phẩm trung gian khác Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu – nước – bã gọi là giấm chín hay cơm hèm

Lý thuyết về lên men rượu đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu từ lâu Năm

1769, phân tích sản phẩm lên men rượu và nhận thấy khi lên men đường không chỉ

biến thành rượu mà còn tạo ra acid axetic nữa Năm 1810, Gaylussac nghiên cứu và

tính toán quá trình lên men rượu, từ đó ông đưa ra phương trình tổng quát về lên men rượu như sau:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q

Đến năm 1870, Louis Pasteur tiếp tục nghiên cứu và thấy rằng cứ 100 phân tử

đường saccarose khi lên men sẽ tạo ra 51,1 phần etylic; 48,4 phần CO2; 32 phần glycerin; 0,7 phần acid succinic và 2 phần các sản phẩm khác Từ đó ông tính ra cứ

45 phần đường glucose khi lên men sẽ cho 21,8 phần rượu chứ không phải 23 phần

như Gaylussac đã tính Tuy nhiên, phương trình lên men do Gaylussac đưa ra vẫn

đúng và được dùng làm cơ sở để tính hiệu suất lên men và hiệu suất thu hồi rượu

theo lý thuyết Qua quá trình nghiên cứu của mình, Pasteur kết luận “Sự lên men là

một quá trình sinh học có liên hệ mật thiết tới tác động của tế bào men”

Cơ chế của quá trình lên men: đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vào bên trong Ở đó các enzyme sẽ tác dụng qua nhiều giai

đoạn trung gian để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí carbonic Hai

chất này đều khuếch tán và tan vào môi trường xung quanh Rượu do rất linh động nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí cacbonic hòa tan kém và khuếch tán chậm Lúc đầu hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào men và lớn dần, sau đó tế bào cùng bọt khí nổi dần lên, khi tới bề mặt các bọt khí sẽ tan vở và hợp thành tiếng rào rào Bọt khí tan, tế bào men lại chìm dần, tiếp xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại sinh ra rượu và khí cacbonic Như vậy tế bào nấm men từ chổ là vi sinh vật không chuyển động đã biến thành tế bào luôn

chuyển động trong quá trình lên men Nhờ đó mà tăng nhanh tốc độ hấp thụ và chuyển hóa đường thành rượu Khi đường và các chất dinh dưỡng trong môi trường còn ít, một số lượng lớn tế bào nấm men sẽ lắng xuống đáy thùng, dịch lên men sẽ trong dần

Nấm men gồm hai chi khác nhau là Endomycopsis và Saccharomyces Các loài chủ yếu gồm có như Endomycopsis fibuligenes là loài mấm men rất giàu enzyme

amylase, glucoamylase Do đó chúng vừa có khả năng đường hóa, vừa có khả năng

rượu hóa; và Saccharomyces cerevisiae có khả năng lên men rất nhiều đường khác

nhau như: glucose, saccharose, maltose, fructose, rafinose, galactose Chúng có khả năng lên men được ở nhiệt độ cao (khoảng 36 – 400C) và có khả năng chịu được độ acid Đặc biệt có khả năng chịu được độ sát trùng Na2SiF6 với nồng độ 0,02 – 0,05% và có khả năng lên men các loại nguyên liệu khác nhau như gạo, ngô, khoai, sắn với lượng đường trong dung dịch từ 12 – 14% có khi 16 – 18% Nồng độ rượu trong dung dịch lên men là 8 – 10% Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 28 – 320C

Ngoài hai chi nấm mên cơ bản trên, trong men thuốc bắc còn thấy nhiều loài nấm men dại khác Chúng vừa có khả năng thủy phân tinh bột, vừa có khả năng chuyển

đường thành cồn, tuy rằng sự chuyển hóa này rất thấp Điều đặc biệt là các loài nấm

men dại này chịu nhiệt rất cao có khi lên tới 60 – 650C và chịu được chất sát trùng ở nồng độ 0,05 – 1%

Ngoài ra trong bánh men thuốc bắc còn có sự hiện diện của một số loài vi khuẩn phát triển, trong đó chủ yếu là các loài vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic Các loài

vi khuẩn này thường làm chua môi trường Thời gian đầu của quá trình lên men, quá trình này xảy ra rất có lợi vì pH môi trường do chúng tạo ra sẽ thích hợp cho nấm men, nấm mốc phát triển, tuy nhiên pH xuống quá thấp lại ảnh hưởng xấu cho quá trình lên men Mặc khác nếu trong dịch lên men có mặt của oxy thì vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa rượu thành acid acetic Quá trình này làm tổn hao lượng cồn tạo thành

Chưng cất

Chưng cất là quá trình phân tách những thành phần riêng biệt trong một hỗn hợp chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau Hơi của những chất lỏng đó ở nhiệt độ khác nhau có áp suất riêng phần khác nhau, hơi của chất lỏng nào có áp suất riêng phần lớn thì chất lỏng đó sôi ở nhiệt độ thấp hơn và dễ bốc hơi hơn; như ở áp suất thường, nhiệt độ sôi của rượu etylic nguyên chất là 78,150C và của nước là 1000C,

do đó rượu dễ bốc hơi hơn nước

Dịch lên men rượu từ tinh bột sau khi kết thúc thường có nồng độ rượu etylic vào khoảng 8 ÷ 10%, thường được gọi là giấm chín Dịch giấm chín bao gồm các chất

Ngành Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 10

dễ bay hơi như rượu etylic, ester, aldehyde, rượu bậc cao Ngoài ra trong dịch giấm chín còn có tinh bột, dextrin, protit, các acid hữu cơ, chất khoáng, xác nấm men…Do đó, giấm chín là một hỗn hợp nhiều cấu tử Nhưng hiện nay, lý thuyết về chưng cất mới chỉ nghiên cứu hệ hai cấu tử, mặt khác, thành phần chủ yếu trong giấm chín là nước và rượu etylic Vì vậy, ta xem giấm chín như là một hỗn hợp hai cấu tử rượu và nước để nghiên cứu

Giấm chín sau khi chưng cất ta thu được cồn thô Trong cồn thô có gần 50 các tạp chất khác nhau mà dựa theo tính chất hóa học thường được chia làm bốn nhóm: aldehyde, ester, rượu bậc cao và acid, hoặc dựa vào tính chất lý học (đặc tính phân tách các tạp chất) mà chia làm ba nhóm: tạp chất đầu, tạp chất cuối và tạp chất trung gian

+ Tạp chất đầu: là tạp chất dễ bay hơi hơn rượu etylic Nhiệt độ sôi của các tạp chất

đó thấp hơn nhiệt độ sôi của rượu etylic Các tạp chất đầu gồm có: aldehyde acetic,

acetat etyl, formiat etyl, acetat metyl…

Trong thực tế sản xuất tạp chất, các tạp chất này có tên gọi chung là este – aldehit Khi tinh chế cồn thì các aldehit axetic là khó tách hơn cả vì nó hòa tan trong rượu etylic ở cả thể lỏng lẫn thể hơi

+ Tạp chất trung gian: là những chất phụ thuộc vào nồng độ rượu, khi nồng độ rượu thay đổi thì độ bốc hơi của tạp chất này cũng thay đổi, do đó chúng có thể vừa là tạp chất đầu vừa là tạp chất cuối Ở nồng độ rượu cao nó là tạp chất cuối, ở nồng độ rượu thấp chúng có thể là tạp chất đầu Đó là các chất isobutyrat etyl, isovalerianat etyl, axetat izoamyl

+ Tạp chất cuối: có nhiệt độ sôi cao hơn của rượu etylic và khó bay hơi Các tạp chất cuối gồm có rượu cao phân tử như: acol amylic, iso-amylic, iso-butylic, propylic, isopropylic…Các tạp chất này ở dạng dầu không hòa tan trong nước, do

đó mà tạp chất cuối trong thực tế sản xuất còn gọi là dầu fusel

+ Do chưng cất làm cháy giấm chín và phân hủy giấm chín tạo thành furfurol và

Aldehyde hay andehit là hợp chất trong hóa hữu cơ có nhóm chức cacbonyl:

R_CHO Tên andehit (aldehyde) gốc từ tiếng La Tinh là alcohol dehydrogenatus có

nghĩa rượu đã được khử hydro

2.3.2 Tính chất của andehit

Tính chất vật lí

Nhiệt độ sôi của andehit thấp hơn của rượu tương ứng vì giữa các phân tử andehit không có liên kết hidro

Độ tan trong nước giảm dần khi tăng số nguyên tử C trong phân tử

Andehit axetic CH3–CHO là chất lỏng, tan nhiều trong nước, nhiệt độ sôi: 52,40C,

bị oxi hoá thành axit acrilic, bị khử thành rượu anlylic

Andehit vừa có tính oxy hóa vừa có tính khử

Andehit là chất trung gian giữa rượu bậc nhất và acid cacboxylic

R–CH2–OH ← R–CHO → R–COOH

Aldehyde là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất ở nấm men và cũng có thể được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu Chủ yếu là hàm lượng acetaldehyde

Decacboxyl hóa