Nguyên lý quá trình lên men ethanol và ứng dụng

Lên men ethanol là sự chuyển đường thành rượu ethanol trong điều kiện yếm khí nhờ VSV.Cơ sở sinh hóa của quá trình lên men rượu?Hiệu ứng Pasteur: là sự ức chế quá trình lên men ethanol khi có mặt của O2. Gạo nếp than: trồng nhiều ở vùng Nam Bộ  Rượu nếp than chỉ được sản xuất ở vùng Nam Bộ.Bánh men thuốc Bắc: là một loại men được sản xuất thủ công, từ các NL sau: bột gạo, men giống, các vị thuốc Bắc. Bánh men chứa giống VSV: VK (VK lactic, VK acetic), nấm mốc (Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Penicillium), nấm menCác QT VSV:Thời gian đầu của quá trình lên men, các VK thường làm chua MT  giảm pH  thích hợp cho nấm mốc, nấm men hoạt động.Nấm mốc chỉ phát triển mạnh trong GD chuyển tinh bột thành đường.Thực chất sự phát triển của VSV trong khối LM là đồng thời, nhưng không cùng một mức độ. Nó không có sự phân chia rõ ràng như trên.

Chương VII:

CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN

LÊN MEN ETHANOL & ỨNG DỤNG

I MỞ ĐẦU

I.1 Định nghĩa

• Lên men ethanol là sự chuyển đường thành rượu ethanol trong điều kiện yếm khí nhờ VSV.

• Cơ sở sinh hóa của quá trình lên men rượu?

• Hiệu ứng Pasteur: là sự ức chế quá trình lên men ethanol khi

có mặt của O2

– Sarcira ventriculi: con

đường tạo thành ethanol theo kiểu nấm men.

– Zygomonas mobilis : glucose được phân giải theo con đường KDPG.

– Một số vi khuẩn đường ruột và Clostridium

– Leuconostoc mesenteroides

– Nitơ

• Vô cơ: NH4+ (dạng phosphate, sunphate), không dùng nitrate, nitrite.

• Hữu cơ: acid amin, peptide

– Khoáng và các yếu tố sinh trưởng– Sinh trưởng: Topt 28-30oC, pHopt

4-5,5

– Trao đổi chất & năng lượng:

• Hô hấp hiếu khí: cơ chất đường → EMP, chu trình Krebs, chuỗi hô hấp → H2O, CO2, ATP

• Lên men: cơ chất đường → EMP → ethanol, CO2, ATP

II SẢN XUẤT ETHANOL

Nguyên liệu

• Nguyên tắc:

– Nguyên liệu có chứa đường lên men được,

– Nguyên liệu chứa glucid có thể chuyển hoá thành đường lên men được → sản xuất cồn etylic.

– Tinh bột + nước → huyền phù

(tinh bột không tan / nước)

• Nhân giống nấm men:

– Gia tăng số lượng (sinh khối)

• Điều kiện: 25-28oC, thời gian 12-24 giờ Nấm men

ở cuối pha sinh trưởng đầu pha ổn định.

• Thay thế dần dịch nha - bằng môi trường lên men.

• Thay thế dần điều kiện & thiết bị nhân giống - bằng điều kiện & thiết bị lên men.

Nguyên liệu

Xử lý nguyên liệu

Lên men

• Nồng độ dịch lên men: nồng độ chất khô 16-18%, khoảng 13-15% đường.

• Sục khí: O2 o giai doan dau cua qua trinh len men

• Dịch sau lên men (dấm chín) 8-10%

ethanol, nước, ester, aldehyde, rượu

cao phân tử, đường sót… → tách rượu

– Khi chưng cất → rượu sẽ bốc hơi

trước → tách rượu ra khỏi nước.

– Cồn thô: rượu etylic, các tạp chất

dễ bay hơi (ester, aldehyde, acid,

rượu cao phân tử…).

• Tinh chế (chưng cất phân đoạn):

là tách tạp chất dễ bay hơi ra khỏi rượu, dựa vào to bay hơi khác nhau của các cấu tử có trong cồn thô

• 3 loại tạp chất:

– Đầu: t o sôi < t o sôi rượu, gồm những chất dễ bay hơi hơn rượu

(ester, aldehyde).

– Cuối: t o sôi > t o sôi rượu, tồn tại

dưới đáy tháp (dầu fusel).

– Giữa: khó tách ra khỏi rượu

(isobutyrate, isovalerianate etyl…).

• Có sản phẩm phụ lẫn vào môi trường.

• Có một phần cồn bị bay hơi trong quá trình phản ứng.

• Luôn có một lượng đường sót vì cồn sinh ra ức chế sự hoạt động của nấm men.

Phương pháp sản xuất rượu điển hình

• Amylo:

– Dùng nấm mốc Amylomyces rouxii (Mucor

rouxii) vừa có tác dụng đường hóa vừa rượu

hóa

– Nấm mốc → cấy trực tiếp vào MT tinh bột

→ mốc phát triển, thủy phân tinh bột thành

đường

thời 2 QT đường hóa, rượu hóa

– Sau 3 ngày mốc → chết, vì độ rượu cao

– Lên men rượu 5-7 ngày → dừng

– Thuỷ phân & lên men trong cùng một thiết

bị

• Mycomalt:

– Dùng nấm mốc Aspergillus oryzae.

vào MT có tinh bột, để thủy phân, t 4-6h.– Cho nấm men vào lên men tiếp tục trong 48h → kết thúc

– Thuỷ phân và lên men ở 2 thiết bị riêng

III CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI RƯỢU ĐẶC SẢN

Ở VIỆT NAM & THẾ GIỚI

III.1 CNSX rượu nếp than

Nấu chín

Để nguội Phối trộn Lên men Làm nhuyễn Hãm cồn

Thành phẩm Men thuốc bắc

Nghiền mịn

• Gạo nếp than: trồng nhiều ở vùng Nam Bộ → Rượu nếp than chỉ được sản xuất ở vùng Nam Bộ.

sau: bột gạo, men giống, các vị thuốc Bắc Bánh men chứa giống VSV: VK

(VK lactic, VK acetic), nấm mốc (Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Penicillium), nấm men (Sacharomyces, Endomycopsis).

• Các QT VSV:

– Thời gian đầu của QTLM, các VK thường làm chua MT → giảm pH →

thích hợp cho nấm mốc, nấm men hoạt động

– Nấm mốc chỉ phát triển mạnh trong GD chuyển tinh bột thành đường

– Thực chất sự phát triển của VSV trong khối LM là đồng thời, nhưng không cùng một mức độ Nó không có sự phân chia rỏ ràng như trên

• Giải thích QTCN:

ngoài ra còn nhằm mục đích làm mềm gạo, làm trương nở để dễ nấu chín sau này

vào hủ có miệng nhỏ, không đậy nắp trong t 4h (nhằm cung cấp oxy cho QT tăng sinh khối VSV) → đậy nắp, tiến hành QTLM

chất lượng rượu không cao → thêm cồn, tăng HL cồn trong SP, tăng khả năng BQ → tàng trữ ít nhất 6 tháng → ổn định rượu và tạo hương Màu rượu tương tự như màu của NL, mùi đặc trưng, HL cồn thấp

III.2 CNSX rượu làng Vân

Xử lý Nguyên liệu

Nấu chín

Để nguội Phối trộn Lên men Chưng cất

tiếng ở miền Bắc Rượu này được

SX từ loại gạo nếp đặc biệt của vùng

này

– Đợt đầu: thu được rượu có nồng

độ 45-65%

– Đợt sau: thu được rượu có nồng độ

25-30%

• Rượu sau chưng cất trong suốt

• Công nghệ này giống với công nghệ

SX rượu cao độ ở các nước phương

Tây (Whisky, Voska)

III.3 CNSX rượu cần

Xử lý Nguyên liệu

Nấu chín

Để nguội Phối trộn

Ủ trong gùi Lên men/ché

Thành phẩm Trấu, Men lá

• Rượu cần mang bản sắc dân tộc hết sức độc đáo của người miền núi (dân tộc K’Ho).

VSV, cây đòng (dạng bột), cây me-cà-zút (nấu lấy nước).

• Không qua chưng cất, không qua hãm cồn, khi uống không dùng bã chỉ sử dụng dịch LM.

• Nồng độ rượu có trong rượu cần tương đương hoặc hơn bia không nhiều

III.4 Brem Bali - Indonesia

Gạo nếp Hấp chín Làm nguội Lên men Bột ragi

Ép Thu dịch Lên men chính Lên men phụ Brem loại 1

Bã

Ép Thu dịch Lên men chính Lên men phụ Brem loại 2

Bã

4-5 ngày

T o phòng

III.4 Brem Bali - Indonesia

Gạo nếp Hấp chín Làm nguội Lên men Bột ragi

Tách Thu dịch Lên men Tách và làm trong

Brem Bali

Bã

Ép Thu dịch

III.5 Lambanog - Philippine

III.6 Mirin – Nhật

Gạo sạch Nấu / hấp Trộn đều Lên men Lọc Thanh trùng

Mốc, koji,

cồn, cơm

Mirin

30-40 ngày

III.7 Sake – Nhật

Gạo sạch

Hấp 100 o C/1h Nấm mốc

Giống Koji Gạo nấu chín Nước Nấm men

Giống Koji

Lên men 10-17 o C 15-25 ngày Giống Moto

Gạo nấu chín Trộn đều Lên men Lọc (vắt ép) Thanh trùng Đóng chai

Sake

Đánh bóng Gạo

Sake tươi

GẠO HẤPCẤY MỐC

LÊN MEN(40 – 45h)KOJI

Bào tử nấm mốc

Aspergillus oryzae

QUY TRÌNH SẢN XUẤT KOJI

Rắc bột bào tử Nhào trộn

Gạo → đánh bóng: loại phần cám bên ngoài (giảm lượng protein, acid amin, acid béo) những thành phần này thường làm giảm chất lượng rượu.

III.8 Shochu – Nhật

Gạo sạch

Hấp 100 o C/1h Nấm mốc

Giống Koji Nước Nấm men

Giống Koji

Lên men Nghiền nát

Chưng cất

Để yên Tinh chế Đóng chai

Shochu

Trộn đều

Gạo hấp chín Nước

Lên men 25-30 o C 15-25 ngày Trộn đều