Thưởng thức rượu đã là một phần không thể tách rời trong sinh hoạt văn hóa, lễ hội và giao tiếp của người Việt Nam. Rượu cũng là một nét văn hóa mang đậm bản sắc riêng của từng dân tộc và từng vùng. Ở nông thôn nước ta, đặc biệt là nông thôn Nam Bộ, rượu còn là phương tiện bày tỏ lòng hiếu khách của người dân.2.Mục tiêuThông qua chuyên đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát về công nghệ lên men, cơ chế của quá trình lên men, những ứng dụng trong thực tế đời sống,… Qua đó, hiểu rõ hơn về rượu từ tinh bột, quá trình sản xuất cũng như thành phần và giá trị dinh dưỡng của rượu từ tinh bột một trong những ứng dụng của công nghệ lên men.
Trang 1CHƯƠNG I : ĐẶT VẤN ĐỀ
1 Tình hình chung
Thưởng thức rượu đã là một phần không thể tách rời trong sinh hoạt văn hóa, lễ hội và giao tiếp của người Việt Nam Rượu cũng là một nét văn hóa mang đậm bản sắc riêng của từng dân tộc và từng vùng Ở nông thôn nước ta, đặc biệt là nông thôn Nam Bộ, rượu còn là phương tiện bày tỏ lòng hiếu khách của người dân
2 Mục tiêu
Thông qua chuyên đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát về công nghệ lên men,
cơ chế của quá trình lên men, những ứng dụng trong thực tế đời sống,… Qua đó, hiểu rõ hơn về rượu từ tinh bột, quá trình sản xuất cũng như thành phần và giá trị dinh dưỡng của rượu từ tinh bột - một trong những ứng dụng của công nghệ lên men
CHƯƠNG II: NẤM MEN
1.Khái niệm
Thuật ngữ Nấm men (yeast, levure) chỉ là tên chung để chỉ nhóm
vi nấm thường có cấu tạo đơn bào và thường sinh sôi nảy nở bằng phương pháp nẩy chồi (budding) Nấm men không thuộc về một taxon phân loại nào nhất định, chúng có thể thuộc ngành Nấm túi (Ascomycota) hoặc ngành Nấm đảm (Basidiomycota
Bên cạnh rất nhiều nấm men có ích như là các loại nấm men dùng để sản xuất rượu trắng, rượu vang, bia, làm nở bột mỳ, tạo sinh khối giàu protein và
vitamin, sản xuất enzym, sản xuất acid citric từ khí thiên nhiên, sản xuất riboflavin (vitamin B2) còn có những loại nấm men có thể gây bệnh
Có nhiều dòng men khác nhau, mỗi dòng men có các đặc tính đặc thù riêng biệt
của chúng Phần lớn các loài men thuộc về ngành nấm túi (Ascomycota), mặc dù
có một số loài thuộc về ngành nấm đảm (Basidiomycota) Một số ít các loài nấm, chẳng hạn như Candida albicans Candida albicans có thể gây ra nhiễm độc nấm
ở người (Candidiasis) Loài men được con người sử dụng phổ biến nhất
là Saccharomyces cerevisiae, nó được dùng để sản xuất bia, rượu vang từ hàng
nghìn năm trước
3 Hình dạng và kích thước
Hình dạng tế bào nấm men
Trang 2Nấm men thường có hình dạng khác nhau, thường có hình cầu, hình elip, hình trứng, hình bầu dục và cả hình dài Một số loài nấm men có tế bào hình dài
nối với nhau thành những dạng sợi gọi là khuẩn ty (Mycelium) hay khuẩn ty giả (Pseudo mycelium) Tuy nhiên hình dạng của chúng không ổn định, phụ thuộc
vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy
- Kích thước tế bào nấm men
Tế bào nấm men thường có kích thước rất lớn gấp từ 5 – 10 lần tế bào vi khuẩn
Kích thước trung bình
Chiều dài: 9 – 10m
Chiều rộng: 2 – 7m
4 Cấu tạo tế bào nấm men
Trang 3Tế bào nấm men cũng như nhiều loại tế bào khác được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản như sau:
Thành tế bào: cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau Trong đó chủ yếu là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin, volutin,…
Màng nguyên sinh chất: gồm các hợp chất phức tạp như protein,
phospholipit enzyme permeaza…
Chất nguyên sinh: thành phần cấu tạo chủ yếu là nước, protit, gluxit, lipit
và các muối khoáng, enzyme và có các cơ quan trong đó
Nhân tế bào
Những thành phần – cơ quan con khác: không bào, ty lạp thể, riboxom,…
5 Sự sinh sản của nấm men
Nấm men có một số hình thức sinh sản sau:
Trang 4- Sinh sản bằng cách nảy chồi.
- Sinh sản bằng cách phân đôi
- Sinh sản bằng bào tử và sự hình thành bào tử
+ Tiếp hợp đẳng giao
+ Tiếp hợp dị giao
+ Sinh sản đơn tính
6 Phân loại nấm men
Chủ yếu có hai lớp: nấm men thật (Ascomyces) và lợp nấm men giả (Fungi imporfecti)
- Lớp nấm men thật (lớp Ascomyces – lợp nấm túi):
+ Phần lớn nấm men dùng trong công nghiệp thuộc lớp Ascomyces,
đa số thuộc giống Saccharomyces.
+ Giống Endomyces + Giống Schizosaccharomyces
- Lớp nấm men giả (Fungi imporfecti – nấm men bất toàn)
+ Crytococus (toscula, tornlopsis)
+ Mycoderma
+ Eandida
+ Geotrichum (đã được xếp vào lớp nấm mốc)
+ Rhodotorula
7 Các quá trình sinh lí của tế bào nấm men
Sinh dưỡng của nấm men
Cấu tạo của tế bào nấm men thay đổi khác nhau tùy theo loài, độ tuổi và môi trường sống, nhưng nhìn chung bao gồm:
- Nước: 75 – 85%
- Chất khô: 15 – 25% Trong đó chất khoáng chiếm 2 – 14% hàm lượng chất khô
Nấm men cũng như các sinh vật sống khác cần oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho, kali, magiê,…
Trang 5- Dinh dưỡng Cacbon
Nguồn Cacbon cung cấp là các loại đường khác nhau: saccarose, maltose, lactose, glucose…
Hô hấp hiếu khí:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H 2O + 674 cal
Hô hấp kị khí
C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 33 cal
- Dinh dưỡng oxy, hydro: được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường nuôi cấy hay dịch
- Dinh dưỡng Nitơ:
Nấm men không có men ngoại bào để phân giải protid, nên không thể phân cắt albumin của môi trường mà phải cung cấp nitơ ở dạng hòa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc vô cơ Dạng hữu cơ thường dùng là acid amin, pepton, amid, urê Đạm vô cơ là các muối amon khử nitrat, sulfat…
- Các vitamin và chất khoáng:
Chất khoáng có ảnh hưởng to lớn đến hoạt động sống của nấm men
+ Phospho: có trong thành phần nucleoprotein, polyphosphat của nhiều
enzyme của sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu, chúng tạo ra liên kết có năng lượng lớn
+ Lưu huỳnh: tham gia vào thành phần một số acid amin, albumin, vitamin và enzyme
+ Magiê: tham gia vào nhiều phản ứng trung gian của sự lên men
+ Sắt: tham gia vào các thành phần enzyme, sự hô hấp và các quá trình khác + Kali: chứa nhiều trong nấm men, nó thúc đẩy sự phát triển của nấm men, tham gia vào sự lên men rượu, tạo điều kiện phục hồi phosphorin hóa của acid pyruvic
+ Mangan: đóng vai trò tương tự như magiê
* Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng vào trong tế bào nấm men
Trang 6Nấm men hoàn toàn không có cơ quan dinh dưỡng riêng biệt, các chất dinh dưỡng mà nó sử dụng chủ yếu được vận chuyển qua thành tế bào theo hai con đường cơ bản
- Thẩm thấu bị động: trên thành tế bào nấm men có những lỗ nhỏ, những lỗ này có tác dụng làm cho chất dinh dưỡng vận chuyển vào trong tế bào từ môi trường bên ngoài nhờ áp suất thẩm thấu, ngược lại chất thải trong quá trình trao đổi cũng được thải ra theo con đường này
- Hấp thu chủ động: các thành phần dinh dưỡng không có khả năng xâm nhập vào tế bào theo con đường thứ nhất thì lập tức có hệ permeaza hoạt hóa Permeaza là một protid hoạt động, chúng liên kết với chất dinh dưỡng tạo thành hợp chất và hợp chất này chui qua thành tế bào trong, tại đây chúng lại tách ra và permeaza lại tiếp tục vận chuyển tiếp
* Quá trình sinh trưởng và phát triển
- Sự sinh trưởng
Trong quá trình nuôi cấy, trong điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, tế bào nấm men tăng nhanh về kích thước và đồng thời sinh khối được tích lũy nhiều
- Sự phát triển
Các nấm men sinh sản bằng phương pháp nhân đôi thường cho lượng sinh khối rất lớn sau một thời gian ngắn Trong trường hợp sinh sản theo phương pháp này thì trong dịch nuôi cấy sẽ không có tế bào già Vì rằng tế bào được phân chia thành hai cứ như vậy tế bào lúc nào cũng ở trạng thái đang phát triển Tế bào chỉ già khi môi trường thiếu chất dinh dưỡng và tế bào không có khả năng sinh sản nữa
Tuy nhiên đa số nấm men sinh sản bằng phương pháp nảy chồi nên hiện tượng phát hiện tế bào già rất rõ Khi chồi non tách khỏi tế bào mẹ để sống độc lập thì nơi tách đó trên tế bào mẹ tạo thành một vết sẹo Vết sẹo này sẽ không có khả năng tạo ra chồi mới Cứ như vậy tế bào mẹ sẽ chuyển thành tế bào già theo thời gian
Để xác định số lượng tế bào nấm men phát triển theo thời gian hiện nay người
ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như:
+ Xác định số lượng tế bào bằng phương pháp đếm trực tiếp trên kính hiển vi hay gián tiếp trên mặt thạch
Trang 7+ Đo độ đục của tế bào trong dung dịch nuôi cấy trên cơ sở xây dựng một đồ thị chuẩn của mật độ tế bào…
Quá trình sinh trưởng của nấm men trong dịch lên men tĩnh có thể chia làm 5 giai đoạn:
Giai đoạn tiềm phát: giai đoạn này tế bào làm quen với môi trường, sinh khối chưa tăng nhiều
Giai đoạn logarit: đây là giai đoạn phát triển rất nhanh, sinh khối tăng ào
ạt, kèm theo sự thay đổi mạnh mẽ của dịch lên men
Giai đoạn chậm dần: tốc độ sinh trưởng nấm men giảm dần, thành phần dịch lên men còn lại ít, các sản phẩm lên men được tích tụ nhiều
Giai đoạn ổn định: số lượng tế bào nấm men không tăng nữa, tốc độ sinh sản bằng tốc độ chết
Giai đoạn chết: tốc độ chết tăng nhanh, tốc độ sinh sản rất ít do đó số lượng tế bào nấm men giảm dần
8 Các hình thức hô hấp của nấm men
Ở nấm men hô hấp là quá trình hô hấp khá phức tạp, nó xảy ra theo hai chiều hướng khác nhau Vì thế người ta phân thành 2 loại hô hấp : hô hấp hiếu khí
và hô hấp yếm khí
CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU TỪ TINH BỘT
1.Khái niệm:
Lên men là một quá trình trao đổi chất dưới tác dụng của các enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men mà người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau Tuy nhiên có hai hình thức lên men chính là lên men yếm khí và lên men hiếu khí
Trang 82.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Có 5 yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu như sau:
- Nồng độ đường: Nấm men chỉ có khả năng lên men đường thành rượu trong
khoảng nồng độ thích hợp từ 10 – 18%, nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men và khả năng lên men rượu giảm khi nồng độ đường 30 – 35%, nồng độ đường thấp quá cũng làm giảm năng lực lên men
- Ảnh hưởng của nhiệt độ :Để thấy rõ ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động
sống của nấm men cụ thể nấm men Saccharomyces Cerevisiae Rasse XII trong quá trình lên men rượu Nấm men chủng XII phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 – 330C, nhiệt độ tối đa là 380C, tối thiểu là 50C Nấm men được nuôi cấy ở nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ tối ưu ở 17 – 220C có năng lực lên men rất lớn Đối với quá trình lên men thì nấm men sẽ chịu được giới hạn nhiệt độ khá rộng từ 1 – 450C Nếu nhịêt độ quá 500C nấm men sẽ chết
- Ảnh hưởng của acid (pH): Nấm men có thể phát triển trong môi trường có chỉ
số pH = 2 – 8 nhưng thích hợp nhất là 4 – 4,5 Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấm men phát triển Vì vậy, trong lên men rượu để ngăn ngừa khả năng nhiễm khuẩn người ta thực hiện trong giới hạn pH = 3,8 – 4,0 Tuy nhiên trong thực tế có những loài vi khuẩn do quen dần ( thuần
Trang 9hoá) với độ pH thấp nên ngoài việc ứng dụng điều chỉnh pH thích hợp còn phải kết hợp sử dụng các chất sát trùng Khi pH = 8 thì nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh Ở pH = 3,8 nấm men phát triển mạnh thì hầu như vi khuẩn chưa phát triển Để tạo pH thích hợp trong môi trường nuôi cấy nấm men (kể cả lên men) người ta có thể bổ sung vào môi trường bất cứ một loại acid nào, miễn là anion của acid không gây ảnh hưởng mạnh đến trung tâm hoạt động của nấm men
- Ảnh hưởng của nồng độ rượu :Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ
và khả năng phát triển của nấm men Nồng độ rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phù thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và nguyên liệu chuẩn bị cho môi trường nuôi cấy
- Ảnh hưởng của oxy: Nấm men là loại vi sinh vật kỵ khí không bắt buộc Trong
điều kiện không có oxy nấm men sẽ lên men đường tạo thành rượu và CO2, còn trong điều kiện đầy đủ oxy nấm men có khả năng oxy hóa đường thành rượu và CO2 và tăng sinh khối “Hiệu ứng Pastuer” kìm hãm sự lên men rượu bằng O2 Oxy là thành phần không thể thiếu được ở giai đoạn phát triển sinh khối Tùy nhiên nó là nguyên nhân gây hư hỏng cho rượu trong giai đoạn chế biến còn lại Với sự có mặt của O2 nấm men sẽ lên men không hoàn toàn vì chúng sẽ phát triển sinh khối Trong giai đoạn bảo quản thì chúng sẽ làm cho sản phẩm có nhiều aldehyt, sản phẩm rất dễ bị biến màu do các phản ứng oxy hóa, phản ứng hóa nâu gây tối màu cho sản phẩm, làm chua sản phẩm do sự hình thành acid hữu
cơ (vi khuẩn lactic, acetic…) gây thối cho sản phẩm rượu theo thời gian bảo quản (do rượu bia là môi trường rất giàu chất dinh dưỡng cho vi khuẩn gây thối phát triển Một số quá trình lên men trong giai đoạn đầu diễn ra quá chậm do không đủ lượng O2 cho sự phát triển sinh khối, do vậy không đủ lượng tế bào lên men ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và dây chuyền sản xuất Tuy nhiên lại có một số nấm men phát triển nhanh và tạo ra hàm lượng rượu nhiều hơn trong môi trường không khí, chủng này thường nuôi cấy và phát triển trong môi trường ban đầu có đầy đủ oxy
3.Quá trình lên men từ tinh bột
2.1 Nguyên liệu
Lúa mì Lúa
mạch
Lúa mạch đen
miếng
Lúa gạo Khoai
mì
Trang 10Nước(%
)
Prôtêin
thô(%)
Chất béo
thô(%)
Xơ
thô(%)
2.2 Vi sinh vật tham gia
Nấm mốc: thủy phân tinh bột thành đường
Nấm men: lên men dịch đường thành rượu
Vi khuẩn lactic: acid hóa dịch đường trước khi lên men
2.2.1.Nấm men
Nấm men chủ yếu thuộc giống Saccharomyces cerevisiae
Tính chất:
Phát triển mạnh trong dịch đường lên men
Tiết ra hệ enzyme nhiều lên men nhanh chóng và hoàn toàn
Lên men được ở nhiệt độ tương đối cao
Chịu được nồng độ cồn cao
Chịu được môi trường có độ acid cao
Nhiệt độ tối ưu: 25-300C
Trang 11 Bảo quản giống nấm men:
+ Môi trường thạch – malt, nước đường hóa - thạch
+ 4-10oC, cấy chuyền định kỳ 2 lần/tháng
+ Dưới lớp dầu parafin hoặc vaselin vô trùng
Nuôi cấy nấm men trong quá trình lên men rượu:
+ Từ thạch nghiêng bình môi trường100ml, 500ml, 5l, 10l, 100l, 500l, 1000l,… + pH 4,5 - 4,8
+ Bình >100l: thổi khí, khuấy trộn môi trường 1-2 giờ,
30-320C, thêm chất sát trùng NaSiF6 (0,02%)
+ Lên men 65h, sục khí 10h đầu
2.2.2.Nấm mốc
Aspergillus oryzae, Asp.niger, Asp usami, Asp awamori, Asp baatatae…
Tiết hệ enzyme amylase đường hóa các nguồn nguyên liệu tinh bột
Aspergillus oryzae: amylase, invertase, maltase, protease và catalase
Aspergillus niger : amylase, invectase, protease, maltase, pectinase,
glucooxydase
Aspergillus awamori và Asp usami : dextrinase và glucoamylase
Nuôi cấy mốc đường hóa:
Nuôi cấy chìm: Nuôi cấy mốc trong thùng lên men, thu dịch men có hoạt
lực cao, có lắc, khuấy
Nuôi cấy bề mặt: Nuôi cấy mốc trên khay trong các buồng nuôi mốc có
điều kiện thích hợp để mốc sinh enzym tối đa, dùng môi trường cám mì
2.2.3.Vi khuẩn lactic
Trang 12 Bổ sung vào trước quá trình lên men
Tạo pH thích hợp lên men rượu
Tạo hương cho rượu
2.3.Các giai đoạn trong quá trình lên men rượu
Tinh bộtĐường hóa → ĐườngLên men → RượuChưng cất∧tinhchế → Cồn
2.3.1.Đường hóa
- Do nấm men không có khả năng chuyển hóa tinh bột thành rượu Chúng chỉ có khả năng sử dụng đường và chuyển đường thành rượu Vì vậy sau khi dịch hóa
và trước khi lên men, tinh bột cần được chuyển thành đường Sự chuyển hoá tinh bột thành đường có thể xảy ra nhờ xúc tác hóa học (axit, bazơ) hoặc men amilaza (của thóc mầm hoặc nấm mốc)
+ Chuẩn bị dịch amilaza từ thóc mầm:
Thóc phân loại làm sạch ngâm nảy mầm sấy nghiền phối chế dịch men
+ Hiện nay ngành vi sinh vật học phát triển mạnh và được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, ngành sản xuất rượu đã áp dụng quá trình đường hóa nhờ dịch amilaza từ nấm mốc
* Để đường hóa khối cháo người ta tiến hành như sau:
– Làm lạnh khối cháo đến nhiệt độ thích hợp cho sự hoạt động của men amilaza – Trộn dịch men với khối cháo để làm loãng và đường hóa