KHẢO SÁT LOẠI KHOAI LANG VÀ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT THU HỒI RƯỢU KHOAI LANG CHƯNG CẤT

Quá trình sản xuất rượu từ khoai lang có hiệu suất thu hồi cao nhiều ethanol và chất lượng tốt ít hàm lượng methanol, aldehyde, acid, ester, khi khoai lang trắng được bổ sung với 1,2÷1,4

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA - -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA - -

TRẦN TẤN DƯƠNG

KHẢO SÁT LOẠI KHOAI LANG VÀ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG

RƯỢU KHOAI LANG CHƯNG CẤT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CỬ NHÂN HÓA DƯỢC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS NHAN MINH TRÍ

Cần Thơ, 2015

i

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Cán bộ hướng dẫn: TS Nhan Minh Trí

2 Đề tài: Khảo sát loại khoai lang và quá trình chế biến ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất thu hồi rượu khoai lang chưng cất

3 Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Dương MSSV: B1203434

Lớp: Hóa Dược – Khóa: 38

4 Nội dung nhận xét:

a) Nhận xét về hình thức của LVTN:

b) Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):

 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

d) Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2015

Cán bộ hướng dẫn

TS Nhan Minh Trí

3 Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Dương MSSV: B1203434

Lớp: Hóa Dược – Khóa: 38

4 Nội dung nhận xét:

a) Nhận xét về hình thức của LVTN:

b) Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):

 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

d) Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2015

Cán bộ hướng dẫn

TS Nhan Minh Trí

Sinh viên Trần Tấn Dương

iv

TÓM TẮT

Rượu là một thức uống lên men truyền thống của dân tộc Việt Nam nói riêng và nhiều dân tộc trên thế giới nói chung Nguyên liệu dùng để nấu rượu thường là các loại ngũ cốc chứa nhiều tinh bột như: gạo, nếp, tấm, hoặc từ các loại trái cây chứa nhiều đường Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu khoai lang dồi dào và rẻ tiền cũng như tạo ra sản phẩm rượu đặc trưng từ khoai lang bên cạnh giải quyết vấn đề đầu ra cho người nông dân Đề tài bước đầu khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến thành phần rượu khoai lang góp phần hoàn thiện quy trình sản xuất rượu đế từ khoai lang Với mục đích trên, đề tài “Khảo sát loại khoai lang và quá trình chế biến ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất thu hồi rượu khoai lang chưng cất” được thực hiện Các thí nghiệm được thực hiện bao gồm: khảo sát (i) loại khoai lang (đỏ, tím, trắng, sữa), (ii) loại men thuốc bắc (Shachi, Nam Anh, Đại Thủy, Nếp Thơm, Anh Quang Lợi) và (iii) tỉ lệ men (0,8%, 1,0%, 1,2%, 1,4%) trong thời gian lên men khác nhau (2 ngày, 3 ngày,

4 ngày) ảnh hưởng đến lượng rượu, methanol, acid, ester và aldehyde trong rượu Kết quả cho thấy, rượu có độ cao (ethanol) và sản phẩm phụ thấp (methanol, aldehyde, acid, ester) Quá trình sản xuất rượu từ khoai lang có hiệu suất thu hồi cao (nhiều ethanol) và chất lượng tốt (ít hàm lượng methanol, aldehyde, acid, ester), khi khoai lang trắng được bổ sung với 1,2÷1,4% men Nếp Thơm trong thời gian 4 ngày (ủ mốc 2 ngày, lên men 2 ngày)

v

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kì công trình luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn Trần Tấn Dươ

vi

MỤC LỤC

TÓM TẮT iv

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH HÌNH ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 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 3

2.2 Một số sản phẩm chế biến từ củ khoai lang 4

2.3 Thành phần hóa học của củ khoai lang 5

2.4 Hệ vi sinh vật trong men thuốc bắc 6

2.4.1 Nấm mốc 6

2.4.2 Nấm men 7

2.4.3 Vi khuẩn 9

2.5 Các quá trình sản xuất rượu khoai lang chưng cất 9

2.5.1 Quá trình hồ hóa 9

2.5.2 Quá trình đường hóa 10

2.5.3 Quá trình lên men 11

2.6 Động học của quá trình lên men 13

2.7 Một số sản phẩm phụ của quá trình lên men 14

2.5.1 Rượu bậc cao 14

2.5.2 Các acid hữu cơ 15

2.5.3 Các ester 15

2.5.4 Aldehyde và ceton 15

2.5.5 Các hợp chất lưu huỳnh 15

2.8 Sơ lược về chưng cất 16

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 18

3.1 Phương tiện thí nghiệm 18

3.1.1 Thời gian và địa điểm 18

3.1.2 Nguyên liệu 18

3.1.3 Hóa chất 18

3.1.4 Thiết bị - dụng cụ 18

vii

3.2 Phương pháp nghiên cứu 19

3.2.1 Quy trình 19

3.2.2 Phương pháp phân tích 20

3.2.3 Phương pháp xử lí số liệu 20

3.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 20

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

4.1 Ảnh hưởng của các loại khoai lang đến thành phần rượu 25

4.1.1 Đánh giá mức độ tác động của nhân tố đến các chỉ tiêu 25

4.1.2 Ảnh hưởng của loại khoai lang đến các chỉ tiêu 25

4.2 Ảnh hưởng của các loại men thuốc bắc đến thành phần rượu 29

4.2.1 Đánh giá mức độ tác động của nhân tố đến các chỉ tiêu 29

4.2.2 Ảnh hưởng của loại men thuốc bắc đến các chỉ tiêu 30

4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ men thuốc bắc và thời gian lên men đến thành phần rượu 33

4.3.1 Đánh giá mức độ tác động của nhân tố đến các chỉ tiêu 33

4.3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ men thuốc bắc và thời gian lên men đến các chỉ tiêu 34

4.3.3 Đánh giá sự tương quan giữa các chỉ tiêu và nhân tố 38

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

PHỤ LỤC A CÁC CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÍ 43 PHỤ LỤC B TIÊU CHUẨN VIỆT NAM 2002 50

PHỤ LỤC C TIÊU CHUẨN VIỆT NAM 2010 54

PHỤ LỤC D KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỐNG KÊ 57

viii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học trung bình của khoai lang 4 Bảng 3.1: Mối tương quan giữa nhân tố tỉ lệ nấm men thuốc bắc và thời gian lên men 23 Bảng 4.1: Tác động của nguồn nguyên liệu đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde 25 Bảng 4.2: Phần trăm tác động của nguồn nhiên liệu đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde 25 Bảng 4.3: Các biến đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester, aldehyde của rượu khoai lang theo nguồn nguyên liệu 26 Bảng 4.4: Tác động của loại men đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde 29 Bảng 4.5: Phần trăm tác động của loại men đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde 30 Bảng 4.6: Các biến đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester, aldehyde của rượu khoai lang theo loại men thuốc bắc 30 Bảng 4.7: Tác động của tỉ lệ men (C) và thời gian lên men (D) đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde 33 Bảng 4.8: Phần trăm tác động của loại men đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde 34 Bảng 4.9: Các biến đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester, aldehyde của rượu khoai lang theo tỉ lệ men 34 Bảng 4.10: Các biến đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester, aldehyde của rượu khoai lang theo thời gian lên men 36 Bảng 4.11: Hệ số tương quan (r) giữa các nhân tố và chỉ tiêu của thí nghiệm

3 38

ix

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Thu hoạch khoai lang 3

Hình 2.2 Bột sữa khoai lang 5

Hình 2.3 Bánh phồng tôm bổ sung khoai lang 5

Hình 2.4 Rượu Shochu 5

Hình 2.5 Tinh bột khoai lang 5

Hình 2.6 Chuỗi phản ứng sinh hóa của quá trình lên men rượu 13

Hình 3.1 Sơ đồ mô tả quy trình sản xuất rượu khoai lang chưng cất 19

Hình 4.1 Sự thay đổi hàm lượng ethanol theo loại nguyên liệu 26

Hình 4.2 Sự thay đổi hàm lượng methanol theo loại nguyên liệu 27

Hình 4.3 Sự thay đổi hàm lượng acid theo loại nguyên liệu 28

Hình 4.4 Sự thay đổi hàm lượng ester theo loại nguyên liệu 28

Hình 4.5 Sự thay đổi hàm lượng aldehyde theo loại nguyên liệu 29

Hình 4.6 Sự thay đổi hàm lượng ethanol theo loại men 31

Hình 4.7 Sự thay đổi hàm lượng methanol theo loại men 31

Hình 4.8 Sự thay đổi hàm lượng acid theo loại men 32

Hình 4.9 Sự thay đổi hàm lượng ester theo loại men 32

Hình 4.10 Sự thay đổi hàm lượng aldehyde theo loại men 33

Hình 4.11 sự thay đổi hàm lượng ethanol theo tỉ lệ men và thời gian lên men35 Hình 4.12 sự thay đổi hàm lượng methanol theo tỉ lệ men và thời gian lên men 35

Hình 4.13 sự thay đổi hàm lượng acid theo tỉ lệ men và thời gian lên men 36

Hình 4.14 sự thay đổi hàm lượng ester theo tỉ lệ men và thời gian lên men 37

Hình 4.15 sự thay đổi hàm lượng aldehyde theo tỉ lệ men và thời gian lên men 37

x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Tuy nhiên hiện nay, giá thành khoai lang rất rẻ, tỉ lệ khoai không đạt chất lượng (khoai dạt, củ gãy, vỡ, nhỏ) cao và phụ thuộc vào thương lái nước ngoài

Do đó, để giải quyết đầu ra của nguyên liệu và tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ này, ngoài việc tìm ra quy trình bảo quản phù hợp còn có thể tạo ra những sản phẩm từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền này như các sản phẩm tinh bột biến tính, nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học, thức ăn chăn nuôi, bánh phòng tôm, sữa khoai lang, rượu khoai lang…, nhằm nâng cao giá trị kinh tế của khoai lang, đồng thời tạo ra cơ hội lớn về việc làm, ổn định sản xuất và nâng cao thu nhập cho người nông dân

Rượu Shochu là một loại rượu chưng cất của Nhật Bản Loại rượu này thường được chưng cất từ lúa mạch, khoai lang hay gạo Rượu Shochu đang ngày càng nổi tiếng ở các nước trên thế giới vì hương vị dễ chịu và dễ uống, hơn nữa tận dụng được các nguồn nguyên liệu tinh bột từ khoai lang tạo nên sản phẩm đặc trưng Tuy nhiên, ở Việt Nam với nguồn khoai lang sẵn có vẫn chưa

có sản phẩm và quy trình công nghệ sản xuất rượu từ khoai lang Rượu chủ yếu được sản xuất từ nguồn nguyên liệu truyền thống là gạo, nếp

Do đó, cần khảo sát quy trình sản xuất rượu khoai lang có chất lượng tốt

và hiệu suất thu hồi cao Với mục tiêu trên, đề tài “Khảo sát loại khoai lang và quá trình chế biến ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất thu hồi rượu khoai lang chưng cất” được thực hiện Đề tài bước đầu thử nghiệm lên men rượu đế

từ nhiều loại khoai lang với các loại men thuốc bắc, tỉ lệ men và thời gian lên men khác nhau nhầm làm ra loại rượu khoai lang chưng cất có chất lượng và hiệu suất thu hồi tốt nhất

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Chọn ra loại nguyên liệu khoai lang, loại men thuốc bắc, tỉ lệ men và thời gian lên men trong sản xuất rượu để cho ra rượu chất lượng và hiệu suất thu hồi tốt nhất thông qua việc xác định các chỉ tiêu chất lượng rượu (hàm lượng ethanol, methanol, acid, ester và aldehyde)

2

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Ảnh hưởng của các loại khoai lang đến thành phần rượu

- Ảnh hưởng của loại men thuốc bắc đến thành phần rượu

- Ảnh hưởng của tỉ lệ men thuốc bắc và thời gian lên men đến thành phần

rượu

3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 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

Năm 2008 toàn thế giới có 111 nước trồng khoai lang (FAO, 2009) trên diện tích 8,17 triệu ha, trong đó 95% tại các nước phát triển năng suất bình quân 13,46 tấn/ha, sản lượng 110,13 triệu tấn (so với năm 2007 là 123,27 triệu tấn và năm 1961 là 98,19 triệu tấn) Việt Nam có sản lượng khoai lang 1,32 triệu tấn đứng hàng thứ 5 của thế giới sau Trung Quốc (85,21 triệu tấn), Nigenia (3,31 triệu tấn), Uganda (2,70 triệu tấn), Indonesia (1,87 triệu tấn)

2.1.2 Sản xuất và tiêu thụ khoai lang ở Việt Nam

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 xanh cho nhân dân Theo thống kê năm 2000 diện tích trồng khoai lang cả nước đạt 269.000 ha, giảm nhiều so với năm 1995 (304.600 ha), nhưng sản lượng tăng hẳn (1.745.300 tấn) so với năm 1995 (1.685.800 tấn) Trong 8 vùng trải dài của đất nước ta, xét cả 3 mặt: diện tích, năng xuất, sản lượng cây khoai lang thì ta 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 năng xuất khoai lang cả nước phải kể đến Đồng bằng Sông Cửu Long (đạt 13.44 tấn/ha năm 2000)[1]

Hình 2.1 Thu hoạch khoai lang

http://vietbao.vn/Kinh-te/Sot-gia-khoai-lang-o-DBSCL-Coi-chung-sap-bay-thuong-lai-Trung Quoc/2147616914/88/

4

2.2 Thành phần hóa học của củ khoai lang

Khoai lang (danh pháp khoa học: Ipomoea batatas L, họ Convolvulaceae,

là một loài cây với các rễ củ, lớn, chứa nhiều tinh bột, có vị ngọt, được gọi là củ khoai lang và nó là một nguồn cung cấp rau ăn, củ quan trọng, được sử dụng trong vai trò của cả rau lẫn lương thực

Khoai lang dễ trồng Mỗi năm trồng được nhiều vụ trong đó vụ đông xuân

và thu đông là hai vụ chính Khoai lang cũng có nhiều loại, thường dựa vào màu sắc vỏ mà có tên riêng như khoai lang đỏ, trắng, bột,…

Cấu tạo và thành phần hóa học: Cấu tạo khoai lang gồm 3 phần: vỏ lụa, vỏ cùi và thịt củ

- Vỏ lụa chiếm khoảng 1%, vỏ cùi 5 - 10% trọng lượng toàn củ Vỏ lụa gồm những tế bào thành dày chứa sắc tố, tùy theo giống mà chứa các sắc tố khác nhau Cấu tạo thành tế bào chủ yếu là cellulose có tác dụng giữ cho khoai khỏi tác động từ bên ngoài và chậm mất nước

- Lớp vỏ cùi gồm nhũng tế bào thành mỏng chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể (mủ) Trong dịch thể có nhiều chất khác nhau như tamin, sắc

tố, enzyme,… hàm lượng tinh bột trong các tế bào này ít hơn so với các tế bào thịt củ

- Thịt củ gồm các tế bào nhu mô chứa tinh bột, các chất nitơ và một số chất vi lượng khác Tùy theo từng củ mà giữa các lớp tế bào nhu mô đôi khi còn

có các lớp tế bào thành dày cấu tạo chủ yếu là cellulose Các lớp này thường chạy dọc theo củ Tinh bột của khoai lang chủ yếu ở phần thịt củ

Bảng 2.1 Thành phần hóa học trung bình của khoai lang[2]

Trong sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là glucid lên men được, gồm tinh bột và một số đường Thành phần hóa học của khoai lang dao

5

động trong khoảng rộng tùy thuộc giống, đất nơi trồng, điều kiện chăm sóc và mức độ già Khi khoai già, lượng nước khoảng 60 - 75% tùy theo loại, tinh bột

15 - 31% Khoai lang có đường 5 - 10% chủ yếu là glucose Trong khoai cũng

có hệ enzyme phức tạp, sau khi thu hoạch, các enzyme đều hoạt động mạnh nhưng manh hơn cả là amylase Do amylase phân hủy tinh bột thành đường nên sau khi thu hoạch lượng tinh bột trong củ giảm, độ ngọt của khoai tăng[2] Một số loại khoai lang được trồng nhiều ở Đồng bằng Sông Cửu Long:

- Khoai lang trắng

- Khoai lang đỏ (khoai lang vàng, khoai lang nghệ, khoai lang bí)

- Khoai lang tím

- Khoai lang Như Ngọc

- Khoai lang sữa

2.3 Một số sản phẩm chế biến từ củ khoai lang

Khoai lang chứa hàm lượng tinh bột, protein và các loại vitamin, acid amin, nhiều nguyên tố vi lượng, chất xơ, đặc biệt là hàm lượng anthocyanin cao

từ khoai lang tím có tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa, phòng ngừa bệnh tim mạch, ngăn ngừa ung thư, giảm huyết áp, ngăn ngừa các bệnh do gốc tự do gây ra

6

Tuy nhiên, chưa có nhiều sản phẩm được chế biến từ khoai lang Do đó, cần nguyên cứu và phát triển nhiều sản phẩm từ khoai lang nhằm đa dạng hóa các sản phẩm từ nguồn nguyên liệu khoai lang và giải quyết vấn đề tiêu thụ nguồn khoai lang cho nông dân

2.4 Hệ vi sinh vật trong men thuốc bắc

2.4.1 Nấm mốc

Nấm mốc có cấu tạo hình sợi, có sinh bào tử, không có diệp lục tố, không

có khả năng tổng hợp chất hữu cơ mà sử dụng chất hữu cơ có sẵn để sinh sống Nấm mốc mọc tốt trong môi trường có nhiều không khí, vì vậy chúng thường phát triển trên bề mặt cơ chất dưới dạng các nhóm hình sợi lún phún, lớp mạng nhện

2.4.1.1 Các dạng nấm mốc thường gặp trong bánh men thuốc bắc

Trong bánh men thuốc bắc, nấm mốc chủ yếu là các chi: Mucor,

Aspergillus, Penicilum, Rhizopus Trong đó, đặc biệt là loài Mucor rouxii có

nhiều đặc tính quý như sau: có khả năng chịu nhiệt độ cao 32÷35oC Vừa có khả năng đường hóa vừa có khả năng rượu hóa Lee and Fujio (1998) đã khảo sát

hệ sinh vật trong viên men rượu được sản xuất tại Việt Nam, kết quả phân lập

được các dòng nấm mốc như: Rhizopus oryzae, Mucorindicus,

Mucorcircinilloides, Amylomyces rouxii[3]

2.4.1.2 Sinh trưởng của nấm mốc

Các giống nấm mốc vừa nêu thuộc loại nấm sợi, từ một tế bào hay một sợi nấm khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành một hệ sợi nấm hay khuẩn

ty, thời gian để các bào tử nảy mầm và tốc độ phát triển của khuẩn ty thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường, cơ chất và loại nấm mốc Trong cùng điều kiện môi trường số lượng bào tử nấm mốc nảy mầm được tự điều chỉnh sao cho không quá nhiều bào tử nảy mầm trong cùng thời gian[4]

Trong cùng điều kiện hiếu khí nấm mốc phát triển mạnh về sinh khối và

tăng nhiệt Trong điều kiện yếm khí, một số loài nấm mốc (Rhizopus oryzae,

Penicillium roqueforti…) cũng có khả năng biến dưỡng tạo năng lượng qua quá

trình lên men[5]

Trong điều kiện môi trường thuận lợi (đặc biệt nguồn nitơ bị hạn chế) sẽ hình thành bào tử, từ một hệ khuẩn ty có thể hình thành khoảng vài chục triệu bào tử Bào tử là dạng tiềm sinh giúp nấm mốc có thể sống sót trong những điều

7

kiện môi trường bất lợi của thiên nhiên: độ ẩm môi trường thấp, nhiệt độ cao, tia tử ngoại…[6]

2.4.1.3 Vai trò của nấm mốc trong lên men rượu

Nấm mốc có khả năng sinh ra enzyme amylase, đặc biệt là α-amylase và amyloglucosidase để thủy phân tinh bột thành đường, chủ yếu là glucose Nguồn tinh bột ban đầu được hấp thu sau đó lỏng hóa bằng α-amylase, đường hóa bằng amyloglucosidase

α-amylase cắt ngẫu nhiên các liên kết α-1,4 glucoside trong mạch amylose

và amylopectin thành hỗn hợp các oligomer bao gồm các đoạn phân nhánh và không phân nhánh

Amyloglucosidase cắt các liên kết α-1,4 glucoside từ đầu không khử của amylose phóng thích ra các monomer đơn D-glucose, đồng thời các nối α-1,6 glucoside cũng được thủy phân nhưng chậm hơn Enzyme này cũng có khả năng thủy phân hầu như hoàn toàn tinh bột thành glucose (đến 98%)[7]

2.4.2 Nấm men

Nấm men là tên chung chỉ nhóm có cấu tạo đơn bào, thường sinh sản bằng hình thức nảy chồi hoặc phân cắt, một số có thể sinh sản hữu tính bằng bào tử túi Nhiều loại có khả năng lên men đường, thích nghi được trong môi trường

có nồng độ cồn cao, acid cao[8]

Tế bào nấm men có hình thái và kích thước khác nhau Tùy loại , tùy giống chúng có thể có hình bầu dục, hình cầu, hình trứng, hình quả chanh Các loại

nấm men thường dùng trong sản xuất rượu bia là Saccharomyces cerevisiae có

dạng hình elip, hình trứng, kích thước thay đổi trong khoảng 2,5÷10 µm Thời gian cho một thế hệ khoảng 120 phút[9]

2.4.2.1 Các dạng nấm men thường gặp trong men rượu

Mỗi gram bánh men chứa vài chục triệu đến vài trăm triệu tế bào nấm men

Chúng gồm 2 giống: Endomycopsis (chủ yếu là Endo fibuligene) và

Saccharomyces (chủ yếu là S cerevisiae)

Endo fibuligene là loại nấm men rất giàu enzyme amylase, glucoamylase

nên chúng vừa có khả năng đường hóa vừa có khả năng rượu hóa

Có khả năng lên men nhiều loại đường như: glucose, saccharose, maltose, fructose, rafinose, galactose Đồng thời, chúng có thể lên men ở nhiệt độ cao (36÷40oC) và có khả năng chịu được độ acid Đặc điểm này rất thuận lợi trong trường hợp lên men có sử dụng thuốc sát trùng Điều quan trọng hơn là có khả

8

năng lên men nhiều loại nguyên liệu: gạo, ngô, khoai, sắn với đường trong dung dịch 12÷14%, có khi 16÷18% Nồng độ rượu cao nhất trong dịch lên men mà nấm men có thể chịu được là 10÷12% Nhiệt độ lên men thích hợp nhất là 28÷32oC

Ngoài 2 chi nấm men cơ bản trên, trong men thuốc bắc còn nhiều loài men dại khác Chúng vừa có khả năng thủy phân tinh bột vừa có khả năng chuyển đường thành rượu tuy nhiên sự chuyển hóa này thấp Đặc biệt, các loài men dại này chịu được nhiệt độ rất cao[10]

2.4.2.2 Sinh trưởng của nấm men

Bình thường nấm men Saccharomyces cerevisiae sinh sản vô tính bằng

cách nảy chồi, nhưng trong môi trường không thuận lợi chúng cũng có khả năng sinh sản hữu tính Trong sinh sản hữu tính, tế bào lưỡng bội (2n) sau quá trình giảm phân sẽ thành lập bào tử túi, trong túi bào tử túi có chứa 4 bào tử đơn bội (n) bao gồm hai loại bào tử khác giới, các bào khác giới này sẽ tiếp hợp để hình

thành bào tử tiếp hợp lưỡng bội khi nảy mầm Ở giống Schizosacchromyces đặc

tính tương tự cũng được phát hiện, túi bào tử có 8 bào tử, các bào tử đơn bội khác giới có thể nảy mầm và phát triển tế bào sinh dưỡng đơn bội hoặc tiếp hợp

để trở thành tế bào sinh dưỡng lưỡng bội[11] Tính chất này có thể tăng cường khả năng sống sót của nấm men trong điều kiện không thuận lợi của môi trường Nấm men hấp thụ tốt các loại đường như D-glucose, fructose, sucrose, maltose, maltotriose… Sự biến dưỡng chất đường được thực hiện bởi quá trình đường phân (lộ trình Embden – Meyerhof), tiếp theo bởi chu trình Krebs trong điều kiện hiếu khí Trong điều kiện khác, sự biến dưỡng có thể được thực hiện qua lộ trình Pentose-phosphate và lộ trình Entner – Doudoroff, tiếp theo bởi sự

hô hấp hiếu khí hoặc sự lên men yếm khí Trong điều kiện hiếu khí nấm men tạo nhiều năng lượng, phát triển sinh khối[12]

Trong điều kiện kỵ khí nấm men tạo ra ethanol và CO2 , gọi là quá trình lên men

Nấm men tiếp nhận thức ăn bằng con đường hấp thu chọn lọc trên bề mặt của tế bào và sau đó khuếch tán vào bên trong Màng là lớp bao bọc nguyên sinh chất tế bào trong trường hợp này đóng vai trò là màng bán thấm, ngăn cách điều khiển của các chất dinh dưỡng của tế bào và thải ra môi trường xung quanh những sản phẩm của hoạt động sống

Những chất cần thiết cho nấm men: oxy, hydro, nitơ, các chất khoáng Nấm men có nhiều trong tự nhiên và có thể sử dụng trong sản xuất rượu bia,

Để thu được năng suất rượu cao, nấm men được lựa chọn dựa vào 2 đặc tính: lên men với tốc độ mạnh và khả năng chịu được nồng độ rượu cao trong môi trường lên men Ethanol là sản phẩm chính của quá trình rượu hóa nhưng

ở một nồng độ nào đó ethanol có thể làm thay đổi cấu trúc và tính thấm của màng tế bào nấm men, ức chế quá trình lên men

2.4.3 Vi khuẩn

Trong bánh men thuốc bắc có rất nhiều loại vi khuẩn phát triển, nhưng chủ

yếu là vi khuẩn lactic như Lactobacillus, Streptococcus và vi khuẩn acetic như

A Acetic, A suboxydans, vi khuẩn gây thối[3]

Vi khuẩn sinh sản bằng cách tự nhân đôi, thời gian cho một thế hệ vi khuẩn thường ngắn Một khảo sát khả năng sinh sản của một số dòng vi khuẩn sinh acid acetic trên môi trường tinh bột ngô ở 30oC cho thấy thời gian pha lỏng khoảng 4÷8 giờ, thời gian cho một thế hệ khoảng 1,2÷2 giờ, mật số phát triển tối đa có thể đến 109 CFU/mL Sự hiện diện của vi khuẩn trong viên men rượu được xem là gây hại cho quá trình sản xuất rượu

Thời gian đầu của quá trình lên men, các vi khuẩn này phát triển tạo ra pH môi trường thích hợp cho sự phát triển của nấm men Mặt khác, nếu trong dịch lên men có sự hiện diện của oxy thì vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa rượu thành acid acetic làm giảm lượng rượu hình thành[13]

2.5 Các quá trình chính trong sản xuất rượu khoai lang chưng cất 2.5.1 Quá trình hồ hóa

Quá trình hồ hóa tinh bột là quá trình nấu để phá vỡ màng tế bào tinh bột, biến tính tinh bột từ trạng thái không hòa tan thành trạng thái hòa tan, giúp cho quá trình tiếp xúc giữa enzyme amylase và tế bào tinh bột được dễ dàng hơn

10

2.5.1.1 Sự trương nở và hòa tan tinh bột

Sự trương nở của tinh bột là hiện tượng tinh bột hút nước trương lên tăng kích thước và khối lượng của hạt[14]

Khi nấu tinh bột với nước đến nhiệt độ 40oC hạt bắt đầu trương nở Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì hạt tiếp tục trương nở và trương nở đến khi tạo thành một thể đồng nhất gọi là sự trương nở vô hạn Lực liên kết giữa các phân tử yếu dần đến mức độ tinh bột tan ra gọi là sự hồ hóa tinh bột

2.5.1.2 Những biến đổi của tinh bột và đường

Khi nấu có một lượng nhỏ tinh bột biến thành đường và dextrin do tác dụng của enzyme amylase chứa trong nguyên liệu Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccharose, glucose, fructose và một ít maltose được tạo thành trong thời gian nấu Ở nhiệt độ cao, các đường sẽ phân hủy và mất nước để tạo thành caramen, furfurol, oxymetyl furfurol và melanoidin Mức độ tạo thành các chất được xếp theo thứ tự: melanoidin > furfurol> caramen[15] Tạo thành các chất trên chính là nguyên nhân gây nên tổn thất đường trong thời gian nấu

2.5.2 Quá trình đường hóa

Nấm men không thể lên men trực tiếp tinh bột của nguyên liệu tạo thành đường mà cần phải qua giai đoạn đường hóa Giai đoạn đường hóa giúp thủy phân tinh bột thành các đơn vị glucose

Ở giai đoạn đường hóa, dưới tác dụng của hệ enzyme amylase, chủ yếu là enzyme α-amylase và amyloglucosidase của nấm mốc sẽ biến đổi tinh bột thành đường glucose cần thiết cho quá trình lên men Enzyme α-amylase cắt liên kết α-1,4 glycoside tạo thành maltose, maltotriose và α-dextrin, amyloglucosidase cắt liên kết α-1,4 và cả liên kết α-1,6 glycoside tạo thành các đơn vị D-glucose Trong hai giai đoạn đường hóa, dưới điều kiện hiếu khí, nấm mốc sản sinh enzyme α-amylase và amyloglucosidase để thủy phân tinh bột thành dextrin, maltose và chủ yếu nhất là glucose[16] Enzyme α-amylase và amyloglucosidase

có thể thủy phân 96-98% tinh bột thành glucose Các nguồn chính thu được từ

Aspergillus niger và Aspergillus oryzae thường phát triển trrong môi trường bán

gắn ở nhiệt độ khoảng 30oC phù hợp cho enzyme trong 24÷48 giờ[17]

Tiến trình đường hóa được thực hiện trong thiết bị ở điều kiện hiếu khí, nhiệt độ cao hơn 36oC trong khoảng 2-3 ngày[18]

Ngoài ra, trong quá trình đường hóa còn xảy ra những biến đổi của các thành phần khác Nấm mốc bên cạnh sản sinh hệ enzyme còn tiết ra các enzyme khác như: protease, pectinase, hemicellulose Các enzyme này sẽ phân hủy

11

pectin hemicellulose thành acid pectic, alcol metylic, các dextrin và đường pentose[18]

2.5.3 Quá trình lên men

2.5.3.1 Cơ chế của quá trình lên men

Quá trình lên men rượu là một quá trình phức tạp Đầu tiên đường và các chất dinh dưỡng của môi trường lên men được hấp thụ vào bề mặt nấm men sau

đó khuếch tán vào bên trong tế bào Trong khi nước được ra vào tự do qua màng

tế bào nấm men, thì đường và chất dinh dưỡng khác được màng tế bào chỉ cho

đi vào nhưng không cho đi ra Trong tế bào nấm men nhờ hoạt động sống của

tế bào, những phản ứng sinh hóa phức tạp xảy ra và dẫn đến tổng hợp chất này

và phân hủy chất kia Rượu ethanol và CO2 tạo thành thoát ra khỏi tế bào theo con đường khuếch tán rất nhanh vào môi trường xung quanh Khí CO2 cũng hòa tan trong môi trường nhưng sự hòa tan không lớn Vì thế CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuếch tán vào môi trường và nhanh chóng đạt được trạng thái bão hòa Khi bõa hòa CO2 bám xung quang tế bào nấm men hình thành những bọt khí, những bọt khí sinh ra ngày càng nhiều và lớn dần lên hình thành túi lớn, đến lúc nào đó có sự chênh lệch khối lượng riêng của môi trường và tế bào nấm men sẽ nổi lên trên bề mặt Khi đến bề mặt do có sự thay đổi đột ngột sức căng

bề mặt làm những túi này bị vỡ ra khí CO2 được phóng thích ra bên ngoài tế bào, nấm men bị chìm xuống Quá trình này diễn ra lên tục nên tế bào nấm men vốn từ trạng thái tĩnh chuyển sang trạng thái chuyển động, làm gia tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men và môi trường Điều này làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ hơn, khi đó sẽ làm tăng nhanh quá trình lên men[19]

Trong điều kiện không có oxy, dưới tác dụng xúc tác của phức hệ enzyme của nấm men, glucose và fructose được nấm men chuyển hóa thành ethanol thông qua con đường glycolytic Theo lý thuyết thì 180 gram đường chuyển thành 88 gram carbon dioxide và 92 gram ethanol Trong quá trình lên men bắt đầu khoảng 22 đến 24% đường, thì 95% đường được chuyển thành ethanol và carbon dioxide và số còn lại 5% được chuyển thành sản phẩm cuối cùng khác

Tỉ lệ này có thể thay đổi tùy thuộc vào mật số nấm men, nhiệt độ lên men và lượng dinh dưỡng[20] Quá trình lên men rượu đồng thời vừa tổng hợp các hợp chất cao năng ATP, vừa sinh ra năng lượng dạng nhiệt từ trong tế bào khuếch tán ra ngoài môi trường lên men

12

2.5.3.2 Các giai đoạn lên men

Giai đoạn hình thành rượu: là giai đoạn từ lúc cấy men giống vào, cho lên

men đến khi dịch lên men hết sủi bọt mạnh Nếu nhiệt độ ổn định, thời gian này kéo dài từ 4-5 ngày Kết thúc thu được “rượu non” [21]

Giai đoạn phát triển: tiến hành gạn cặn và cho lên men tiếp, đây được gọi

là quá trình lên men phụ Ở giai đoạn này có quá trình lên men malolactic, khi

đó acid malic được chuyển thành acid lactic, làm cho rượu chuyển từ vị chua gắt sang vị chua nhẹ dễ chịu, CO2 tiếp tục giải phóng nhưng ít dần[21]

Giai đoạn vang chín: sau giai đoạn 2, “rượu non” đã ổn định thành phần

nhưng vẫn còn “sống” vì còn vị cay, đắng, hơi chua Người ta tiến hành các biện pháp ổn định thành phẩm ở nơi có nhiệt độ ít giao động Trong thời gian này, nhiều biến đổi sinh hóa phức tạp xảy ra, rượu chuyển từ ít ngọt, ít thơm, có vị chua lấn át, có vị đắng của CO2 và aldehyde sang rượu chín có vị chua ngọt cân đối của cồn-đường, vị đắng nhẹ của glycerin, vị chát của polyphenol[21]

2.5.3.3 Phản ứng sinh hóa của quá trình lên men

Nấm men Saccharomyces cerevisiae đóng vai trò quan trọng trong quá

trình lên men Nấm men chuyển hóa đường theo hai hướng chín là lên men tạo thành ethanol và hô hấp Các chuỗi phản ứng quá trình lên men hình thành ethanol được biểu diễn ở Hình 2.6 Ở mỗi phản ứng của quá trình nhờ xúc tác của các enzyme của nấm men

Phương trình tổng quát của quá trình lên men rượu

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 49 kcal

Quá trình lên men trải qua ba giai đoạn chín sau:

Giai đoạn 1: là giai đoạn đường phân Ở giai đoạn này xảy ra 11 chuỗi

phản ứng sinh hóa với sự xúc tác của nhiều enzyme phá vỡ hexose và giải phóng năng lượng ATP[12], sản phẩm cuối của quá trình đường phân là acid pyruvic Nấm men là cơ thể kỵ khí tùy tiện, chúng hô hấp như những cơ thể hiếu khí bậc cao Khi nấm men được gieo cấy vào môi trường có oxy hòa tan chúng hô hấp

và sinh trưởng, tăng sinh khối[20] Vì vậy, nấm men có thể tiêu thụ các loại đường

để chuyển hóa thành các chất hóa học khác nhau[22]

Giai đoạn 2: acid pyruvic bị decarboxyl hóa thành acetaldehyde với sự

xúc tác của enzyme pyruvate decarboxylase

Giai đoạn 3: acetaldehyde tiếp nhận H+ từ NAD.H2 dưới sự xúc tác của enzyme alcoldehydrogenase thành ethanol[23]

13

Nguồn: Scitable by Nature Education

2.6 Động học của quá trình lên men

Tốc độ của quá trình lên men có thể quan sát được bằng cách theo dõi sự thay đổi hàm lượng đường trong dịch lên men, quan sát bằng cách theo dõi sự thay đổi độ rượu và CO2 tạo thành cũng như thay đổi trị số của nồng độ dịch lên men

Hình 2.6: Chuỗi phản ứng sinh hóa của quá trình lên men rượu

14

Quá trình lên men được chia làm 3 thời kỳ chính:

Thời kỳ đầu: khoảng 60 giờ kể từ khi nấm men tiếp xúc với dịch lên men,

sự lên men diễn ra rất chậm, đường lên men không đáng kể

Thời kỳ 2: đây là thời kỳ lên men chính, chiếm 60-120 giờ sau thời kì đầu

Sự phát triển của nấm men và sự lên men sau mỗi giờ tăng lên đáng kể và đạt đến trị số cực đại

Thời kỳ cuối: đây là giai đoạn lên men phụ xảy ra rất chậm đồng thời là

thời kỳ ổn định tạo mùi thơm cho sản phẩm Tùy theo phương pháp lên men, loại sản phẩm mà thời gian lên men phụ kéo dài khác nhau không quan sát được Thời kỳ lên men chính là thời kỳ biến đổi sâu sắc các thành phần trong dịch lên men Chúng ảnh hưởng đến kết quả của quá trình lên men Trong giai đoạn này, trong điều kiện lên men bình thường sau mỗi giờ nồng độ đường trong dịch lên men sẽ giảm đi khoảng 1 độ (oBrix, Balling, %) tùy theo loại sản phẩm, dây chuyền sản xuất

Sự tồn tại của thời kỳ lên men cuối là đặc trưng đối với quá trình lên men dịch đường hóa từ nguyên liệu chứa tinh bột[23]

2.7 Một số sản phẩm phụ của quá trình lên men

Quá trình lên men sản phẩm chủ yếu là ethanol và CO2, tuy nhiên cũng có một số phức hợp khác cũng được hình thành Các hợp chất này ảnh hưởng đến chất lượng rượu trong và sau quá trình lên men[24]

2.7.1 Rượu bậc cao

Phần lớn các rượu bậc cao xuất phát từ quá trình chuyển hóa các acid amin, tách loại nhóm cacboxyl để chuyển hóa thành các acid amin trong rượu[25] Rượu bậc cao được hình thành trong pha sinh trưởng của nấm men, là sản phẩm được tổng hợp ở ranh giới trao đổi chất carbon và nitơ của nấm men

Rượu bậc cao ít ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của rượu vang nhưng có thể là một yếu tố quan trọng trong rượu chưng cất, chúng tồn tại ở nồng độ cao hơn[20] Các acid amin đặc biệt có thể kích thích sự tổng hợp các rượu bậc cao tương ứng Việc tăng hàm lượng nitơ khi tăng muối amoni cũng kích thích hình thành các rượu bậc cao Đặc biêt, sự tổng hợp propanol được kích thích khi bổ sung muối amoni Việc thêm glucose hoặc saccharose vào dịch hèm, hoặc thay thế maltose bằng glucose, khi hiện diện một hàm lượng acid amin có thể kích thích sự hình thành các rượu bậc cao[26]

15

2.7.2 Các acid hữu cơ

Trong rượu vang chứa một lượng các acid vô cơ và hữu cơ như acid tatric, acid malic, acid citric, acid oxalic[27] với pH của rượu vang từ 2,9- 3,9 Ở các nước phương tây, độ chua của rượu vang là thành phần quan trọng ngang với

độ cồn Tuy có độ chua cao, nhưng rượu vang vẫn dễ uống, vì vị chua của acid được cân đối với vị ngọt của đường, cồn và glycerin

2.7.3 Các ester

Trong số các sản phẩm phụ của quá trình lên men, ester là các hợp chất quan trọng hình thành hương vị cho rượu vang Ester được sinh ra bởi nấm men trong suốt quá trình lên men trong một phản ứng giữa rượu và acetyl CoA từ sự suy thoái của các acid amin hoặc carbohydrate[28]

Các ester chủ yếu được hình thành từ các acid và rượu, hiện diện nhiều nhất là acetate ethylic, sau đó acetate iso-amyl và acetate propyl Acetate ethylic

là ester có số lượng nhiều trong các thức uống lên men nhưng nó không quan trọng nhất trong hương vị của các đồ uống Hàm lượng ester sẽ phụ thuộc vào hàm lượng rượu và acytyl CoA sinh ra bởi nấm men[3]

Các enzyme ester hóa bị chi phối bởi nấm men và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như điều kiện lên men, nhiệt độ, pH, nồng độ oxy, nồng độ đường

và các acid béo không bão hòa[29] Trong số những ester hình thành trong quá trình lên men, ethylacetate là vượt trội hơn cả về số lượng có mùi của quả tự nhiên Ngưỡng cảm nhận ethylacetate có trong vang là 180÷200 mg/L Nếu cao hơn hoặc thấp hơn sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới vị của vang, cao quá thì gây vị đắng, khó chịu[14]

2.7.4 Aldehyde và ceton

Aldehyde được hình thành thông qua sự suy thoái carbohydrate hoặc trong quá trình lão hóa rượu[30] Aldehyde có mặt chủ yếu trong rượu là acetaldehyde, được hình thành từ ethanol với sự có mặt của enzyme alcohol dehydrogenase[25] Ngoài ra, acetaldehyde cũng được hình thành từ quá trình oxy hóa của ethanol bởi màng nấm men

16

thái sinh lý của nấm men và giống Sự tự phân của tế bào làm tăng những hợp chất này do sự phân hủy của các acid amin có chứa lưu huỳnh[14]

2.8 Sơ lược về chưng cất

Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như rượu, ester, aldehyde và một số alcol có số carbon lớn hơn hai Ngoài ra trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, acid hữu cơ và chất khoáng Tuy nhiên trong giấm chín chứa chủ yếu

là rượu ethylic và nước

Mục đích của quá trình chưng cất để thu được rượu có độ cồn cao hơn, đồng thời loại bỏ một số tạp chất trong rượu

Quá trình chưng cất thường được chia làm 3 đợt: đợt đầu thu được rượu

có nồng độ cồn 55-65% v/v, được gọi là rượu đầu hay rượu kỹ nghệ Rượu này chứa tạp chất đầu gồm aldehyde, acetic, ethyl acetate, methyl acetate và methanol do có nhiệt độ sôi thấp hơn ethanol Đợt sau thu rượu có hàm lượng ethanol 35-45% v/v gọi là rượu giữa Trong sản xuất rượu truyền thống, phần rượu này được thu và cung cấp cho người tiêu dùng Rượu giữa thường chứa các hợp chất trung gian như ethyl isovalerianate Phần rượu chưng cất còn lại gọi là rượu ngọn Rượu ngọn thường có hàm lượng ethanol thấp, có vị chua, mùi giảm và đục Các tạp chất có nhiệt độ sôi cao hơn rượu ethylic, khó bay hơi

và ở dạng dầu không tan trong nước còn gọi là dầu fusel Các tạp chất cuối bao gồm rượu bậc cao: isoamylic, isobutylic, isopropulic…

Rượu chưng cất nếu kiểm tra giá trị cảm quan phải trong suốt, không màu,

có mùi đặc trưng cho từng loại nguyên liệu, không có vị lạ

Khi nghiên cứu về chưng cất hỗn hợp rượu-nước, Conovalop và Vrepski đưa ra các định luật sau[15]:

Định luật I: thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi Ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi luôn luôn nhiều hơn trong thể lỏng Nếu thêm cấu tử dễ bay hơi vào trong dung dịch thì dẫn đến làm tăng độ bay hơi của hỗn hợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho Định luật II: theo nghiên cứu hỗn hợp rượu-nước, Vrepski cho biết, thành phần hơi nước được thoát ra dung dịch nào đó đều phụ thuộc vào áp suất bên ngoài Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng phí Đối với hỗn hợp rượu-nước, nếu tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thì phần trăm nước trong hỗn hợp đẳng phí sẽ nhiều hơn còn

17

nồng độ rượu trong hỗn hợp sẽ thấp hơn 92,7% v/v Ngược lại nếu chưng cất trong điều kiện chân không thì nồng độ rượu trong hỗn hợp đẳng phí sẽ cao hơn 92,7% v/v và phụ thuộc vào độ chân không[15]

18

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương tiện thí nghiệm

3.1.1 Thời gian và địa điểm

Thời gian thực hiện: 06/2012 - 11/2012

Địa điểm: Phòng thí nghiệm Hóa Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ

- Máy quang phổ UV-VIS

- Bếp cách thủy, có khả năng điều chỉnh nhiệt độ ở 70±20C

Phân tích chỉ tiêu Hình 3.1: Sơ đồ mô tả quy trình sản xuất rượu khoai lang chưng cất Nước đun sôi Để nguội

20

Giải thích quy trình:

- Lấy nguyên liệu (như bố trí thí nghiệm), ngâm trong nước 1 giờ, rút bỏ nước và rửa sạch Sau đó, đem khoai lang hấp ở 100oC trong một giờ, khi nguyên liệu chín đem ra mâm và làm nguội đến 40oC Sau khi cắt nhỏ, khoai được trộn với tỉ lệ men thuốc bắc như trong thí nghiệm Hỗn hợp này được cho vào hủ, đậy bằng vải mùng và ủ trong 2 ngày

- Sau thời gian ủ mốc, hỗn hợp được chang với thể tích nước chang (nước đun sôi để nguội) nhất định và đậy kín bằng vải mùng và giấy bạc Ủ hỗn hợp

ở nhiệt độ phòng (28-30oC) trong thời gian như thí nghiệm khảo sát thì thu được dịch lên men

- Sau thời gian lên men như bố trí thí nghiệm, dịch lên men được chưng cất để thu rượu với thể tích nhất định và phân tích các chỉ tiêu theo dõi

3.2.2 Phương pháp phân tích

- Xác định hàm lượng ethanol bằng phương pháp chưng cất[15]

- Xác định hàm lượng methanol bằng phương pháp đo quang (Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9637-7:2013)

- Xác định hàm lượng aldehyde theo phương pháp iod[15]

- Xác định lượng acid toàn phần và ester trong sản phẩm[15]

Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 1 nhân tố và 3 lần lập lại

Nhân tố A: Loại khoai lang củ

A1: Khoai lang sữa

21

A2: Khoai lang tím

A3: Khoai lang trắng

A4: Khoai lang đỏ

- Sau 2 ngày ủ mốc, mỗi hỗn hợp được chang 2 lít nước chang (nước đun sôi để nguội) và đậy kín bằng vải mùng và giấy bạc Ủ hỗn hợp ở nhiệt độ phòng (28-30oC) trong 3 ngày thì thu được dịch lên men

- Sau 3 ngày lên men, dịch lên men được chưng cất để thu rượu với thể tích khoảng 420 mL và phân tích các chỉ tiêu theo dõi (mục d)

d Chỉ tiêu theo dõi

3.2.4.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của loại men thuốc bắc đến thành phần rượu

a Mục đích

Chọn loại men thuốc bắc cho chất lượng và hiệu suất thu hồi tốt nhất trong sản xuất rượu đế từ khoai lang

- Sau 2 ngày ủ mốc, mỗi hỗn hợp được chang 2 lít nước chang (nước đun sôi để nguội) và đậy kín bằng vải mùng và giấy bạc Ủ hỗn hợp ở nhiệt độ phòng (28-30oC) trong 3 ngày thì thu được dịch lên men

- Sau 3 ngày lên men, dịch lên men được chưng cất để thu rượu với thể tích khoảng 420 mL và phân tích các chỉ tiêu theo dõi (mục d)

d Chỉ tiêu theo dõi

23

Rượu thành phẩm được phân tích các chỉ tiêu chất lượng rượu như mục d Sau khi chọn loại men thuốc bắc cho rượu có chất lượng và hiệu suất thu hồi cao, men thuốc bắc này được sử dụng để nghiên cứu thí nghiệm tiếp theo

3.2.4.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của tỉ lệ men thuốc bắc và thời gian lên men đến thành phần rượu

Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 nhân tố (tỉ lệ men và thời gian lên men) và 3 lần lập lại

Nhân tố C: Tỉ lệ men (4 mức độ)

C1: 0,8%; C2: 1,0%; C3: 1,2%; C4: 1,4%

Nhân tố D: thời gian lên men (3 mức độ)

D1: 2 ngày; D2: 3 ngày; D3: 4 ngày

Bảng 3.1: Mối tương quan giữa nhân tố tỉ lệ men thuốc bắc và thời gian lên men

- Lấy 1 kilogram khoai lang (được chọn từ thí nghiệm 1), ngâm trong nước

1 giờ, rút bỏ nước và rửa sạch Sau đó, đem khoai lang hấp ở 100oC trong một giờ, khi nguyên liệu chín đem ra mâm và làm nguội đến 40oC Sau khi cắt nhỏ,

24

khoai được trộn với men thuốc bắc (được chọn từ thí nghiệm 2) với tỉ lệ như bố trí thí nghiệm Hỗn hợp này được cho vào hủ, đậy bằng vải mùng và ủ trong 2 ngày (Lưu ý: khi trộn nguyên liệu và men thuốc bắc cần tránh tiếp xúc giữa các loại men với nhau tránh ảnh hưởng đến kết quả sau này)

- Sau 2 ngày ủ mốc, mỗi hỗn hợp được chang 2 lít nước chang (nước đun sôi để nguội) và đậy kín bằng vải mùng và giấy bạc Ủ hỗn hợp ở nhiệt độ phòng (28-30oC) trong thời gian (như bố trí thí nghiệm) lấy thì thu được dịch lên men

- Ở từng mẫu theo thời gian, dịch lên men được lấy và chưng cất để thu rượu với thể tích khoảng 420 mL và phân tích các chỉ tiêu theo dõi (mục d)

d Chỉ tiêu theo dõi

Rượu thành phẩm được phân tích các chỉ tiêu chất lượng rượu như mục d

Để chọn ra tỉ lệ men thuốc bắc và thời gian lên men cho rượu có chất lượng và hiệu suất thu hồi cao từ rượu được sản xuất từ loại khoai lang chọn từ thí nghiệm

1 và men thuốc bắc chọn từ thí nghiệm 2

25

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng của các loại khoai lang đến thành phần rượu

4.1.1 Đánh giá mức độ tác động của nhân tố đến các chỉ tiêu

Độ tin cậy và mức độ tác động của nhân tố đến các chỉ tiêu được thể hiện

ở bảng 4.1 và 4.2

Bảng 4.1: Tác động của nguồn nguyên liệu đến sự thay đổi hàm lượng methanol, ethanol, acid, ester và aldehyde

Ethanol Methanol Acid Ester Aldehyde Loại nguyên

Ethanol Methanol Acid Ester Aldehyde Loại nguyên liệu 92,36 72,43 94,03 68,28 88,83 Bảng 4.2 cho thấy rõ hơn về phần trăm ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đối với các chỉ tiêu, đối với ethanol là 92,36%, acid là 94,03% và aldehyde là 88,83% Trong khi đó, nhân tố nguồn nguyên liệu lại có phần trăm ảnh hưởng thấp hơn đối với chỉ tiêu methanol (72,43%) và ester (68,28%)

4.1.2 Ảnh hưởng của loại khoai lang đến các chỉ tiêu

Nguồn nguyên liệu làm thay đổi đáng kể đến các chỉ tiêu khảo sát Bảng 4.3 cho thấy, với việc sử dụng nguồn nguyên liệu khác nhau (khoai lang đỏ, khoai lang sữa, khoai lang tím, khoai lang trắng) thì hàm lượng ethanol, methanol, acid, ester và aldehyde trong rượu biến đổi có ý nghĩa ở mức ý nghĩa 5%

Kết quả trình bày ở Bảng 4.3 cho thấy rằng, hàm lượng methanol hiện diện trong rượu được làm từ khoai lang trắng là thấp nhất Nồng độ methanol trong rượu sản xuất từ khoai lang trắng thấp hơn so với hàm lượng methanol được tìm thấy trong loại rượu như: rượu Kiwi (485-768 mg/L)[31],rượu hoa quả và trái

Loại nguyên liệu Ethanol

(% v/v)

Methanol (mg/L)

Acid (mg/L)

Ester (mg/L)

Aldehyde (mg/L) Khoai lang sữa 26,40c 0,08ab 311,0a 291,53a 43,27bKhoai lang tím 30,53b 0,05b 256,0b 245,24ab 234,85aKhoai lang trắng 33,20 a 0,04 b 186,0 c 207,66 b 55,97 b

Khoai lang đỏ 27,77c 0,13a 196,0c 253,64ab 205,97a