Nghiên cứu sản xuất rượu vang từ trái bí đỏ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÁI NGỌC UYÊN Chuyên ngành: KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã số ngành: 2.11.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO Cán chấm nhận xét 1: PGS TS NGUYỄN ĐỨC LƯNG Cán chấm nhận xét 2: TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày tháng năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THÁI NGỌC UYÊN Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1979 Chuyên ngành: Khoa học công nghệ thực phẩm I Phái: nữ Nơi sinh: Tp HCM MSHV: 01103285 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT RƯU VANG TỪ TRÁI BÍ ĐỎ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - NHIỆM VỤ: Nghiên cứu sản xuất rượu vang từ trái bí đỏ - NỘI DUNG: Tổng quan Š Quá trình lên men Š Nguyên liệu - sản phẩm Khảo sát lượng nước pha vào nghiền Lựa chọn trình chế biến nguyên liệu bí đỏ Khảo sát khả lên men giống nấm men S.cerevisiae, S.uvarum Động học trình lên men Khảo sát ảnh hưởng giá trị pH Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đường hàm lượng men giống III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :1/2/2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :1/7/2005 V : TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO TS LÊ VĂN VIỆT MẪN TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày tháng năm 2005 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Luận án tốt nghiệp hoàn thành nổ lực thân nhận dẫn, giúp đỡ, động viên gia đình, thầy cô bạn bè Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất người giúp hoàn thành Luận án tốt nghiệp Đầu tiên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến hai đấng sinh thành hết lòng động viên, khuyến khích tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn tất bạn bè chia sẻ, động viên thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến só Đống Thị Anh Đào, người trực tiếp hướng dẫn tôi, giúp định hướng mục tiêu phương hướng nghiên cứu Tôi nhận từ Giáo Sư hướng dẫn tận tình nhiều lời góp ý kiến cần thiết để hoàn thành Luận án Xin chân thành cảm ơn: Tiến Só Lê Văn Việt Mẫn Phó giáo Sư Tiến Só Nguyễn Đức Lượng Đã tận tình hướng dẫn góp ý kiến thật xác đáng giúp hoàn thành tốt Luận án Xin chân thành cảm ơn tất thầy cô ban giảng huấn tất điều tốt đẹp mang lại cho học viên cao học suốt hai năm qua Xin chân thành cảm ơn cô Lưu Thị Kim Anh tất thầy cô Phòng thí nghiệm Vi sinh, Hoá sinh, Phòng thí nghiệm Công nghệ tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận án Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo tập thể thầy cô Phòng Quản lý khoa học Đào tạo sau đại học giúp đỡ suốt trình đào tạo Tp HCM, 07/2005 Nguyễn Thái Ngọc Uyên PHẦN TÓM TẮT Một đồ uống chứa cồn thông dụng giới rượu vang Rượu vang sản xuất cách lên men nho nước nho nước trái khác táo, lê, dâu… Ở nước ta, có nhiều loại trái rau đa dạng, có bí đỏ Bí đỏ loại rau phổ biến dùng thực phẩm có đầy đủ chất dinh dưỡng có giá trị protein, glucid, vitamin, khoáng… Mục đích luận án sản xuất thử rượu vang cách lên men bí đỏ Luận văn tiến hành với thí nghiệm Các thí nghiệm nhằm xác định điều kiện lên men tốt để lên men bí đỏ Bao gồm khảo sát giống vi sinh vật, ảnh hưởng độ Brix, giá trị pH lượng men giống bổ sung ABSTRACT One of the most popular alcoholic beverages in the world is wine Wine is produced by fermentation of grape or grape juice or other fruit juices such as apple, pear, strawberry… In our country, there are variety of fruits and vegetables, one of them is pumkin This is a popular vegetable in food and it have a lot of valuable nutritions such as proteins, glucids, vitamins, minerals… The aim of this study is to produce wine by ferment pumkin This study includes six test These test is to determine the best condition to make pumpkin wine It is about the research of the microbiology, the influences of the Brix level (0Bx), the pH value and the content of yeast inoculum MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN I Quá trình lên men rượu I Định nghóa lên men I Một số nghiên cứu trình lên men rượu I Quá trình lên men rượu I Nấm men trình lên men vang nho 10 I Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 18 I Các dạng hư hỏng thường gặp lên men 24 Nguyên liệu - sản phẩm II 27 II Tiềm phát triển rau Việt Nam 27 II Nguyên liệu bí đỏ 30 II Các nguyên liệu khác 45 II Sản phẩm rượu vang: 49 PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I Nguyên liệu bí đỏ 53 II Quy trình công nghệ 54 II Sơ đồ quy trình công nghệ 54 II Thuyết minh quy trình công nghe 55 III IV Phương pháp nghiên cứu 57 III Pha loãng dịch lên men 57 III Khảo sát khả lên men nguyên liệu sống chín 57 III Khảo sát khả lên men số chủng nấm men 57 III Khảo sát động học trình lên men 58 III Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 58 Phương pháp phân tích 59 IV Phương pháp phân tích hoá học 59 IV Phương pháp phân tích vi sinh vật 66 IV Phương pháp cảm quan 69 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN I Thành phần nguyên liệu 72 I Tỉ lệ phần nguyên liệu sử dụng 72 I Thành phần hóa học 73 II Khảo sát lượng nước pha vào nghiền 74 III Ảnh hưởng công đoạn hấp đến chất lượng sản phẩm 76 IV Khảo sát khả lên men giống nấm men S.cerevisiae, S.uvarum 79 V Động học trình lên men 80 VI Khảo sát ảnh hưởng giá trị pH 84 VII Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đường hàm lượng men giống 89 VIII Sản phẩm 91 PHẦN KẾT LUẬN 96 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hình 13 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Hình 17 Hình 18 Hình 19 MỤC LỤC HÌNH Hình nấm men kính hiển vi điện tử hình cấu tạo tế bào nấm men Đường cong sinh trưởng nấm men điều kiện nuôi cấy tónh nh hưởng nhiệt độ đến khả sinh trưởng nấm men nh hưởng pH đến sinh trưởng nấm men nh hưởng lượng men giống bổ sung đến khả lên men Các loài bí đỏ trồng Việt Nam Cucurbita pepo L Cucurbita maxima Cucurbita moschata Nguyên liệu bí đỏ sử dụng thí nghiệm Hệ thống chưng cất cồn Khúc xạ kế Tỉ lệ phần bí đỏ Thành phần hoá học bí đỏ Các tiêu rượu sau lên men tỉ lệ pha loãng Các thông số kỹ thuật khảo sát nguyên liệu sống chín Các thông số kỹ thuật lên men với giống nấm men S.uvarum S.cerevisiae Biến đổi số lượng tế bào thời gian lên men Biến đổi hàm lượng đường hàm lượng cồn thời gian lên men 10 15 19 21 24 31 31 32 32 53 61 64 73 74 75 78 80 82 82 Hình 20 Hình 21 Hình 22 Hình 23 Hình 24 Hình 25 Hình 26 Hình 27 Hình 28 Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu pH = 3,9 Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu pH = 3,66 Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu pH = 3,4 Các thông số kỹ thuật sau lên men giá trị pH khác Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu có nồng độ đường hàm lượng men giống ban đầu khác nh hưởng lựong men giống, nồng độ đường đến hiệu suất lên men Điểm cảm quan trung bình chưa có trọng số thành viên cảm quan Điểm cảm quan trung bình có trọng số Sản phẩm rượu vang bí đỏ 86 86 87 87 90 90 92 93 97 MỤC LỤC BẢNG Bảng Nhu cầu nấm men số loại muối khoáng 13 Bảng Khả lên men loại đường hai chủng nấm men S.cerevisiae S.uvarum 17 Bảng Ảnh hưởng số acid tới nấm men 22 Bảng Các nước xuất nhập rau 27 Bảng Thành phần bí ngô - Cucurbita pepo nho - Vitis vinifera 35 Bảng Hàm lượng glucid bí đỏ 37 Bảng Hàm lượng acid hữu bí đỏ 38 Bảng Hàm lượng acid amin bí đỏ 40 Bảng Hàm lượng acid béo bí đỏ 41 Bảng 10 Hàm lượng vitamin bí đỏ 41 Bảng 11 Hàm lượng chất khoáng bí đỏ 43 Bảng 12 nh hưởng ion nước 45 Bảng 13 Chỉ tiêu nước dùng lên men 46 Bảng 14 Chỉ tiêu đường 47 Bảng 15 Chỉ tiêu acid 47 Bảng 16 Chỉ tiêu cồn thực phẩm 48 Bảng 17 Đặc điểm loại rượu 49 Bảng 18 Thành phần hoá học rượu 50 Bảng 19 Thang bậc điểm đánh giá chất lượng rượu vang bí dỏ 70 Bảng 20 Mức chất lượng 71 Bảng 21 72 Bảng 22 Tỉ lệ phần sử dụng nguyên liệu Thành phần hố học bí đỏ Bảng 23 Kết khảo sát lên men dịch bí đỏ tỉ lệ nguyên liệu:nước 75 Bảng 24 Điều kiện lên men ban đầu dịch bí đỏ có hấp không qua hấp 77 Bảng 25 Kết lên men với bí đỏ có hấp 77 Bảng 26 Khả kết lắng đánh giá cảm quan bí có hấp 78 Bảng 27 Thí nghiệm khảo sát khả lên men hai giống nấm men 79 Bảng 28 Các tiêu ban đầu xác định động học trình lên men 81 Bảng 29 Kết thí nghiệm khảo sát động học trình lên men rượu bí đỏ 81 Bảng 30 Các yếu tố ban đầu khảo sát ảnh hưởng pH đến trình lên men 85 Bảng 31 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến trình lên men 85 Bảng 32 Độ tăng giảm pH ảnh hưởng đến hiệu suất lên men 88 Bảng 33 Dịch lên men ban đầu không điều chỉnh độ acid 88 Bảng 34 Điều kiện dịch lên men ban đầu 89 Bảng 35 Kết thí nghiệm 89 Bảng 36 Kết cảm quan sản phẩm 92 73 - 86 Độ cồn (%V) 7,83 8,93 9,01 Hiệu suất (%) 90,39 93,36 93,78 Kết lần lược biểu diễn đồ thị Các tiêu trước sau lên men mẫu 25 20 15 Ban đầu Sau lên men 10 Bx Đường tổng (%) Độ pH Hàm lượng cồn (%) Hình 20: Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu pH = 3,9 Các tiêu trước sau lên men mẫu 25 20 15 Ban đầu Sau lên men 10 Bx Đường tổng (%) Độ pH Hàm lượng cồn (%) Hình 21: Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu pH = 3,66 - 87 - Các tiêu trước sau lên men mẫu 25 20 15 Ban đầu Sau lên men 10 Bx Đường tổng (%) Độ pH Hàm lượng cồn (%) Hình 22: Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu pH = 3,4 Qua số liệu trên, ta thấy, giá trị pH khác nhau, khả lên men có khác không đáng kể Có thể thấy rõ hình sau: Các tiêu sau lên men mẫu 10 Mẫu Mẫu Mẫu Bx Đường tổng (%) Độ pH Hàm lượng cồn (%) Hình 23: Các thông số kỹ thuật sau lên men giá trị pH khác Nhìn chung, giá trị pH trên, nấm men lên men tốt, hiệu suất cao, 90%, mẫu có hiệu suất gần tương đương (93,36% 93,78%) Tuy vậy, mặt cảm quan, mẫu cho vị chua mẫu 2, lại không dung hoà với vị chát có loại khác nên cho vị không - 88 hoà hợp Mẫu với độ chua tương đối, hàm lượng đường sót vừa phải, sau ủ chín cho vị chua hài hoà Độ tăng độ acid độ giảm độ pH sau lên men mẫu sau: Bảng 32: Độ tăng giảm pH ảnh hưởng đến hiệu suất lên men Chỉ tiêu Mẫu Mẫu Mẫu Độ tăng độ acid sau lên men + 0,59 + 0,36 + 0,23 Độ giảm giá trị pH - 0,26 - 0,22 - 0,14 Hiệu suất (%) 90,39 93,36 93,78 Như vậy, trình lên men, nấm men mẫu tổng hợp sản phẩm phụ acid mẫu mẫu 3, hiệu suất tạo cao nên ta chọn bổ sung acid đạt đến pH = 3,66 Một khảo sát khác tiến hành không bổ sung thêm acid vào dịch lên men ban đầu Bảng 33: Dịch lên men ban đầu không điều chỉnh độ acid Mẫu không bổ sung Đường tổng [cồn] Hiệu suất (%) (%) (%) 20 19,7 - - 4,02 7,93 82,9 Độ pH Bx Trước lên men 6,21 Sau lên men 3,30 acid Kết thu cho thấy, nấm men lên men giá trị pH trung tính Tuy nhiên, hiệu suất tạo thành rượu thấp (82,9%) độ pH giảm thấp chứng tỏ có phần lớn đường chuyển hóa thành acid thay chuyển hoá thành rượu Có thể giải thích môi trường ban đầu có pH khoảng trung tính, môi trường lại giàu dinh dưỡng nên dễ dàng bị nhiễm khuẩn, loại khuẩn nhanh chóng phát triển, tiêu thụ đường làm giảm pH, nấm men phát triển sinh khối mạnh, điều kiện lên men giữ yếm khí - 89 tuyệt đối, hàm lượng cồn môi trường tăng dần gây ức chế phát triển vi khuẩn Tuy nhiên, hiệu suất lên men giảm, sản phẩm tạo thành ít, không hiệu mặt kinh tế, sản phẩm có giá trị cảm quan thấp Do đó, trình lên men, điều chỉnh độ pH đạt giá trị khoảng 3,66 để tiến hành lên men VII KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐƯỜNG VÀ HÀM LƯNG MEN GIỐNG Nồng độ đường hàm lượng men giống trực tiếp có tác động qua lại lẫn trình lên men Do đó, tiến hành lên men với lượng tế bào nấm men từ triệu, triệu, triệu tế bào/ml nồng độ đường từ 18, 20, 22 Bx để khảo sát ảnh hưởng Kết theo dõi thể bảng sau: Bảng 34: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đường lượng men giống ban đầu Chất khô TLM (0Bx) SLM Lượng men giống (x106 tế bào/ml) 18 20 22 4 6 4 7 Nhiệt độ lên men (0C) 28 – 32 15,86 15,86 19,7 19,7 19,7 20,67 20,67 20,67 2,8 1,55 0,91 3,92 4,02 4,16 2,98 3,11 3,32 Độ pH 3,33 3,30 3,26 3,37 3,44 3,44 3,34 3,36 3,38 Độ cồn (%V) 7,56 8,32 8,50 8,80 8,93 8,79 8,75 8,92 8,94 Hiệu suất lên men (%) 94,9 95,3 93,2 91,4 93,9 92,7 81,1 83,3 84,5 Đường sót (%) TLM SLM 15,8 - 90 - Các tiêu sau lên men điều kiện độ cồn lượng men giống ban đầu khác 10 ,56 8, 32 8, 93 8,8 8,5 8, 8, 8,95 8,94 3 tr/ml tr/ml tr/ml tr/ml 0Bx tr/ml tr/ml tr/ml 00Bx Bx Đường tổng (%) tr/ml tr/ml 2 0Bx Hàm lượng cồn (%) Hình 24: Các thông số kỹ thuật lên men với mẫu có nồng độ đường hàm lượng men giống ban đầu khác Kết thu cho thấy, nấm men lên men nồng độ chất khô ban đầu 180Bx, hàm lượng men giống tăng lên thời gian lên men giảm hiệu suất lên men giảm Điều giải thích lượng nấm men nhiều, môi trường dinh dưỡng có hạn nên sau thời gian ngắn, chúng nhanh chóng phát triển, nguồn dinh dưỡng môi trường nhanh chóng giảm, sản phẩm trao đổi chất sinh nhiều, ức chế phát triển tế bào nấm men, nên làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp rượu Ở nồng độ 200Bx, ta nhận thấy hàm lượng men giống thích hợp triệu tế bào/ml để trình lên men tốt đạt độ cồn cao Hiệu suất sinh tổng hợp rượu điều kiện cao, đạt 93,9% Khi tăng nồng độ chất khô đến 220Bx hàm lượng men giống nên tăng tương ứng (>7 triệu tế bào/ml) trình lên men triệt để Nếu hàm lượng men giống ít, hàm lượng rượu tạo thành không cao, lượng đường sót nhiều, trình lên men không hiệu Tuy nhiên, hàm lượng đường cao tạo nên áp suất thẩm thấu lớn, phá hủy trạng thái sinh lý bình thường nấm men, kéo dài thời gian lên men, sử dụng không triệt để hết đường, mặt khác, lượng đường cao nên lượng rượu tổng hợp thành cao, - 91 chúng ức chế mạnh đến hoạt động nấm men.Do đó, lên men nồng độ cao không hiệu Như vậy, lên men rượu từ trái bí đỏ điều kiện tiến hành phòng thí nghiệm nhiệt độ phòng (28 - 320C), cần bổ sung đường, acid citric hàm lượng giống sau: Hàm lượng đường ban đầu: 200Bx Độ pH: 3,66 Hàm lượng men giống: triệu tế bào/ml Sau thời gian lên men phụ tàng trữ, từ - 12 tuần, tiến hành đóng chai trùng nhiệt độ 600C 10 - 15 phút VIII SẢN PHẨM Tiến hành cảm quan đánh giá sản phẩm, kết thu sau: Bảng 35: Kết cảm quan sản phẩm Stt Điểm Độ màu Mùi Vị sắc 4 4 3 5 4 4 4 4 4 4,3 3,9 3,6 10 Điểm thành viên Điểm trung bình - 92 11 Trọng số 12 Điểm trung bình có trọng số 13 0,8 1,2 2,0 3,44 4,68 7,2 Tổng cộng 15,32 Độ màu sắc Vị Mùi Điểm trung bình chưa có trọng số thành viên cảm quan Hình 25: Điểm cảm quan trung bình chưa có trọng số thành viên cảm quan Điểm trung bình cảm quan đạt 15,32 điểm Như vậy, sản phẩm đạt chất lượng loại 20 15 Vị Mùi 10 Độ màu sắc Điểm trung bình có trọng số Hình 26: Điểm cảm quan trung bình có trọng số - 93 - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỀ XUẤT: Bí đỏ Rửa loại tạp chất Bỏ hạt ruột Cắt miếng hấp Bí:nước=2:3 Nước Hạt ruột (Miếng dày -4cm Hấp 1000C - 10 phút) Nghiền Xử lý enzyme Acid citric Pha chế dịch lên men Đường Thanh trùng Chủng nấm men Tạp chất triệu tế bào/ml Lên men Độ pH = 3,6 Bx = 20 (95 - 1000C, - phuùt) T= 28 - 320C Thời gian: ngày Len men phụ (5 - 100C, >8 tuần) Tàng trữ Tách cặn Cặn Chiết chai Chai Thanh trùng Thanh trùng Rượu bí đỏ (600C, 10 - 15 phút) - 94 Sản phẩm thu có tiêu chất lượng sau: - Hàm lượng etanol(% thể tích) 8,9 - Hàm lượng đường khử(%) 4,32 - Giá trị pH 3,95 - Hàm lượng metanol(% thể tích) - Hàm lượng acid bay hơi(g/l) tính theo acid acetic: - Sản phẩm đánh giá đạt mức chất lượng khá, điểm cảm quan đạt 15,32 điểm không phát 0,39 - 95 Qua nghiên cứu nhằm tìm kiếm chế độ lên men thích hợp để sản xuất rượu vang từ bí đỏ, rút kết luận sau: - Nguyên liệu bí đỏ lên men dạng chín - Tỉ lệ nước pha vào bí đỏ 2:3 (tương đương lượng nước thêm vào 150%) - Nguyên liệu lên men cho hương vị đặc trưng với chủng giống nấm men Sacchromyces uvarum - - Điều kiện lên men ban đầu - Độ Bx : 20 - Giá trị pH: 3,66 - Nhiệt độ lên men: 28 - 320C - Thời gian lên men: - ngày Sản phẩm thu có màu vàng cam nhạt, trong, mùi thơm đặc trưng, thơm nhẹ bí, vị nồng đặc trưng cho rượu vang - Thành phần sản phẩm: Rượu vang bí đỏ lên men từ trái bí đỏ, không sử dụng phụ gia hóa học Dưới tác dụng nấm men chuyển hoá thành rượu có màu, mùi, vị đặc trưng, lạ Tuy vậy, thành phần hoá học rượu vang bí đỏ thoả mãn tiêu rượu vang[18] - - Hàm lượng etanol(% thể tích) 8,9 - Hàm lượng đường khử(%) 4,32 - Giá trị pH 3,95 - Hàm lượng metanol(% thể tích) không phát - Hàm lượng acid bay hơi(g/l) tính theo acid acetic: 0,39 - Hàm lượng diacetyl: 0,39 Các tiêu vi sinh: - Tổng số vi khuẩn hiếu khí/ml