Trước khi lên men, ta cần phải tiến hành nhân giống để men giống sinh sôi đủ số lượng tế bào có khả năng lên men tùy thuộc vào quy mơ sản xuất. Quy trình nhân giống có thể qua nhiều cấp với thể tích của mỗi cấp tăng dần.
Muốn thực hiện lên men trong công nghiệp, đặc biệt là lên men rượu, cần phải đủ số lượng tế bào nấm men ở độ trẻ, khỏe, sinh sản mạnh. Đối với lên men
rượu số lượng tế bào Saccharomyces vào khoảng 120160.106 tế bào/ml dịch men giống (sau khi nuôi cấy 20h).
Từ thí nghiệm ni tăng sinh nấm men em thu được kết quả sau:
Bảng 3.7: Số lượng nấm men qua các thời điểm đếm được
Thời gian (h)
Trung bình đếm Hệ số pha lỗng (lần) Số lượng nấm men (tb/ml) 4 5 10 2.106 8 12,4 10 4,96.106 12 24,5 10 9,8.106 16 4,3 100 17,2.106 20 8,1 100 32,4.106 24 15,3 100 61,2.106 28 15,9 100 63,6.106 32 16,2 100 64,8.106 36 16,4 100 65,6.106
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn quá trình tăng sinh khối của nấm men 0 0 2.107 4.107 6.107 8.107 Thời gian (h) S ố lư ợ ng nấm men (TB/ml) Số lượng nấm men 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
Nhìn vào đồ thị ta thấy: trong khoảng thời gian nuôi cấy, số lượng nấm men tăng dần, và tăng nhanh trong khoảng thời gian từ 16 – 24h rồi đạt giá trị cực đại tại thời điểm 24h, sau đó tăng nhẹ và đạt trạng thái cân bằng. Vì vậy, ta nên kết thúc q trình ni tăng sinh nấm men sau 24h nuôi, lúc này số lượng nấm men đạt cực đại, nấm men còn trẻ, hoạt lực cao, phù hợp với yêu cầu của lên men rượu với quy mô ở phịng thí nghiệm.
Từ đồ thị ta có phương trình thực nghiệm sau:
y = 2.106x - 107
Trong đó:
Y: số lượng nấm men (tb/ml).
X: thời gian nuôi tăng sinh nấm men.
Số lượng tế bào nấm men trong dịch cái men mà em thu đượclà 61,2.106 tb/ml cao hơn gấp 5 lần so với đề tài “Nghiên cứu sản xuất rượu champagne từ trái
thanh long”chỉ đạt 12.106 tb/ml. Số lượng nấm men nhiều hơn thì quá trình lên men sẽ mạnh mẽ hơn, triệt để hơn trong thời gian ngắn hơn.
III.3. Xác định điều kiện lên men
Sử dụng chương trình tối ưu hóa NemrodW để tiến hành thí nghiệm xác định điều kiện lên men thích hợp theo ma trận ở bảng 2.6 em thu được kết quả ở bảng 3.10 sau:
Bảng 3.8: Bảng kết quả tổng hợp thu được sau thực nghiệm STT STT [Đường] bổ sung (0Bx) Tỉ lệ nấm men (%) Thời gian lên men (ngày) Độ cồn (%V) [Đường khử] còn lại (mg/l) Điểm cảm quan (điểm) 1 24 8 8 9,91 97,00 16 2 18 8 8 8,48 4,01 14 3 23 10 8 11,15 69,50 14 4 20 6 8 8,47 6,17 11 5 23 6 8 9,00 54,25 14 6 20 10 8 9,72 4,94 15 7 23 9 10 11,05 12,77 15 8 20 7 6 8,20 9,57 11 9 23 7 6 10,29 37,70 13 10 21 9 6 8,52 12,43 13 11 20 9 10 9,44 6,17 16 12 21 7 10 9,66 4,63 16 13 21 8 8 9,45 4,94 18 14 21 8 8 9,53 8,33 18 15 21 8 8 9,72 6,79 17 [Đường] bổ sung:
Trong môi trường lên men, đầu tiên nấm men hấp phụ đường lên bề mặt tế bào của nó, sau đó khuếch tán qua màng bán thấm của tế bào vào trong tế bào. Sự khuếch tán này tuân theo quy luật chung của sự thẩm thấu. Trong nguyên sinh chất của tế bào nấm men, đường được chuyển hóa thành ethanol và CO2. Sự lên men chuyển đường thành rượu là một dãy q trình oxy hóa khử có enzyme trong tế bào nấm men tham gia. Rượu ethylic và CO2 tạo thành liền thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán vào môi trường.
Nếu tỷ lệ đường bổ sung vào càng cao thì độ cồn tạo thành càng lớn vì khi đó cơ chất cho q trình lên men nhiều dẫn đến lượng cồn ethylic tạo ra càng nhiều,
nhưng sự tăng này có giới hạn nhất định. Vì nếu tăng độ đường quá cao sẽ gây ra áp suất thẩm thấu lớn làm teo nguyên sinh tế bào nấm men dẫn đến rối loạn quá trình sinh lý của nấm men. Khi đó nấm men hoạt động yếu, thời gian lên men kéo dài, đường khơng được chuyển óa triệt để, đồng thời ethanol tích tụ nhiều cũng ức chế hoạt động của nấm men. Mặt khác, nồng độ đường quá cao làm cho một lượng nấm men chết do hiện tượng co nguyên sinh chất, lượng cơ chất thừa còn làm giảm ái lực của enzyme tế bào nấm men, vì vậy nấm men sử dụng khơng triệt để hết đường, lượng đường còn lại cao. Lượng đường sót lại sẽ bị vi khuẩn lactic sử dụng tạo đường manit và acid bay hơi gây vị chua khó chịu. Ngồi ra, trong quá trình lên men tạo ra nhiều sản phẩm phụ tham gia vào q trình oxy hóa khử các chất màu làm cho màu sắc của rượu bị biến đổi, vi sinh vật lạ tạo mùi vị lạ cho sản phẩm.
Nếu tỷ lệ đường bổ sung ít hay lượng cơ chất cho q trình lên men khơng đủ, do đó nguồn thức ăn để nấm men sử dụng nhằn sinh khối cũng như lên men biến đổi đường thành rượu không đủ nên quá trình lên men yếu, đồng thời độ cồn đạt được thấp. Mặt khác, lượng cơ chất ít thì thời gian lên men quá ngắn, do đó các chất mùi chưa hình thành nhiều.
Vậy: tỷ lệ đường là thông số ảnh hưởng lớn đến mùi vị và ảnh hưởng trực tiếp đến độ cồn của rượu. Do đó cần xác định tỷ lệ đường bổ sung thích hợp cho dịch lên men là cần thiết để tạo ra sản phẩm có hương vị tốt nhất.
Tỷ lệ dịch men bổ sung:
Khi tỷ lệ dịch men bổ sung vào hỗn hợp lên men càng tăng thì độ cồn đạt được càng cao vì khi đó số lượng tế bào nấm men trong dịch lên men càng nhiều nên lượng đường chuyển hóa càng triệt để hơn, do đó độ cồn đạt được cao hơn. Tuy nhiên nếu số lượng nấm men trong dịch lên men q cao thì thời gian lên men chính ngắn, tốt trong sản xuất nhưng nếu thời gian quá ngắn thì mùi vị của rượu khơng đạt.
Khi tỷ lệ dịch men bổ sung vào hỗn hợp lên men ít, khơng đủ cho q trình lên men làm cho vi khuẩn lạ có điều kiện hoạt động tạo ra các sản phẩm phụ làm giảm chất lượng của rượu như hoạt động của vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic,... làm rượu bị chua.
Men giống là yếu tố quyết định hàng đầu cho quá trình lên men nhanh hoặc chậm, mạnh hay yếu. Lượng men bổ sung vào dịch lên men phải đảm bảo đủ cho quá trình lên men diễn ra nhanh, mạnh mà không tạo điều kiện cho các vi khuẩn lạ khác phát triển. Tỷ lệ dịch men bổ sung ảnh hưởng lớn đến thời gian lên men chính, độ cồn đạt được hay ảnh hưởng đến chất lượng rượu thành phẩm.
Thời gian lên men chính:
Độ cồn tăng theo thời gian lên men, nhưng càng về sau thì độ cồn tăng lên khơng đáng kể, đó là do khi lượng cơ chất lên men đã hết thì nếu kéo dài thời gian lên men chính cũng khơng làm tăng độ cồn, thậm chí lại làm giảm chất lượng của rượu thu được do sự tạo thành các sản phẩm phụ của quá trình lên men.
Nếu thời gian lên men ngắn thì lượng đường trong dịch lên men chưa được nấm men chuyển hóa hết, lượng đường cịn lại nhiều làm cho rượu bị ngọt, độ cồn thấp, chưa có được mùi vị hài hòa của rượu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu thời gian lên men dài: hoạt động của nấm men yếu dần, các vi sinh vật khác hoạt động lấn át, trong đó phải kể đến hoạt động của vi khuẩn lactic phá hủy glyceryl làm cho rượu bị chua, có vị đắng của acrolein, do đó chất lượng cảm quan của rượu giảm.
Thời gian lên men chính là yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của rượu. Nếu thời gian lên men chính quá ngắn hoặc quá dài đều làm cho màu sắc, mùi vị cũng như độ cồn của rượu không đạt theo yêu cầu. Đồng thời nó cịn ảnh hưởng đến vấn đề kinh tế trong sản xuất. Vì vậy xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men chính phù hợp là rất cần thiết.
Độ cồn:
Nấm men được cấy vào mơi trường lên men khoảng 1-2h đầu cịn chưa phát triển, sau đó sẽ phát triển theo cấp số nhân và bắt đầu tích tụ rượu ethylic.
Rượu ethylic được nấm men tạo ra và tích tụ trong môi trường ngày càng nhiều. Hàm lượng rượu cao dần sẽ làm cho nấm men sinh trưởng chậm dần và đến nồng độ nào đó sẽ làm cho nấm men giảm hoạt tính, thậm chí có thể làm ngừng hẳn sự phát triển của nấm.
Nếu rượu ethylic tạo ra ít thì độ cồn khơng cao, rượu tạo thành không đạt theo yêu cầu. Thường rượu vang có độ cồn từ 7-140.
Do đó, cần phải theo dõi và xác định độ cồn thu được của rượu thành phẩm. Điểm cảm quan:
Điểm cảm quan thể hiện chất lượng của sản phẩm, điểm cảm quan càng cao thì chất lượng của rượu càng cao, mùi vị hài hòa, màu sắc đặc trưng. Để đánh giá chất lượng của rượu tạo thành trong các mẫu, từ đó lựa chọn ra mẫu có chất lượng tốt nhất.
* Xét theo [Đường khử] cịn lại ta có đồ thị sau:
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lượng đường còn lại theo [Đường] và tỉ lệ nấm men
(Thời gian lên men = 8 ngày)
Hình 3.3: Hình chiếu đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lượng đường còn lại theo [Đường], tỉ lệ nấm men
(Thời gian lên men = 8 ngày) [Đường](oBx) [NM] (%) [Đường](oBx) Kết quả [NM] (%)
Hàm lượng đường khử còn lại thấp nhất đối với các mẫu có các thơng số đầu vào thỏa mãn:
[Đường] = 18,3 - 20,70Bx.
Tỉ lệ nấm men bổ sung là: 7 – 9%.
Ngồi vùng này thì hàm lượng đường khử còn lại tăng dần. Lượng đường còn lại càng nhiều càng làm giảm chất lượng rượu tạo thành như đã thảo luận ở trên.
* Xét theo điểm đánh giá cảm quan, ta có đồ thị sau:
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn Điểm cảm quan theo [Đường], tỉ lệ nấm men
(Thời gian lên men = 8 ngày)
Hình 3.5: Hình chiếu đồ thị biểu diễn Điểm cảm quan theo [Đường], tỉ lệ nấm men
(Thời gian lên men = 8 ngày)
Nhìn vào đồ thị ta thấy: điểm cảm quan cao nhất ứng với các mẫu có các thơng số đầu vào như sau:
[NM] (%) [Đường](oBx) Kết quả [NM] (%) [Đường](oBx)
[Đường] = 20 – 23 0Bx.
Tỉ lệ nấm men bổ sung: 7,5 – 8,5 %.
Ngoài vùng này thì điểm cảm quan giảm dần. Điểm cảm quan của rượu càng giảm thì chất lượng rượu tạo thành càng giảm như đã thảo luận ở trên.
Từ đó, chương trình tối ưu hóa nemrodW đã tính tốn được điểm tối ưu như sau:
Bảng 3.9: Các thông số đầu vào và đầu ra của điểm tối ưu
Yếu tố đầu vào Giá trị Yếu tố đầu ra Giá trị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[Đường] 21 Độ cồn 9,68
Tỉ lệ dịch men 8 [Đường khử] còn lại 5,69
Thời gian lên men 9 Điểm cảm quan 18
Vậy: Điều kiện lên men tối ưu là: + Tỷ lệ đường bổ sung: 210Bx.
+ Tỷ lệ dịch men bổ sung: 8% với số tế bào nấm men là 61,2.106 tế bào/ml.
+ Thời gian lên men: 9 ngày.
Ứng với điều kiện lên men này ta thu rượu có các chỉ tiêu sau: + Độ cồn: 9,680.
+ Tỷ lệ đường khử còn lại: 5,69%. + Tổng điểm cảm quan: 18.
Rượu thu được đạt loại khá.
So với điều kiện lên men rượu của đề tài “Nghiên cứu sản xuất rượu
champagne từ trái thanh long”: tỷ lệ đường bổ sung là 220Bx, tỷ lệ dịch men bổ sung là 10% với số tế bào nấm men là 12.106 tế bào/ml, thời gian lên men chính là 11 ngày thì diều kiện lên men ở đề tài em thực hiện được rút ngắn thời gian hơn 2 ngày, tỷ lệ dịch men bổ sung ít hơn 2%. Điều này là do trong dịch men mà em bổ sung có số lượng nấm men nhiều gấp 5 lần so với số tế bào nấm men trong dịch men của đề tài trước, do đó tỷ lệ dịch men bổ sung vào ít hơn mà q trình lên men
diễn ra mạnh mẽ hơn, thời gian lên men chính được rút ngắn mà rượu thu được vẫn đạt chất lượng tốt với các chỉ tiêu thu được như ở trên.
Chỉ số acid của rượu
Trong rượu vang, acid bay hơi gồm phần lớn các acid acetic ở dạng tự do hoặc ở dạng liên kết (dạng muối).
Để tránh rượu vang bị hỏng, trong khi lưu thong trên thị trường, lượng acid bay hơi phải nhỏ hơn 0,98g/l (980mg/l) đối vơi rượu vang chất lượng cao, 1,0g/l đối với rượu vang bàn ăn, và 1,2g/l đối với rượu vang trắng hoặc rượu licơ.
Từ các thí nghiệm, em thu được kết quả sau:
Bảng 3.10: Chỉ số acid của rượu
STT [Đường] bổ sung (0Bx) Tỉ lệ nấm men bổ sung (%)
Thời gian lên men chính (ngày) VNaOH 0,1N chuẩn độ (ml) Chỉ số acid (mg/l) 1 24 8 8 2,13 17,84 2 18 8 8 2,37 19,85 3 23 10 8 2,2 18,43 4 20 6 8 2,3 19,26 5 23 6 8 2,3 19,26 6 20 10 8 2,4 20,10 7 23 9 10 2,3 19,26 8 20 7 6 1,9 15,91 9 23 7 6 2,07 17,34 10 21 9 6 2,13 17,84 11 20 9 10 2,37 19,85 12 21 7 10 2,4 20,10 13 21 8 8 2,05 17,17 14 21 8 8 2,45 20,52 15 21 8 8 2,3 19,26
Các mẫu đều đạt yêu cầu về chỉ số acid của rượu so vơi yêu cầu đã nêu ở trên.
III.4. Quy trình cơng nghệ sản xuất rượu vang lê đề xuất
Hình 3.6: Sơ đồ quy trình đề xuất sản xuất rượu vang lê
Sản phẩm. Rửa sạch, gọt vỏ, bỏ hạt và lõi. Ép. Dịch quả. Lên men.
Xử lý sau lên men Điều chỉnh thành phần của dịch lên men: + [Đường]=210Bx. + pH= 4,5 Lê Acid citric, đường. Dịch cái men so với nước quả là Nấm men. Nhân giống Vitamin C
III.5.Thuyết minh quy trình III.5.1. Lê III.5.1. Lê
Lê nguyên liệu phải đảm bảo độ chín kỹ thuật, khơng bị sâu bệnh, thối cuống… quả đồng đều cả về màu sắc và kích thước.
III.5.2. Rửa, gọt vỏ, lấy lõi, bỏ hạt
Lê sau khi đuộc lựa chọn được mang đi rửa nhằm loại bỏ tạp chất cơ học bám bên ngồi, làm trơi thuốc bảo vệ thực vật hay chất bảo quản.
Sau đó tiến hành gọt vỏ, lấy lõi,bỏ hạt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ép và lọc sau này.
Khi vừa gọt xong vỏ lê, ta càn phải cho thịt quả vào nước có pha vitamin C để tránh hiện tượng oxy hóa, gây biến màu xấu cho dịch ép thu được, làm ảnh hưởng xấu đến màu của sản phẩm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
III.5.3. Ép
Sau khi gọt vỏ xong phải tiến hanh ép ngay, không ngâm lê lâu vì sẽ làm giảm các chất có trong lê. Ép nhằm thu dịch quả cho quá trình lên men.
Khi ép ta phải bổ sung vitamin C vào trong dịch quả để tránh hiện tượng biến màu của dịch do q trình oxy hóa, gây màu xấu cho sản phẩm sau này.
Sau khi ép ta cần lọc dịch để loại bỏ các cặn nhỏ, mịn trong dịch.
III.5.4. Điều chỉnh thành phần của dịch lên men
Dịch lê sau khi ép có hàm lượng đường khoảng 100Bx, pH=5,1, khơng thích hợp cho q trình lên men. Do đó, cần phải hiệu chỉnh thành phần của dịch để tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình lên men.
Điều chỉnh hàm lượng đường của dịch quả:
Điều chỉnh lượng đường: sao cho tổng lượng đường cần đạt là 21 độ Brix, tương đương 210 g/ lít.
Điều chỉnh hàm lượng đường của dịch quả:
pH thích hợp cho quá trình lên men là 3,2-3,5. Nhưng khi lên men đối với rượu vang lê thì rượu thu được có vị chua, sau khi nâng pH của dịch lên thì độ chua giảm, vị rượu cân bằng. pH thích hợp cho lên men rượu vang lê là 4,5. Do dịch lê
thu được có pH=5,1 nên ta phải hạ pH của dịch xuống bằng cách sử dụng acid citric.
III.5.5. Lên men
Nấm men giống trong ống nghiệm sau khi nuôi tăng sinh được cho vào dịch