Luận văn Sản xuất và bảo quản rượu vang nếp than quy mô xưởng thực nghiệm sửdụng enzyme và nấm men thuần chủng

TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHẠM THỊ THU VÂN SẢN XUẤT VÀ BẢO QUẢN RƯỢU VANG NẾP THAN QUY MÔ XƯỞNG THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG ENZYME VÀ NẤM MEN THUẦN CHỦNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2009 TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tên ñề tài: SẢN XUẤT VÀ BẢO QUẢN RƯỢU VANG NẾP THAN QUY MÔ XƯỞNG THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG ENZYME VÀ NẤM MEN THUẦN CHỦNG Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ts. Lý Nguyễn Bình Phạm Thị Thu Vân MSSV: 2051695 Lớp: CNTP K31 Luận văn ñính kèm sau ñây, với tựa ñề tài “Sản xuất và bảo quản rượu vang nếp than quy mô xưởng thực nghiệm sử sụng enzyme và nấm men thuần chủng”, do Phạm Thị Thu Vân thực hiện và báo cáo ñã ñược hội ñồng chấm luận văn thông qua. Giáo viên hướng dẫn Giáo viên chấm phản biện Ts. Lý Nguyễn Bình Cần Thơ, ngày tháng năm 2009 Chủ tịch hội ñồng Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm vừa qua, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn ñến toàn thể quý Thầy Cô của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm thuộc Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng - Trường ðại học Cần Thơ ñã tận tình giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi ñể em hoàn thành ñược ñề tài luận văn của mình. Nhân ñây, ñặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến thầy Lý Nguyễn Bình, thầy ñã hướng dẫn và chỉ dạy tận tình giúp em hoàn thành ñề tài và tích lũy ñược những vốn kiến thức hữu ích về chuyên ngành trong suốt thời gian vừa qua. Em xin gửi lời cảm ơn ñến cán bộ phòng thí nghiệm và tập thể các bạn sinh viên lớp Công nghệ Thực phẩm K31 ñã nhiệt tình giúp ñỡ, ñóng góp ý kiến và tạo ñiều kiện tốt cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Cuối lời em xin kính chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe. Chúc các bạn sinh viên lớp Công nghệ Thực phẩm K31 bảo vệ thành công luận văn tốt nghiệp của mình. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Phạm Thị Thu Vân Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm ii TÓM LƯỢC SẢN XUẤT VÀ BẢO QUẢN RƯỢU VANG NẾP THAN QUY MÔ XƯỞNG THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG ENZYME VÀ NẤM MEN THUẦN CHỦNG Tối ưu hóa nồng ñộ enzyme glucoamylase và tỉ lệ nấm men sử dụng trong quá trình sản xuất, theo dõi sự thay ñổi của sản phẩm trong thời gian bảo quản ở quy mô xưởng thực nghiệm. Nồng ñộ enzyme glucoamylase tối ưu thực hiện quá trình ñường hóa là 0,5% hàm lượng ñường khử và ñộ Brix của dịch ñường ñạt ñược lần lượt là 19,165% và 20,5%. Tỉ lệ nấm men thích hợp cho lên men là 0,1% và thời gian lên men chính 5 ngày. Quá trình bảo quản sản phẩm ở ñiều kiện phòng thí nghiệm cho thấy ít có sự biến ñổi so với sản phẩm sau lên men. Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........ .................................................................................................... i TÓM LƯỢC........... ................................................................................................... ii MỤC LỤC.............. .................................................................................................. iii DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................v DANH SÁCH HÌNH................................................................................................. vi DANH SÁCH HÌNH................................................................................................. vi CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU..........................................................................................1 1.1 ðẶT VẤN ðỀ...................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU..............................................................................1 CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU......................................................................2 2.1 NGUYÊN LIỆU................................................................................................2 2.1.1 Gạo nếp than .................................................................................................2 2.1.2 Enzyme amylase ...........................................................................................4 2.1.2.1 Sơ lược về enzyme amylase................................................................4 2.1.2.2 Tính chất của enzyme amylase ...........................................................5 2.1.2.3 Hoạt ñộng của amylase .......................................................................5 2.1.2.4 Cơ chất của amylase............................................................................6 2.1.2.5 Phân loại enzyme Amylase .................................................................6 2.1.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae .........................................................10 2.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU VANG NẾP THAN................................12 2.2.1 Quy trình sản xuất chung............................................................................12 2.2.2 Thuyết minh quy trình ................................................................................13 2.3 CÁC QUÁ TRÌNH XẢY RA CHỦ YẾU TRONG SẢN XUẤT RƯỢU ......13 2.3.1 Quá trình dịch hóa ......................................................................................13 2.3.1.1 Cơ sở lý luận .....................................................................................13 2.3.1.2 Những biến ñổi xảy ra trong quá trình dịch hóa ...............................13 2.3.2 Quá trình ñường hóa...................................................................................14 2.3.2.1 Cơ sở lý luận .....................................................................................14 2.3.2.2 Những biến ñổi xảy ra trong quá trình ñường hóa............................14 2.3.3 Quá trình lên men rượu...............................................................................14 2.3.3.1 Khái quát về quá trình lên men rượu ................................................14 2.3.3.2 Cơ chế của quá trình lên men............................................................14 2.3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình lên men....................................15 2.3.3.4 Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men ...16 2.4 SẮC TỐ ANTHOCYANIN TRONG RƯỢU VANG NẾP THAN ...............18 2.4.1 Cấu tạo của anthocyanin.............................................................................18 2.4.2 Tính chất của anthocyannin........................................................................19 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến anthocyanin.....................................................19 Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm iv 2.5 VI SINH VẬT TRONG RƯỢU......................................................................19 2.5.1 Hư hỏng do vi khuẩn acetic ........................................................................20 2.5.2 Hư hỏng do vi khuẩn acid lactic.................................................................20 2.5.2.1 Sinh thái khuẩn lactic ........................................................................20 2.5.2.2 Hoạt ñộng của vi khuẩn lactic...........................................................21 2.5.2.3 Kết quả hoạt ñộng của khuẩn lactic lên men malolactic và các bệnh rượu ...............................................................................................................21 CHƯƠNG III – PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.................23 3.1 PHƯƠNG TIỆN..............................................................................................23 3.1.1 Nguyên liệu.................................................................................................23 3.1.2 Hóa chất sử dụng ........................................................................................23 3.1.3 Trang thiết bị ..............................................................................................23 3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM....................................................................23 3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ enzyme glucoamylase (AMG 300L) ñến hàm lượng ñường khử và ñộ Brix của dịch ñường trong quá trình ñường hóa..................................................................................................................23 3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nấm men ñến thời gian lên men chính và chất lượng rượu sau quá trình lên men...............................................24 3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát một số thay ñổi trong quá trình sản xuất và bảo quản sản phẩm theo thời gian ở quy mô xưởng thực nghiệm...................................26 CHƯƠNG IV – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................28 4.1 Ảnh hưởng của nồng ñộ enzyme glucoamylase (AMG 300L) ñến hàm lượng ñường khử và ñộ Brix của dịch ñường trong quá trình ñường hóa...........................28 4.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ nấm men ñến thời gian lên men chính và chất lượng rượu sau quá trình lên men ................................................................................................29 4.3 Một số thay ñổi trong quá trình sản xuất và bảo quản sản phẩm theo thời gian ở quy mô xưởng thực nghiệm ...................................................................................31 CHƯƠNG V – KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ .............................................................37 5.1 Kết luận ...........................................................................................................37 5.2 ðề nghị ............................................................................................................37 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................39 PHỤ LỤC............... ................................................................................................. vii Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm v DANH SÁCH BẢNG Bảng 1 Thành phần hóa học của gạo nếp than............................................................3 Bảng 2 Thành phần hóa học của tế bào nấm men.....................................................11 Bảng 3 Hàm lượng ñường khử và 0Bx của dịch ñường ứng với các nồng ñộ enzyme glucoamylase sử dụng ...............................................................................................28 Bảng 4 Nồng ñộ rượu của sản phẩm theo tỉ lệ nấm men và ngày lên men...............30 Bảng 5 ðộ trong của sản phẩm rượu theo tỉ lệ nấm men..........................................30 Bảng 6 Hàm lượng acid và ester của sản phẩm rượu theo tỉ lệ nấm men.................31 Bảng 7 Kết quả theo dõi sự biến ñổi về pH, ñộ Brix, ñộ cồn và ñường khử của sản phẩm trong quá trình sản xuất và bảo quản sản phẩm ở quy mô xưởng thực nghiệm . ................................ ..................................................................................................34 Bảng 8 Kết quả theo dõi hàm lượng tạp chất trong quá trình bảo quản sản phẩm ở quy mô xưởng thực nghiệm ......................................................................................35 Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm vi DANH SÁCH HÌNH Hình 1 Gạo nếp than ...................................................................................................2 Hình 2 Cấu tạo của hạt nếp .........................................................................................3 Hình 3 Công thức cấu tạo của amylose.......................................................................3 Hình 4 Công thức cấu tạo của amylopectin ................................................................4 Hình 5 Cơ chế cắt liên kết α-1,4 và α-1,6-glycosid của amylase...............................6 Hình 6 Cơ chế tác ñộng của α-amylase lên tinh bột ...................................................8 Hình 7 Nấm men Saccharomyces cerevisiae ............................................................10 Hình 8 Công thức cấu tạo của anthocyanidin ...........................................................19 Hình 9 Mẫu phân tích hàm lượng ñường khử và ñộ Brix của dịch ñường sau quá trình ñường hóa ...... ..................................................................................................28 Hình 10 Mẫu phân tích sản phẩm theo tỉ lệ nấm men...............................................29 Hình 11 Máy nghiền búa... .......................................................................................32 Hình 12 Nếp than ... .......... .......................................................................................32 Hình 13 ðường hóa dịch ñường... ............................................................................32 Hình 14 Bã nếp....... ..................... ............................................................................32 Hình 15 Dịch ñường lên men... ................................................................................32 Hình 16 Dụng cụ lên men rượu ................................................................................32 Hình 17 Sản phẩm rượu nếp than..............................................................................33 Hình 18 ðồ thị biểu diễn ñộ trong của sản phẩm trong quá trình bảo quản theo thời gian ở quy mô xưởng thực nghiệm ...........................................................................35 Hình 19 ðồ thị biểu diễn hàm lượng tạp chất sinh ra theo thời gian bảo quản ở quy mô xưởng thực nghiệm .............................................................................................36 Hình 20 Sản phẩm rượu vang nếp than.....................................................................37 Hình 21 Quy trình sản xuất ñề nghị ..........................................................................38 Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 ðẶT VẤN ðỀ Như chúng ta ñã biết, rượu là một loại thức uống mang hương vị truyền thống của nền văn hóa ẩm thực Việt Nam. Ngày xưa, rượu thường dùng trong những dịp lễ tết, cúng ñình, giổ chạp... và cho ñến nay với sự phát triển không ngừng của xã hội, rượu ñã ñược sử dụng phổ biến hơn. Trong các buổi tiệc, dù là tiệc vui hay buồn, tiệc lớn hay nhỏ cũng không thể thiếu ñược loại thức uống này. Chính vì tính phổ biến ñó của rượu, ngày nay các nhà chế biến ñã tiến hành nghiên cứu và chế biến ra hàng loạt các mặt hàng rượu với nhiều hương vị khác nhau như ngoài rượu ñế và các loại rượu có ñộ cồn cao còn có mặt hàng rượu vang, là loại rượu ñược chế biến theo kiểu lên men và không qua chưng cất. Loại rượu này ñược sản xuất chủ yếu từ trái cây và ngày nay nó còn ñược sản xuất ra từ các loại ngũ cốc như là gạo nếp. Rượu vang hiện nay có nhiều mặt hàng khác nhau như: rượu vang nếp than, rượu vang chuối xiêm, rượu vang nho, rượu vang khóm…Mỗi loại rượu vang thì ñều có hương vị, màu sắc, mùi thơm ñặc trưng của loại nguyên liệu sản xuất ra nó. Với ñề tài này, tôi tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất rượu vang nếp than bằng công nghệ enzyme và nấm men thuần chủng nhằm rút ngắn ñược thời gian chế biến sản phẩm mà vẫn cho ra loại sản phẩm rượu thơm ngon và thu hút ñược người tiêu dùng bởi chất lượng của nó, ñồng thời theo dõi một số thay ñổi trong quá trình bảo quản sản phẩm rượu ở quy mô xưởng thực nghiệm. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ðề tài ñược thực hiện dựa trên Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ khóa 12-2008 của Nguyễn Thị Giang Thanh - chuyên ngành Công nghệ Sinh học nhưng nghiên cứu ở quy mô xưởng thực nghiệm. Do ở quy mô lớn nên sẽ có sự khảo sát lại một số chỉ tiêu trong quá trình sản xuất và một số thay ñổi của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của ñề tài như sau: - Tối ưu hóa nồng ñộ enzyme glucoamylase (AMG 300L) sử dụng cho quá trình ñường hóa dịch nếp than - Tối ưu hóa tỉ lệ nấm men trong quá trình lên men rượu - Theo dõi một số thay ñổi trong quá trình bảo quản sản phẩm như sự thay ñổi về ñộ rượu, ñộ trong của sản phẩm, lượng tạp chất sinh ra trong quá trình sản xuất và bảo quản sản phẩm. Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm 2 CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 NGUYÊN LIỆU 2.1.1 Gạo nếp than Hình 1 Gạo nếp than Gạo nếp than là một loại gạo ñặc biệt ñược trồng nhiều ở Nam bộ. Vì thế rượu nếp than ñược sản xuất chủ yếu ở Nam bộ. Gạo nếp than gồm 4 loại: - Nếp cẩm ðức Hòa - Nếp ñen Khánh Vĩnh - Nếp than Long ðất - Lúa lức nếp cẩm Các loại lúa này có năng suất không cao, thường chỉ ñạt 2,8 – 3,3 tấn/ha. Hiện nay dân vùng ñồng bằng Nam bộ phân loại nếp than theo màu sắc hạt gạo. Theo cách này nếp than ñược chia thành 2 loại: - Nếp than ñen huyền - Nếp than hồng ñỏ Các sắc tố của nếp than dễ tan trong nước, vì thế sản phẩm rượu mang màu sắc ñặc trưng của loại gạo nguyên liệu. Màu của nếp than là màu của anthocyanin. Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô ñịnh hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực. Màu sắc của anthocyanin luôn thay ñổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay ñổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường: pH thấp anthocyanin thường có màu ñỏ, trở thành không màu ở pH cao rồi thành xanh ở pH cao hơn nữa. Tuy khác nhau về màu sắc bên ngoài, nhưng thành phần hoá học của các loại nếp than không khác nhiều. Thành phần hóa học của nếp than cho ở Bảng 1 Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm 3 Bảng 1 Thành phần hóa học của gạo nếp than Thành phần Hàm lượng (%) Nước Protein Lipid Glucid Acid hữu cơ Tro 14 8,2 1,5 74,9 0,6 0,8 (Nguyễn Thị Hiền và cộng sự, 2004) Về cấu tạo của hạt nếp than: nếp than cũng là một trong những loại lúa ñược trồng ở nước ta, lúa gạo thì có rất nhiều loại nhưng về mặt cấu tạo thì ña số các loại lúa gạo ñiều có cấu tạo giống nhau và cụ thể như sau Hình 2 Cấu tạo của hạt nếp Trong cấu tạo của hạt nếp thì nội nhũ là chiếm ưu thế gần như là toàn bộ hạt nếp, nội nhũ có thành phần chủ yếu là tinh bột, tinh bột bên trong hạt nếp than có hai dạng là: amylose chiếm 0,3 % và amylopectin chiếm 99,7 % (Bùi ðức Hợi và cộng sự, 2007). + Amylose Hình 3 Công thức cấu tạo của amylose Amylose thường ở dạng kết tinh có lớp hydrate bao quanh xen kẻ với các amylose kết tinh không có lớp hydrate. Phân tử amylose có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh, mỗi mạch có từ 200 ñến hàng nghìn gốc glucose liên kết nhau theo liên kết α-1,4-glucosid. Luận văn tốt nghiệp ðại học khóa 31 Trang Ngành Công nghệ Thực phẩm 4 Amylose trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa có cấu tạo mạch thẳng ñơn giản, khi thêm tác nhân kết tủa vào mới có hình xoắn ốc. Amylose có trọng lượng phân tử khoảng 50000-160000. Do cấu trúc mạch thẳng amylose có số gốc hydroxyl tự do nhiều nên dể hòa tan trong nước ấm, tuy nhiên ở dạng tinh thể không bền vững khi ñể yên tinh thể sẽ tách ra. Amylose khi phản ứng với iod sẽ tạo phức màu xanh ñặc trưng ñây là ñặc ñiểm chủ yếu ñể nhận biết tinh bột khi sử dụng iod làm thuốc thử, amylose có khả năng tạo phức với một số hợp chất hữu cơ có cực và ñộ hòa tan khác nhau trong nước cũng như trong các hợp chất không cực kiểu hydrocacbua: parapin, butanol, izopropanol, acid béo (stearic, oleic), phenol,… + Amylopectin Hình 4 Công thức cấu tạo của amylopectin Amylopectin có cấu tạo vô ñịnh hình, có dạng phân nh