Ứng dụng vi sinh trong sản xuất rượu nếp truyền thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ỨNG DỤNG VI SINH TRONG SẢN XUẤT RƯỢU NẾP TRUYỀN THỐNG GV:THS.NGUYỄN NGỌC TÂM HUYÊN DANH SÁCH NHÓM DH10QM VÕ THỊ NGỌC BÍCH KIM THỊ PHOL LY TRẦN THỊ THANH THÚY DƯƠNG THỊ MỸ TRANG TRẦN HUỲNH NHẬT HÀ TRẦN THỊ VA « MỤC LỤC Giới thiệu Sản xuất Nguyên liệu Những chất bị cấm trong quá trình sản xuất rượu Thiết bị Quy trình sản xuất Các chủng vi sinh vật tham gia quá trình Thông số kĩ thuật về rượu Chưng cất Quan tâm Một số hư hỏng trong nấu rượu Yếu tố ảnh hưởng Tài liệu tham khảo I/GIỚI THIỆU Theo nhân gian: Rượu là một loại thức uống mang hương vị truyền thống của nền văn hóa ẩm thực Việt Nam và là biểu tượng của niềm tự hào về nền văn minh lúa nước, vì lẽ đó mà trong các dịp cúng Thần Hoàng, cúng đình, trong các dịp tiệc tùng giỗ chạp, trong ngày Tết Đoan Ngọ,.…của người Việt xưa không thể thiếu chén rượu dâng lên tổ tiên thay cho tiếng nói của lòng thơm thảo. Theo hóa học: Rượu etylic có công thức hóa học là C2H5OH, còn được gọi là etanol, rượu etylic cao độ gọi là:Cồn etylic.cồn etylic được ứng dụng trong hương liệu, keo dán, sơn, vecni, thuốc sát trùng, dược phẩm nhuộm, tơ nhân tạo, dung môi pha chất. ðĐể sản xuất được rượu thì ứng dụng quan trọng nhất là khâu sử dụng vi sinh vật trong sản xuất,vừa đạt hiệu suất cao vừa giảm chi phí lại hạn chế tác động đến môi trường. II/SẢN XUẤT Nguyên liệu Nguyên liệu dùng để sàn xuất rượu chủ yếu là tấm, gạo, bắp, khoai, sắn và các loại có tinh bột khác. Ngoài ra còn sản xuất rượu từ mật mía của nhà máy đường.Đối với sản xuất rượu truyền thống thì nguyên liệu chỉ là gạo, nếp. Một số men vi sinh như: nấm men, nấm mốc, vi khuẩn lên men lactic… «Ngoài ra còn một số chất dùng trong quá trình sản xuất rượu: Nhóm chất điều chỉnh pH:H2SO4,HCl………. Nhóm chất sát trùng:formon,Na2SiF6,NaF,…. Nhóm chất dinh dưỡng cung cấp cho quá trình lên men gồm:(NH4)2SO4,(NH4)3PO4,…….. Những hóa chất bị cấm sử dụng trong quá trình sản xuất rượu Thuốc trừ sâu Urê Màu công nghiệp Cồn công nghiệp Thiết bị Thiết bị nấu cơm Thiết bị làm nguội Thiết bị lên men Thiết bị chưng cất Thiết bị lọc tinh Thiết bị đóng chai Quy trình sản xuất Các chủng vi sinh vật tham gia quá trình Nấm men Chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men sinh sản theo lối nảy chồi có khả năng hình thành bào tử sống kị khí không bắt buộc có khả năng lên men các loại đường khác nhau. Tính chất: Phát triển mạnh trong dịch đường lên men. Tiết ra hệ enzyme nhiều lên men nhanh chóng và hoàn toàn. Lên men được ở nhiệt độ tương đối cao. Chịu được nồng độ cồn cao. Chịu được môi trường có độ acid cao. b.Nấm mốc Tiết hệ enzyme amylase đường hóa các nguồn nguyên liệu tinh bột. Aspergillus oryzae: amylase, invertase, maltase, protease và catalase. Aspergillus niger: amylase, invertase, protease, maltase, pectinase, glucosydase. Aspergillus awamori và Asp.usami: dextrinase và glucoamylase. Trong các loại enzim thì 2 loại enzim là glucoamylase và amylase được sử dụng nhiều nhất do khả năng đường hóa tinh bột hiệu quả giúp hiệu suất lên men cao hơn. c.Vi khuẩn lactic Trường hợp dùng vi khuẩn lactic không phải là phổ biến,nhưng thực tế sản xuất đã cho thấy dùng nhóm vi khuẩn này đảm bảo quá trình lên men thuận lợi hơn , nâng cao được dinh dưỡng cho nấm men (vi khuẩn lactic tích tụ các hợp chất nitơ dễ được nấm men đồng hóa ) và tăng được hiệu suất tạo thành rượu. Thông số kĩ thuật về rượu a.Ngâm gạo:trước khi nấu cơm rượu ta nên tiến hành ngâm gạo khoảng 30-40 phút cho gạo trương nở tránh tình trạng vón cục khi nấu b.Nấu cơm rượu: Nấu cơm rượu nên nấu như cơm ăn bình thường không được nấu sống hoặc có những hạt gạo chưa chín đều.Nếu cơm hơi ướt (nhão) cũng dùng được trực tiếp cho quá trình vào men sau này. c.Phối trộn men Sau khi nấu cơm rượu được làm nguội xuống nhiệt độ từ 300-320C thì cho men rượu vào phối trộn.Men khi đem phối trộn cần giã nhuyễn hoặc có những loại men đã được làm nhuyễn chúng ta sử dụng sẽ thuận lợi hơn. Tùy theo kinh nghiệm cũng như tùy loại men khác nhau mà cho tỉ lệ men khác nhau.Nhưng thông số trung bình cho những loại men là 25-28g/kg gạo. d.Lên men Nhiệt độ lên men thuận lợi là ở khoảng 290-320 Quá trình lên men cao độ được lên men hai lần: vLên men hở:sau khi trộn men cho vào thiết bị lên men giữ ở nhiệt độ khoảng <36oC trong khoảng thời gian 2-3 ngày,quá trình này để cho enzim thủy phân gluxit trong tinh bột thành các đường đơn để thuận lợi cho việc lên men sau này. vLên men kín: sau thời gian lên men kín xong cơm rượu được cho thêm nước vào khoảng từ 2-3 lít nước/1kg gạo đem nấu,thời gian lên men lỏng này khoảng từ 3-4 ngày.Sau thời gian lên men thu được dịch rượu trước khi đem chưng cất.pH khoảng 4-5 trong điều kiện thật yếm khí. Quá trình này giúp nhân giống nấm men trong điều kiện yếm khí giúp chuyển đường thành ethanol và CO2.Tại vì trong điều kiện yếm khí thì nấm men không có khả năng chuyển hóa tiếp các ethanol đã được tạo thành. Khi có mặt không khí thì sự lên men yếu đi vì nấm men sẽ thu năng lượng cần thiết cho sự phát triển bằng hô hấp hiếu khí khi đó chỉ oxi hóa glucoza đến CO2 và H2O.Đây chính là hiệu ứng Pasteur. vDiễn biến của quá trình lên men như sau: Tinh bột được cắt nhỏ bởi quá trình thủy phân nhờ enzim như amilase,glucosidase,dextrinase….trong nấm mốc tạo thành đường cung cấp cho quá trình lên men. Đường cùng với các chất dinh dưỡng khác của môi trường lên men, trước tiên được hấp thụ vào trên bề mặt của tế bào nấm men,sau đó khuyết tán qua màng bề mặt bán thấm đó mà vào bên trong tế bào. Sự khuyếch tán này tuân theo những định luật chung của sự thẩm thấu. Trong khi nước được vào ra tế bào một cách tự do thì đường và các chất dinh dưỡng khác chỉ được màng tế bào cho đi vào mà không quay ra.Vì vậy, đường bị chuyển hóa qua chuỗi phản ứng enzim để tạo thành sản phẩm cuối cùng của sự lên men là rượu etylic và CO2. Như vậy, là thông qua các hoặt động sống của tế bào nấm nem mà trong nguyên sinh chất của chúng liên tục xảy ra những phản ứng sinh hóa rất phức tạp để rồi cuối cùng dẫn đền tổng hợp ra một chất này và phân hủy một chất kia. Rượu etylic và khí cacbonic được tạo thành liền thoát ra khỏi tế bào và khuyếch tán vào môi trường xung quanh. Vì rượu hòa tan được với nước theo bất cứ tỷ lệ nào nên nó có khả năng khếch tán vào môi trường một cách nhanh chóng và tạo ra một độ ẩm lớn ở xung quanh tế bào nấm men. Khí cacbonic cũng hòa tan được trong dung thể, song độ hòa tan của nó trong nước không lớn lắm(ở nhiệt độ 25 – 300 và áp suất 860 mmHg một lít nước hòa tan được 0,865 – 0,837 lít CO2). Độ hòa tan của khí cacbonat trong rượu lớn hơn trong nước ba lần. Do vậy mà trong môi trường lên men nhanh chóng được bảo hòa khí cacbonic. Liền đó khí cacbonic được hấp thụ trên bề mặt của tế bào nấm men và những vật thể rắn khác của môi trường. Khi thoát khỏi dung dịch khí cacbonic liền tạo thành các bọt và kết hợp với tế bào nấm men. Khi các bọt đạt đến độ lớn nào đó thì lực nâng của chung vượt quá trọng lượng của tế bào và thế là bọt cùng với tế bào nấm men lại bị chìm xuống. Như vậy là tế bào nấm men vốn dĩ không di động, trở thành chuyển động được ở trong môi trường lên men, khiến cho sự trao đổi chất ở trong tế bào trở nên mạnh mẽ hơn và sự lên men cũng được tăng nhanh lên một cách tương ứng. «Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men: Phương trình tổng quát: C6H12O6+2ADP+2H3PO4à2C2H5OH+2CO2+2ATP+2H2O Etanol được tạo thành ở trong giai đoạn lên men. Muốn có được sản phẩm chủ yếu trong môi trường lên men là rượu thi tác nhân cung cấp là hệ enzim đặc thù thì nó phải là nấm men Saccharomycess Cerevisiac. Nấm men có đặc điểm là trong điều kiện sinh hoạt yếm khí, chúng có khả năng chuyển đường thành etanol và CO2 một cách hợp thức. Trong điều kiện yếm khí nên men không có khả năng chuyển hóa tiếp các etanol đã được tạo thành,có nghĩa là sự lên men sẽ dừng lại ở giai đoạn hình thành và tích lũy rượu etylic. Như vậy biện pháp kỹ thuật tương ứng là phải cho lên men trong thùng kín. Tế bào nấm men còn có đặc điểm nữa là khả năng tạo ra các nội enzim(endofermen) nghĩa là những enzim tiến hành xúc tác ở bên trong tế bào. Như vậy sự phân ly đường sẽ xảy ra ở bên trong tế bào lên nấm men,còn rượu etylic và CO2 được tạo thành thì đi ra khỏi tế bào và tích tụ ở trong môi trường. Chưng Cất Mục đích: Thu được nhiều rượu hơn Loại bỏ các tạp chất trong quá trình lên men vSơ đồ chưng cất rượu Sau thời gian lên men dịch rượu được đưa đi chưng cất.Trong khi chưng cất rượu,người ta thường chia làm ba đợt: Đợt đầu thu được rượu có nồng độ cồn từ 55o-65o được goị là rượu gốc.Rượu này thường có hàm lượng andehyt cao, khi sử dụng loại rượu này người tiêu dùng dễ bị ngộ độc có tác hại đến sức khỏe vì vậy rượu này ít được bán cho người tiêu dùng. Đợt sau thu được rượu có nồng độ cồn khoảng 35 o -45o được gọi là rượu giữa và người nấu rượu thường lấy rượu này làm sản phẩm cung ứng cho người tiêu dùng. Phần rượu chưng cất còn lại được gọi là rượu ngọn, rượu này thấp độ có vị chua mùi không còn thơm nữa.Tùy theo yêu cầu mà người sản xuất lấy nhiều hay ít lượng rượu này sau đó pha chung với rượu gốc để chưng cất lại một lần nữa lấy được rượu thành phẩm bán cho người tiêu dùng. «Nếu không qua giai đoạn chưng cất ta có thể dùng phương pháp nấu Nấu: rượu nếp thuộc loại rượu không qua chưng cất nên nồng độ cồn cuối cùng rất thấp, không đủ khả năng ức chế các vi sinh vật gây hại như các loại rượu cao độ khác, vì vậy khả năng hư hỏng của sản phẩm rất cao. Do đó, trong quy trình chế biến rượu nếp cần phải qua công đoạn nấu để tiêu diệt vi sinh vật và nấm men còn sót lại nhằm kéo dài bảo quản sản phẩm. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong quá trình nấu, phần lớn vi sinh vật tạp nhiễm trong sản phẩm từ quá trình lên men sẽ bị tiêu diệt, đồng thời hạn chế quá trình chuyển hoá rượu thành giấm làm chua sản phẩm do các vi sinh vật còn lại trong sản phẩm. vBã hèm còn lại chúng ta có thể dùng làm thức ăn cho các vật nuôi trong gia đình như:trâu, bò, gà, vịt, lợn…… vNếu như làm rượu với quy mô lớn thì lượng bã hèm sẽ lớn, lượng khí của chúng rất lớn chúng ta có thể tận dụng lượng khí đó để làm khí gas cho sinh hoạt hằng ngày. III/QUAN TÂM Cách bảo quản nguyên liệu Để đảm bảo sản xuất được ổn định và liên tục, mỗi hộ gia đình phải dự trữ một lượng nhiên liệu đủ trong 30 ngày.Tùy theo từng loại nguyên liệu mà có cách bảo quản khác nhau Bảo quản nếp trong các bao, hoặc các thùng chứa bằng gỗ hoặc kim loại. Trong quá trình bảo quản vi sinh vật có thể phân hủy chất béo và tinh bột trong nếp, hạt nếp sẽ bị vàng mốc, có vị chua và mùi lạ vì vậy phải lưu ý. Nấm men:trong quá trình bảo quản nấm men nếu độ ẩm quá cao sẽ nảy sinh những hiện tượng những bánh nấm men có mọt và những nấm mốc vàng, xanh nổi lên trên bề mặt. Các chất sát trùng sẽ mất hoạt lực khi khui ra để lâu không dùng hết hay để ngoài ánh sáng. Một số hư hỏng trong nấu rượu Mùa hè hay mất rượu Rượu cất ra không được nhiều Rượu khê Rượu cất mau lạt Men mất tác dụng Các yếu tố ảnh hưởng Nhiệt độ: ảnh hưởng đến vi sinh vật và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. pH môi trường: vi sinh vật có vận tốc sinh trưởng cực đại trong một khoảng pH hạn chế và cũng bị bất hoạt hoàn toàn hoặc chết ở pH giới hạn(4-8). Nồng độ đường của dịch lên men: khoảng 10-18%. Nếu nồng độ quá caoà áp suất thẩm thấu lớnàphá hủy tình trạng sinh lí bình thường nấm menàthời gian lên men kéo dài hoặc không sử dụng hết đường. Nếu quá thấp sẽ không thuận lợi về kinnh tế(chi phí hơi, dung tích thiết bị…) Nồng độ O2 môi trường Số lượng men giống Nồng độ CO2 của môi trường: ức chế lên men nhưng việc thoát CO2àlên men tốt do môi trường luôn đượ khuấy động. Nồng độ etanol: sự sinh sản bị chậm lại khi nồng độ rượu là 2% và bị dừng lại khi 5%. Thời gian lên men. IV/TÀI LIỆU THAM KHẢO Hóa sinh công nghiệp, Lê Ngọc Tú và các cộng sự Hóa sinh học, GS.TSKH.Phạm Thị Trân Châu (Chủ biên) -Trần Thị Áng, NXB giáo dục Tailieu.vn Google.com