Công nghệ lên men truyền thống cơm rượu

MỤC LỤC Mở đầu 1 Nguyên liệu 2 2.1 Gạo nếp 2 2.2 Bánh men 5 2.3 Hệ vi sinh vật trong bánh men 6 Bản chất sinh hoá 8 Các quá trình sinh hoá 8 Các biến đổi trong quá trình lên men cơm rượu 11 Quy trình công nghệ 14 4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 14 4.2 Thuyến minh quy trình 15 4.3 Một số cách làm cơm rượu 17 5. Kết luận 25 1. MỞ ĐẦU: Lên men cổ truyền là một dạng lên men mà thường sử dụng một tổ hợp vi sinh vật tạo nên nhiều loại thực phẩm lên men có giá trị dinh dưỡng. Thực phẩm lên men có giá thành rẻ, công nghệ và thiết bị sản xuất đơn giản và có nhiều ưu điểm như: Hàm lượng protein cao. Các vitamin được bảo tồn. Có lợi cho sức khoẻ con người. Tuy nhiên lên men cổ truyền cũng có nhược điểm: Do đây là quá trình lên men trong điều kiện tự nhiên, được thực hiện bởi các vi sinh vật tự nhiên và vật chất lên men có trong tự nhiên. Cả vi sinh vật và vật chất sử dụng trong quá trình lên men tự nhiên rất phức tạp, không đồng đều về chủng loại và số lượng. Mặt khác quá trình lên men tự nhiên là qúa trình không kiểm soát, do đó xảy ra hiện tượng giao thoa trong khối lên men. Qúa trình lên men này là quá trình nhiều pha và không định hướng. Sản phẩm qúa trình lên men là đa dạng, trong đó có một chất nào đó sẽ vượt trội hơn. Như vậy, đây là quá trình lên men không ổn định, chất lượng sản phẩm kém và không đồng nhất. Ở Việt Nam, những loại thực phẩm lên men cổ truyền rất được ưa chuộng như thạch dừa, nước mắm, nước giải khát lên men, rau quả muối chua, chao, bánh mì…Trong đó, cơm rượu là một thức ăn rẻ tiền, ngon, có hương thơm khá hấp dẫn, vị ngọt đặc trưng nên được nhiều người ưa thích. 2. NGUYÊN LIỆU: 2.1. Gạo nếp: 2.1.1. Hạt lúa nếp: a. Các bộ phâïn chủ yếu sau: Vỏ trấu: chiếm 19-21% khối lượng hạt, gồm các tế bào rỗng có thành hoá gỗ cấu tạo từ celluase kết chặt lại nhờ chất khoáng và linhin. Vỏ quả: chiếm 5-6% khối lượng hạt, gồm một vài lớp tế bào: biểu bì ở ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ, ở hạt mới thu hoạch các tế bào này được phủ bằng một lớp sáp mỏng; kế đến là lớp vỏ quả ngoài, gồm 2/3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt; tiếp nữa là lớp vỏ quả giữa cũng gồm các tế bào dài nhưng hướng ngang hạt; sau cùng là lớp vỏ quả trong gồm các tế bào hình trụ hướng dọc theo hạt. Vỏ quả thường liên kết không bền với vỏ hạt. Trong thành phần của vỏ quả có cellulase, pentozan, pectin và tro. Vỏ hạt, chiếm 1-2.5% khối lượng hạt, gồm hai lớp tế bào: một lớp tế bào hình chữ nhật nhỏ, sít, có chứa các sắc tố antoxyan, flavon; một lớp vỏ tế bào có hình dạng không đều, xốp, dễ dàng cho ẩm di qua. Vỏ hạt liên kết chặt với lớp alơrông. Vỏ hạt chứa ít cellulase hơn nhưng lại nhiều hợp chất nitơ và đường hơn ở vỏ quả. Lớp alơrông: chiếm 6-12% khối lượng hạt, là một lớp tế bào lớn thành dày. Lớp alơrông rất giàu protein (35-45%), đường (6-8%), chất béo(8-9%), vitamin và tro (11-14%), cellulase (7-10%), và pentozan(15-17%). Khi chế biến hạt, lớp vỏ này bị tách đi cùng với vỏ. Nội nhũ: là phần được sử dụng lớn nhất của hạt lúa, gồm các tế bào lớn, có thành mỏng, chứa đầy các hạt tinh bột, chất protein, một ít cellulase, chất béo, tro và đường. Trong nội nhũ thóc, tinh bột chiếm tới 80%. Tuỳ theo giống, điều kiện canh tác và phát triển, nội nhũ có thể trắng trong hay trắng đục. Nếu nội nhũ có độ trắng trong cao thì trong quá trình xay xát gạo ít nát và cho tỉ lệ thành phẩm cao. Ngược lại nếu nội nhũ có độ trắng đục cao thì hạt qua chế biến bị gãy nát nhiều. Phôi hạt: Nằm ở đầu nhọn của hạt lúa, chiếm 2.25% khối lượng gạo. Trong phôi có liên kết phôi với nội nhũ, và có rễ mầm, thân, lá. Phôi gồm các tế bào sống có khả năng phân chia, phát triển và tổng hợp chất. Trong thành phần của phôi có một phức hệ các chất thường có mặt trong tế bào sống. Phôi là bộ phận chứa nhiều chất dinh dưỡng, là nơi dự trữ thức ăn cho mầm hạt. [4] b. Tại sao gạo nếp dùng làm cơm rượu Bảng 2.1: Thành phần một số loại nguyên liệu Thành phần Nguyên liệu Amylose Amylopectin Xơ thô Gạo nếp Rất ít » 100 1 Sắn 17 83 Gạo tẻ 17 83 0.4-0.7 Bắp thường 21-23 77-79 7.1 Bắp trắng Rất ít » 100 5.3 Tinh bột gạo nếp chứa hầu như là amylopectin (» 100%). Amylopectin là một polymer ở dạng xoắn – nhánh, gồm khoảng 2000 gốc glucose được nối với nhau qua cầu oxy a -1,4 – glucoside ở mạch chính và a -1,6 –glucose ở mạch nhánh. Amylopectin như một loại chất kết dính co giãn được, liên kết các tinh thể amylose lại với nhau. Mặc dù amylopectin không tan trong nước nóng nhưng do nó có khả năng trương phồng khi bị hồ hoá nên tạo điều kiện cho enzyme glucoamylase tác dụng dễ dàng hơn, do đó khả năng thuỷ giả tinh bột cao hơn. Ngoài ra, do sự vắng mặt của amylo trong gạo nếp nên là cho các hạt tinh bột có khe hở rộng, ít xơ nên tinh bột không có khả năng giữ nước. Do đó, tinh bột của gạo nếp dễ thuỷ phân hơn , thu được nhiều đường hơn . [2] 2.1.2. Các loại gạo nếp thông dụng: a.Gạo nếp thường: Là loại gạo nếp đã qua xay xát, hàm lượng vitamin B1 giảm đáng kể, có màu trắng đục, có thành phần hoá học theo bảng sau: Bảng 2.2: Thành phần hóa học của gạo nếp thường Thành phần hoá học Hàm lượng (%) Nước 13.8 Protein 8.0 Acid hữu sơ 1.5 Glucide 73.8 Cellulose 0.6 Tro 0.8 Ở miền Nam cơm rượu được làm từ nếp giã trắng, thổi chín, vò viên hay ép thành miếng khối hình chữ nhật vơi nước rượu trong, có vị ngọt thơm tự nhiên. [3,6} b.Nếp cẩm (gạo nếp than) Người ta cũng có thể dùng nếp cẩm để làm cơm rượu. Nếp cẩm dùng phải còn nguyên lớp vỏ lụa và lớp cám vì thế rất giàu dinh dưỡng, đặc biệt là protein, lipid, các nguyên tố vi lượng, và vitamin (nhất là vitamin B1. Do đó có tác dụng bồi bổ cơ thể, giúp ăn ngon miệng và kích thích tiêu hoá. Gạo nếp than gồm có 4 loại : Nếp cẩm Đức Hoà Nếp đen Khánh Vĩnh Nếp than Long Đất Lúa lức nếp cẫm: Các loại lúa này có năng suất không cao (thừơng chỉ đạt 2,8 -3,3 tấn /ha) Hiện nay, dân vùng đồng bằng Nam Bộ phân loại nếp than theo màu sắc của hạt gạo. Theo cách phân loại này, nếp than được chia ra làm hai loại : Nếp than đen huyền Nếp than hồng đỏ. Các sắc tố của nếp than rất dễ tan trong nước, vì thế sản phẩm rượu sẽ mang đặc trưng màu của loại gạo làm ra nó. Tuy khác nhau về màu sắc bên ngoài, nhưng các loại gạo nếp than có thành phần hoá học không sai biệt nhau nhiều. Ta có thể tham khảo các số liệu sau:[3,6] Bảng 2.3: Thành phần hoá học của gạo nếp than Thành phần Hàm lượng (%) Nước 14 Protein 8,2 Lipit 1,5 Gluxit 74,9 Axit hữu cơ 0,6 tro 0,8 c.Nếp lức: Gạo nếp lức được sử dụng để tận dụng lượng vitamin B1 trong lớp vỏ gạo. Nếp lức có màu nâu đất , khi nấu xong ở dạng khô, rời, khá cứng. Loại nếp này hay dùng làm cơm rượu theo cách người miền bắc, cho ra thành phẩm khá tơi hạt và hạt cơm rượu vẫn đủ cứng để khi ăn có thể nhấm nháp từng hạt cơm thấm đẫm vị rượu. [6] 2.2. Bánh men: Ở các nước châu Á, theo truyền thống, người ta hay dùng các loại bánh men để sản xuất rượu, cồn từ tinh bột. Lúc đầu người ta sản xuất hoàn toàn nhờ vào hệ vi sinh vật tự nhiên được rơi vào khối ủ. Tuy nhiên, cách làm này thường cho kết quả không ổn định. Do đó, bằng kinh nghiệm, người ta chọn khối ủ tốt nhất để lại một phần để làm mẻ sau. Cách làm này tốt hơn cách làm trên nhưng khi thực hiện vẫn không thu được kết quả ổn định do không bảo quản được lâu. Sau đó, người ta tiến hành sản xuất bánh men. Lúc đầu, bánh men cũng được tạo ra từ những mẻ ủ tốt nhất bằng cách tạo hình chúng, đem sấy khô, rồi bảo quản để dùng dần. Bằng cách này, người ta đã hoàn toàn chủ động được quá trình sản xuất và đảm bảo được chất lượng sản phẩm. Từ đó, phương pháp sản xuất bánh men phát triển khá hoàn thiện, và tạo ra được nhiều loại bánh men khác nhau, tuỳ theo từng dân tộc và thị hiếu của người tiêu dùng. Các loại bánh men được sản xuất theo phương pháp truyền thống về nguyên tắc là giống nhau, nhưng tùy theo đặc điểm khí hậu, nguyên liệu và sở thích của từng địa phương mà người ta có thể bổ sung vào bánh men một số thành phần khác. 2.2.1 Bánh men thường: Thành phần chính của bánh men thường là bột gạo và giống vi sinh vật. Một trong những cách làm bánh men thường được thực hiện như sau: Gạo ngâm nước (3 giờ) để ráo ® xay thành bột ® nhào bột với men giống + nước ® định hình bánh men ® ủ men ở 29°C-30°C, trong 48 giờ ® sấy khô ở 40°C hay phơi nắng ® bánh men thành phẩm. [1] 2.2.2 Bánh men lá: Bánh men lá thường được đồng bào dân tộc thiểu số sản xuất và tiêu thụ. Đồng bào các dân tộc thiểu số thường dùng bánh men lá để sản xuất rượu cần. Ở bánh men lá thay cho các vị thuốc Bắc, người ta dùng các loại lá sử dụng có thể khác nhau. Chất lượng rượu phụ thuộc rất nhiều và số lượng và thành phần các loại lá này. Thường bánh men có 3 loại: loại bánh men một lá, hai lá, và ba lá.[1] 2.2.3 Bánh men thuốc Bắc: Thành phần ngoài bột gạo, giống vi sinh vật còn có các vị thuốc bắc. Trong bánh men thuốc bắc ở Mai Đông- Vân Hà (Hà Bắc) có 10-20 vị thuốc bắc như bạch truật, nhục đậy khấu, nhục quế… Đây chính là loại bánh men để làm món cơm rượu. Việc cho thuốc bắc vào được cho rằng có tác dụng kích thích sinh trưởng của vi sinh vật trong bánh men, có khả năng sát trùng, ngoài ra còn có tác dụng tạo hương vị đặc trưng cho món cơm rượu. [1] 2.3 Hệ vi sinh vật trong bánh men : Bảng 2.4: Lượng các vi sinh vật trong hệ vi sinh vật của bánh men ở các vùng khác nhau ( tính cho 1 g men) Tên địa phương Vi khuẩn x 106 Nấm men x 106 Nấm mốc x 103 Hà Bắc 1210.4 550.8 597.3 Hà Sơn Bình 1012.9 397.1 705.8 Hải Phòng 692.1 397.1 176.2 Hà Nội 795.6 381.5 185.1 Hà Nam Ninh 977.5 362.6 159.2 Hải Hưng 352.7 349.2 254.7 Nghệ Tĩnh 659.4 169.4 258.7 Vĩnh Phú 347.5 158.3 397.6 Thanh Hoá 565.9 152.8 835.8 Cao Bằng 572.3 112.4 97.3 Thái Bình 257.6 110.5 97.8 Bắc Thái 549.7 70.8 86.1 Bảng 2.5: Lượng vi sinh vật trong hệ vi sinh của bánh men: ( số liệu cho 1 g bánh men) Các vi sinh vật Men thuốc bắc Vi khuẩn x 106 Tối thiểu 257.6 Tối đa 1210.4 Trung bình 666.1 Nấm men x 106 Tối thiểu 70.8 Tối đa 550.8 Trung bình 234.3 Nấm mốc x 103 Tối thiểu 86.1 Tối đa 835.8 Trung bình 320.9 2.3.1 Nấm men: Trong mỗi gam bánh men có từ vài chục triệu đến vài trăm triệu tế bào nấm men . Chúng gồm hai chi khác nhau: Endomycopsis (chủ yếu là Endo.Fibuligenes) Saccharomyces (chủ yếu là S. cerevisiae) Endomycopsis fibulligenes là loài nấm men rất giàu enzym amilase, glucoamilase. Do đó chúng vừa có khả năng đường hóa vừa có khả năng rượu hóa . Saccharomyces cerevisiae có khả năng lên men rất nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, raffinose, galactose. Chúng có khả năng lên men được nhiệt độ cao (khoảng từ 36-40 C ). Chúng có khả năng chịu được độ axit. Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 với nồng độ 0,02 -0,025%. Đặc điểm này rất thuận lợi cho nên khi cần sử dụng thuốc sát trùng. Đặc điểm quan trọng hơn hết là loài nấm men này có khả năng lên men các loại nguyên liệu rất khác nhau như : gạo, ngô, khoai, sắn với lượng đường trong dung dịch từ 12 -14 % có khi 16-18%. Nồng độ rượu trong dung dịch lên men là 10-12%. Nhiệt độ lên men thích hợp là 28 -32o C. Ngoài hai chi nấm men cơ bản trên, trong men thuốc bắc còn thấy nhiều loài nấm men dại khác nhau. Chúng vừa có khả năng thuỷ phân tinh bột, vừa có khả năng chuyển hoá đường thành cồn, tuy rằng sự chuyển hoá này còn thấp. Điều đặc biệt là các loài nấm men dại này chịu nhiệt rất cao, có khi lên tới 60 -65o C và chịu được chất sát trùng ở nồng độ 0,005-1%.[3] 2.3.2 Nấm mốc: Trong nấm men thuốc bắc thấy rất nhiều loài nấm mốc khác nhau thuộc Aspergillus, Penicillium, Mucor,ØØ Rhizopus. Trong đó, Mucor và Rhizopus thấy phát triển nhiều hơn cả. Loài Mucor, đặc biệt là Mucor rouxii, amylomyces có khả năng thuỷ giải tinh bột , rượu hoá, lên men lactíc, ngoài ra nó còn có khả năng tạo hương cho rượu. Ngoài ra còn có sự hiện diện của nấm mốc có khuẩn ty màu trắng có vai trò làm mền cơm rượu, tạo độ ngọt cao cho cơm rượu 2.3.3 Vi khuẩn: Trong bánh men thuốc bắc thấy nhiều loài vi khuẩn phát triển. Trong đó thấy chủ yếu là loài vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic. Các loài vi khuẩn thường làm chua môi trường. Thời gian đầu của quá trình lên men, quá trình này xảy ra là có lợi vì rằng pH của môi trừơng do chúng tạo ra sẽ thích hợp cho nấm men và nấm mốc phát triển. Tuy nhiên pH xuống quá thấp lại ảnh hưởng xấu cho quá trình lên men. Mặt khác nếu trong dịch lên men có mặt của oxy thì vi khuẩn axetic sẽ oxy hoá rượư thành axit axetic. Qúa trình này làm tổn hao lượng cồn tạo thành. Ngoài ra trong bánh men còn có nhiều loại vi khuẩn khác chưa xác định được (tạm xếp vào loại vi khuẩn tạp nhiễm). Như vậy, ta thấy bánh men dùng để sản xuất các thực phẩm truyền thống là chế phẩm vi sinh vật rất đặc biệt. Trong đó có sự tồn tại hài hoà nhiều vi sinh vật khác nhau. Bánh men thuốc bắc là nguyên liệu quan trọng để làm cơm rượu. Nó quyết định đến chất lượng của cơm rượu như: hàm lượng đường, rượu, hương thơm. Trong bánh men có sự tạp nhiễm nhưng không gây hại cho sản phẩm chứng tỏ nhóm vi sinh vật chủ yếu trong bánh men kháng tốt với các vi sinh vật gây hại.[1,3] 3. Bản chất sinh hoá 3.1 Các quá trình sinh hoá Lên men cơm rượu là lên men ở trạng thái rắn trong đó có sự phát triển đồng thời của một hệ vi sinh vật là dạng lên men hỗn hợp Quá trình lên men gồm hai giai đoạn: giai đoạn đường hoá và giai đoạn rượu hoá. Hai giai đoạn này diễn ra đồng thời trong khối cơm nếp. Ngoài ra còn có quá tình lên men lactic 3.1.1 Quá trình đường hoá: Do sự phát triển của nấm mốc Mucor rouxei, rhizopus delemar, các loại nấm men thuộc Endomycopsis , tinh bột được chuyển thành đường. Các loài nấm mốc, nấm men trong quá trình phát triển tạo ra nhiều enzym amylase, glucoamylase. Các enzym hoạt động rất thuận lợi trong giai đoạn đầu và kéo dài suốt thời gian sau này. Bản chất của các enzyme này là các enzyme cảm ứng do đó nguyên liệu là loại chưá nhiều tinh bột kích thích quá trình tổng hợp enzym rất mạnh mẽ. Mặt khác Saccharamyces cerevisiae rất tích cực trong việc chuyển hoá đường thành cồn, lượng glucose được tạo ra bao nhiêu sẽ được chuyển hoá thành rượu , một phần phục vụ cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật đó, vì thế khối lên men không xảy ra hiện tượng kìm hãm ngược của glucose [3] 3.1.2 Quá trình rượu hoá: Saccharamyces cerevisiae: đóng vai trò cơ bản. Mucor và Rhizopus sp. Endomycopsis sp. Quá trình rượu hoá là quá trình hết sức phức tạp, trải qua rất nhiều giai đoạn chuyển hoá từ đường thành rượu nhờ sự tham gia của nhiều ezyme khác nhau. Các ezyme tham gia quá trình rượu hoá nằm trong tế bào nấm men. Thực chất của quá trình lên men này là quá trình trao đổi chất của nấm men trong trường hợp chứa đường và tạo ra sản phẩm trao đổi chất là ethanol cùng một số sản phẩm phụ khác. Trong quá trình đường sẽ được chuyển hoá thành acid pyruvic theo con đường EMP ở giai đoạn chuyển hoá từ 3-P-Glyceroaldehid thành acid 1,3-P-glycerinic sẽ có ba hidro được tách ra để gắn với NAD+ tạo thành NADH2 . Hidro này về sau sẽ được sử dụng để khử acetaldehid tạo thành rượu ethylic [3] 3.1.3.Quá trình lên men lactic: Lactobacillus, Streptococcus. Nhưng quá trình này xảy ra không mạnh do trong thời gian đầu lượng đường trong khối lên men chưa cao nên việc chuyển hoá đó xảy ra không mạnh Đặc biệt lưu ý các quá trình chuyển hoá xảy ra xen kẽ nhau, hỗ trợ nhau tạo nên một quá trình chung hài hoà, cuối cùng ta thu được hỗn hợp bao gồm nhiều thành phần khác nhau, tạo nên mùi vị đặc trưng của cơm rượu [3] Các phản ứng sinh hoá trong quá trình lên men : Glucoza ATP Hexokinase ADP Acid 3-P -glycerinic Acid 1,3-P-glycerinic Chu trinh Crebs Glucozo-P-izomerase Acetyl-CoA C2H5OH +CO2 Acetaldehyt Fructoza-6-P Glucozo-6-P ATP P-fructokinase ADP Fructozo-1,6-dip Aldolase 3-P-glyceroaldehid P-dioxyaceton 2NADH2 2NAD triozophotphattizomerase NADH2 NAD Glcerotfat Dehydrogenase Triozofotfatdehydrogenase a-Glycero-P 2ADP 2ATP Photsphatase Glycerin+H3PO4 p-glyceratmuttase Acid 2-P-glycerinic Enolase p-enolpyruvic 2ADP 2ATP Pyruvatkinase Acid pyruvic CO2 CoA 3.2 Các biến đổi trong quá trình lên men cơm rượu 3.2.1 Biến động số lượng của hệ vi sinh vật trong quá trình lên men cơm rượu: Việc phân ra các giai đoạn phát triển của nấm mốc và nấm men một cách thực sự rõ ràng là điều hết sức khó khăn. Vì thực tế sự phát triển của các loài vi sinh vật trong khối lên men này diễn ra đồng thời. - Giai đoạn 1: Hô hấp hiếu khí Đây là giai đoạn để hệ vi sinh vật có trong bánh men thích nghi và làm quen với môi trường. Nấm mốc gia tăng sinh khối và có sự sinh tổng hợp amylase thuỷ phân tinh bột thành đường. Giai đoạn này thực hiện trong điều kiện hiếu khí, thời gian 24- 36h . Giai đoạn 2: Hoạt động của vi khuẩn Có sự hoạt động của vi khẩn acetic và vi khuẩn lactic. Nhưng trong giai đoạn vi khuẩn lên men acetic hoạt động kém( do trong môi trường cơ chất của vi khuẩn lên men acetic là rượu rất ít).Vi khuẩn lactic hoạt động chuyển hoá đường thành acid lactic làm pH môi trường giảm xuống (từ 6.3 xuống 4.6 ). Môi trường này không còn thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn (pH thích hợp cho vi khuẩn lactobacillus phát triển 5.5-6.5) cộng với sự tích luỹ các sản phẩm trao đổi chất cũng không thuận lợi cho sự phát triển nên số lượng vi khuẩn lactic giảm. Nhưng môi trường acid lại thuận lợi cho sự phát triển của nấm men ,nấm mốc . - Giai đoạn 3: hoạt động của nấm men trong điều kiện kị khí Tế bào nấm mốc tiếp tục thuỷ phân tinh bột thành đường. Tế bào nấm men sử dụng nguồn cơ chất là đường để tăng sinh khối. Số lượng cao chứng tỏ vai