Luận văn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản rượu nếp than sản xuất bằng công nghệ enzyme và nấm men thuần chủng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRẦN THỊ HỒNG CHÚC NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN RƯỢU NẾP THAN SẢN XUẤT BẰNG CÔNG NGHỆ ENZYME VÀ NẤM MEN THUẦN CHỦNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn NGUYỄN CÔNG HÀ NĂM 2008 Luận văn đính kèm theo đây, với tựa đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản rượu nếp than sản xuất bằng công nghệ enzyme và nấm men thuần chủng” do Trần Thị Hồng Chúc thực hiện và báo cáo, đã được hội đồng chấm luận văn thông qua. Cán bộ hướng dẫn Hội đồng phản biện Nguyễn Công Hà Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng i LỜI CẢM TẠ Em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này, các thầy cô đã tận tình và hỗ trợ đến mức có thể nhằm giúp em hoàn thành tốt luận văn này. Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Công Hà đã tận tình chỉ dạy, giúp em tích lũy được những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian qua. Cuối cùng xin gởi đến quí Thầy Cô và tất cả ban bè lời chúc tốt đẹp nhất. Sinh viên thực hiện Trần Thị Hồng Chúc Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng ii TÓM TẮT Kết quả của mục tiêu nghiên cứu đề tài này sản phẩm sau khi lên men có chất lượng và đạt yêu cầu, đồng thời tìm ra điều kiện bảo quản thích hợp cho sản phẩm ruợu nếp than nhằm cải tiến chất lượng của rượu. Đề tài nghiên cứu này đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme α- amylase đến hàm lượng đường khử, độ Brix theo thời gian trong quá trình đường hóa và khảo sát ảnh hưởng của chất bảo quản, bao bì, nhiệt độ đến chất lượng của sản phẩm rượu nếp than theo thời gian. Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện thí nghiệm chúng tôi thu được kết quả sau: Nồng độ khi sử dụng α- amylase và glucoamylase trong quá trình đường hóa lần lượt là 0,3% và 0,4%, thời gian thích hợp nhất trong quá trình thủy phân bằng α- amylase và glucoamylase là 30 phút tương ứng. Trong quá trình bảo quản sản phẩm rượu nếp than ta thấy: nhiệt độ 100C giữ màu của sản phẩm tốt hơn nhiệt độ 280C. Màu chai không ảnh hưởng đến chất lượng rượu trong thời gian bảo quản 12 ngày. Sử dụng acid sorbic sẽ giữ màu anthocyanin tốt hơn so với acid ascorbic. Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng iii MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ.............................................................................................................. i TÓM TẮT .................................................................................................................. ii MỤC LỤC................................................................................................................. iii DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................v DANH SÁCH HÌNH................................................................................................. vi CHƯƠNG I GIỚI THIỆU..........................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề..........................................................................................................1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................................1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .....................................................................2 2.1 Nguyên liệu .......................................................................................................2 2.1.1 Gạo nếp than ...............................................................................................2 2.1.2 Enzyme .......................................................................................................3 2.1.3 Nấm men.....................................................................................................4 2.1.4 Nước dùng trong sản xuất rượu nếp than ...................................................6 2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men...............................................................7 2.2.1 Quy trình sản xuất rượu vang nếp than.......................................................7 2.2.2 Khái quát về quá trình lên men rượu ..........................................................9 2.2.3 Cơ chế của quá trình lên men .....................................................................9 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ..........................................10 2.2.5 Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men...........12 2.3 Sắc tố anthocyanin trong rượu vang nếp than ................................................14 2.3.1 Sắc tố anthocyanin....................................................................................14 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin...................................................15 2.4 Vi sinh vật trong rượu .....................................................................................16 2.4.1 Hư hỏng do vi khuẩn acetic ......................................................................16 2.4.2 Hư hỏng do vi khuẩn acid lactic ...............................................................17 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM....................20 3.1. Phương tiện.....................................................................................................20 3.1.1 Nguyên liệu...............................................................................................20 3.1.2. Hoá chất ...................................................................................................20 3.1.3. Trang thiết bị............................................................................................20 3.2. Phương pháp thí nghiệm.................................................................................21 Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng iv 3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme α - amylase đến hàm lượng đường khử, độ Brix theo thời gian trong quá trình đường hóa ......21 3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, chất bảo quản, bao bì đến chất lượng của sản phẩm rượu nếp than theo thời gian ..............................22 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................25 4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme α - amylase đến hàm lượng đường khử, độ Brix theo thời gian trong quá trình đường hóa. .................25 4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, chất bảo quản, bao bì đến chất lượng của sản phẩm rượu nếp than theo thời gian.........................................30 4.2.1 Khi bảo quản bằng acid ascorbic ..............................................................30 4.2.2 Khi bảo quản bằng acid sorbic..................................................................34 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................39 5.1 Kết luận ...........................................................................................................39 5.2 Đề nghị ............................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................42 PHỤ LỤC................................................................................................................. vii 1. Các phương pháp phân tích .............................................................................. vii 2. Phương pháp cảm quan ................................................................................... xiii 3. Tiêu chuẩn Việt Nam.........................................................................................xv 4. Kết quả thống kê.............................................................................................. xix Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng v DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của gạo nếp than...........................................................2 Bảng 2: Thành phần hóa học của nấm men ................................................................5 Bảng 3: Hàm lượng muối của nước sử dụng trong sản xuất rượu bia .......................6 Bảng 4: Kết quả thống kê độ Brix và hàm lượng đường khử theo thời gian............26 Bảng 5: Kết quả thống kê độ Brix và hàm lượng đường khử theo nồng độ enzyme ......................................................................................................................26 Bảng 6: Kết quả thống kê hàm lượng đường khử theo thời gian và nồng độ enzyme glucoamylase.............................................................................................................27 Bảng 7: Kết quả thống kê màu theo mẫu ..................................................................29 Bảng 8: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo nồng độ acid ascorbic ...............................................................................30 Bảng 9: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo màu chai....................................................................................................32 Bảng 10: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo nhiệt độ ....................................................................................................32 Bảng 11: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo thời gian ...................................................................................................33 Bảng 12: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo nồng độ acid sorbic..................................................................................34 Bảng 13: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo màu chai....................................................................................................35 Bảng 14: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo nhiệt độ .....................................................................................................36 Bảng 15: Kết quả thống kê độ rượu, hàm lượng acid tổng số, ester, aldehyde, màu rượu theo thời gian ....................................................................................................37 Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng vi DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Gạo nếp than ..................................................................................................2 Hình 2: Saccharomyces cerevisiae..............................................................................4 Hình 3: Bột nếp than ...................................................................................................8 Hình 4:Công thức cấu tạo của anthocyanidin ...........................................................15 Hình 5: Đồ thị biểu diễn độ Brix và hàm lượng đường khử theo thời gian..............25 Hình 6: Đồ thị biểu diễn hàm lượng đường khử ở các nồng độ khác nhau theo thời gian khi sử dụng enzyme glucoamylase....................................................................27 Hình 7: Sản phẩm rượu nếp than ..............................................................................29 Hình 8: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo nồng độ acid ascorbic .....................31 Hình 9: Đồ thị biểu diễn màu rượu theo nồng độ acid ascorbic ...............................31 Hình 10: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo màu chai........................................32 Hình 11: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo nhiệt độ .........................................33 Hình 12: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo thời gian........................................34 Hình 13: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo nồng độ acid sorbic.......................35 Hình 14: Đồ thị biểu diễn màu rượu theo nồng độ acid sorbic.................................35 Hình 15: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo màu chai........................................36 Hình 16: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo nhiệt độ .........................................36 Hình 17: Đồ thị biểu diễn chất lượng rượu theo thời gian........................................37 Hình 18: Đồ thị biểu diễn màu rượu khi sử dụng acid ascorbic và acid sorbic theo thời gian.....................................................................................................................38 Hình 19: Qui trình sản xuất đề nghị.. ........................................................................40 Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng 1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Do xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao do đó trên thị trường đã xuất hiện nhiều sản phẩm bánh kẹo, đồ hộp, rượu bia, nước giải khát… không những đáp ứng cho nhu cầu cảm quan về mẫu mã, màu sắc mà còn cung cấp cho người những sản phẩm thực phẩm có chất lượng cũng như an toàn trong thực phẩm. Một trong những sản phẩm quen thuộc và phổ biến được khá nhiều người biết đến đó là các sản phẩm lên men, có rất nhiều sản phẩm lên men trên thị trường nhưng sản phẩm lên men quen thuộc nhất và được nhiều người biết đến đó là rượu. Sản phẩm rượu hiện nay rất đa dạng có loại đục, trong, không màu, có màu… Một sản phẩm khá phổ biến cũng góp phần vào sự đa dạng đó chính là sản phẩm rượu nếp than- với công nghệ lên men bằng enzyme và nấm men thuần chủng thì đã rút ngắn được thời gian, tăng hiệu suất lên men. Nhưng để có được chất lượng rượu và giá trị cảm quan cao nhằm thu hút nhiều hơn đến gần với sản phẩm hấp dẫn này cần phải có những nghiên cứu các yếu tố tác động đến chất lượng của rượu để từ đó tìm ra những điều kiện thích hợp để bảo quản rượu. Chính vì lẽ đó mà chúng tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản rượu nếp than sản xuất bằng công nghệ enzyme và nấm men thuần chủng”. Nhưng một vấn đề gặp phải tồn tại trong thí nghiệm trước là kết quả nghiên cứu của anh Lê Minh Châu đã sử dụng α – amylase trong quá trình đường hóa để lên men nên hiệu quả lên men chưa cao, bên cạnh đó kết quả nghiên cứu của anh Nguyễn Thanh Vũ chưa khảo sát hàm lượng đường khử trong quá trình đường hóa để nấm men sử dụng lên men đạt hiệu quả. Cho nên, một vấn đề đặt ra trước tiên của đề tài này là xác định lại giai đoạn đường hóa nhằm tăng hiệu quả lên men. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Để làm rõ hơn hiệu quả của quá trình lên men thì mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi là:  Tối ưu hóa các quá trình thủy phân bằng enzyme.  Tìm ra được điều kiện chế biến và bảo quản rượu nếp than ở quy mô phòng thí nghiệm tốt nhất. Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng 2 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Nguyên liệu 2.1.1 Gạo nếp than Gạo nếp than là một loại gạo đặc biệt được trồng nhiều ở Nam Bộ. Vì thế rượu nếp than được sản xuất chủ yếu ở vùng Nam Bộ. Gạo nếp than gồm 4 loại: - Nếp cẩm Đức Hòa. - Nếp đen Khánh Vĩnh . - Nếp than Long Đất. - Lúa lức nếp cẩm. Các loại lúa này có năng suất không cao, thường chỉ đạt 2,8 – 3,3 tấn/ha. Hiện nay dân vùng Đồng bằng Nam bộ phân loại nếp than theo màu sắc hạt gạo. Theo cách này nếp than được chia thành 2 loại: - Nếp than đen huyền. - Nếp than hồng đỏ. Màu của nếp than là màu của anthocyanin. Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực. Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường. pH thấp anthocyanin thường có màu đỏ, 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. 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 Đức Lượng,2003 Hình 1: Gạo nếp than Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng 3 2.1.2 Enzyme Hệ enzyme thủy phân tinh bột thành đường là hệ enzyme amylase. Hệ này tồn tại trong nước bọt, trong dịch tiêu hoá, trong hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm mem … Có nhiều loại enzyme amylase: α-amylase, β-amylase, γ-amylase và một số mới tìm ra từ nguồn gốc vi sinh vật là: pullutanase, isoamylase … Có nhiều nguồn cung cấp amylase khác nhau, cho nên tuỳ thuộc vào nguồn ra mà enzyme sẽ có điều kiện phát triển riêng. Đề tài này sẽ đề cập đến việc sử dụng enzyme amylase thương mại để thực hiện quá trình đường hoá.  α-amylase α-amylase bị kìm hãm bởi các ion kim loại nặng như Cu2+, Hg2+. α-amylase kém bền trong môi trường acid nhưng khá bền nhiệt. Nhiệt độ tối thích của α amylase là 72 – 760C, pH hoạt động tối thích là 5,3 – 5,8. α-amylase bị vô hoạt ở 800C. α-amylase có khả năng phân cắt liên kết α - 1,4 Glucozit ở bất kỳ vị trí nào trên mạch tinh bột đã được hồ hóa. Do đó được gọi là enzyme nội phân (endoenzyme). Amylose bị phân cắt khá nhanh tạo thành oligoshaccaride gồm 6 -7 gốc glucose, sau này các mạch này bị phân cắt và bị phân giải chậm thành maltose. Sản phẩm thủy phân amylose bao gồm: 87% maltose, 13% glucose. Amylosepectin bị phân giải khá nhanh nhưng α-amylase không phân cắt liên kết α - 1,6 glucozit nên sản phẩm thủy phân có khoảng 72% maltose, 19% glucose, dextrin phân tử thấp và 8% izomaltose.  β-amylase β-amylase rất bền khi không có ion Ca2+, bị kìm hãm bởi ion kim loại nặng như: Cu2+, Hg2+, urê, iodo, acetanic, iod, ozon. pH tối thích trong dung dịch nấu là 5-5.6. Nhiệt độ tối thích trong dung dịch nấu là 60-65oC và bị vô hoạt ở 70oC. β-amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α-1,4 glucozid trong tinh bột, glycogen, polysaccharide đồng loại. Phân cắt tuần tự từng gốc maltose một ở đầu không khử. β-amylase được gọi là enzyme ngoại phân (exo-enzyme). β-amylase phân giải 100% amylose thành maltose. Phân giải 54-58% amylopectin thành maltose, phần còn lại là dextrin. Luận văn tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng 4  γ-amylase Hoạt động tốt ở 50oC, hoạt lực tối đa trong vùng pH = 3,5-5,5. γ-amylase có khả năng xúc tác thủy phân cả liên kết α -1,4; 1,6 glucozid trong tinh bột, glycogen, polysaccharide kiểu maltose. Là enzyme ngoại phân exo-enzyme. Nó thủy phân polysaccharide từ đầu không khử tuần tự từng gốc glucose một, không thủy phân các dextrin vòng. Sản phẩm tạo thành: Glucose và dextrin vòng. 2.1.3 Nấm men Cấu tạo và sinh sản của nấm men Nấm men có cấu tạo đơn bào và thường sinh sản bằng cách nẩy chồi và phân cắt. Tế bào nấm men có thể có hình trứng (men bia), hình elip (men rượu vang), hì