Ứng Dụng Phương Pháo đo độ Cồn Bằng Cảm Biến MQ3 Trong Quá ...

Tải bản đầy đủ (.pdf) (64 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Nông - Lâm - Ngư
>>
3. Nông nghiệp

Ứng dụng phương pháo đo độ cồn bằng cảm biến MQ3 trong quá trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu gạo truyền thống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.53 MB, 64 trang )

CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀIRượu đặc sản là một loại đồ uống mang hương vị truyền thống, đậm đà bản sắc dântộc, một sản phẩm tiêu biểu của nền văn hóa ẩm thực Việt Nam. Từ lâu đời, rượugắn liền với sinh hoạt văn hóa của của nhân dân ta như là biểu tượng của nền vănminh lúa nước, trong các dịp lễ hội hay trong các ngày tết cổ truyền không thể thiếunhững chén rượu dâng lên tổ tiên thể hiện tấm lòng thành kính. Ở nước ta nghề nấurượu thủ công đã có từ ngàn xưa đến nay. Theo dân gian thì rượu được nấu từ cácloại nông sản như gạo, ngô, sắn… cùng với các loại men như men thuốc bắc haymen lá… Theo kinh nghiệm cổ truyền việc nấu rượu thủ công được tiến hành quanhiều bước: nguyên liệu được đồ chín, làm nguội rồi tiến hành trộn men, qua giaiđoạn lên men ẩm, lên men lỏng rồi chưng cất thành rượu. Rượu sản xuất ra có mùithơm, vị đặc trưng, uống rất ngon, đậm và êm dịu. Chất lượng rượu thu được phụthuộc rất nhiều yếu tố như nguyên liệu là gì, men tốt hay xấu, nhiệt độ khi ủ và lênmen, cũng như tiến hành chưng cất lấy sản phẩm. Ảnh hưởng đến chất lượng củarượu và cũng tạo ra điểm đặc trưng cho sản phẩm là nguyên liệu và đặc biệt là loạimen giống sử dụng để lên men với những công thức khác nhau theo từng vùng vàtheo những bí quyết riêng của từng gia đình. Trong xã hội ngày nay, đời sống ngườidân ngày càng được cải thiện, chất lượng cuộc sống được nâng cao, cùng với đôthị nhu cầu về một sản phẩm đồ uống truyền thống có chất lượng cao được đặt ra,do đó cần có sự đầu tư và nghiên cứu nghiêm túc về rượu cổ truyền. Nghề nấu rượuthủ công vẫn tồn tại ở nhiều làng quê Việt Nam, nhiều sản phẩm rượu đã trở nênquen thuộc với người dân như: rượu làng Vân, rượu nếp cẩm, rượu San Lùng, rượuBản Phố… Tuy nhiên vấn đề sản xuất rượu theo phương pháp thủ công còn nhiềuvấn đề cần quan tâm về năng suất cũng như sự ổn định về chất lượng sản phẩm.Từ những vấn đề cấp thiết trên, đặc biệt là về vấn đề nâng cao chất lượng rượutrong công đoạn chưng cất, tôi mạnh dạn chọn đề tài: “Khảo sát các yếu tố ảnhhưởng đến quá trình lên men rượu gạo truyền thống và ứng dụng phươngpháp đo độ cồn bằng cảm biến MQ - 3”.11.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨUThực trạng trong sản xuất và sử dụng rượu truyền thống ở địa bàn thành phố LongXuyên nói riêng và các khu vực tỉnh thành khác trên của nước nói chung chủ yếuhình thành ở phạm vi nhỏ do thói quen của đại bộ phận người dân do đó chất lượngcủa rượu không phải là vấn đề được người dân quan tâm cao, thêm vào đó là việcsản xuất rượu ở các cơ sở qui mô nhỏ dẫn đến thiếu kiến thức chuyên môn, khôngđầu tư nhiều vào qui trình sản xuất, pha trộn bánh men và nước chưa hợp lí ảnhhưởng lớn đến chất lượng và hiệu suất thu hồi của rượu.Đề tài được thực hiện nhằm tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chấtlượng rượu gạo truyền thống góp phần hoàn thiện quy trình, ứng dụng thành tựukhoa học vào sản xuất rượu gạo truyền thống.1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨUĐể đạt được mục tiêu nghiên cứu trên thì nội dung nghiên cứu gồm:- Khảo sát hàm lượng men phối trộn tối ưu đối với một số loại men thường đượcngười dân và các hộ sản xuất rượu truyền thống thường sử dụng nhằm nâng caosản lượng và chất lượng rượu thành phẩm.- Khảo sát số lần bổ sung và hàm lượng nước bổ sung vào hỗn hợp lên men tối ưunhằm nâng cao sản lượng và chất lượng rượu thành phẩm .- Chế tạo thiết bị cảm biến có khả năng xác định độ cồn trong hỗn hợp dung dịchchứa nhiều thành phần mà điển hình là hỗn hợp dung dịch trong quá trình lên mentừ cảm biến nồng độ cồn MQ – 3 và vi điều khiển Arduino Nano CH340.1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀISự thành công của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện khả năng sản xuất rượu gạo truyềnthống đối với quy mô hộ gia đình và các cơ sở sản xuất rượu, góp phần nâng caonăng suất, sản lượng và chất lượng sản phẩm rượu gạo truyền thống đến tay ngườitiêu dùng. Mặt khác, đề tài củng góp phần thúc đẩy sự tự học hỏi, tự khám phá,giúp sinh viên Trường Đại học An Giang nói riêng và toàn thể sinh viên đang theohọc tại các Trường Đại học, Cao đẳng nói chung đặc biệt là về lĩnh vực ứng dụngkhoa học công nghệ trong học tập, nghiên cứu và sản xuất.2CHƯƠNG 2TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU2.1 TỔNG QUAN VỀ RƯỢU VÀ RƯỢU GẠO CỔ TRUYỀN VIỆT NAM2.1.2 Rượu ethanol và ứng dụngRượu ethanol (etylic) là một chất lỏng không màu, trong suốt, có vị nóng gắt vàmùi đặc trưng. Công thức phân tử là C2H5OH, tỉ trọng d20 = 0.7894, nhiệt độ sôi ở760mmHg là 78℃, bốc cháy ở 12℃, hòa tan trong nước theo bất kỳ tỉ lệ nào. Từxa xưa, loài người đã biết sản xuất ra rượu ethanol làm đồ uống và cho đến ngàynay, nghề làm rượu - cồn vẫn đang phát triển mạnh (Lương Đức Phẩm, 2005).Rượu ethanol ngoài công dụng làm đồ uống, còn được sử dụng cho nhiều mục đíchkhác nhau: để pha chế thức uống, làm dung môi cho công nghiệp sản xuất nướchoa; trong dược để trích ly các hoạt chất sinh học; nguyên liệu cho các ngành côngnghiệp khác như trong công nghiệp sản xuất acid acetic, andehyde acetic, etylacetate và các este có mùi thơm khác; trong sản xuất giấm ăn; trong công nghiệpsản xuất cao su tổng hợp; làm nhiên liệu (chất đốt). Tùy tình hình phát triển ở mỗinước, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất khác nhau. Tuy nhiên, cồn đưa vào sảnxuất đồ uống hầu như luôn chiếm tỷ lệ lớn nhất 40 - 60% lượng cồn sản xuất được,cồn được dùng để tăng thêm nồng độ cồn của rượu vang, dùng pha chế các loạirượu mạnh, rượu uống cao độ như Whisky, Martin, Brandy, Napoleón, Rhum; cồncòn là nguyên liệu trong sản xuất các thức uống pha chế có cồn như rượu Vodka,rượu mùi … Ở một số nước châu Á như Việt Nam và Trung Quốc, có dòng rượungâm thuốc được xem là có tác dụng tốt đôi với cơ thể: tăng sự sảng khoái, ăn vàngủ tốt hơn, tăng sức khỏe (Nguyễn Đình Thưởng, 2002).2.1.2 Phân loại rượuTrước đây, rượu là tên gọi chung chỉ những hợp chất hữu cơ có nhóm chứchydroxide (-OH) đính trực tiếp vào gốc ankyl. Tuy nhiên, ngày nay rượu thườngdùng để chỉ những thức uống có chứa cồn ethanol. Rượu ethanol dùng trong sảnxuất các loại thức uống phải là cồn sản xuất bằng phương pháp lên men. Hay nóicách khác, tất cả những ngành công nghiệp sản xuất thức uống có cồn đều dựa trênquá trình sản xuất ethanol bằng con đường lên men - sử dụng các giông nấm menđể lên men dịch chiết trái cây, rau củ hoặc lên men ngũ cốc để chuyển hóa đườngthành rượu. Có nhiều khóa phân loại rượu khác nhau; nhưng thường phân loại theonồng độ ethanol thành 3 loại chính: rượu uống cao độ (rượu mạnh) có nồng độ cồn3trên 30% V, rượu thường có nồng độ cồn từ 15-30% V và rượu uống thấp độ (rượunhẹ) có nồng độ dưới 15% V (Nguyễn Đình Thưởng, 2002). Ngoài ra có thể phânloại theo sự khác nhau trong qui trình sản xuất - rượu uống qua chưng cất và khôngqua chưng cất … rượu có qua lên men và rượu không qua lên men (rượu pha chếnhư rượu Vodka, rượu mùi); theo nguồn nguyên liệu - từ trái cây, ngũ cốc, rỉ đường(Lương Đức Phẩm, 2005).2.1.3 Rượu gạo truyền thống Việt NamPhương pháp chung để sản xuất rượu gạo là: sử dụng những canh trường vi sinhvật dạng bột trộn với gạo đã đồ chín, để lên men tạo đường (saccharifying proccess)trong vại miệng rộng và sau đó chuyển sang vại miệng hẹp hơn để lên men tạoethanol (alcohol fermentation). Những canh trường vi sinh vật dạng bột sẽ khácnhau tùy vùng (Việt Nam: bánh men, Thái Lan: loogpang, Indonesia và Malaysia:ragi, Lào: bubod, Myanma: mochikouji, Trung Quốc: laochao v.v.), nhưng nhìnchung phương pháp sản xuất cơ bản giông nhau: bột gạo trộn với các loại lá, raumùi, thảo dược, hoặc gừng và bánh men giống, định hình dạng viên, ủ, hong khôvà để dành dùng dần. (Nguyễn Đức Lượng, 2002).Rượu cổ truyền Việt Nam rất đa dạng. Mỗi vùng, miền đều có những sản phẩm đặctrưng riêng và đều rất nổi tiếng: rượu đế Làng Vân - Hà Bắc, rượu Bầu Đá - BìnhĐịnh, rượu Gò Đen - Long An (các sản phẩm qua chưng cất); rượu cần Tây Bắc,Tây Nguyên, rượu nếp than ở miền Nam (các sản phẩm không qua chưng cất) …(Nguyễn Đức Lượng, 2002). Chế phẩm bánh men dùng sản xuất rượu cũng rất đadạng và độc đáo, phân thành hai loại chính men lá và men thuốc bắc. Tùy mỗi địaphương có thể dùng những bài lá, bài thuốc bắc khác nhau. Mùi vị rượu thành phẩmphụ thuộc rất nhiều vào các loại lá, các vị thuốc và số lượng dùng trong bánh men.Men thuốc bắc có thể dùng bài 6 vị, 8 vị hay 10 vị. Men lá ở vùng Tây Nghệ Andùng nhiều loại lá: lá mít, lá mía, lá nhân trần, lá quế... Trong khi men lá ở TâyNguyên dùng chỉ một, hai hoặc ba thứ lá: cây ‘đoòng’, cây ‘me-khà-zút’ (tên cácloại cây của người Tây Nguyên)..., dùng cả thân cây và lá cây. (Lương Đức Phẩm,2005).42.2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT RƯỢU GẠOTRUYỀN THỐNG2.2.1. GạoGạo là một sản phẩm lương thực. Hạt gạo màu trắng, nâu hoặc đỏ thẫm, chứa nhiềudinh dưỡng. Hạt gạo chính là nhân của thóc sau khi tách bỏ vỏ cám và trấu. Thóccó rất nhiều loại và giống khác nhau. Thóc được chia làm hai loại chính là tẻ vànếp, trong mỗi loại có rất nhiều giống khác nhau, mỗi giống có đặc tính và kíchthước khác nhau. Nguyên liệu chính để nấu rượu rất đơn giản gồm các loại ngủ cốccó hàm lượng tinh bột cao thông dụng như gạo tẻ, gạo nếp, gạo lứt, gạo nương lúamạch, ngô hạt, mầm thóc, sắn, hạt mít, hạt dẻ, hạt bo bo. Người dân ta thường sửdụng nhất là gạo tẻ và gạo nếp để nấu rượu. Các loại gạo nếp như nếp cái bôngvàng, nếp bông chát, nếp ruồi, nếp mỡ, nếp mường và các loại gạo tẻ như gạo cúc,gạo co, gạo trì, gạo ba trăng, gạo trăng biển, gạo nàng hương (Võ Tấn Tài, 2008).Bảng 1. Thành phần của gạo trong 100gThành phầnNướcProteinLipid tổng sốTroCarbonhydrateĐườngXơKhoángVitaminKhối lượng (g)3,77,14,93,677,60,120,52,110,062“ Nguồn: www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp ”2.2.2 Bánh menTrong phương pháp sản xuất rượu truyền thống được dân ta sử dụng cho đến naylà dùng bánh men rượu truyền thống. Bánh men là môi trường để chứa và duy trìgiống vi sinh vật gồm: nấm mốc, nấm men và vi khuẩn. Có hai loại bánh men: bánhmen ngọt dùng để làm rượu nếp (thường ăn trong ngày Diệt Sâu Bọ), bánh menđắng dùng để nấu rượu trắng. Bánh men trắng có 3 loại: loại có thuốc Bắc (gọi làmen Bắc); loại có Lá thuốc (gọi là men Lá); và loại không có thuốc Bắc hoặc láthuốc (gọi là men thường). Thành phần chính của bánh men thường là bột gạo vàmen giống (vi sinh vật). Ở men thường, người ta bổ sung một ít kháng sinh để ứcchế sự phát triển của một số vi sinh vật. Men Bắc, người ta không bổ sung khángsinh mà dùng một số loại thuốc Bắc (có khả năng sát trùng và tạo hương vị). Tương5tự như men bắc, ở men lá, người ta dùng một số loại lá thuốc thay cho thuốc bắc(có tác dụng tương tự). Tuy nhiên, ở mỗi địa phương, mỗi nhà nấu rượu lại có bíquyết tạo bánh men riêng. Người ta có thể thay đổi thành phần thuốc bắc hay láthuốc trong men. Nên chất lượng rượu nấu không đồng đều.Hệ vi sinh vật trong bánh men gồm:– Nấm men Saccharomyces Serevisiae.– Giả nấm men Endomicopsis (vừa có khả năng đường hóa, và có khả năng rượuhóa).– Các loại Nấm mốc có khả năng đường hóa.– Các vi khuẩn (chủ yếu là Lactic và Acetic) (Võ Tấn Tài, 2008).2.2.2.1 Nấm menTrong mỗi gam bánh men có vài chục triệu đến vài trăm triệu tế bào nấm men.Chúng gồm hai chi khác nhau là Endomycopsis (chủ yếu là Endo fibuligenes) vàSaccharomyces (chủ yếu là S. serevisiae) Endo fibuligenes là loại nấm men rất giàuenzyme amylase, glucoamylase. Do đó chúng vừa có khả năng đường hóa vừa cókhả năng rượu hóa. Saccharomyces serevisiae có khả năng lên men nhiều loạiđường khác nhau như glucose, sacarose, maltose, fructose, rafinose, galactose.Chúng có khả năng lên men ở nhiệt độ cao (36 − 40℃), chúng có khả năng chịuđược độ acid. Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùng Na2 SiF6 vớinồng độ 0,02 − 0,0025%. Đặc điểm này rất thuận lợi cho lên men khi cần sử dụngthuốc sát trùng. Đặc điểm quan trọng hơn hết chính là chúng có khả năng lên mennhiều loại nguyên liệu khác nhau như gạo, ngô, khoai, sắn, với lượng đường trongdung dịch từ 12 − 14% có khi 16 − 18% . Nồng độ cồn trong dung dịch lên mentừ 10 − 12%. Nhiệt độ lên men thích hợp khoảng 28 − 32℃ (Võ Tấn Tài, 2008).Ngoài hai chi nấm men cơ bản trên, trong bánh men còn thấy nhiều loại nấm mendại khác, chúng vừa có khả năng thủy phân tinh bột vừa có khả năng chuyển đườngthành rượu, tuy sự chuyển hóa này thấp. Điều đặc biệt là các loại nấm men dại nàychịu nhiệt rất cao, có khi lên đến 60 − 65℃ và chịu được chất sát trùng nồng độ0,05 − 1%. Vai trò của nấm men là chuyển hóa đường thành rượu, trong suốt quátrình lên men ngoài rượu ra còn có CO2 và các sản phẩm phụ sinh ra fusel, aldehyde,este.62.2.2.2 Nấm mốcTrong các loại bánh men có nhiều loại nấm mốc phát triển như Aspergillus,Penicillium, Mucor, Rhizopus phát triển nhiều hơn cả. Loài Mucor, đặc biệt làMucor rouxii có nhiều đặc tính rất quý như khả năng chịu được nhiệt độ cao 32 −35, chúng vừa có khả năng đường hóa vừa có khả năng rượu hóa. Vai trò của nấmmốc là sinh ra hệ enzyme thủy phân, trong đó chủ yếu là enzyme amylaseglucoamylase thủy phân tinh bột thành đường lên men (Võ Tấn Tài, 2008).2.2.2.3 Vi khuẩnTrong bánh men có nhiều loại vi khuẩn phát triển. Trong đó chủ yếu là các loại vikhuẩn lactic và acetic. Các loại vi khuẩn thường làm chua môi trường. Thời gianđầu quá trình lên men, quá trình này xảy ra có lợi vì tạo pH môi trường thích hợpcho nấm men và nấm mốc phát triển. Tuy nhiên để pH xuống quá thấp sẽ ảnh hưởngxấu đến quá trình lên men. Mặc khác, nếu trong dịch lên men có mặt oxy thì vikhuẩn acetic sẽ oxy hóa rượu thành acid acetic, quá trình này làm tổn hao lượngcồn tạo thành (Võ Tấn Tài, 2008).2.2.3 NướcTrong quá trình nấu rượu thì nước được sử dụng trong các công đoạn xử lí nguyênliệu, nấu nguyên liệu, pha loãng dung dịch. Do đó, để đảm bảo chất lượng rượu thìchất lượng nước củng phải đảm bảo. Yêu cầu về chất lượng nước là độ cứng khôngquá 7mg đương lượng/lít, phải trong suốt, không màu, không mùi. Hàm lượng muốikhông được vượt quá giới hạn sau:Bảng 2. Giới hạn hàm lượng các ion trong nướcIonCl−SO2−4AsPbNO−3FZnCuFeHàm lượng (mg/l)0,5080,000,050,1040,003,003,005,000,30“ Nguồn: Bùi Thị Huỳnh Hoa, 2001 ”Nước phải không có hoặc rất ít các kim loại nặng như Hg 2+ , Ba2+. Khả năng oxyhóa một lít nước không quá 2 ml KMnO4 (0,01N). Chất cặn không vượt quá71000ml/l. Hàm lượng các chất hữu cơ không vượt quá 4mg/l. Vi sinh vật hầu nhưkhông có. E. coli < 20 tế bào/ lít (Võ Tấn Tài, 2008).2.3 CÁC QUÁ TRÌNH XẢY RA TRONG SẢN SUẤT RƯỢU GẠO2.3.1 Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấuNấu nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiệnbiến chúng thành trạng thái hòa tan trong dung dịch. Nhưng biến đổi trong quátrình nấu nguyên liệu chủ yếu bao gồm các biến đổi là sự trương nỡ và hòa tan củatinh bột, những biến đổi của hemicellulose, cellulose và pectin, những biến đổi củađường (Võ Tấn Tài, 2008).2.3.1.1 Sự trương nở và hòa tan của tinh bộtSự trương nở của tinh bột là hiện tượng tinh bột hút nước trương lên tăng kíchthước và khối lượng hạt. Khi nấu tinh bột với nước ở nhiệt độ 40°C hạt bắt đầutrương nở. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì hạt tiếp tục trương nở và trương nở chođến khi tạo thành một thể đồng nhất gọi là sự trương nở vô hạn. Khi nhiệt độ tăngđến giới hạn nhất định, thể tích của hạt tinh bột tăng từ 50 đến 100 lần. Lực liênkết giữa các phân tử yếu dần đến mức tinh bột tan ra gọi là sự hồ hóa tinh bột. Ởtrạng thái này chỉ mới một phần nhỏ tinh bột bị phá vỡ. Điều này chứng tỏ rằng sựcấu tạo bền vững của tinh bột là do sự kết hợp giữa các phân tử lớn của các chuỗitinh bột giữa các mạch chính và nhánh thành những mạng. Giữa các mạng làamylose và amylopectin. Các mạch thẳng trong hạt tinh bột liên kết với nhau bằnglực Vanderval và liên kết hydro. Ngoài các liên kết trên trong tinh bột còn có cácliên kết chắc chắn hơn (do sự xoắn mạch của các mạch amylose làm cho chúngxiếc chặt lấy nhau) chính hiện tượng này làm cho quá trình hồ hóa muốn phá vỡchúng cần phải tiêu tốn một nhiệt lượng cần thiết. Để quá trình nấu được tốt, khinấu nguyên liệu hạt, người ta thường bổ sung một lượng nước cần thiết để đảm bảocho sự hòa tan tinh bột và đạt được nồng độ chất khô theo yêu cầu (Võ tấn Tài,2008).2.3.1.2 Những biến đổi của hemicellulose, cellulose và pectinTrong quá trình nấu nguyên liệu, ở điều kiện môi trường acid yếu, cellulose khôngbị thủy phân. Hemicellulose cấu tạo chủ yếu từ pentosan có bị thủy phân ít nhiều.Sự thủy phân này bắt đầu từ khi chuẩn bị dịch bột do tác dụng của xitase chứa trongnguyên liệu và được tiếp tục trong quá trình nấu do tác dụng của ion H + và nhiệtđộ cao. Kết quả là tạo ra một lượng nhỏ dextrin và các hợp chất có phân tử thấp,kể cả đường 5 carbon – arabinose và xylose. Bị thủy phân nhiều hơn cả là các chất8pectin este của acid polygalacturonic tạo thành các sản phẩm là acid pectic và alcolmetylic.Nước, nhiệt độEste của acid polygalacturonic →Acid pectic + Alcol MetylicĐây củng là nguyên nhân chủ yếu tạo thành alcol metylic trong sản xuất rượu từnguyên liệu tinh bột (Võ tấn Tài, 2008).2.3.1.3 Những biến đổi của đườngỞ nhiệt độ cao, đường sẽ bị phân hủy và mất nước tạo thành caramen, furfurol,oxymetyl furfurol và melanoidin. Mức độ tạo các chất được xếp theo thứ tự sau:Tạo melanoidin > furfurol > caramenMức độ phân hủy của đường phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. Sự tạo thành furfurolvà oxymetyl furfurol do đường mất nước. Quá trình xảy ra qua nhiều giai đoạn vàcuối cùng của mỗi phân tử đường đơn sẽ mất đi ba phân tử nước. Đối với đườngpentose, sản phẩm tạo thành là furfurol, đối với đường 6 carbon (hexose) làoxymetyl furfurol. Sự tạo thành melanoidin là kết quả của phản ứng oxy hóa khữgiữa đường và các acid amin cũng như các sản phẩm trung gian của quá trình thủyphân protid (Võ tấn Tài, 2008).2.3.2 Biến đổi trong quá trình đường hóaCác nguyên liệu như sắn, khoai, ngô, gạo nếp nấm men không thể trực tiếp lên menđược, mà cần phải qua giai đoạn đường hóa. Trong quá trình đường hóa, hiện tượnghồ hóa tinh bột có ảnh hưởng khá lớn đến tốc độ thủy phân tinh bột. Tinh bột đãqua hồ hóa thủy phân dễ dàng hơn tinh bột chưa qua hồ hóa. Biến đổi chủ yếu trongquá trình đường hóa là tinh bột chuyển thành đường dưới tác dụng của enzymeamylase của nấm mốc. Ngoài ra trong quá trình đường hóa còn xảy ra những biếnđổi của các chất khác như pectin bị phân hủy dưới tác dụng của enzyme pectinasetạo thành acid pectic và alcol metylic, một lượng nhỏ hemicellulose bị thủy phândưới tác dụng của enzyme hemicellulase trong nấm mốc tạo các dextrin và đườngpentose (Võ Tấn Tài, 2008).2.3.3 Quá trình lên men rượu2.3.3.1 Khái quát quá trình lên menLên men rượu là một quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của các enzyme tươngứng gọi là các chất xúc tác sinh học (được sinh ra từ sự trao đổi chất để duy trì sựsống của nấm men). Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men người ta chia9thành nhiều kiểu lên men khác nhau, tuy nhiên có hai hình thức lên men chính: lênmen yếm khí và lên men hiếu khí.- Lên men hiếu khí: là sự thuỷ phân đường với sự có mặt của O2 như các quá trìnhlên acid acetic, acid citric v.v.- Lên men yếm khí: là sự thuỷ phân đường không có sự hiện diện của O2 như quátrình lên men lactic, lên men rượu,.- Lên men rượu là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men, nấm menchuyển hoá đường lên men thành rượu ethanol và CO2.Trong quá trình lên men rượu chia thành hai thời kì chính:- Thời kì phát triển sinh khối: giai đoạn này sự có mặt của O2 tế bào nấm men pháttriển sinh khối.- Thời kì lên men chuyển hoá đường thành rượu và CO2: giai đoạn này nấm menhấp thụ các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có để thực hiện xúc tácsinh hóa trong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống tạo thành rượu và CO2 (BùiThị Quỳnh Hoa, 2001).2.3.3.2 Cơ chế của quá trình lên menĐể lên men người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất địnhthường phải đạt được hơn 100 triệu tế bào trong 1ml dịch lên men. Do diện tích bềmặt tế bào nấm men rất lớn nên khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng rất mạnh.Đường và các chất dinh dưỡng khác được hấp thụ trên bề mặt của nấm men sau đókhuếch tán qua màng vào bên trong tế bào nấm men, rượu và CO 2 sẽ được tạothành. Rượu ethanol tạo thành khuếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bàonấm men và hòa tan vô hạn trong nước. CO2 cũng hòa tan vào môi trường nhưngsự hòa tan không lớn. Vì thế CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuếch tán vàomôi trường và nhanh chóng đạt được trạng thái bão hòa. Khi bão hòa CO2 bám vàoxung quanh tế bào nấm men hình thành những bọt khí. Tế bào nấm men thườngdính liền với nhau, bọt khí sinh ra ngày càng nhiều và lớn dần lên hình thành túilớn, đến lúc nào đó có sự chênh lệch giữa khối lượng riêng của môi trường và tếbào nấm men sẽ nổi lên trên bề mặt. Khi đến bề mặt, do có sự thay đổi đột ngột sứccăng bề mặt nên chúng bị vỡ ra làm cho khí CO2 bị phóng thích ra bên ngoài. Lúcnày do khối lượng riêng của nấm men đủ lớn trở lại nên chúng sẽ bị chìm xuống.Quá trình này diễn ra liên tục nên tế bào nấm men vốn từ trạng thái tĩnh chuyểnsang trạng thái chuyển động, làm gia tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men10và môi trường. Điều này làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra nhanh hơn, mạnhmẽ hơn, khi đó sẽ làm tăng nhanh quá trình lên men (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2001).2.3.3.3 Động học của quá trình lên menQuá trình lên men chia làm ba thời kỳ chính:- Thời kỳ đầu: khoảng 60 giờ kể từ khi cho nấm men tiếp xúc với dịch lên men. Sựlên men xảy ra rất chậm, đường lên men không đáng kể.- Thời kỳ thứ hai: đây là thời kỳ lên men chính. Chiếm khoảng 60 – 120 giờ sauthời kỳ đầu. Sự phát triển của nấm men và sự lên men sau mỗi giờ tăng nhanh đángkể và đạt đến trị số cực đại.- Thời kỳ cuối: đây là giai đoạn lên men phụ xảy ra rất chậm đồng thời là thời kỳổn định tạo mùi cho sản phẩm. Tùy theo phương pháp lên men, loại sản phẩm màthời gian lên men phụ kéo dài khác nhau.Thời kỳ lên men chính là thời biến đổi sâu sắc các thành phần trong dịch lên men,chúng ảnh hưởng đến kết quả của quá trình lên men. Trong giai đoạn này, trongđiều kiện lên men bình thường sau mỗi giờ nồng độ đường trong dịch lên men sẽgiảm đi khoảng 1 độ (Brix, balling, %) tùy loại sản phẩm, dây chuyền sản xuất. Sựtồn tại của thời kỳ lên men cuối là đặc trưng đối với quá trình lên men dịch đườnghóa từ nguyên liệu chứa tinh bột. Trong dịch lên men nếu biểu thị hàm lượng đườngtồn tại trong dịch lên men là 100% thì 4 - 6% là dạng chất khô không tan, 75 - 77%được chuyển thảnh maltose và 19% là dextrin. Trong giai đoạn lên men sự đườnghóa cũng xảy ra nhưng rất chậm và không hoàn toàn, đặc biệt khó khăn đối với tinhbột không hòa tan. Do đó tốc độ lên men không phụ thuộc vào số lượng tế bào nấmmen mà chủ yếu phụ thuộc vào sự thủy phân hàm lượng dextrin không lên men cònlại. Tuy vậy, chính những loại đường không lên men này sẽ tạo thành vị ngọt chosản phẩm. Như vậy chu kỳ lên men dịch đường hóa tinh bột phụ thuộc vào thờigian lên men cuối hay phụ thuộc vào khả năng đường hóa của phức hệ enzymeamilase. Rất nhiều thí nghiệm cho thấy càng kéo dài thời gian lên men cuối thì cànggia tăng hiệu suất của quá trình lên men. Tuy vậy tùy theo sản phẩm của sự lênmen, nồng độ đường của dịch đường hóa, phương pháp lên men, nhà sản xuất sẽtạo ra một qui trình sản xuất riêng biệt với chất lượng và thành phần mong muốncủa họ (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2001).112.3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quả trình lên men rượuMỗi hoạt động sống của vi sinh vật nói chung, của nấm men nói riêng liên hệ mậtthiết với ngoại cảnh. Có 3 mức độ ảnh hưởng khác nhau đến hoạt động sống củanấm men.- Điểm cực tiểu: là điều kiện tối thích để nấm men tồn tại, ở điều kiện này bắt đầuxuất hiện các hoạt động sống.- Điểm cực thích: là điều kiện tốt nhất cho hoạt động sống. Nấm men có cường độhoạt động sống mạnh nhất.- Điểm cực đại: là điều kiện tối đa và là giới hạn trên tồn tại của hoạt động sống.Quá giới hạn này, nấm men sẽ chết.Vì vậy, Vấn đề quan trọng trong quá trình nuôi cấy nấm men là điều chỉnh điềukiện ngoại cảnh sau cho đạt được giới hạn tối ưu (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2001).* Nồng độ đườngNấm men chỉ có khả năng lên men đường thành rượu trong khoảng nồng độ đườngthích hợp từ 10 - 18%, nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men và năng lực lênmen rượu giảm khi nồng độ đường 30 - 35%, nồng độ đường thấp quá cũng làmgiảm năng lực lên men. Khi nồng độ đường cao thì áp suất thẩm thấu sẽ lớn làmảnh hưởng xấu tới hiệu quả lên men, lên men kéo dài, đường sót lại sẽ cao. Còn khinồng độ đường thấp thì tổn thất do men tạo ra sẽ tăng, giảm năng suất thiết bị, tốnnhiều hơi khi chưng cất và làm tăng tỉ lệ tổn thất rượu trong bã hèm và nước thải(Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2001).* Nhiệt độNhiệt độ là yêu cầu cần thiết ảnh hưởng lớn đến nấm men và sự lên men. Thôngthường nhiệt độ phù hợp cho lên men là 28 - 30o C. Nhiệt độ dưới 0 oC và hơn 50 oCsự lên men hầu như đình chỉ (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2001).* pHNấm men có thể phát triển trong môi trường có chỉ số pH = 2,0 - 8,0 nhưng thíchhợp nhất là 4,0 - 4,5. Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH