BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, SẢN XUẤT THỬ RƯỢU BẮP
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV44-2009

S KC 0 0 2 5 0 5

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
---- o0o ----

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ RƯU BẮP
MÃ ĐỀ TÀI : SV2009 - 44

GVHD

: Th.S NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH

SVTH

: TRẦN THỊ KIM THÀNH

ĐƠN VỊ

06116076

NGÔ NGỌC HƯƠNG

06116030

NGUYỄN THỊ MĂNG

06116044


: KHOA CNHH VÀ THỰC PHẨM

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 04 NĂM 2010


LỜI CẢM ƠN

Trước hết chúng em gửi lời cảm ơn đến Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học Và Thực Phẩm,
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tạo môi trường học tập và nghiên cứu khoa học
tốt trong suốt thời gian qua.
Chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô suốt thời gian qua đã tận
tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng để chúng
em hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học.
Chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Cô Nguyễn Thị Hồng Hạnh
đã hướng dẫn tận tình, giúp chúng em hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này.

Nhóm thực hiện.

i


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
............................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày

ii

tháng

năm 2010


MỤC LỤC
Phần 1: MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ------------------------------------------------------------------------- 1

1.2.


Mục tiêu nghiên cứu ----------------------------------------------------------------------------- 1

1.3.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài -------------------------------------------------- 1

Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU --------------------------------------------------------2
2.1.

Tổng quan về nguyên liệu ngô (bắp)-------------------------------------------------------- 2

2.1.1. Giới thiệu chung ---------------------------------------------------------------------2
2.1.2. Cấu tạo hạt ngô: ----------------------------------------------------------------------2
2.1.3.

Thành phần hoá học: -------------------------------------------------------------3

2.1.4. Công dụng của hạt ngô --------------------------------------------------------------4
2.2.

Tổng quan về rượu -------------------------------------------------------------------------------- 5

2.2.1.

Giới thiệu chung về rượu --------------------------------------------------------5

2.2.2. Cơ chế lên men rượu ----------------------------------------------------------------6
2.2.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình rượu hóa -----------------------------7
2.2.4. Các enzyme tham gia vào quá trình đường hóa-------------------------------- 12
2.2.4.

2.2.

Yêu cầu kỹ thuật về rượu ------------------------------------------------------ 15

Tổng quan về enzyme sử dụng trong đề tài ---------------------------------------------- 17

2.2.1.

Termamyl 120L (α- amylase) ------------------------------------------------- 17

2.2.2.

AMG 300L ---------------------------------------------------------------------- 19

2.2.3.

Saczyme ------------------------------------------------------------------------- 19

2.3.

Tổng quan về vi sinh vật sử dụng trong đề tài ------------------------------------------ 20

2.3.1.

Nấm men lên men rượu cồn -------------------------------------------------- 20

2.3.2.

Nấm men Saccharomyces cerevisiae ---------------------------------------- 20


Phần 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU---------------------------------------------------- 24
3.1. Nguyên liệu ------------------------------------------------------------------------------------------- 24
3.1.1. Bắp (ngô) ---------------------------------------------------------------------------- 24
3.1.2. Đường ------------------------------------------------------------------------------- 24
iii


3.1.3. Nước --------------------------------------------------------------------------------- 24
3.1.4. Enzyme ------------------------------------------------------------------------------ 24
3.1.5. Giống nấm men -------------------------------------------------------------------- 24
3.2. Sơ đồ nghiên cứu và bố trí thí nghiệm: ------------------------------------------------------ 25
3.2.1. Sơ đồ nghiên cứu: ------------------------------------------------------------------ 25
3.2.2. Bố trí thí nghiệm: ------------------------------------------------------------------ 26
3.3. Phương pháp nghiên cứu, phân tích và xử lí số liệu: ---------------------------------- 28
a. Phương pháp vi sinh ------------------------------------------------------------------- 28
b. Phương pháp hoá học ------------------------------------------------------------------ 30
c.

Phương pháp xử lý số liệu ---------------------------------------------------------- 32

3.4. Quy trình sản xuất rượu từ bắp: ---------------------------------------------------------------- 33
3.4.1. Quy trình sản xuất ----------------------------------------------------------------- 33
3.4.2. Thuyết minh quy trình: ------------------------------------------------------------ 34
Phần 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ----------------------------------------------------- 39
4.1. NGUYÊN LIỆU ------------------------------------------------------------------------------------ 39
4.2. GIAI ĐOẠN DỊCH HÓA ------------------------------------------------------------------------ 39
4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình dịch hóa với enzyme
Termamyl 120 L --------------------------------------------------------------------------- 39
4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ Termamyl 120L đến quá trình dịch hóa ----- 40
4.3. GIAI ĐOẠN ĐƯỜNG HÓA-------------------------------------------------------------------- 42

4.4. GIAI ĐOẠN LÊN MEN ------------------------------------------------------------------------- 44
Phần 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ------------------------------------------------------ 46
5.1. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------------------------ 46
5.2. Đề nghị ------------------------------------------------------------------------------------------------- 47

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1: Bắp hạt vàng ................................................................................................ 24
Hình 3.2: Sơ đồ nghiên cứu của đề tài ........................................................................ 25
Hình 3.3: Nhân giống nấm men .................................................................................. 28
Hình 3.4: Quy trình sản xuất rượu bắp ........................................................................ 33
Hình 4.1. Sự thay đổi hàm lượng đường khử qua các mốc thời gian khảo sát trong quá
trình dịch hoá tinh bột bắp bằng Termamyl 120L ....................................................... 40
Hình 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Termamyl 120L đến quá trình dịch hoá tinh
bột bắp ......................................................................................................................... 41
Hình 4.3. Sự thay đổi hàm lượng đường khử qua các mốc thời gian nghiên cứu của
AMG 300L (0.12%) và Saczyme (0.04%) trong quá trình đường hóa ....................... 43
Hình 4.5: Hàm lượng cồn tạo thành trong quá trình lên men %(v/v) ......................... 44

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 : Thành phần hóa học trong những bộ phận chính của hạt ngô (%) .............. 3
Bảng 2.2: Hàm lượng các vitamin trong ngô ................................................................ 4
Bảng 2.3: Mối liên quan giữa pHopvà Top của AMG thu nhận từ Rhizopus delemar .. 14
Bảng 2.4: Mối liên quan giữa pHopvới thời gian tác dụng của AMG thu nhận từ
Endomycopsis .............................................................................................................. 15

Bảng 2.5: Một số tính chất khác nhau của AMG thu nhận từ các VSV khác nhau .... 15
Bảng 2.6: Yêu cầu cảm quan của rượu trắng .............................................................. 16
Bảng 2.7: Các chỉ tiêu hóa học của rượu trắng ........................................................... 16
Bảng 2.8: Giới hạn tối đa hàm lượng kim loại nặng ................................................... 17
Bảng 2.9: Sự phụ thuộc độ gia tăng DE theo nhiệt độ khi xử lý Termamyl 0.1% trong
1 giờ theo nhiệt độ ....................................................................................................... 18
Bảng 2.10: Đặc điểm của enzyme Saczyme ................................................................ 19
Bảng 2.11: Nhiệt độ và pH tối ưu của enzyme amylase ............................................. 22
Bảng 4.1 : Sự thay đổi hàm lượng đường khử qua các mốc thời gian khảo sát trong
quá trình dịch hoá tinh bột bắp bằng Termamyl 120L ................................................ 39
Bảng 4.2 : Sự thay đổi hàm lượng đường khử theo tỷ lệ Termamyl 120L đến quá trình
dịch hoá tinh bột bắp ................................................................................................... 41
Bảng 4.3: Sự thay đổi hàm lượng đường khử theo enzyme Termamyl 120L và AMG
đến quá trình dịch hoá tinh bột bắp ............................................................................. 42
Bảng 4.4: Hàm lượng cồn tạo thành qua quá trình lên men %(v/v) ............................ 44

vi


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Phần 1. MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài

1.1.

Công nghệ sản xuất cồn etylic nói chung không còn là mới mẻ trong công
nghiệp, tuy nhiên công nghệ sản xuất cồn thực phẩm dùng để sản xuất rượu lại là vấn
đề cần phải quan tâm. Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu cũng khá đa dạng như:
khoai, sắn, gạo, nếp, ngô…và dùng nguyên liệu chính nào là tùy theo điều kiện ở mỗi

nước. Việc sử dụng ngô là khá phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới như: Mỹ, Trung
Quốc… Còn đối với nước ta đa số dùng gạo, tấm, nếp, sắn để sản xuất rượu, trong đó
gạo là cây lương thực chính vì vậy gạo không được chủ trương dùng để nấu rượu mà
các loại ngũ cốc như: khoai, sắn, bắp... được khuyến khích sử dụng như nguyên liệu
thay thế.
Bắp là nguồn nguyên liệu cũng quen thuộc trong nước lại có hàm lượng tinh bột
lớn khoảng 68% (w/w) vì vậy khá thuận lợi cho việc sản xuất cồn. Nếu sản phẩm rượu
lên men từ nguồn tinh bột bắp mà giữ lại màu và hương đặc trưng sẽ cho ra một sản
phẩm rượu mới trên thị trường và làm đa dạng hóa sản phẩm rượu.
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản
xuất thử rượu từ bắp”.
Mục tiêu nghiên cứu

1.2.

Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất rượu từ bắp:

1.3.

-

Thời gian và tỷ lệ enzyme Termamyl 120L trong quá trình dịch hóa.

-

Khả năng đường hóa của AMG 300L và saczyme.

-

Tỷ lệ nấm men sử dụng trong quá trình lên men.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất rượu từ
bắp, tạo tiền đề cho việc nghiên cứu tạo sản phẩm rượu bắp.
Ý nghĩa thực tiễn: phát triển lên quy mô công nghiệp quy trình sản xuất rượu bắp.

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

1


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

Tổng quan về nguyên liệu ngô (bắp)

2.1.1. Giới thiệu chung
Họ (Family)

: Poaceae (hòa thảo)

Phân họ (Subfamily) : Andropogonoideae
Tộc (Tribe)

: Tripsaceae

Chi (Genus)


: Zea

Loài (Species)

: Zea mays L

Ngô (bắp) trồng nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như Trung Mỹ, châu Á.
Hạt bắp có nhiều tinh bột, một ít đường, dùng để sản xuất etylic rất tốt. Cấu tạo của hạt
bắp gồm có phôi và nội nhũ, trong đó khoảng 10-15% là amylose và 85-90% là
amylopectin. Ngoài ra, trong nội nhũ có khoảng 0,5-0,6% là acid béo. Các hợp chất
chứa nitơ hầu hết là protid, phần lớn thuộc nhóm zein. Đặc biệt hàm lượng chất béo có
trong bắp nhiều chiếm khoảng 30-40% trọng lượng phôi. Bắp sau khi tách phôi dùng
để nấu rượu [1].
2.1.2. Cấu tạo hạt ngô:
Hạt ngô được cấu tạo bởi 5 thành phần chính: mày hạt, vỏ hạt, lớp aleuron, nội
nhũ và phôi hạt.
 Mày hạt: là phần lồi ra ngoài cuối hạt, là bộ phận dính hạt vào lõi ngô.
 Vỏ hạt: là lớp màng mỏng bao quanh hạt để bảo vệ hạt, nó được cấu tạo từ 3
lớp tế bào khác nhau và chứa các chất màu như: vàng, tím, tím hồng.
 Lớp aleuron: chiếm khoảng 5-11% khối lượng toàn hạt cấu tạo từ tế bào tứ
giác, thông thường không có màu nhưng đôi khi cũng có màu xanh do nhiễm
sắc từ vỏ ngoài.
 Nội nhũ: chiếm 75-83% khối lượng hạt. Miền ngoài có màu vàng, đặc và cứng
như sừng (gọi là miền sừng), miền trong trắng, xốp, nhiều glucid [11].

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

2



Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Glucid trong ngô gồm có:
 Tinh bột chiếm : 43.5 - 61.8%
 Đường chiếm : 1.76 - 4.26%
 Dextrin và pectin: 1.09 - 14.67%
 Phôi hạt: nằm ở đầu nhỏ của hạt chứa các tế bào phát triển của các quá trình
sống. Phôi hạt giàu chất dinh dưỡng như: protid, lipid, vitamin và phần lớn
enzyme, thường chiếm 10-14% khối lượng hạt [11].
2.1.3. Thành phần hoá học:
Thành phần hóa học của hạt ngô thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại
ngô, kỹ thuật canh tác, đất đai…Thành phần hoá học của hạt ngô phân bố không đều
trong hạt, nó có tỷ lệ khác nhau giữa ba phần chính là vỏ, nội nhũ và phôi.
Bảng 2.1 : Thành phần hóa học trong những bộ phận chính của hạt ngô (%)[11]
Thành phần hoá học

Vỏ

Nội nhũ

Phôi

protid

3.7

8.0

18.4


Lipid (trích ly bằng ete)

1.0

0.8

33.2

Chất tro

0.8

0.3

10.5

Tinh bột

7.3

87.6

8.3

Đường

0.34

0.62


10.8

Chất xơ

86.7

2.7

8.8

Trong bảng 2.1 ta thấy, những bộ phận chính của hạt bắp có thành phần hóa học
khác nhau. Vỏ hạt có lượng chất xơ thô cao, vào khoảng 87%, chúng được cấu thành
bởi hemicellulose 67%, cellulose 23%, lignin 0.1%.
Phôi nhũ chứa hàm lượng tinh bột cao 87.6% và hàm lượng protid khoảng
8.6%, hàm lượng chất béo tương đối thấp (0.8%). Phôi có lượng dầu thô cao, trung
bình khoảng 33%. Phôi có chứa nhiều hàm lượng protid, đường và vitamin.

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

3


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Nội nhũ của ngô có thể trắng trong hoặc đục. Độ trắng trong của ngô phụ thuộc
vào hình dạng của các hạt tinh bột, độ chặt của các hạt tinh bột và ít liên quan đến hàm
lượng protid. Protid của ngô trương nở kém, không tạo thành gluten. Protid trong ngô
chủ yếu là prolamin và glutelin. Ngô có hàm lượng vitamin khá cao ( bảng 2.2).[12]
Bảng 2.2: Hàm lượng các vitamin trong ngô: [12]
Hàm lượng (µg/gam)

Tên hạt
Tiamin

Riboflavin

Ngô vàng

5.38

1.40

Ngô trắng

6.09

1.38

Hiaxin

16-26

2.1.4. Công dụng của hạt ngô [12]
Ngô được sử dụng với 3 mục đích chính: làm lương thực cho con người, thức ăn
gia súc và nguyên liệu cho nhiều sản phẩm công nghiệp. Cây ngô được tiêu thụ trên
cả thế giới do khả năng thích nghi với nhiều vùng khí hậu. Cây ngô được tiêu thụ làm
lương thực chỉ sau gạo và lúa mì, đứng hàng thứ 3 về diện tích trồng. Ở một số vùng
của Châu Mỹ La tinh và Châu Phi, cây ngô là cây lương thực quan trọng nhất.
Tính trung bình hàng năm việc sử dụng ngô trên thế giới với các mục đích khác
nhau theo tỉ lệ như sau:
 Dùng làm thực phẩm: 20 – 25%.

 Dùng làm thức ăn gia súc: 60 – 65%
 Dùng cho ngành công nghiệp: 15 -20%
Ngô là thức ăn rất tốt cho gia súc vì thành phần dinh dưỡng khá đầy đủ về protid,
glucid, lipid, chất khoáng và các vitamin.
Ngô còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. trong công
nghiệp thực phẩm, ngô được dùng để đóng hộp, làm bỏng ngô, làm bánh kẹo, đồ uống,
dầu ngô…

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

4


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Thân ngô làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp giấy. Dầu ngô được dùng trong
ngành công nghiệp sản xuất sơn, vecni, cao su nhân tạo…từ ngô có thể sản xuất ra các
dung môi như: ete, rượu etylic và butylic, axeton, chất kháng sinh, các chất màu…Có
thể dùng tinh bột ngô để làm khuôn đúc, làm pin, và dùng làm nguyên liệu để sản xuất
dextrin và đường maltose, glucose.
Tóm lại, ngô là một loại nguyên liệu có giá trị về mặt thực phẩm cũng như về
mặt công nghiệp. Hơn nữa, công nghiệp phát triển sẽ tạo cơ hội vững chắc cho ngành
chăn nuôi gia súc, đồng thời tạo cơ hội cho việc sản xuất các loại thực phẩm từ ngô và
cồn từ tinh bột ngô thay thế cho gạo.
2.2.

Tổng quan về rượu

2.2.1. Giới thiệu chung về rượu [3]
Ở nước ta, việc nấu rượu đã có từ ngàn xưa và rượu được sản xuất theo phương

pháp cổ truyền thì uống rất ngon, êm dịu, say mà không thấy xốc hay đau đầu. Ngày
nay, rượu đã được đem sản xuất lên quy mô công nghiệp và được kiểm tra về chất
lượng trước khi đưa ra thị trường.
Rượu và các đồ uống có rượu chiếm một vị trí đáng kể trong công nghiệp thực
phẩm. Chúng rất đa dạng, tùy theo truyền thống và thị hiếu người tiêu dùng mà các
nhà sản xuất làm ra nhiều rượu mang tên khác nhau.
Dựa vào nồng độ rượu có thể chia rượu làm 3 loại: rượu mạnh cao độ có nồng
độ trên 30% v/v, rượu thông thường có nồng độ từ 15-30% v/v và rượu nhẹ có nồng độ
dưới 15% v/v

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

5


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

2.2.2. Cơ chế lên men rượu [14]
Cơ chế lên men rượu đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu từ vài thế kỉ trước
như:
Năm 1889, ông Lavoisier bằng các thí nghiệm của mình đã chứng tỏ được rằng:
bên cạnh sản phẩm chính của quá trình lên men C2H5OH và CO2 còn có một số sản
phẩm phụ khác.
Đến 1810, Gay-Lussac nghiên cứu sâu hơn và tìm ra rằng: trong quá trình lên
men rượu thì 45% glucose tạo ra 23% C2H5OH và 22% CO2. Dựa trên cơ sở ông đã
đưa ra phương trình tổng quát sau:
C6H12O6

C2H5OH + CO2 + 27kcal


Vào năm 1871-1872, Manaxeni thử nghiền tế bào nấm men với cát thạch anh
rồi mới cho vào dịch đường thì hiện tượng lên men vẫn xảy ra. Đến 1879, Bucher tiến
hành nghiền nát tế bào nấm men rồi chiết lấy dịch trong không chứa xác nấm men và
cho vào dịch đường thì nhận thấy dịch chiết này vẫn có khả năng lên men. Từ đó
người ta gọi các chất chứa trong tế bào men là zymase. Đây chính là tập hợp nhiều
enzyme chuyển hóa đường thành rượu và CO2.
Về sau các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu về cơ chế lên men, vi sinh vật sử
dụng và các yếu tố kỹ thuật khác nhau thì nhận thấy rằng:
Thực chất lên men là quá trình oxi hóa khử sinh học để cung cấp năng lượng
cho tế bào vi sinh vật, qua đó hidro tách ra khỏi cơ chất và chuyển đến chất tiếp nhận
cuối cùng là chất hữu cơ. Trong lên men rượu, C2H5OH và CO2 là sản phẩm tích tụ
chiếm ưu thế, ngoài ra còn có các sản phẩm khác như: acid, ester, aldehyde và các
rượu cao phân tử.
Nấm men là tác nhân chính của quá trình lên men rượu, với đường là cơ chất
chính. Quá trình chuyển hóa đường thành rượu qua một chuỗi phản ứng rất phức tạp
liên quan mật thiết đến quá trình phosphoryl hóa các hợp chất hữu cơ.
Trong sản xuất rượu cồn, người ta hay dùng chủng Saccharomyces. Yêu cầu
chung với nấm men dùng trong sản xuất rượu etylic là phải có năng lực lên men mạnh,

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

6


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

biến đường thành rượu nhanh và triệt để, đồng thời phải ổn định và chịu được những
biến động của môi trường lên men. [3]
Trước khi lên men cần chuẩn bị dịch lên men. Dịch sau khi đường hóa cần điều
chỉnh hàm lượng đường, độ khô, hàm lượng nitơ, pH. Tiếp đến cho 10% giống nấm

men vào dịch lên men, tiến hành thổi khí ở giai đoạn đầu nhằm tăng số lượng nấm
men cần thiết cho quá trình lên men. Sau đó tiến hành lên men yếm khí và kiểm soát
thường xuyên pH và lượng đường trong quá trình lên men. Quá trình lên men kết thúc
khi đạt độ rượu 7-9%; đường sót 5g/l; tinh bột sót 10g/l; độ acid từ 1,7-2,2 g/l. [3]
Quá trình lên men rượu rất phức tạp, có hơn 10 phản ứng khác nhau, với sự
tham gia của nhiều thế hệ enzyme xúc tác. Kết quả cuối cùng của quá trình lên men
rượu cho ta sản phẩm là rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm khác.
Trong quá trình lên men, ngoài hai sản phẩm chính là rượu và CO2 còn tạo ra
nhiều sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác như: acid (acid acetic, acid lactic,
acid citric, acid pyruvic, acid succinic), alcol (alcol propylic, izobutylic, izomalic,
amylic…) [3].
2.2.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình rượu hóa
a. Yêu cầu về thành phần dinh dưỡng trong dịch lên men
Môi trường lên men bao gồm nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết khác nhau.
Thành phần các chất dinh dưỡng này tùy thuộc vào các nhu cầu cần thiết của từng loài
vi sinh vật, từng yêu cầu nghiên cứu. Các nguyên tố không thể thiếu trong quá trình
sinh trưởng và phát triển vi sinh vật đó là C, N, O, H. Ngoài ra chúng còn cần thêm
nguyên tố S và O, một số nguyên tố vi lượng như Fe, Cu, Mg, Mn, Zn, K, Ca, Cl, Bo,
I. Vì thế trong thành phần dinh dưỡng không thể cung cấp đơn thuần một số chất nào
đó mà phải đảm bảo đủ thành phần tối thiểu các chất [4] .
b. Yêu cầu về hàm lượng đường
Người ta thường khống chế nồng độ chất khô của dịch lên men từ 16 -18%,
tương đương 13 - 15% đường. Nếu hàm lượng đường quá cao sẽ làm tăng áp suất
thẩm thấu, nấm men bị co màng nguyên sinh, quá trình lên men sẽ không hiệu quả.

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

7



Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Ngược lại nếu nồng độ dịch đường thấp sẽ giảm năng suất thiết bị lên men, tốn hơi khi
chưng cất và tăng tổn thất rượu trong bã rượu [3].
c. Ảnh hưởng của nguồn nitơ bổ sung
Nitơ là nguồn quan trọng để sản xuất nên protid, có mặt trong thành phần của
enzyme và một số hoocmon, một số kháng nguyên, kháng thể, acid nucleic, bazơ chứa
nitơ. Do vậy nếu thiếu nitơ vi sinh vật không tồn tại được. Có một số vi sinh vật có
khả năng nhận nitơ từ không khí, nên không cần phải cung cấp nitơ trong quá trình
nuôi cấy. Đại đa số các vi sinh vật, trong đó có nấm men, không có khả năng này.
Chính vì thế, ta phải cung cấp nitơ bổ sung từ bên ngoài vào thành phần dinh dưỡng
của môi trường. Vi sinh vật cần nitơ ở nhiều dạng khác nhau [4].
Trong quá trình lên men, việc cung cấp đủ lượng nitơ mà nấm men có thể đồng
hóa được là rất cần thiết. Nấm men sử dụng nitơ để tổng hợp tế bào mới và các
enzyme protease [3, 4].
Nếu không đủ nguồn nitơ trong dịch lên men, có thể dẫn tới sinh trưởng của
nấm men chậm, kéo dài thời gian lên men và/hoặc lên men không triệt để, giảm năng
suất. Thêm vào đó, số lượng các chất tạo mùi của sản phẩm có thể làm giảm chất
lượng do chuyển hóa acid amin và các peptide tạo thành H2S, các este không bình
thường và sự tạo thành diacetyl. Trong công nghiệp sản xuất nước uống có cồn, có thể
khắc phục sự thiếu hụt nitơ trong môi trường lên men. Các nhà lên men thay đổi các
điều kiện lên men, thêm enzyme protease để tăng quá trình thủy phân protid và/hoặc
bổ sung một lượng lớn nitơ để nấm men sử dụng [3, 4].
Nguồn nitơ sử dụng để bổ sung vào môi trường lên men có hai dạng là: nitơ
hữu cơ và nitơ vô cơ.
Nguồn nitơ hữu cơ
Với nitơ hữu cơ, ta có thể cung cấp protid hoặc acid amin. Khi bố sung protid
vào môi trường, nấm men không đồng hóa được ngay mà cần phải thủy phân thành các
peptide và các acid amin. Vi sinh vật có thể đồng hóa được polypeptide không quá 5
acid amin. Trong lên men rượu, bia, các nguồn nitơ hữu cơ có thể bổ sung vào môi


GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

8


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

trường lên men là cao nấm men, nấm men tự phân, protid, pepton, acid amin, L-lysin,
ergosterol, acid oleic, glycine, bột đậu nành … [4].
Nguồn nitơ vô cơ
Với các nitơ vô cơ, khi nuôi cấy nấm men, người ta thường không sử dụng muối
nitrate, vì khi cho muối nitrate vào môi trường, nấm men sử dụng nitơ, các ion K+,
Na+, Mg++ sẽ làm kiềm hóa môi trường. Để tránh làm kiềm hóa môi trường người ta có
thể sử dụng NH4NO3. Các nhóm SO42-, HPO42-, Cl-…sẽ làm chua môi trường. Khi cho
các muối amon vào trong môi trường, nấm men sẽ đồng hóa NH4+. Các nguồn nitơ vô
cơ có thể bổ sung vào môi trường lên men là urea, DAP, (NH4)2SO4… [3, 4]. Urea
chứa 46% nitơ, DAP và (NH4)2SO4chứa 27% nitơ. Urea là nguồn nitơ trung tính và là
nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm. Khi cho urea vào trong môi trường, enzyme urease
sẽ phân tách thành NH3 theo phương trình:
NH2-CO-NH2 + H2O

2NH3 + CO2.

NH3 được nấm men sử dụng nên không làm thay đổi pH của môi trường [4].
Trong sản xuất rượu, nguồn thức ăn của nấm men như glucid và chất khoáng
thường có sẵn và đủ trong môi trường. Riêng nguồn nitơ thường không đủ, phải bổ
sung thêm từ urea hoặc amon sulphate. Lượng nitơ hòa tan cần có trong môi trường
lên men rượu vào khoảng 0,35 – 1,4 g/l. Trong sản xuất rượu từ sắn khô và rỉ đường,
lượng nitơ thường không đảm bảo cho sinh trưởng của men. Muốn cho lên men tốt và

bình thường cần cho thêm vào dịch lên men một lượng nitơ từ 0,15 – 0,2 g/l . Do trong
sắn chứa ít protid (protein) nên lượng nitơ trong dịch đường hóa không đảm bảo cho
sự phát triển của nấm men. Việc bổ sung nitơ với hàm lượng 30mg/100ml cho phép
rút ngắn thời gian từ 84 giờ xuống còn 60 giờ, đồng thời lên men cũng tốt và đạt hiệu
quả cao hơn mẫu không bổ sung nitơ. Nguồn nitơ bổ sung là 0,4 – 0,5 g urea/l hoặc 1g
amon sulphate/l, kết quả cho thấy bổ sung urea lên men tốt hơn bổ sung amon sulphate
[3].

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

9


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

d. Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát triển và lên men của nấm men.
Nấm men rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, trong môi trường lỏng ở nhiệt độ 40 - 50oC,
nấm men hầu như ngưng trệ hoạt động và sau 1,5 giờ sẽ bị chết; ở nhiệt độ 60 - 65oC
chúng sẽ bị chết sau 5 phút. Trong môi trường khô (W = 13%) chúng chịu nhiệt tốt
hơn, có thể chịu được từ 85 - 105oC. Nấm men tạo bào tử cũng tương tự, tuy có khá
hơn nấm men không tạo bào tử, ví dụ trong môi trường khô chúng có thể chịu được
nhiệt độ từ 115oC – 125oC.
Nhiệt độ tối ưu cho nấm men hoạt động là 25oC - 28oC. Ở nhiệt độ thấp hơn,
khoảng 16oC, nấm men hoạt động chậm và yếu hơn. Có những giống có thể lên men ở
4oC - 10oC, song rất chậm và yếu, vì vậy lượng đường còn lại trong môi trường lên
men khá lớn. Đây chính là môi trường tốt cho những vi sinh vật gây bệnh trong rượu
vang hoạt động. Nhiệt độ có thể tăng lên đến 36oC nấm men vẫn hoạt động bình
thường, song trên 36oC thì nấm men bắt đầu bị ức chế, đến 38oC thì gần như không
hoạt động và đến 40oC thì chúng bắt đầu bị chết dần. Ở điều kiện nhiệt độ lớn hơn

40oC thì lại rất thuận lợi cho vi khuẩn sinh acid acetic hoạt động, do đó trong sản xuất
rượu cần phải kiểm soát không để cho nhiệt độ lên men vượt quá 36oC [7].
e. pH của môi trường
Các VSV cũng có vận tốc sinh trưởng cực đại trong một khoảng pH hạn chế và
cũng bị vô hoạt hoàn toàn hoặc bị chết khi ở pH giới hạn. Các VSV khác nhau tồn tại
ở những pH tối ưu khác nhau và thường ở trong khoảng pH 4,0 – 8,0.
Nồng độ H+ của môi trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men,
chúng có khả năng thay đổi diện tích của vỏ tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm
thấu của các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men. Mỗi VSV
chỉ có thể hoạt động tốt trong một môi trường pH nhất định.
Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo ethanol là 4,5 – 5,0. Đối với
dịch đường từ nguyên liệu tinh bột thường khống chế ở pH 4,8 – 5,2, nhằm giữ cho
amylase tiếp tục hoạt động [3].

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

10


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

f. Chất lượng giống
Nấm men là yếu tố quyết định đến quá trình lên men, nó chuyển hóa đường
thành rượu và CO2. Mỗi loại nấm men khác nhau sẽ có tác dụng lên men khác nhau.
Đồng thời cùng với loại nấm men nhưng cho lên men ở điều kiện khác nhau thì tốc độ
lên men và chất lượng rượu thu được khác nhau. Việc bổ sung nấm men vào môi
trường cũng cần được tính toán sao cho phù hợp [1].
g. Tỷ lệ nấm men giống
Nấm men là yếu tố quyết định đến quá trình lên men, nó chuyển hóa đường
thành rượu và CO2. Mỗi loại nấm men khác nhau sẽ có tác dụng lên men khác nhau.

Đồng thời cùng với loại nấm men nhưng cho lên men ở các điều kiện khác nhau thì tốc
độ lên men và chất lượng rượu vang khác nhau. Do đó cần lựa chọn chủng nấm men
đạt yêu cầu, đồng thời phải biết đầy đủ các giá trị như pH tối ưu, nhiệt độ tối ưu của
chúng. Việc bổ sung lượng nấm men vào môi trường cần được tính toán sao cho phù
hợp. [1].
Chất lượng men giống được xem là bình thường nếu thỏa mãn các điều kiện
sau:
 Số lượng tế bào trong 1ml chiếm đạt mật độ 100.106-120.106 tế bào/ml
 Số tế bào nảy chồi chiếm 10 -15%
 Số tế bào chết không quá 5%
 Độ chua của dịch men giống không quá 0,1o tương đương với 0,25g H2SO4/ L
so với độ chua dịch đường trước khi gây men (pH=4).
 Mức nhiễm khuẩn không quá 1 con trong kính trường có độ phóng đại 400 lần.
[1].
h. Nồng độ cồn:
Ethanol là sản phẩm chính được tạo thành của quá trình lên men rượu từ đường
nhưng đồng thời cũng có thể ức chế sự sinh sản của nấm men, tuy nhiên ảnh hưởng
nồng độ cồn trên các loại nấm men là không giống nhau. Khi nồng độ cồn tăng lên 5%

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

11


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

(v/v) thì sự sinh sản bắt đầu ngưng trệ, nếu nồng độ tiếp tục tăng lên đến 7-8% (v/v)
thì quá trình lên men bắt đầu giảm và chuyển sang lên men yếu. Đa số các loại nấm
men ở điều kiện tối ưu chịu được nồng độ cồn tối đa 14-16%.
Khả năng chịu đựng ethanol của nấm mốc và vi khuẩn kém hơn nhiều so với

nấm men. Điều này có ý nghĩa rất lớn bởi vì khi quá trình lên men là kị khí bắt đầu thì
sản phẩm tạo thành sẽ ức chế các loại vi sinh vật có hại phát triển [1].
i. Nồng độ khí
Nồng độ khí O2: Việc cung cấp oxi cần thiết cho nấm men trong giai đoạn tăng
sinh khối. Tuy nhiên độ thoáng khí của môi trường rất bất lợi cho quá trình lên men
rượu. Khi chuyển sang giai đoạn lên men, môi trường phải yếm khí hoàn toàn, sự phát
triển của nấm men hầu như không có, sự lên men tạo cồn mạnh mẽ. Nếu môi trường
đang lên men được cung cấp oxi thì quá trình lên men sẽ bị ức chế, nấm men sẽ
chuyển sang hô hấp hiếu khí. Đây là hiệu ứng Pasteur kìm hãm sự lên men rượu dưới
ảnh hưởng của oxi [1, 3].
Nồng độ khí CO2: được tạo thành trong quá trình lên men rượu thì một phần
nhỏ hòa tan vào môi trường, một phần tách lên trên bề mặt của môi trường và tích tụ
lại tạo thành một ngăn cách giữa không khí bên ngoài của thiết bị và dịch lên men.
2.2.4. Các enzyme tham gia vào quá trình đường hóa
Amylase là enzyme thủy phân tinh bột, xúc tác sự phân giải các liên kết nội
phân tử trong polysaccharide với sự tham gia của nước. Cơ chế hoạt động tổng quát
của amylase như sau:

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

12


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

α-amylase
Tinh bột
Pullunulanase
β-amylase


Dextrin + Oligosaccharide
Dextrin

Maltose

Dextrin
Amyloglucosidase

Glucose

Amylase chia thành hai nhóm: endoamylase (α-1,4 glucano hydrolase, α-1,6
glucano hydrolase) và exoamylase (β-amylase, amyloglucosidase). Amylase được ứng
dụng trong công nghiệp nước chấm; công nghiệp sản xuất glucose; thuốc hỗ trợ tiêu
hóa; công nghiệp dệt; công nghiệp chế biến rau quả đặc biệt là trong ngành công
nghiệp rượu, bia …. [7].
 α- amylase
Nguồn thu nhận: Có thể khai thác α-amylase từ nguồn thực vật (malt) hay vi
sinh vật (nấm sợi, vi khuẩn). Tuỳ thuộc nguồn gốc khai thác mà α-amylase có một tính
chất riêng. α-amylase thu được từ nấm sợi thì kém bền nhiệt hơn và dễ bị biến tính
trước khi tinh bột được gelatin hoá.
Tính chất: α-amylase là một loại metaloenzyme, chứa từ 1-30 g nguyên tử
Canxi/mol. Khi tách Ca hoàn toàn ra khỏi cơ chất thì α-amylase rất dễ mất hoạt tính.
Ngoài ra, tất cả các α- amylase đều bị kìm hãm bởi kim loại nặng. Tuy nhiên αamylase bền nhiệt hơn các loại amylase khác và tâm hoạt động của α-amylase có chứa
các nhóm -COOH và -NH3 vì vậy mà α-amylase dễ tan trong nước. protid của các αamylase có tính chất acid yếu và có tính chất của globulin [7].
α-amylase có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4 glucoside nằm bên trong
phân tử cơ chất một cách ngẫu nhiên. Quá trình thuỷ phân tinh bột bởi α-amylase là
quá trình nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hoá) chỉ một số phân tử cơ
chất bị thuỷ phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp, giai đoạn này độ nhớt

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh


13


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

của dung dịch giảm nhanh. Giai đoạn hai (giai đoạn đường hoá) các dextrin phân tử
thấp tiếp tục thuỷ phân tạo ra các tetra, trimaltose không cho màu với iod.
Việc hồ hóa tinh bột bằng α-amylase làm giảm nhanh khả năng bắt màu của
tinh bột với iod và độ nhớt của dịch hồ hóa. Mạch amylose sẽ bị thủy phân thành các
phân tử nhỏ chủ yếu là maltose và maltotriose; còn amylopectin khi bị thủy phân ngoài
hai phân tử trên còn xuất hiện dextrin và 5-10% glucose.
α-amylase bị kìm hãm bởi kim loại nặng (Cu2+, Ag+, Hg2+,…) và không bị ảnh
hưởng bởi Li+, Na+… Điều kiện hoạt động của amylase từ các nguồn khác nhau
thường không giống nhau. [3, 7].
Trên thị trường α-amylase có chế phẩm thương mại phổ biến là Termamyl
120L của hãng Novozymes.
 Glucoamylase
Nguồn thu nhận: Enzyme này có chứa nhiều trong một số nấm mốc như
Aspergillus usami, Asp. niger, Asp. awamori, Rhizopus delamar và một số nấm men
Endomycosis…. [3].
Tính chất: Enzyme này còn có tên thương mại được sử dụng là saczyme, thuộc
nhóm exo-α-1,4 D glucan glucohydrodase. Saczyme không chỉ có khả năng phân cắt
nối α-1,4 mà còn có khả năng phân cắt mối nối α-1,6 glucoside. Theo lý thuyết,
enzyme này có khả năng thủy phân tinh bột thành 100% glucose. Sản phẩm cuối của
saczyme là glucose, maltose, và một lượng nhỏ dextrin. Khả năng thủy phân mạnh mẽ
các liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glycoside đã đưa enzyme này lên vị trí hàng đầu khi thủy
phân tinh bột [3].
Bảng 2.3: Mối liên quan giữa pHopvà Top của AMG thu nhận từ Rhizopus delemar [22]
Nhiệt độ (oC)


pH

55-60

4,7-5,0

40

4,5

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

14


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Bảng 2.4: Mối liên quan giữa pHopvới thời gian tác dụng của AMG thu nhận từ
Endomycopsis [22]
Thời gian tác dụng

pH

< 30 phút

5,4-6,6

> 30 phút


4,7-5,6

Bảng 2.5: Một số tính chất khác nhau của AMG thu nhận từ các VSV khác nhau [22]
STT

1

2

3

pH

Nhiệt độ (oC)

pH hoạt động: 3,0-6,0

To op : 55-60oC

pH op: 4,5-5,0

To bất hoạt: 90oC

pH hoạt động: 2,0-7,0

To op : 55-65oC

pH op: 3,0-5,0

To bất hoạt: 85oC


pH hoạt động: 3,0-6,0

To op :55-60oC

pH op: 3,0-5,5

To bất hoạt: 70-80oC

Nguồn enzyme

Aspergillus niger

Aspergillus awamori

Rhizopus niveus

2.2.4. Yêu cầu kỹ thuật về rượu
Yêu cầu về nguyên liệu: nước dùng để sản xuất rượu phải theo quy định số
1329/2002 của bộ y tế về tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống.
Các yêu cầu khác: (cảm quan, chỉ tiêu hóa học, giới hạn hàm lượng kim loại
nặng với rượu trắng) được quy định trong các bảng 2.5, bảng 2.6, bảng 2.7.

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

15


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp


Bảng 2.6: Yêu cầu cảm quan của rượu trắng[13]
STT

Tên chỉ tiêu

Yêu cầu

1

Màu sắc

Không màu hoặc trắng trong

2

Mùi

3

Vị

Không có vị lạ, êm dịu

4

Trạng thái

Trong, không vẩn đục, không có cặn

Mùi đặc trưng của nguyên liệu lên men

Không có mùi lạ

Bảng 2.7: Các chỉ tiêu hóa học của rượu trắng [13]
STT

1

2

3

4

Tên chỉ tiêu

Yên cầu

Hàm lượng ethanol ở 20oC tính theo %

Theo tiêu chuẩn đã được

(v/v)

công bố của nhà sản xuất.

Hàm lượng aldehyde, tính bằng mg
aldehyde acetic trong 1l rượu 100o
Hàm lượng este tính bằng mg este
etylacetat trong 1lit rượu 100o
Hàm lượng etanol 100o tính bằng % (v/v)

Hàm lượng rượu bậc cao tính theo tỷ lệ hỗn

5

hợp isopentanol và isobutanol, hỗn hợp 3:1,
tính bằng mg trong 1 L rượu 1000

6

Hàm lượng fufurol (mg/l)

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

≤ 50

≤ 200
≤ 0,1
Theo tiêu chuẩn đã được
công bố của nhà sản xuất.
Không lớn hơn vết

16


Nghiên cứu sản xuất thử rượu bắp

Bảng 2.8: Giới hạn tối đa hàm lượng kim loại nặng [13]
STT

Tên chỉ tiêu


Giới hạn tối đa (mg/l)

1

Asen (As)

0,2

2

Chì (Pb)

0,5

3

Thủy ngân (Hg)

0,05

5

Đồng (Cu)

5,0

4

Cadimi (Cd)


1,0

6

Kẽm ( Zn)

2,0

Yêu cầu bao gói: rượu trắng phải được đựng trong chai kín, chuyên dùng cho
thực phẩm và không ảnh hường đến chất lượng của rượu.
Yêu cầu ghi nhãn: theo “quy chế ghi nhãn hàng hóa lưu trong nước và hàng hóa
xuất khẩn, nhập khẩu” ban hành kèm theo quy định số 178/199/QĐ – TTg
Yêu cầu bảo quản: các thùng để rượu trắng phải để nơi khô ráo, bảo đảm vệ sinh
và tránh ánh sáng trực tiếp.
Yêu cầu vận chuyển: phương tiện vận chuyển rượu trắng phải khô, sạch, không
có mùi lạ và không ảnh hưởng đến chất lượng rượu [13].
2.2.

Tổng quan về enzyme sử dụng trong đề tài

2.2.1. Termamyl 120L (α- amylase) [17, 22]
Là chế phẩm enzyme dạng nước có chứa alpha amylase (endo amylase), chịu
được nhiệt độ cao và được sản xuất bởi chủng men Bacillus licheniformis. Một đơn vị
kilo Novo amylase là lượng enzyme cần thiết để thuỷ phân 5,26 g tinh bột trong một
giờ theo các điều kiện chất nền là tinh bột hoà tan, hàm lượng Canxi 0,0043 M trong
thời gian 7’- 20’ ở 37oC tại pH 5,6. Termamyl được ứng dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp như tinh bột, cồn, bia, đường, dệt. Termamyl được sử dụng để thuỷ phân
tinh bột thành dextrin, cầu nối 1,4-α glucoside của phân tử tinh bột được thuỷ giải một


GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

17