Công nghệ sinh học thực phẩm (ths phạm hồng hiếu trang) chương 3 5

Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP
3.5. Các quá trình lên men yếm khí và ứng dụng
3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu
3.5.2. Lên men từ nấm men – Công nghệ sản xuất bia
3.5.3. Sản xuất rượu vang trái cây
3.5.4. Lên men lactic và ứng dụng
3.5.5. Lên men butyric
3.5.6. Lên men pectin


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Lên men etylic:
▫ Lên men etylic là quá trình đường được biến đổi thành
rượu etylic và CO2, đồng thời làm sản sinh ra một số năng
lượng xác định dưới tác dụng của hệ thống enzyme của
một số vi sinh vật
▫ Tác nhân chính của quá trình lên men etylic là các loại
nấm men, đặc biệt là Saccharomyces cerevisiae


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Cơ chế của quá trình lên men:
▫ Phương trình tổng quát của quá trình lên men etylic
có thể viết là: C6H12O6→2C2H5OH + 2CO2+ 113,4kJ.
▫ Theo M.Larpent–Gourgaud và cộng sự (1992) thì tỉ lệ
các sản phẩm về lí thuyết là: etanol 48,4%; CO2
46,6%; glyxero l3,2%; axit xuccinic 0,6%; sinh khối tế
bào1,2% so với glucozơ được sử dụng

3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Cơ chế của quá trình lên men:


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Cơ chế của quá trình lên men:
Tùy điều kiện môi trường:
▫ Môi trường hơi axit (pH= 4-5):
 Quá trình lên men trải qua theo 2 thời kì:
o Thời kì cảm ứng:
▫ CH3CHO tạo ra từ axit piruvic còn ít, chưa đủ lượng để nhận hết H2
đã tạo thành trong giai đoạn đường phân. Do vậy 1 phần H2 được
chuyển cho andehit gricric tạo thành glycerin.
▫ Như vậy trong giai đoạn đầu môi trường có glycerin, andehit axetic
(CH3CHO) và CO2

o Thời kì tĩnh:
▫ Được đánh dấu bằng lượng CH3CHO đủ để thực hiện phản ứng nhận
hết H2. Phản ứng tạo glycerin bị đình chỉ và sản phẩm chủ yếu trong
giai đoạn này là etylic.

▫ Sự lên men etylic trong môi trường kiềm:


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Cơ chế của quá trình lên men:

▫ Sự lên men etylic trong môi trường kiềm:
 Nếu ta kiềm hóa môi trường bằng CaCO3, K… thì sự lên
men etylic trong nấm men sẽ hình thành chủ yếu là
glycerin, axit axetic cùng với rượu etylic:
2C6H12O6 +H2OC2H5OH 2C3H8O3+CH3COOH+2CO2
 Nếu ta kiềm hóa môi trường hóa bằng NaHSO3 thì sự lên
men etylic sẽ cho sản phẩm là glycerin vì NaHSO3 phản
ứng với axetandehit (CH3CHO) tạo thành 1 hợp chất khó
tan. Sản phẩm lên men chỉ là glixerin, CO2 và
axetalsunphonat natri
NaHSO3+ CH3CHO  CH3CHCH3OSO2Na


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Hiệu ứng Pasteur : là sự ức chế quá trình lên men rượu
khi có mặt của oxy.
▫ Kị khí; đường có thể lên men; pH giữ ở 4,5–5,5; nhiệt độ
ở khoảng 25–300C; số lượng nấm men giống là 0,26%
trọnglượng cơ chất
▫ Khi pH trở nên kiềm (khoảng 7,5–8) thì nấm men sẽ tạo
thành glyxerin là sản phẩm chủ yếu
▫ Hiệu suất năng lượng khi nấm men etylic sống trong điều
kiện hiếu khí: Glucozơ →6CO2+ 6H2O + 36(38)ATP.
▫ Còn trong điều kiện kị khí: Glucozơ →2C2H5OH +
2CO2+ 2ATP


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Nguyên liệu
▫ Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: gạo, ngô, khoai, sắn, lúa
mì, đại mạch…
▫ Nguyên liệu chứa đường: rỉ đường, nước mía, trái cây
chín…
▫ Nguyên liệu chứa nhiều cellulose: rơm rạ, gỗ vụn, mùn
cưa…
Nhưng trên thực tế chỉ có 2 nhóm nguyên liệu đầu được
sử dụng trong sản xuất, nhóm thứ ba do hiệu quả kinh tế
kém nên không được sử dụng. Ở nước ta, gạo là cây lương
thực chính, vì vậy không chủ trương dùng gạo để nấu
rượu mà khuyến khích dùng ngô, sắn, khoai… thay thế


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Hệ vi sinh vật tham gia
▫ Nấm mốc: thủy phân tinh bột thành đường
▫ Nấm men: lên men dịch đường thành rượu
▫ Vi khuẩn lactic: acid hóa dịch đường trước khi lên men


3.5.1. Lên men etylic và quá trình SX rượu
• Hệ vi sinh vật tham gia
▫ Nấm mốc
 Aspergillus oryzae, Asp.niger, Asp. usami, Asp. awamori, Asp.
baatatae…
 Tiết hệ enzyme amylase đường hóa các nguồn nguyên liệu tinh
bột
 Aspergillus oryzae: amylase, invertase, maltase, protease và

catalase
 Aspergillus niger : amylase, invectase, protease, maltase,
pectinase, glucooxydase
 Aspergillus awamori và Asp. usami : dextrinase và glucoamylase


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Hệ vi sinh vật tham gia
▫ Nấm men
 Chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae
 Tính chất:







Phát triển mạnh trong dịch đường lên men
Tiết ra hệ enzyme nhiều lên men nhanh chóng và hoàn toàn
Lên men được ở nhiệt độ tương đối cao
Chịu được nồng độ cồn cao
Chịu được môi trường có độ acid cao
Nhiệt độ tối ưu: 25-300C


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Hệ vi sinh vật tham gia

▫ Vi khuẩn lactic
 Bổ sung vào trước quá trình lên men
 Tạo pH thích hợp lên men rượu
 Tạo hương cho rượu


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Sơ đồ công nghệ sản xuất rượu:


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Đường hóa:


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Sơ đồ công nghệ sản xuất rượu:


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản
xuất rượu
• Nghiền nguyên liệu:
▫ Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu
trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải
phóng các hạt tinh bột khỏi các mô
▫ Hiện nay nguyên liệu được nghiền trên nhiều
kiểu máy khác nhau. Ở nước ta, tại các nhà máy
rượu thường dùng máy nghiền búa

3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Nấu nguyên liệu:
▫ Nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến
chúng thành trạng thái hoà tan trong dung dịch
▫ Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo một trong ba phương
pháp: gián đoạn, bán liên tục và liên tục. Tuỳ theo điều kiện
trang bị mỗi nước, mỗi cơ sở sản xuất có thể chọn cho mình
phương pháp phù hợp, nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong hoàn
cảnh cho phép


3.5.1. Lên men etylic và quá trình
sản xuất rượu

• Đường hoá dịch cháo:
▫ Là quá trình thuỷ phân do xúc tác của
amylaza để biến thành đường
▫ Quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi
rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường
và tinh bột sót sau khi lên men


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu
• Lên men dịch đường:
▫ Đường hoá xong, dịch đường được làm lạnh về 28 -32°C và bơm
vào thùng lên men (còn gọi là thùng ủ
▫ Dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ biến thành rượu và khí

cacbonic cùng với nhiều sản phẩm trung gian khác. Lên men xong
ta thu được hỗn hợp gồm rượu – nước –bã gọi là giấm chối hay
cơm hèm.
▫ Lên men được tiến hành ở 28 -32° Cvà pH = 4,5 -5,2


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Chưng cất và tinh chế cồn:
▫ Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay
hơikhỏi giấm chín
▫ Kết quả ta nhận được rượu thô hoặc cồn thô
▫ Tinh chế hay tinh luyện là quá trình tách các tạp chất khỏi
cồn thô và nâng cao nồng độ cồn
▫ Sản phẩm thu được gọi là cồn tinh chế hay cồn thực phẩm có
nồng độ trong khoảng 95,5-96,5%


3.5.1. Lên men etylic và quá trình
sản xuất rượu
• Chưng cất và tinh chế cồn:


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu

• Sản phẩm:
▫
▫
▫
▫

▫

Rượu gạo
Rượu nếp than
Rượu Cần
Rượu Sake
Rượu whisky


3.5.1. Lên men etylic và quá trình SX rượu

• Sản phẩm:
▫ Rượu gạo
 Nguyên liệu để nấu rượu thường là gạo, nếp, sắn
(khoai mì)
 Mỗi loại nguyên liệu tạo thành một hương vị
đặc trưng của rượu
 Rượu gạo là loại rượu phổ biến nhất ở Việt
Nam: Đồng bằng Sông Cửu Long là một trong
những vùng có nghề sản xuất rượu lâu đời và
gắn liền với từng địa danh như rượu Phú Lễ
(Bến Tre), rượu đế Gò Đen (Long An), Nhị Quý
(Tiền Giang)


3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản
xuất rượu

• Sản phẩm:
▫ Rượu nếp than

 Sản phẩm rượu của Việt Nam được sản xuất bằng
phương pháp thủ công từ nguyên liệu là nếp than
 Rượu nếp than không qua chưng cất, điểm đặc biệt là
sản phẩm cuối gồm dịch lên men lẫn bã lên men
được làm nhuyễn
 Thành phần của rượu ngoài một lượng đường và
rượu nhất định còn có một số chất không có ở rượu
chưng cất như vitamin (vitamin B1, B2, B12), amino
acid (asparagine, lysine, acid glutamic)
 Có giá trị dinh dưỡng, giúp tiêu hóa tốt


3.5.1. Lên men etylic và quá trình
sản xuất rượu

• Sản phẩm:
▫ Rượu Cần
 Rượu cần là thức uống độc đáo mang đậm bản sắc của
người dân tộc miền núi
 Lên men theo phương pháp cổ truyền không qua chưng
cất, không qua hãm cồn và không sử dụng bã rượu, chỉ sử
dụng dịch lên men
 Rượu có mùi thơm dịu đặc trưng, vị ngọt, không cay,
không đắng
 Trong sản xuất rượu cần, người ta dùng vi sinh tự nhiên từ
bánh men lá