Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất rượu lên men từ khoai lang tím

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM



BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT RƢỢU LÊN MEN
TỪ KHOAI LANG TÍM”

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
CHUYÊN NGÀNH: THỰC PHẨM

GVHD:

Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

SVTH:

Phạm Thị Nguyệt

MSSV:

1153010554

Niên khóa:

2011-2015

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2015

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất
rượu lên men từ khoai lang tím” bên cạnh sự cố gắng của bản thân, em còn
nhận đƣợc nhiều sự động viên, giúp đỡ từ phía gia đình, thầy cô và bạn bè.
Trƣớc hết, em xin dành lời tri ân sâu sắc của mình tới thầy Nhƣ Xuân
Thiện Chân - giáo viên hƣớng dẫn, thầy đã luôn đồng hành, giúp đỡ và
hƣớng dẫn tận tình để em hoàn thành tốt đƣợc đề tài của mình. Thầy không
chỉ dạy em kiến thức mà còn dạy em cách làm việc, cho em thêm hiểu biết
và nhiều kinh nghiệm quý báu. Một lần nữa em xin cảm ơn thầy, xin chúc
thầy luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và nhiều thành công trong cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ chuyên ngành cùng
các thầy cô trong khoa Công nghệ sinh học, trƣờng Đại học Mở thành phố
Hồ Chí Minh đã truyền đạt nhiều kiến thức về Công nghệ sinh học và
chuyên ngành Thực phẩm.
Tôi xin cảm ơn các bạn, đặc biệt là các bạn làm việc trong phòng thí
nghiệm Công nghệ thực phẩm và phòng thí nghiệm Hóa sinh đã giúp đỡ tôi
rất nhiều trong lúc thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Cuối cùng, con xin cảm ơn ba mẹ đã sinh thành, nuôi đƣỡng, dạy dỗ
con khôn lớn đến ngày hôm nay.

CHÂN THÀNH CẢM ƠN!
SVTH

Phạm Thị Nguyệt


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
……………………………………………………

…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
…………………………………………………………
……………………………………
TP. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 05 năm 2015

Nhƣ Xuân Thiện Chân


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ. ....................................................................................................... 1
PHẦN I. TỔNG QUAN.......................................................................................... 3
1.1 Tổng quan về rƣợu lên men. ............................................................................. 4
1.1.1 Giới thiệu về rƣợu lên men. .................................................................. 4
1.1.2 Phân loại rƣợu lên men. ........................................................................ 5
1.1.3 Cơ chế của quá trình lên men rƣợu. ...................................................... 6
1.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình lên men. ....................................... 8
1.2 Tổng quan khoai lang tím. ................................................................................ 9

1.2.1 Giới thiệu chung .................................................................................... 9
1.2.2 Tổng quan về anthocyanin. ................................................................. 11
1.2.3 Một số nghiên cứu về khoai lang tím. ................................................ 13
1.3 Tổng quan về hệ enzyme amylase. ................................................................. 13
1.3.1 Giới thiệu về hệ enzyme amylase. ...................................................... 14
1.3.2 Đặc tính và cơ chế tác dụng của một số enzyme hệ amylase. ............ 15
1.3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính enzyme . .................................... 18
1.4 Tổng quan về nấm men. .................................................................................. 20
1.4.1 Giới thiệu chung về nấm men Saccharomyces. .................................. 20
1.4.2 Yêu cầu đối với nấm men Saccharomyces trong sản xuất rƣợu. ........ 21
1.4.3 Nấm men Saccharmoyces cerevisae. .................................................. 22
1.4.4 Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất rƣợu lên men. .................. 26
PHẦN II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ............................ 32
2.1 Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................ 33
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu. .............................................................................. 33
2.2.1 Quy trình sản xuất dự kiến. ................................................................. 33
2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu. ............................................................................... 40
2.2.3 Nội dung nghiên cứu. .......................................................................... 41


PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 50
3.1 Giai đoạn 1. Khảo sát nguyên liệu ................................................................. 52
3.1.1 Thí nghiệm 1. Khảo sát nguyên liệu khoai lang tím. .......................... 52
3.1.2 Thí nghiệm 2. Khảo sát chất lƣợng lƣợng nấm men. .......................... 53
3.2 Giai đoạn 2. Thủy phân tinh bột. .................................................................... 54
3.2.1 Thí nghiệm 3 Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ nƣớc phối trộn đến
khả năng thủy phân tinh bột. ........................................................................ 54
3.2.2 Thí nghiệm 4. Khảo sát việc sử dụng enzyme glucoamylase khi
thủy phân tinh bột. ....................................................................................... 57
3.3 Giai đoạn lên men. .......................................................................................... 68

3.3.1. Thí nghiệm 5. Khảo sát ảnh hƣởng của mật độ nấm men
Saccharomyces cerevisiase đến quá trình lên men rƣợu. ............................ 68
3.3.2 Thí nghiệm 6. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất khô hòa
tan tới quá trình lên men. ............................................................................. 80
3.3.3. Thí nghiệm 7. Đánh giá các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm cuối. ........... 91
3.3.4 Thí nghiệm 8. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm cuối. ................. 92
3.3.5 Thí nghiệm 9. Đánh giá chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm cuối. ....................... 92
3.3.6. Thí nghiệm 10. Đánh giá độ bền màu của sản phẩm. ................................. 93
PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 95
4.1 Kết luận. .......................................................................................................... 96
4.2 Kiến nghị......................................................................................................... 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 100
PHỤ LỤC ................................................................................................................ I


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Một số loại rƣợu...................................................................................... 5
Hình 1.2 Khoai lang tím ......................................................................................... 9
Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin ..................................... 11
Hình 1.4 Nấm men Saccharomyces

ceravisiase ......................................... 22

Hình 1.5: (a) Hình dạng tế bào nảy chồi. (b) Tiến trình sinh sản bằng nảy
chồi ở nấm men , (c) vết sẹo sau khi nảy chồi. ..................................................... 25
Hình 1.6: Tiến trình hình thành bào tử túi. ........................................................... 26
Hình 3.1: Biểu đồ hàm lƣợng đƣờng khử nghiệm thức khảo sát ảnh hƣởng
của tỉ lệ nƣớc phối trộn đến khả năng thủy phân tinh bột. ................................... 55
Hình 3.2: Biểu đồ hàm lƣợng đƣờng khử nghiệm thức sử dụng enzyme
glucoamylase thủy phân tinh bột. ......................................................................... 60

Hình 3.3: Biểu đồ hiệu suất thu hồi chất khô tổng số nghiệm thức sử dụng
enzyme glucoamylase thủy phân tinh bột bởi enzyme glucoamylase. ................. 63
Hình 3.4: Biểu đồ hàm lƣợng chất khô hòa tan nghiệm thức sử dụng
enzyme glucoamylase thủy phân tinh bột. ............................................................ 65
Hình 3.5 . Biểu đồ theo dõi hàm lƣợng cồn qua các ngày của các nghiệm
thức khảo sát mật độ nấm men. ............................................................................ 69
Hình 3.6. Biểu đồ điểm cảm quan các nghiệm thức khảo sát mật độ nấm
men........................................................................................................................ 78
Hình 3.7. Biểu đồ theo dõi hàm lƣợng cồn qua các ngày của nghiệm thức
khảo sát hàm lƣợng chất khô hòa tan. .................................................................. 81
Hình 3.8. Biểu đồ điểm cảm quan giữa các nghiệm thức khảo sát hàm lƣợng
chất khô hòa tan. ................................................................................................... 89
Hình 4.2 . Sản phẩm hoàn thiện ............................................................................ 98


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng thành phần hóa học của khoai lang tím ..................................... 10
Bảng 1.2 Khả năng chịu nhiệt của enzyme amylase ............................................ 14
Bảng 2.1: Bảng mã hóa nghiệm thức khảo sát tỉ lệ nƣớc ảnh hƣờng đến khả
năng thủy phân tinh bột. ....................................................................................... 43
Bảng 2.2: Bảng mã hóa nghiệm thức thí nghiệm thủy phân tinh bột bởi
enzyme glucoamylase. .......................................................................................... 45
Bảng 2.3. Bảng mã hóa các nghiệm thức mật độ giống cấy ................................ 47
Bảng 2.4 Bảng mã hóa các nghiệm thức giá trị hàm lƣợng chất khô hòa tan ...... 49
Bảng 3.1: Bảng kết quả các giá trị khảo sát nguyên liệu. ..................................... 52
Bảng 3.2: Bảng xác định hàm lƣợng anthocyanin trong nguyên liệu. ................. 52
Bảng 3.3: Bảng kết quả các giá trị khảo sát nấm men ......................................... 53
Bảng 3.4: Bảng kết quả đƣờng khử thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ
nƣớc phối trộn đến quá trình thủy phân tinh bột. ................................................. 54
Bảng 3.5: Bảng kết quả đánh giá cảm quan thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng

của tỉ lệ nƣớc đến quá trình thủy phân tinh bột. .................................................. 56
Bảng 3.6: Bảng kết quả thủy phân tinh bột kiểm tra bằng thuốc thử Lugol. ........ 57
Bảng 3.7: Bảng giá trị trung bình kết quả so sánh hàm lƣợng đƣờng khử
(mg) các nghiệm thứcsử dụng enzyme glucoamylase khi thủy phân tinh bột...... 59
Bảng 3.8: Bảng giá trị trung bình kết quả so sánh hàm lƣợng chất khô (%)
các nghiệm thức sử dụng enzyme glucoamylase khi thủy phân tinh bột. ............ 61
Bảng 3.9: Bảng giá trị trung bình kết quả so sánh hàm lƣợng chất khô hòa
tan (oBx) các nghiệm thức sử dụng ezyme glucoamylase thủy phân tinh bột
............................................................................................................................... 64
Bảng 3.10: Bảng giá trị trung bình kết quả đánh giá cảm quan các nghiệm
thức enzyme glucoamylasekhi thủy phân tinh bột. ............................................. 66
Bảng 3.11 Bảng theo dõi hàm lƣợng cồn từng ngày của các nghiệm thức
khảo sát mật độ nấm men. .................................................................................... 68


Bảng 3.12 . Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức N4 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 71
Bảng 3.13 . Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức N3 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 72
Bảng 3.14 . Bảng so sánh về mặt cảm quan nghiệm thức N2 giữa các ngày
lên men đã chọn. ................................................................................................... 73
Bảng 3.15 . Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức N1 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 74
Bảng 3.16. Bảng điểm cảm quan về trạng thái và màu sắc của nghiệm thức
khảo sát mật độ nấm men khi kết thúc quá trình lên men. ................................... 75
Bảng 3.17. Bảng điểm cảm quan về mùi của nghiệm thức khảo sát mật độ
nấm men khi kết thúc quá trình lên men............................................................... 76
Bảng 3.18. Bảng điểm cảm quan về vị của nghiệm thức khảo sát mật độ
nấm men khi kết thúc quá trình lên men............................................................... 77
Bảng 3.19. Bảng các giá trị xác định trong ngày kết thúc lên men của

nghiệm thức khảo sát mật độ nấm men. ............................................................... 79
Bảng 3.20. Bảng theo dõi hàm lƣợng cồn qua các nghiệm thức khảo sát ảnh
hƣởng của hàm lƣợng chất khô hòa tan. ............................................................... 80
Bảng 3.21 Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức K1 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 83
Bảng 3.22 Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức K2 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 84
Bảng 3.23 Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức K3 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 85
Bảng 3.24 Bảng so sánh về mặt cảm quan của nghiệm thức K4 giữa các
ngày lên men đã chọn. .......................................................................................... 86
Bảng 3.25. Bảng điểm cảm quan về trạng thái và màu sắc của các nghiệm
thức hàm lƣợng chất khô hòa tan .......................................................................... 87


Bảng 3.26. Bảng điểm cảm quan về mùi của các nghiệm thức hàm lƣợng
chất khô hòa tan .................................................................................................... 88
Bảng 3.27. Bảng điểm cảm quan về vị của các nghiệm thức hàm lƣợng chất
khô hòa tan ............................................................................................................ 88
Bảng 3.28. Bảng các giá trị khác đƣợc xác định trong ngày kết thúc lên men
của các nghiệm thức khảo sát chất khô hòa tan. ................................................... 90
Bảng 3.29. Bảng đánh giá cảm quan có trọng lƣợng của sản phẩm rƣợu lên
men khoai lang tím. .............................................................................................. 91
Bảng 3.30. Bảng đánh giá chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm rƣợu lên men cuối. ....... 92
Bảng 3.31. Bảng kết quả đánh giá các chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm cuối. ......... 92
Bảng 3.32. Bảng kết quả đánh giá độ bền màu của sản phẩm cuối. ..................... 93


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

ĐẶT VẤN ĐỀ
Chẳng biết tự bao giờ rƣợu đã trở thành một phần không thể thiếu
trong đời sống văn hóa của ngƣời Việt Nam. Ông bà ta có câu “ Khách đến
nhà không trà thì rƣợu”, rƣợu đƣợc xem là một phần tất yếu để tiếp đãi bạn
bè của đấng mày râu, là món quà tao nhã tặng ngƣời thân, bạn bè.
Hiện nay thị trƣờng rƣợu rất đa dạng, phong phú nhằm đáp ứng nhu
cầu thị hiếu của ngƣời tiêu dùng các sản phẩm rƣợu lên men không qua
chƣng cất có một chỗ đứng riêng vì chúng không quá kén chọn khách hàng.
Để sản xuất rƣợu lên men, ngƣời ta có thể đi từ những nguyên liệu truyền
thống nhƣ trái cây, ngũ cốc, rỉ đƣờng,.. đến những nguyên liệu mang tính
đột phá nhƣ trà xanh, cà phê,…Trên thế giới, ngƣời ta cũng sử dụng khoai
củ để sản xuất rƣợu nhƣ vodka từ khoai tây, shochu từ khoai lang,…Tuy
nhiên, ở nƣớc ta, việc sử dụng khoai lang nói chung và khoai lang tím nói
riêng để sản xuất rƣợu vẫn còn khá mới.
Khoai lang tím có thành phần chủ yếu là tinh bột chiếm tới 28,5%
(Bùi Ái, 2005), ngoài ra còn có các thành phần khác nhƣ protein, các
vitamin nhƣ vitamin C, B1, B2,…, các chất khoáng nhƣ P, Mg,.. góp phần
đặc biệt quan trọng trong dinh dƣỡng ngƣời. Đặc biệt, khoai lang tím có
chứa anthocyanin hàm lƣợng cao, là hoạt chất chống oxy hóa giúp ngăn
ngừa một số bệnh tật nhƣ tim mạch, ung thƣ,…Các chất chống oxy hóa này
là những hợp chất tăng cƣờng miễn dịch và kháng viêm có lợi cho cơ thể.
Vậy nên, khoai lang tím là nguồn nguyên liệu lý tƣởng trong quá trình sản
xuất rƣợu do chứa hàm lƣợng tinh bột cao và sự có mặt của sắc tố
anthocyanin giúp tạo nên màu đỏ tự nhiên cho sản phẩm.
Xuất phát từ thực tế đó, nhóm chúng tôi quyết định thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất rượu lên men từ khoai lang
tím” nhằm xây dựng nên một quy trình sản xuất rƣợu lên men từ khoai lang
SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 1


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

tím phù hợp, từ đó cho ra đời một sản phẩm hoàn thiện, có chất lƣợng tốt,
đáp ứng nhu cầu của ngƣời tiêu dùng và đa dạng hóa thị trƣờng rƣợu lên
men hiện nay.
Trong đề tài này, với nguồn nguyên liệu khoai lang tím, chúng tôi
tiến hành khảo sát đặc tính của nguyên liệu để xác định những thành phần
có trong nguyên liệu. Sau khi hấp, chúng tôi tiến hành thủy phân tinh bột,
khảo sát tỉ lệ nƣớc phối trộn và việc sử dụng ezyme glucoamylase tới quá
trình thủy phân tinh bột để thu đƣợc hàm lƣợng đƣờng cao nhất. Sau đó,
chúng tôi tiến hành lên men rƣợu và sẽ khảo sát những yếu tố ảnh hƣởng tới
quá trình lên men nhƣ: Khảo sát ảnh hƣởng của mật độ nấm men và hàm
lƣợng chất khô hòa tan. Cuối cùng chúng tôi tiến hành đánh giá chất lƣợng
sản phẩm theo các tiêu chí hóa lý, vi sinh,.., độ bền màu của anthocyanin và
đề ra quy trình sản xuất hoàn thiện.
Thông qua đề tài này chúng tôi hi vọng sẽ tạo ra đƣợc một sản phẩm
rƣợu lên men từ khoai lang tím đạt chất lƣợng cao, giúp đa dạng hóa dòng
sản phẩm rƣợu trên thị trƣờng.

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 2

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

PHẦN I.
TỔNG QUAN

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 3


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

1.1 Tổng quan về rƣợu lên men.
1.1.1 Giới thiệu về rƣợu lên men.

[7]

Chẳng biết tự bao giờ rƣợu đã trở thành một phần không thể thiếu
trong đời sống văn hóa của ngƣời Việt Nam. Ông bà ta có câu “ Khách đến
nhà không trà thì rƣợu”, rƣợu đƣợc xem là một phần tất yếu để tiếp đãi bạn
bè của đấng mày râu, là món quà tao nhã tặng ngƣời thân, bạn bè.
Việt Nam là một nƣớc có truyền thống sản xuất rƣợu với nhiều
thƣơng hiệu rƣợu trong nƣớc nổi tiếng nhƣ: rƣợu Bầu Đá (Bình Định), rƣợu
ngô Bắc Hà (Lào Cai), rƣợu đế Nam Bộ, rƣợu cần Tây Nguyên, hay rƣợu
nếp than có cả ở miền Bắc và miền Nam. Rƣợu sau khi đƣợc lên men có thể
sử dụng ngay với độ cồn thấp nhƣ rƣợu nếp than, rƣợu gạo, rƣợu cần hoặc

chƣng cất cho độ cồn cao hơn nhƣ rƣợu bầu đá, rƣợu hồng đào,…Các loại
rƣợu ngon sau đó lại làm chất nền để ngâm các vị thuốc, tạo nên các loại
rƣợu mùi (rƣợu liquer) nổi tiếng nhƣ Ngọc Dƣơng, Minh Mạng. Nếu rƣợu
truyền thống của Việt Nam đƣợc đầu tƣ và nghiên cứu nghiêm túc sẽ trở
thành sản phẩm đặc thù của Việt Nam và thừa khả năng xếp ngang hàng với
các loại rƣợu cao độ của thế giới nhƣ Martin, Whisky, Brandy, Sake,
Vodka,…
Rƣợu đƣợc sản xuất theo phƣơng pháp lên men gồm ba giai đoạn
chính:
- Chế biến các nguyên liệu thành dịch đƣờng có thể lên men đƣợc
bằng nấm men: Lên men rƣợu từ các nguồn nguyên liệu chứa tinh bột về
nguyên lý không khác với các nguồn nguyên liệu khác, nguyên liệu cần
phải qua quá trình đƣờng hóa để biến tinh bột thành đƣờng, lúc này màng
tinh bột bị phá vỡ, tinh bột chuyển thành dạng dễ tan, nhƣ vậy hệ enzyme
amylase mới phân giải đƣợc tinh bột dễ dàng.
- Lên men đƣờng thành rƣợu: Sau khi chuẩn bị xong dịch lên men có
hàm lƣợng chất khô hòa tan 16-18 % chất khô hòa tan, bổ sung các nguồn
SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 4


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

N, P,… và bổ sung nấm men với tỷ lệ thích hợp tiến hành lên men. Trong
quá trình lên men thƣờng dùng các nòi nấm men thuộc giống
Saccharomyces cerevisiase.
- Chƣng cất và tinh chế: Dịch lên men rƣợu từ tinh bột có nồng độ

rƣợu etylic vào khoảng 8-10 %, ngoài ra còn có các chất dễ bay hơi khác
nhƣ ester, aldehyde, các loại rƣợu khác,…

1.1.2 Phân loại rƣợu lên men.

[1]

Đến nay, vẫn có nhiều khóa phân loại về rƣợu lên men nhƣng dƣới
góc độ nghiên cứu của chúng tôi thì chúng tôi chỉ phân loại theo hai khóa
phân loại chính nhƣ sau:
 Phân theo nồng độ ethanol thành ba loại chính:
- Rƣợu uống cao độ (rƣợu mạnh) có nồng độ rƣợu trên 30 %V: rƣợu
Vodka, Whisky.
- Rƣợu thƣờng có nồng độ rƣợu từ 15 – 30 %V: rƣợu vang.
- Rƣợu uống thấp độ (rƣợu nhẹ) có nồng độ dƣới 15 %V: rƣợu lên
men từ trái cây, rƣợu vang.

Hình 1.1 Một số loại rƣợu

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 5


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

 Phân theo nguồn nguyên liệu nhƣ:
- Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: gạo, ngô, đại mạch, hạt mì, cao

lƣơng,…và các loại củ (khoai tây, sắn,…).
- Nguyên liệu chứa đƣờng: rỉ đƣờng, nƣớc mía, trái cây chín.
- Nguyên liệu chứa nhiều xenllulose: rơm, rạ, gỗ, mùn cƣa,…
Ở Châu Âu nguyên liệu chủ yếu để sản xuất rƣợu là lúa mì, đại mạch (rƣợu
Whisky). Đối với nƣớc ta, gạo là cây lƣơng thực chính, vì vậy không chủ
trƣơng dùng gạo để nấu rƣợu mà khuyến khích dùng các loại ngũ cốc khác
nhƣ ngô, khoai, sắn,… [1]
Nhƣ vậy, khoai lang tím là một nguyên liệu giàu tinh bột thích hợp
để sản xuất rƣợu, giá thành rẻ chƣa kể đến thành phần anthocyanin và
không phạm đến chính sách lƣơng thực của nƣớc ta.

1.1.3 Cơ chế của quá trình lên men rƣợu.

[1]

Lý thuyết về lên men rƣợu đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu
từ lâu. Vào thế kỷ 18, Black cho rằng sản phẩm của sự lên men rƣợu chỉ là
C2H5OH và CO2. Năm 1769 Lavoisier phân tích sản phẩm lên men rƣợu
nhận thấy: khi lên men rƣợu không chỉ tạo thành rƣợu mà còn tạo thành
acid acetid nữa. Theo ông, 95,9 % đƣờng sẽ tạo thành 57,7 % rƣợu, 33,3 %
CO2, và 2,5 % acid acetic,…. Năm 1810 Gaylussac nghiên cứu tỉ mỉ hơn,
ông cho rằng 45 đƣờng sẽ cho 23 phần rƣợu và 2 phần CO2. Trên cơ sở đó
ông đƣa ra phƣơng trình tổng quát rƣợu nhƣ sau:
C6H12O5

2C2H5OH + 2CO2 + Q

Năm 1857, Louis Paster tiếp tục nghiên cứu và thấy rằng cứ 100
phần đƣờng saccharose khi lên men tạo thành 51,1 phần C2H5OH, 48,2
phần CO2 và 0,5 phần là glycerin, acid và các sản phẩm khác.

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 6


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

Lên men rƣợu là quá trình sinh học phức tạp có sự tham gia của
Saccharomyces, trải qua hàng loạt phản ứng với sự tham gia của hàng loạt
enzyme xúc tác khác nhau.
Phƣơng trình tổng quát của quá trình lên men rƣợu:
C6H12O5

2C2H5OH + 2CO2 + 27 Kcal

Trong quá trình lên men rƣợu sản phẩm chính là ethanol và khí CO2,
ngoài ra còn có nhiều sản phẩm phụ khác.
Nấm men là tác nhân chính trong quá trình lên men rƣợu với đƣờng
là cơ chất chính. Đầu tiên, đƣờng và các chất dinh dƣỡng của môi trƣờng
lên men đƣợc hấp thụ trên bề mặt tế bào nấm men, sau đó khuếch tán vào
bên trong tế bào nấm men. Ở đây, nhờ hoạt động trao đổi chất của tế bào
nấm men, đƣợc chuyển hóa theo con đƣờng EMP, qua hàng loạt phản ứng
trung gian tạo thành acid pyruvic.
C6H12O6

CH3COCOOH

Glucose

Acid pyruvic

Acid pyruvic dƣới tác dụng của enzyme pyruvatedecarboxylase bị
khử thành andehyde và CO2.
CH3COCOOH

CH3CHO + CO2.

Sau đó, acetaldehyde bị khử thành rƣợu dƣới tác dụng của enzyme
alcoldehydrogenaza của nấm men.
CH3CHO + NADH2

C2H5OH + NAD.

Tùy theo điều kiện lên men: nhiệt độ, pH, môi trƣờng lên men mà
quá trình lên men xảy ra theo chiều hƣớng tạo ra sản phẩm phụ khác nhau.

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 7


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

1.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình lên men. [1], [7]
1.1.4.1 Môi trƣờng lên men

 Nguồn glucid
Glucid là thành phần chính trong môi trƣờng lên men. Glucid không
chỉ cung cấp năng lƣợng mà còn cung cấp vật liệu xây dựng cơ bản để sinh
tổng hợp các chất cần thiết của tế bào. Trong điều kiện thí nghiệm những
hợp chất này đƣợc cho vào dạng thuần khiết, đặc biệt là glucose. Trong
công nghiệp ngƣời ta thƣờng sử dụng những nguyên liệu rẻ tiền trong điều
kiện có thể và tính toán nhƣ thế nào đó để chúng chứa lƣợng glucid tƣơng
ứng đủ cho quá trình lên men.
 Nguồn phosphat vô cơ.
Phosphat có vai trò quan trọng trong chuyển hóa năng lƣợng của hệ
thống sinh học. Phosphat đƣợc đƣa vào môi trƣờng dƣới dạng kali
phosphate hoặc amon phosphat. Nồng độ thƣờng xê dịch từ 0,1->0,5%
 Nitơ
Nitơ là hợp phần đặc biệt của protein, acid nucleic và phần lớn là các
hợp chất phức tạp của chất sống. Nhiều vi sinh vật có thể đồng hóa nitơ
dƣới dạng ion amoni, nitrat,.. còn đa số đòi hỏi nitơ có nguồn gốc sinh học.
 Các yếu tố vi lượng và vitamin.
Các nguyên tố vi lƣợng thƣờng gặp là : Mn, Zn, Ni,…
Trong quá trình lên men biotin có vai trò rất quan trọng. Ngoài ra các
vitamin nhóm B khác cũng có vai trò rất quan trọng nhƣ B1, B2, PP,
B6,…Cần chú ý các vitamin nhóm B và các chất sinh trƣởng khác rất dễ bị
vô hoạt bởi pH và nhiệt độ.
1.1.4.2 Các yếu tố bên ngoài
 Nhiệt độ

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 8

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

Nhiệt độ ảnh hƣởng tới vi sinh vật và sự trao đổi chất của chúng.
Trong lên men nhiệt độ có vai trò điều hòa chất lƣợng các sản phẩm.
 pH
Các vi sinh vật khác nhau có pH tối thích khác nhau. Trong quá trình
lên men pH ban đầu đƣợc bảo toàn một cách tự động do hình thành CO2 và
acid hữu cơ.
 Nấm men
Vi sinh vật là chất chủ yếu gây nên sự lên men. Trong tế bào vi sinh
vật có một hệ enzyme rất phức tạp. Tuy nhiên không phải vi sinh vật nào
cũng tạo ra một hệ phức enzyme nhƣ nhau. Do vậy, phải nghiên cứu, tuyển
chọn loại vi sinh vật sinh ra những enzyme đặc chủng phục vụ cho sản xuất
là một vấn đề rất khó khăn.

1.2 Tổng quan khoai lang tím.
Khi tìm kiếm nguyên liệu tinh bột thay thế gạo truyền thống thì khoai
lang tím là nguyên liệu hợp lý vì chứa hàm lƣợng tinh bột cao, giá rẻ, nguồn
cung cấp khá phổ biến, dồi dào và bên cạnh đó chứa hàm lƣợng
anthocyanin rất tốt cho sức khỏe.

1.2.1 Giới thiệu chung [2]
Khoai lang tím có tên khoa học
là Ipomoea batatas, thuộc họ
Convolvulaceae đƣợc nghiên cứu và
sản xuất bởi Viện nghiên cứu nông
nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là
Okinawan.

Hình 1.2 Khoai lang tím

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 9


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

Bảng 1.1. Bảng thành phần hóa học của khoai lang tím (tính cho 100g
sản phẩm).
Sản phẩm
Củ tƣơi

Thành phần

Rau khoai

lang khô

lang
91,90

Nƣớc (g)

68,00

11,00

Lipit (g)

0,20

0,50

Đạm (g)

0,80

2,20

28,50

80,00

2,80

3,60

1,40

Tổng
Gluxit (g)

Đƣờng
Tinh bột
Xơ (g)

(mg)

P

24,50

34,00

48,00

49,40

54,00

Fe

1,00

Caroten

0,30

B1

0,05

(mg)

2,60

4,00

1,30
Ca

Khoáng

Vitamin

Khoai

B2

0,05

PP

0,60

C

23,00

11,00

(Http://www.quangngai.gov.vn/quangngai/tiengviet/soyte/133481_94
6/#top#t)
Ở nƣớc ta, các tỉnh An Giang, Vĩnh Long, Kiên Giang cho sản lƣợng
khá lớn đem lại thu nhập ổn định cho nông dân ở các tỉnh này. Tuy nhiên đa

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 10


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

số ngƣời tiêu dùng hiện nay vẫn chƣa có thói quen sử dụng khoai lang tím
trong khẩu phần ăn hằng ngày một mặt vì nó chƣa phổ biến trên thị trƣờng
và ngƣời tiêu dùng chƣa biết đƣợc giá trị dinh dƣỡng của khoai lang tím.
Ngoài các thành phần hóa học trên trong khoai lang tím còn có chứa
một thành phần quan trọng là anthocyanin tạo nên giá trị về dinh dƣỡng cho
củ khoai lang tím. Chất màu này gồm các dạng mono hoặc di-acylated của
cyanidin (YGM-1a, -1b, -2 and -3) và peonidin (YGM-4b, -5a, - 5b and 6)[14]

1.2.2 Tổng quan về anthocyanin.[2],[3]
Anthocyanin là những glucozit do gốc đƣờng glucose, glactose... kết
hợp với gốc aglucon có màu (anthocyanidin). Aglucon của chúng có cấu
trúc cơ bản đƣợc mô tả trong hình 1.4. Các gốc đƣờng có thể đƣợc gắn vào
vị trí 3, 5, 7; thƣờng đƣợc gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít. Phân tử
anthocyanin gắn đƣờng vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi
là diglycozit.

R1
OH
B

+

OH

O

3

7

A
5

3

R2

OH
OH

Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 11


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn
vào vị trí R1 và R2, thƣờng là H, OH hoặc OCH3, R3 là glucozit hoặc H, R4
là OH hoặc glucozit14].
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 trƣờng. Thông thƣờng khi pH < 7 các anthocyanin có
màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh. Ở pH = 1 các anthocyanin thƣờng ở
dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4  5 chúng có thể chuyển về
dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7  8 lại về dạng
bazơ quinoidal anhydro màu xanh.

[3], [10]

Anthocyanin có bƣớc sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng
hấp thụ cực đại tại bƣớc sóng 510540 nm. Độ hấp thụ là yếu tố liên quan
mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của
dung dịch, nồng độ anthocyanin: thƣờng pH thuộc vùng acid mạnh có độ
hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh.
Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên đƣợc sử dụng khá an toàn
trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm,
anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học qúy nhƣ: khả năng
chống oxy hóa cao nên đƣợc sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa
các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, chống viêm,
hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thƣ. Chính vì vậy việc quan tâm
đến thực phẩm giàu anthocyanin ngày càng đƣợc tăng cƣờng vì nó có lợi
cho sức khỏe con ngƣời.

[3]

Do vậy việc chọn khoai lang tím làm nguyên liệu trong đề tài nghiên
cứu này sẽ góp phần làm tăng giá trị sử dụng của khoai lang tím đồng thời

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 12


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

tạo ra một sản phẩm thực phẩm mới đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của ngƣời
tiêu dùng.

1.2.3 Một số nghiên cứu về khoai lang tím.
Trong tình hình phát triển về khoa học công nghệ nhƣ hiện nay, có
nhiều nghiên cứu về khoai lang tím đã thực hiện thành công nhằm nâng cao
chất lƣợng và đa dạng hóa sản phẩm về khoai lang tím nhƣ:
+ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến sự thay đổi hàm lƣợng
anthocyanin của củ khoai lang tím trong quá trình sản xuất bằng phƣơng
pháp sấy thăng hoa do Trƣơng Thị Minh Hạnh, Đại học Đà Nẵng thực hiện,
đăng trong tạp chí Khoa Học và Công Nghệ các trƣờng Đại học Kĩ Thuật,
số 71 năm 2009.
+ Nghiên cứu thành phần chất màu anthocyanin chiết từ khoai lang
tím do Thái Thị Ánh Ngọc thực hiện trong Luận văn Thạc sĩ khoa học.
+ Tạp chí sinh học, 2011 với đề tài Tách chiết và phân tích hàm
lƣợng anthocyanin từ các mẫu thực vật khác nhau của Phạm Thị Thanh
Nhàn Trƣờng Đại học Sƣ phạm, Đại học Thái Nguyên thực hiện.

Và một số nghiên cứu ngoài nƣớc khác.

1.3 Tổng quan về hệ enzyme amylase.

[7], [9]

Trong quá trình sản xuất rƣợu truyền thống các nguyên liệu chứa tinh
bột và xenllulose đều phải trãi qua quá trình đƣờng hóa. Những chất chứa
xenllulose nhƣ gỗ, rơm, rạ,… thƣờng dùng acid sunfuric hoặc clohydric để
đƣờng hóa. Các chất chứa tinh bột thƣờng đƣờng hóa bằng hệ enzyme
amylase của thóc mầm hoặc của nấm mốc trong bánh men. Tuy nhiên trong
công nghiệp thì sử dụng enzyme thƣơng mại nhƣ α-amylase, β- amylase, γamylase.

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 13


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

1.3.1 Giới thiệu về hệ enzyme amylase.
Hệ enzyme amylase đƣợc sử dụng trong quá trình đƣờng hóa. Hệ này
tồn tại trong dịch tiêu hóa, trong hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm men,..Có
nhiều loại enzyme nhƣ α-amylase, β-amylase, γ-amylase và một số mới có
nguồn gốc từ vi sinh vật là pullutanase, isomylase,..
Có nhiều nguồn cung cấp amylase khác nhau, cho nên tùy thuộc vào
nguồn ra mà enzyme sẽ có điều kiện phát triển riêng. Trong đề tài này
chúng tôi sử dụng enzyme amylase thƣơng mại để thực hiện quá trình

đƣờng hóa.
 α- amylase:
 Khả năng chịu nhiệt của enzyme amylase:
Bảng 1.2 Khả năng chịu nhiệt của enzyme amylase
Nguồn gốc
Malt

Topt (oC)

pHopt (oC)

72 - 75

5,5 - 5,7

Nấm mốc

50

5,5 - 6,0

Vi khuẩn

60 - 70

6,0 - 7,0

(Nguồn: Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2004).
 Không cắt đƣợc liên kết α-1,6- glycoside.
 Cắt đƣợc liên kết α-1,4- glycoside.

 Thủy phân amylase thành 87 % maltose, 13 % glucose.
 Thủy phân amylopectin thành :72 % maltose, 19 % glucose, dextrin
phân tử thấp và 8 % isomaltose.
 β-amylase
 pHopt trong dung dịch nấu là 5 - 5,6
 Topt trong dung dịch nấu là 60 - 65oC và bị vô hoạt ở 70oC.
SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 14


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

 Cắt đƣợc liên kết α-1,4- glycoside.
 β- amylase phân giải 100 % amylase thành maltose.
 Phân giải 54 - 58 % amylopectin thành maltose, phần còn lại là
dextrin.
 γ-amylase.
 Hoạt động tốt ở 50oC, pHopt = 3,5 - 4,5.
 Cắt đƣợc liên kết α-1,4 và α -1,6 –glycoside.
 Sản phẩm tạo thành glucose và dextrin mạch vòng.

1.3.2 Đặc tính và cơ chế tác dụng của một số enzyme hệ
amylase.
1.3.2.1 α-amylase
 Đặc tính.
Enzyme α- amylase dễ tan trong nƣớc, các dung dịch muối và rƣợu
loãng.

Ion Ca2+ là một trong những thành phần quan trọng tham gia vào việc
hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme α- amylase. Đồng thời, nó
còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme α- amylase khi bị các tác nhân
gây biến tính và tác động của enzyme thủy phân protein. Nếu enzyme αamylase bị mất ion Ca2+ thì nó hoàn toàn bị mất khả năng thủy phân cơ
chất.
Enzyme α- amylase kém bên trong môi trƣờng acid nhƣng khá bền
nhiệt. Điều kiện hoạt động và độ bền của các enzyme α- amylase từ các
nguồn gốc khác nhau thì không giống nhau. (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2004).
 Cơ chế tác dụng lên mạch amylose và amylosepectin.
Enzyme α- amylase có khả năng phân cắt liên kết α-1,4- glucoside ở
bất kì vị trí nào trên mạch tinh bột đã đƣợc hồ hóa. Do đó enzyme này đƣợc

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 15


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nhƣ Xuân Thiện Chân

gọi là enzyme nội phân. Enzyme α- amylase không những có khả năng
phân hủy hồ tinh bột mà còn có khả năng phân hủy hạt tinh bột nguyên vẹn.
Dƣới tác dụng của α- amylase, amylose bị phân cắt thành
oligosaccharide, sau đó tiếp tục bị phân cắt thành các chuỗi ngắn hơn và tạo
thành maltose, maltotrose. Sản phẩm là 87 % maltose, 13 % glucose.
Tác dụng của amylse lên mạch amylopectin cũng xảy ra tƣơng tự và
sản phẩm tạo thành là 72 % maltose, 19 % glucose, dextrin phân tử thấp và
8 % isomaltose do α-amylase không cắt đƣợc liên kết α-1,6- glycoside của
phân tử amylopectin.

1.3.2.3 β- amylase.
 Đặc tính
Enzyme β- amylase là một loại albumin, tâm xúc tác của nó chứa gốc
– SH, COOH, cùng với vòng imidazol của gốc histidin. Enzyme β- amylase
chỉ có trong thực vật, đặc biệt là thực vật nảy mầm.
Enzyme β- amylase rất bền khi không có Ca2+, bị kìm hãm bởi 1 số
kim loại nặng nhƣ Cu2+, Hg2+,...,pH tối thích trong dung dịch bột thuần
khiết là 4 - 6, trong dung dịch nấu là 5 - 5.6. Nhiệt độ tối thích trong dung
dịch tinh bột thuần khiết là 40-50oC, trong dung dịch nấu là 60 - 65oC.
Enzyme β- amylase bị vô hoạt ở 70oC.
 Cơ chế tác dụng
Enzyme β- amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α-1,4glucoside trong tinh bột, glycogen, polysaccharide đồng loại. Phân cắt tuần
tự gốc maltose ở một đầu không khử, β- amylase đƣợc gọi là enzyme ngoại
phân.
Enzyme β- amylase phân giải 100 % amylose thành maltose. Phân
giải 54-58 % amylosepectin thành maltose. Khi tới liên kết α-1,4- glycoside
gắn với α-1,6- glucoside, β- amylase sẽ ngƣng tác dụng, phần còn lại là

SVTH: Phạm Thị Nguyệt

Trang 16