Nghiên cứu sản xuất nước gạo đục độ cồn thấp
Thứ sáu, 07/08/2020 - 08:31
Nước gạo đục độ cồn thấp (8%V) được lên men từ gạo lứt nhờ bánh men có vị dịu ngọt, hương thơm đặc trưng của rượu gạo lên men
TÓM TẮT
Nước gạo đục độ cồn thấp (8%V) được lên men từ gạo lứt nhờ bánh men có vị dịu ngọt, hương thơm đặc trưng của rượu gạo lên men. Các thông số kỹ thuật cho quá trình lên men ẩm: tỷ lệ bánh men/gạo: 15g/kg, nhiệt độ lên men ẩm: 32 - 35°C, độ ẩm ban đầu của khối cơm: 40-45%, độ dày khối cơm ủ: 8cm, mức độ đảo trộn khối ủ: 8 giờ/lần. Điều kiện thích hợp cho quá trình lên men lỏng: tỷ lệ nước bổ sung: 3 lít/kg gạo, nhiệt độ lên men lỏng: 20°C. Nước gạo sau lên men để tạo độ đục đồng nhất được đồng hóa ở tốc độ 15000 vòng/ phút trong thời gian 10 phút.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việc tiêu thụ đồ uống có cồn làm từ gạo đang gia tăng ở các nước châu Á như Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc. Trong số các loại đồ uống này, nước gạo lên men độ cồn thấp được đặc biệt quan tâm. Đó là đồ uống dạng đục có độ cồn thấp (6 - 9%V) được lên men từ gạo lứt. Nước gạo đục độ cồn thấp có vị ngọt dịu, hương thơm đặc trưng của sản phẩm gạo lên men, khi được sử dụng với lượng vừa phải cung cấp một lượng dinh dưỡng cao, kích thích tiêu hóa, đồng thời chứa đầy đủ các thành phần chức năng có trong nguyên liệu gạo lứt.
Quá trình lên men thường sử dụng giống khởi động như nấm mốc (Aspergillus, Rhizopus và Mucor spp.) và nấm men (Saccharomyces, Pichia, Candida, Torulopsis và Hansenula spp.). Nấm mốc chứa các enzyme khác nhau như amylase, glucoamylase, glucose oxyase, lipase và protease, có khả năng thủy phân tinh bột, protein và lipid thành các phân tử nhỏ như đường, axit amin và axit béo để nấm men có thể sử dụng. Trong quá trình lên men dịch thể, nấm men sẽ sử dụng những thành phần trên để tạo ra sản phẩm bao gồm rượu, este, axit hữu cơ, axit béo, axit amin, góp phần quan trọng quyết định chất lượng nước gạo lên men độ cồn thấp.
Mục đích của nghiên cứu này là xác định các thông số công nghệ trong quá trình lên men ẩm, lên men dịch thể để tạo ra sản phẩm nước gạo lên men độ cồn thấp đáp ứng nhu cầu của thị trường.
2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu
Gạo nếp thơm dạng lứt xuất xứ từ Đồng bằng sông Cửu Long, bánh men được sản xuất từ các chủng vi sinh vật (Mucor, Rhizopus, Endomycopsis, S.cerevisiae) trong bộ sưu tập giống của Viện Công nghiệp thực phẩm.
Hoá chất dùng cho nuôi cấy vi sinh vật: KH2PO4, K2HPO4, CH3COONa, NaCl, (NH4)2SO4, urê, NaNO3, MgSO4, Na2CO3 loại phân tích có xuất xứ từ Trung Quốc.
Các hóa chất cho xác định hoạt độenzym alpha amylase, glucoamylase, xác định đường khửđều đạt mức độtinh sạch cho phân tích có xuất xứ từ Nhật, Anh.
2.2. Phương pháp
- Hàm lượng đường khử được xác định bằng phương pháp Nelson Somogyi.
- Hàm lượng axit tổng được xác định bằng phương pháp chuẩn độ NaOH chỉ thị phenolphtalein.
- Hàm lượng ethanol được xác định dựa trên nhiệt độ sôi sử dụng thiết bị xác định độ cồn phòng thí nghiệm Salleron Dujardin của Pháp.
- Hoạt lực α- amylase được xác định theo phương pháp Rukhliadeva.
- Hoạt lực glucoamylase được xác định theo phương pháp DNS.
- Xác định hàm lượng methanol, aldehyde, furfurol bằng máy sắc ký khí GC.
- Đánh giá cảm quan theo phương pháp mô tả.
- Các số liệu thí nghiệm được xử lý thống kê bằng chương trình Stagraphic Plus Version 5, Manugistics, Inc., Rockville, USA.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ bánh men đến hoạt lực enzym đường hóa
Gạo nếp lứt được vo sạch, để ráo, bổ sung nước sao cho độ ẩm khối cơm ban đầu sau khi nấu chín là khoảng 40%, làm nguội về 35°C, bổ sung bánh men theo tỷ lệ thay đồi lần lượt là: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0, 2,5% so với gạo, độ dày khối ủ: 8cm, đảo trộn 8giờ/lần, ủ 30°C trong 48 giờ. Xác định hoạt độ enzym α-amylase (α) và glucoamylase (AMG) cứ 8 giờ/lần, kết quả chỉ ra ở Bảng 1
Ở giai đoạn đầu của quá trình nuôi cấy cho thấy hoạt lực enzym tạo thành càng cao khi tỉ lệ chế phẩm bánh men/ nguyên liệu càng cao, tuy nhiên không có nghĩa là mẫu mà enzym được tạo ra nhiều ở giai đoạn sớm thì sẽ có hoạt lực enzym cao nhất. Với tỉ lệ bánh men từ 0,5 – 1% so với gạo thì nấm mốc phát triển chậm và lượng enzym thu được khi kết thúc quá trình nuôi thấp hơn hẳn, điều này cho thấy tỷ lệ giống ban đầu ở mức này là chưa đạt. Với tỉ lệ bánh men ban đầu từ 1,5 – 2,5 % so với gạo thì khối cơm rượu thu được có hoạt độ enzym gần như tương tự nhau cao hơn hẳn 2 mẫu trước và khi tăng nống độ bánh men trên 1,5% thì hoạt lực enzyme tạo thành cũng không cao hơn. Do vậy, tỉ lệ bánh men là 1,5% so với gạo được lựa chọn.
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đến hoạt lực enzym đường hóa
Trong quá trình ủ cơm gạo lứt, việc khống chế nhiệt độ nuôi là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển tạo hệ sợi của nấm mốc trong bánh men và tạo thành hệ enzym thủy phân tinh bột. Thí nghiệm được thực hiện ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau lần lượt là: 28 - 30°C, 32 - 35°C và 37- 40°C trong 48 giờ.
Kết quả xác định hoạt độ enzym theo thời gian nuôi cấy được thể hiện ở Bảng 2
Kết quả thu được cho thấy nhiệt độ nuôi có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt độ của enzym α-amylase và glucoamylase. Khi nuôi ở nhiệt 32-35oC thì hoạt độ enzym α-amylase và glucoamylase tạo thành là cao nhất: 1055,8 và 210 (UI/g).
3.3. Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến hoạt lực enzym đường hóa
Độ ẩm ban đầu của khối cơm đóng vai trò quan trọng đến sự phát triển hệ sợi của nấm mốc cũng như sự tạo thành enzym α-amylase và glucoamylase. Các mẫu thí nghiệm được khống chế với độ ẩm khối cơm ban đầu khác nhau (căn cứ vào lượng nước bổ sung khi nấu cơm) lần lượt là: 35%; 40%; 45%; 50%. Kết quả xác định hoạt độ enzym theo thời gian nuôi cấy được thể hiện ở Bảng 3.
Kết quảcho thấy độ ẩm 40-45% có hàm lượng enzym α-amylase và glucoamylase là cao nhất, đạt tới 1062,0 và 220 - 225 (UI/g). Độ ẩm ban đầu nếu khống chế quá cao hoặc quá thấp thì hoạt lực enzym đường hóa tạo thành thấp. Do vậy chúng tôi chọn độ ẩm khối cơm ban đầu sau khi nấu chín dao động trong khoảng 40 - 45% (tương đương bổ sung 1-1,1 lít nước/ kg gạo khi nấu).
3.4. Xác định tỷ lệ nguyên liệu và nước thích hợp
Khi quá trình lên men ẩm kết thúc, tiến hành bổ sung nước vào khối cơm rượu để bắt đầu quá trình lên men dịch thể. Nhiệt độ lên men càng thấp thì càng ít tạo các sản phẩm phụ không mong muốn, chất lượng rượu ngon hơn. Do vậy, nhiệt độ lên men là 20°C được sử dụng trong quá trình lên men. Thí nghiệm được tiến hành với các mẫu có bổ sung tỉ lệ nước khác nhau: thể tích nước/nguyên liệu (lít/kg gạo) lần lượt là 2/1; 3/1; 4/1. Tiến hành theo dõi quá trình lên men lỏng, xác định hàm lượng cồn trong dịch lên men, kết quả thể hiện ở Bảng 4.
Trong giai đoạn lên men dịch thể, việc bổ sung nước sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất lên men và nồng độ rượu trong dịch giấm chín. Đối với sản phẩm nước gạo lên men độ cồn thấp chúng tôi dự kiến độ rượu trong khoảng 6-8%V, đó là cơ sở để nghiên cứu tỷ lệ nước bổ sung. Khi tỷ lệ nước bổ sung thấp nhất (2 lít /kg nguyên liệu) thì nồng độ rượu trong dịch lên men đạt cao nhất (12%V), tuy nhiên hiệu suất lên men rượu là thấp nhất. Với tỷ lệ nước bổ sung 4 lít/kg nguyên liệu thì nồng độ rượu đạt thấp hơn mức 8%V (7,4 %V). Cân đối về mặt kinh tế giữa hiệu suất thu hồi và nồng độ cồn trong giấm chín để sản phẩm cuối đạt yêu cầu thì tỷ lệ nước thích hợp để bổ sung vào quá trình lên men dịch thể là 3 lít/ kg nguyên liệu được chọn.
3.5. Sản xuất nước gạo đục độ cồn thấp qui mô phòng thí nghiệm 20 lít/mẻ
Từ kết quả của các nghiên cứu trên, chúng tôi tiến hành sản xuất thử nghiệm nước gạo đục độ cồn thấp tại phòng thí nghiệm qui mô 20lít/ mẻ. Kết quả thu được đối với từng công đoạn như sau:
6 kg gạo nếp lứt được vo sạch và nấu chín thu được 11,2 kg cơm có độ ẩm 45%. Cơm sau khi làm nguội đến nhiệt độ 35°C, bắt đầu tiến hành trộn men giống theo tỷ lệ bánh men/gạo là: 15g/kg gạo nguyên liệu ban đầu. Cơm đã trộn men được đưa vào ủ ở nhiệt độ 320C trong thời gian 40 giờ. Khi đó quan sát thấy cơm đã ướt, mềm, bắt đầu có dịch rượu chảy ra, nếm có vị ngọt, mùi thơm đặc trưng là kết thúc quá trình lên men ẩm.
Kết thúc quá trình lên men ẩm, chuyển toàn bộ khối cơm rượu vào bình lên men, thêm nước theo tỉ lệ nước/ gạo = 3/1 (v/w) và tiến hành lên men. Tổng thể tích dịch và cơm rượu là 21 lít. Duy trì nhiệt độ lên men 20oC, thời gian 7 ngày. Theo dõi thông số lên men thường xuyên. Kết quả lên men được thể hiện ở Hình 1.
Hình 1. Động học quá trình lên men rượu gạo quy mô 20 lít/mẻ
Từ kết quả Hình 1 cho thấy, trong điều kiện sản xuất thí nghiệm quy mô 20 lít/mẻ, các thông số động học của quá trình lên men rượu gạo cho kết quả tốt như ở các thí nghiệm nhỏ. Kết thúc lên men lỏng, tiến hành đồng hóa bằng máy đồng hóa Witeg (Đức) và chọn được chế độ đồng hóa là 15.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút cho sản phẩm có độ mịn được ưa thích khi cảm quan.
3.6. Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm
Sau khi sản phẩm đã được hoàn thiện, chúng tôi đã tiến hành đánh giá chất lượng rượu thành phẩm và thu được kết quả như sau: (Bảng 5)
Như vậy có thể thấy sản phẩm rượu sản xuất thử nghiệm là hoàn toàn đáp ứng được chỉ tiêu chất lượng cả về cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm. Sản phẩm đã được cảm quan so sánh với sản phẩm tương tự hiện có trên thị trường cho thấy sản phẩm nước gạo đục độ cồn thấp trong nghiên cứu này được đánh giá có chất lượng cảm quan tương đương với mẫu rượu Makgeolli của Hàn Quốc hiện có trên thị trường.
4. KẾT LUẬN
Đã xác định được các thông số kỹ thuật cho quá trình lên men ẩm: tỷ lệ bánh men/gạo: 15g/kg, nhiệt độ lên men ẩm: 32 - 35°C, độ ẩm ban đầu của khối cơm: 40-45%, độ dày khối cơm ủ: 8cm, mức độ đảo trộn khối ủ: 8 giờ/lần
Điều kiện thích hợp cho quá trình lên men lỏng: Tỷ lệ nước bổ sung: 3 lit/kg gạo, lên men dịch thể ở 20°C. Chế độ đồng hóa tạo độ mịn cho sản phẩm thích hợp ở 15000 vòng/ phút trong thời gian 10 phút.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Anthony C. Lee., Yusaku Fujio, 1997. Amylolytic activities of fungal isolates from Banh Men, a fermentation starter from Vietnam. Annual reports of IC Biotech. Vol.20 1997. Osaka University, Osaka, Japan.pp. 155 – 163.
2. Chi Z, Liu G, Wang F, Ju L, Zhang T, 2009. Saccharomycopsis fibuligera and its applications in biotechnology. Ocean University of China, Yushan Road, No. 5, Qingdao, China. [email protected]
3. Keikhosro Karimi, Giti Emtiazi, Mohammad J. Taherzadeh, 2006. Ethanol production from dilute – acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae and Saccharomyces cerevisiae. Enzyme and Microbial Technology 40, 138 - 144
4. N.T.P.Dung, F.M. Rombouts, M.J.R. Nout, 2006. Functionality of selected strains of moulds and yeasts from Vietnamese rice wine starters. Food Microbiology 23, 331 – 340.
5. Sorahi Abedinifar, Keikhosro Karimi, Morteza Khanahmadi, Mohammad J. Taherzadeh, 2009. Ethanol production by Mucor indicus and Rhizopus oryzae from rice straw by separate hydrolysis and fermentation. Biomass and bioenergy 33, 828 -833.
6. Vu Nguyen Thanh, Le Thuy Mai, Duong Anh Tuan, 2008. Microbial diversity of traditional Vietnamese alcohol fermentation starters (banh men) as determined by PCR – mediated DGGE. International Journal of Food Microbiology. 128, 268-273.
Đặng Hồng Ánh, Nguyễn Thu Vân
Viện Công nghệ thực phẩm
Theo Bản tin KHCN ngành Công Thương số 6 năm 2020