Ethanol là gì và quá trình lên men Ethanol trong sản xuất thực phẩm

Ethanol là một hợp chất hữu cơ được ứng dụng khá nhiều trong đời sống sinh hoạt hằng ngày. Vậy ethanol là gì? Quá trình lên men Ethanol như thế nào? Hãy cùng Foodnk tìm hiểu sâu về ethanol và quá trình lên men của chúng nhé!

Ethanol là gì?

Ethanol (etanol) thường được biết đến như rượu ngũ cốc, ancol etylic, rượu etylic hay cồn. Là một hợp chất hữu cơ không màu và dễ cháy. Là thành phần thường thấy trong các loại đồ uống chứa cồn. Một cách gọi khác hay được nhắc đến trong dân gian là rượu.

Ethanol được sản xuất dựa vào quá trình lên men các nguồn carbohydrate có trong tự nhiên như lúa mì, lúa mạch, đường, ngô, sắn, mùn, gỗ,… Một phương pháp khác, trong lĩnh vực Công nghệ tổng hợp hóa dầu, ethanol được điều chế từ dây chuyền công nghệ hydrat hóa khí etylen bằng chất xúc tác là acid. Ngoài ra, bằng con đường làm tinh khiết giữa ethanol và nước cũng giúp điều chế được ethanol.

Quá trình lên men

Lên men ethanol là quá trình phân giải yếm khí đường thành ethanol dưới tác dụng của vi sinh vật.

Đường cùng với chất dinh dưỡng khác của môi trường lên men, trước tiên được hấp thụ trên bề mặt và sau đó khuếch tán qua màng tế bào và vào bên trong tế bào nấm men, sự phân hủy đường thành ethanol trong tế bào nấm men xảy ra hàng loạt các phản ứng với sự tham gia của nhiều loại enzyme khác nhau, bước cuối cùng của quá trình lên men là sự chuyển hóa acid pyruvic thành ethanol và CO₂.

Trong tế bào chất của nấm men diễn ra quá trình chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO₂. Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men trong điều kiện kỵ khí, ethanol và CO₂ tạo ra trong tế bào sẽ được nấm men thải vào môi trường lên men.

Trong điều kiện kỵ khí, quá trình lên men bị ức chế, việc này làm hydro tách ra được chuyển qua chuỗi hô hấp tới oxy và acid pyruvic, sản phẩm của quá trình đường phân sẽ tiếp tục bị oxy hóa qua nhiều bước trong chu trình Krebs, các cặp hydro tách ra được chuyển tới oxy. Quá trình này liên hợp với quá trình tạo ATP. Sự lên men rượu có thể tiến hành theo nhiều kiểu khác nhau, tùy vào điều kiện môi trường.

Bên cạnh ethanol và khí CO₂, tế bào nấm men còn tổng hợp và “thải” vào dịch hàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác trong quá trình lên men. Những hợp chất này được tìm thấy trong dịch lên men với hàm lượng rất nhỏ, chẳng hạn như: glycerol cùng các rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và ester.

Tác nhân vi sinh vật của quá trình lên men rượu là: nấm men, nấm mốc và vi khuẩn. Trong đó tác nhân cơ bản là nấm men Saccharomyces cerevisiae.

Nấm men: Nấm men là tác nhân cơ bản gây nên quá trình lên men rượu, tuy nhiên không phải loại nào cũng lên men đường thành rượu được mà chỉ có một số loài có khả năng này. Trong sản xuất hiện nay người ta thường dùng một số loài thuộc họ Saccharomyces cerevisiae. Theo đặc tính lên men người ta chia nấm men thành hai nhóm: nấm men nồi và nấm men chìm.

• Nấm men nổi: là những nấm men có cường lực lên men rất nhanh và mạnh. Nhiệt độ thích hợp cho nấm men sinh trưởng từ 20 – 28°C, tốc độ lên men rất lớn, lượng đường tiêu thụ nhiều. Do sinh ra nhiều khí CO₂, nên các tế bào nấm men ở dưới sẽ theo CO₂, nổi lên bề mặt, vì vậy nấm men hoạt động mạnh hơn và lên men cả các phân tử đường trên bề mặt. Người ta thường sử dụng để sản xuất ethanol và bánh mì. Tiêu biểu là loài Saccharomyces cerevisiae.
• Nấm men chìm: là những nấm men có cường lực lên men yếu. Nhiệt độ thích hợp cho nấm men sinh trưởng từ 5 – 10°C. Trong quá trình lên men, lượng khí CO₂ tạo ra ít và được giữ lại trong dung dịch lên men. Sau khi lên men chúng tạo thành cặn dưới đáy thùng. Quá trình lên men chậm và xảy ra từ từ. Tiêu biểu là loài Saccharomyces ellipsoideus. Nấm men chìm thường dùng trong sản xuất bia, rượu vang, champagne.

Nấm mốc: Nếu sản xuất ethanol từ tinh bột thì phải qua bước đường hóa. Đó là giai đoạn chuyển tinh bột thành đường. Ở giai đoạn này, nấm mốc sẽ được sử dụng chủ yếu. Các loài nấm mốc phổ biến như Aspergillus oryzae, Aspergillus usamii, Aspergillus awamori, Mucor rouxii.

Vi khuẩn: Một số vi khuẩn có khả năng lên men chuyển hóa đường thành ethanol như Sasina ventriculi, Zymononas mobylis, ngoài ra còn có vi khuẩn lactic dị hình, Clostridium hay vi khuẩn đường ruột cũng có khả năng lên men đường thành ethanol, butyric… Tuy nhiên công nghệ thực phẩm người ta thường sử dụng nấm men trong lên men ethanol.

Quá trình lên men ethanol được ứng dụng trong sản xuất bia, rượu vang, nước ngọt lên men có cồn…

Linh Như