Luận văn Nghiên cứu một số thông số trong quy trình lên men rượu bắp sữa

đã được làm biến đổi hoá học và cấu trúc. Chữ gelatin được xuất phát từ tiếng Latin “gelata” có nghĩa là tạo gel trong nước. Gelatin là một hỗn hợp dị thể của các protein cao phân tử tan trong nước(Budvan – 1996). Gelatin là một hỗn hợp không đồng nhất các polypeptit đơn hoặc đa nhánh mỗi nhánh được trải rộng về bên trái của prolin có dạng đường xoắn ốc và chứa khoảng 300 – 400 các amino axit. Cấu trúc bậc 3 của collagen loại I thu được từ da và xương được hợp thành từ 2 chuỗi anpha và 1 chuỗi anpha 2, mỗi collagen cấu trúc bậc 3 có khối lượng phân tử ~ 95 kD, độ rộng 1,5 nm và chiều dài 0,3 micromet. Gelatin chứa hỗn hợp các polypeptit có nhánh liên kết với các oligomer. Trong dung dịch có sự thay đổi vòng xoắn ốc với sự kết hợp và bẻ gẫy các polypeptit tạp thành các đoạn liền nhau giàu proline/ hydroproline của các liên kết collagen cấu trúc bậc ba về phía phải. cứ mỗi nhánh của collagen cấu trúc bâc ba đòi hỏi khoảng 21 axit amin để hoàn thành một chu kỳ, thường có một hoặc hai chu kỳ cho một đoạn liên tục. Màng gelatin chứa nhiều xoắn hơn thì ít trương nở trong nước. 1.3.2.Tính chất của Gelatin. Gelatin không mùi không vị, cứng trong suốt như thuỷ tinh, màu từ vàng nhạt đến hổ phách. Gelatin là protein lưỡng tính với điểm đẳng điện nằm trong khoảng 5 – 9 tuỳ thuộc vào nguyên liệu thô và phương pháp chế tạo. Ở nhiệt độ thường gelatin có độ ẩm từ 9 – 13% và trọng lượng riêng d=1,3 – 1,4. Gelatin có những đặc tính hầu như không tan trong các dung môi hữu cơ nhưng tan trong nước và các dung dịch đồng nhất. Gelatin có tính dính và khả năng tạo thành gel đông đặc trong môi trường nhiệt độ khoảng 35 – 40o C. Gelatin có khả năng tạo dạng gel hoặc đông đặc trong môi trường nước ở nhiệt độ khoảng từ 35 – 40o C, ở một nồng độ nhất định. Khả năng tạo gel của gelatin trong môi trường nước là do khi tan trong nước chúng hình thành mạng lưới đan xen, kết dính vào nhau. Giữa các mạng lưới có các lỗ hổng giữ nước và duy trì tính rắn của hệ thống. Gelatin không phải là nguồn protein hoàn chỉnh vì thiếu các thành phần tryptofan và có ít methionin. Tuy nhiên có dễ tiêu và thường được dùng làm thức ăn cho người bệnh. 1.3.3.Ứng dụng của gelatin Tính năng tạo nhũ cùng với khả năng ổn định nhũ hiệu quả nên gelatin được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm: chế biến các sản phẩm dạng thạch, kẹo gôm, kẹo dẻo, sữa chua ít béo,nấu thịt đông, thịt đóng hộp, bánh kem... Đặc biệt trong thực đơn ăn kiêng, gelatin cũng đóng góp một phần quan trọng. Không những vậy gelatin còn giúp sản phẩm trở nên bóng và đẹp hơn, đặc biệt nếu được kết hợp với nhiều màu sắc… Gelatin có khả năng kết dính rất tốt. Tính năng này được ứng dụng để sản xuất keo công nghiệp; đối với sản xuất phim ảnh nó có khả năng tạo sự gắn kết giữa các muối bạc; hay được sử dụng làm chất kết dính bột diêm, tạo bề mặt cho giấy giáp… Trong công nghệ dược phẩm, gelatin được sử dụng phổ biến làm vỏ bọc capsule, vỏ bao con nhộng… Gelatin không phải là một nguồn Protein hoàn chỉnh do thiếu thành phần axit amin thiết yếu là tryptophan và có rất ít methionine. Tuy nhiên, nó lại dễ tiêu hoá và có mức lysine cao (4%) nên có thể được sử dụng làm thức ăn cho người bệnh. Hơn nữa, việc sử dụng từ 7-10g/ngày giúp kích thích quá trình tạo móng, mọc tóc và làm chúng chắc khoẻ hơn. Gelatin cũng rất có lợi đối với bệnh nhân bị viêm khớp khi sử dụng thường xuyên. Các axit amin có trong gelatin có thể duy trì được sự lành lặn của sụn, làm chậm hoặc thậm chí làm ngừng quá trình thái hoá xáy ra trong sụn. Gelatin có khả năng tạo kết tủa với axit tanic, một loại chất gây vị chát trong sản xuất rượu và nước ép hoa quả. Đặc tính này được ứng dụng trong việc loại bỏ tanic trong công nghiệp sản xuất rượu, nước giải khát. Ngoài ra, khi thêm vào một ít nước sôi để nguội và một chút hương liệu, gelatin có thể trở thành một loại gel tạo kiểu tóc có giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các loại gel thông thường, tuy nhiên thời gian bảo quản cho của nó là rất ngắn, chỉ được một vài tuần. Gelatin được sử dụng làm môi trường nuôi cấy tế bào… 2.Giống vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae[4, 5] 2.1.Phân loại khoa học nấm men họ Saccharomycetaceae Bảng 1.7: Tên khoa học của họ Saccharomycetaceae Giới Fungi Ngành Ascomycota Phân ngành Saccharomycotina Lớp Saccharomycetes Bộ Saccharomycetales Họ Saccharomycetaceae Chi saccharomyces Các loài chính: Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces ellipsoideus Saccharomyces oviformis Saccharomyces uvarum 2.2.Hình thái và cấu trúc tế bào Saccharomyces cerevisiae Tế bào S.cerevisiae hình trứng có kích thước thay đổi trong khoảng 2,5 – 10 μm x 4,5 – 21 μm. Nhân của tế bào S.cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm sắc thể. Hình 1.21: Nấm men Saccharomyces cerevisiae Tế bào nấm men có cấu tạo gồm hai phần chính: vỏ tế bào và nội bào (gồm vỏ và protoplasma). Vỏ tế bào là một thành mỏng, trong suốt, có tính đàn hồi, có nhiệm vụ bảo vệ tế bào khỏi tác động bên ngoài, đồng thời điều chỉnh mức độ thẩm thấu chất dinh dưỡng và thải ra ngoài các sản phẩm trao đổi chất. Vỏ này được cấu tạo từ polysaccharid (glucan và manan). Ngoài ra ở thành vỏ còn có một lượng nhỏ chất béo, protid, chất khoáng. Các enzyme được tách ra từ tế bào tập trung ở lớp này, phân ly các đường có phân tử lượng lớn (maltose, saccharose), nhờ đó mà các đường này được đồng hoá. Vỏ trong của tế bào là màng plasma rất mỏng, dày khoảng 8nm, có chức năng điều chỉnh vận chuyển chất dinh dưỡng vào tế bào Cytoplasma là hệ thống keo, độ nhớt của nó phụ thuộc vào thời kỳ sinh trưởng và các yếu tố sinh lý. Ở tế bào non trẻ, độ nhớt của cytoplasma nhỏ hơn ở tế bào già, điều này đảm bảo cho việc vận chuyển sản phẩm trao đổi chất tốt hơn (protoplasma trong nhân tế bào có tên là nucleoplasma, còn nếu ở ngoài nhân có tên là cytoplasma). Vatulin gồm các chất chứa nitơ, dẫn xuất của acid nucleic. Vatulin nằm bên trong không bào, ở dạng hạt to (vatulin nằm yên) hay hạt nhỏ phân bố ở mặt trong không bào (vatulin hoạt động). Khi tiếp xúc với methylen blue, vatulin ở tế bào sống sẽ biến thành màu đỏ, còn ở tế bào chết sẽ biến thành màu xanh nhưng bản thân nấm men không đổi màu. Nhân tế bào được bao bọc bởi màng nhân. Bên trong chứa đầy nucleoplasma trong suốt và những sợi chỉ nhỏ dài gọi là cromoxom. Cromoxom đóng vai trò thực hiện chức năng di truyền và trao đổi chất, kiểm soát sự phân hoá tế bào và tổng hợp protid, lipoproteic và các quá trình khác, kể cả sự sinh sản. Mitokhondsi là những phần rất bé nhỏ ở cytoplasma. Chúng chứa nhiều các enzyme thuỷ phân protid, lipid và glucid. Chức năng chủ yếu của nó là ghép nối sự tổng hợp ATP và ADP với acid phosphoric để tạo ra nguồn năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của tế bào. Riboxom là cytoplasma có dạng túi nhỏ. Đây là cấu tử nhỏ nhất của tế bào, có chức năng tổng hợp protein cho tế bào. Không bào là một túi chứa đầy dịch tế bào. Ở các tế bào trẻ không bào ít xuất hiện, ở các tế bào già không bào trở nên lớn, có khi chiếm hết cả tế bào. Đây là nơi xảy ra các quá trình enzyme sôi động để tạo ra các sản phẩm trung gian. Không bào cách biệt với cytoplasma bởi màng lypoprotein. Hình 1.22: Cấu trúc tế bào S.cerevisiae Thành phần hóa học của nấm men phụ thuộc vào chủng giống, môi trường, trạng thái sinh lý cũng như điều kiện nuôi cấy. Các chất khô của nấm men bao gồm các thành phần: Protein: chiếm khoảng 30 – 50%, có đủ các acid amin không thay thế. Về giá trị dinh dưỡng thì protein nấm men tương đương protein động vật, hơn protein thực vật. Glucid: chiếm khoảng 24 – 40%, chủ yếu là glycogen ( C6H10O5 )n, là chất dự trữ của tế bào. Chất béo: chiếm khoảng 2 – 5%, chứa chủ yếu trong nguyên sinh chất, là các chất dự trữ của nấm men. Chất khoáng: khoảng 5 – 11%, tuy với số lượng ít nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt động của tế bào nấm men, đặc biệt là phospho. Tế bào nấm men còn chứa ion K, Ca, Mg, Fe và các ion khác. 2.3.Sự sinh sản của nấm men Saccharomyces Nấm men có thể sinh sản vô tính thông qua mọc chồi hoặc hữu tính thông qua sự hình thành của nang bào tử. Trong quá trình sinh sản vô tính, chồi mới phát triển từ men mẹ khi các điều kiện thích hợp và sau đó, khi chồi đạt tới kích thước của men trưởng thành thì nó tách ra khỏi men mẹ. Khi các điều kiện dinh dưỡng kém các men có khả năng sinh sản hữu tính sẽ tạo ra các nang bào tử. Hình 1.23: Quá trình sinh sản của nấm men 1. Bắt đầu; 2. Kết hợp; 3. Bào tử. 2.4.Đánh giá chất lượng nấm men trong sản xuất Những nòi nấm men rượu được dùng trong sản xuất có những yêu cầu sau đây: hoạt lực lên men cao, chịu được độ rượu cao, có khả năng phát triển và hoạt động trong môi trường axit, có thể chịu đựng được một số sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật tạp nhiễm. Những giống men rượu tinh bột cần phải lên men được glucoza, maltoza và các mono- hoặc disaccharit khác có chứa trong môi trường cũng như biến đổi được các dextrin. Nấm men dùng trong thùng lên men cần có các chỉ số : Số lượng tế bào nẩy chồi 10 – 15%, lượng tế bào chết không quá 2 – 4% (số này tăng lên có nghĩa là trong môi trường có mặt các tác nhân kìm hãm hoạt động sống của nấm men; số tế bào chứa glycogen không nhỏ hơn 70%; số lượng tế bào nấm men trong 1 ml môi trường không thấp hơn 120 – 140 triệu. Khi soi kính không được thấy các vi khuẩn chuyển động, còn vi khuẩn không chuyển động không quá 4 – 6 tế bào trong môi trường dưới kính hiển vi. 2.5.Bảo quản giống nấm men Giống nấm men thuần khiết được bảo quản để giữ được các đặc tính ban đầu. Có nhiều phương pháp bảo quản nấm men. Các nhà máy thường giữ giống nấm men trên môi trường thạch – malt hoặc môi trường nước đường hóa – thạch đối với những giống lên men từ tinh bột, còn đối với những giống men lên men rỉ đường thường dùng hỗn hợp thạch – malt – rỉ đường. Các ống nghiệm giống thạch nghiêng được giữ ở nhiệt độ 4 – 100C và định kỳ cấy chuyền lại hai lần trong một tháng (mỗi kỳ cấy chuyền nên sơ bộ làm trẻ hóa cách nuôi chuyển qua dịch đường hóa hoặc dịch rỉ đường có thêm các nguồn khoáng). Có thể bảo quản giống dưới lớp parafin hoặc vazolin vô trùng. Phương pháp này có thể hàng năm mới cấy truyền lại. 3.Bản chất quá trình lên men rượu 3.1.Một số nghiên cứu đầu tiên: Lên men rượu đầu tiên đã rất lôi cuốn các nhà khoa học trên thế giới. Vào thế kỉ 18, Blac đã cho rằng sản phẩm của sự lên men rượu chỉ là C2H5OH và CO2. Năm 1789, Lavoise thực hiện một số thí nghiệm cho thấy rằng bên cạnh những sản phẩm chính là C2H5OH và CO2 còn có một số sản phẩm khác mà ông đặt tên là acid acetic. Theo ông, 95,5 % đường sẽ cho 57,7% C2H5OH, 33,3%CO2 và 2,5% acid acetic. Năm 1810, Tay Hussac đã nghiên cứu tỉ mỹ hơn về khám phá của Lavoise, ông cho rằng cứ 45 phần đường glucose thì tạo ra 23 phần rượu C2H5OH và 22 phần CO2. Từ đó ông cho ra phương trình sau: C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 Năm 1853, Pasteur đã công bố kết quả nghiên cứu của ông về sự lên men rượu, theo ông cứ 100 phần saccharose thì chuyển sang được 105,4 phần đường nghịch đảo và sau khi lên men sẽ cho 54,1 phần C2H5OH và 49,4 phần CO2, 3,2 phần glycerin, 0,7 phần acid sucenic và một phần các sản phẩm khác. Từ đó, người ta tính được cứ 45 phần glucose lên men rượu được 21,8 phần C2H5OH chú không phải là 23 phần như Tay – Hussac đã tính. Sau đó nhiều nhà khoa học đã đi sâu vào nghiên cứu quá trình lên men rượu và các giống vi sinh vật lên men, các yếu tố kĩ thuật trong quá trình lên men. 3.2.Bản chất của quá trình lên men Lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian. Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, đòi hỏi phải có sự tham gia của nấm men hoặc một số vi sinh vật khác. Trong quá trình lên men rượu, đường được biến đổi thành rượu ethylic và CO2. Quá trình lên men rượu kèm theo sự hình thành các sản phẩm đồng thời giải phóng ra năng lượng. Trong phản ứng lên men, đường được chia cắt thành các mạch cacbon cơ bản để hình thành nên các hợp chất carbon mạch ngắn hơn. Để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển của mình, vi sinh vật cũng đòi hỏi phải có năng lượng. Lên men là quá trình cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật. Nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng dưới dạng năng lượng tàng trữ trong mạch cacbon và được giải phóng ra trong các phản ứng enzyme do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro. Nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển electron, vì lẽ nguyên tử hydro có thể tách ra thành proton H+ và electron. Các enzyme xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenaza. Như vậy, lên men là quá trình oxy hóa – khử có enzyme xúc tác hay nói cách khác là quá trình oxy hóa – khử sinh học. Trong quá trình đó, các nguyên tử cacbon của cơ chất bị oxy hóa đến CO2, còn các nguyên tử hydro tách ra khỏi cơ chất, đầu tiên được chuyển đến NAD+, sau đó từ NADH2 trong điều kiện yếm khí hydro có thể được chuyển đến những sản phẩm trung gian khác nhau hoặc đến chất tiếp nhận được tổng hợp nên chỉ nhằm mục đích đó, nghĩa là để tái sinh lại NAD+. Tùy thuộc vào chất tiếp nhận hydro cuối cùng mà phân biệt hô hấp lên men và hô hấp yếm khí. Lên men là quá trình để thu năng lượng, qua đó hydro tách ra khỏi cơ chất được chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ được khử đi vào môi trường dinh dưỡng và tích tụ lại trong đó. Phụ thuộc vào sản phẩm nào được tích tụ chiếm ưu thế hoặc sản phẩm nào đặc trưng mà người ta phân ra lên men rượu, lên men lactic hay lên men butyric,… Lên men khác với hô hấp yếm khí và sự oxy hóa không hoàn toàn. Hô hấp yếm khí cũng tiến hành trong điều kiện không có oxy tham gia nhưng hydro lại được chuyển qua mạch hô hấp mà đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sulfat. 3.3.Cơ chế quá trình lên men rượu [3,5]: Lên men rượu là một quá trình sinh học rất phức tạp xảy ra dưới tác dụng của nhiều enzyme. Theo lý thuyết hiện đại sự tạo thành rượu từ glucose thì trải qua các giai đoạn sau nay: 1./ Đầu tiên dưới tác dụng xúc tác của glucokinaza, đường gluco kết hợp với photphat của phần tử ATP ( Andenozitri – Photphat) trong tế bào nấm men tạo thành gluco – photphat và AND. C6H12O6 + ATP " CH2O(H3PO3)(CHOH)4CHO + ATP 2./ Tiếp sau đó gluco- 6- photphat do tác dụng của enzym đồng phân gloco-photphat-izomenaza sẽ biến thành fructophotphat. CH2O(H3PO3)(CHOH)4CHO 1 CH2O(H3PO3)(CHOH)3COCH2OH 3./ Giai đoạn tiếp theo dưới tác dụng của enzym photphofuctokinaza phân tử ATP thứ hai sẽ sẽ đính thêm một gốc photphat nửa vào fucto-6-photphat đđể tạo thành fucto-1-6-diphotphat và phân tử ADN thứ hai. CH2O(H3PO3)(CHOH)3COCH2OH + ATP 1 CH2O(H3PO3)(CHOH)3COCH2(H2PO3) + ADP Sự tạo thành fucto-1-6-photphat của giai đoạn chuẩn bị lên men. Giai đoạn thực hiện chuyển hóa mối liên kết cao năng thành dạng dễ biến đổi dưới tác dụng của enzym. 4./ Giai đoạn cuối xảy ra dưới tác dụng của xúc tác là aldolaza phân cắt phân tử fuctodiphotphat thành 2 phân tử trioza gồm aldehyt – photphoglyxeric và photphodioxyaceton. CH2O(H3PO3)(CHOH)3COCH2(H2PO3)1CH2O(H3PO3)COCH2OH+ CH2O(H3PO3)CHOHCHO 5./ Vai trò chủ yếu trong các biến đổi tiếp theo của quá trình lên men rượu andehyt- diphotphoglycerin. Nhưng trong dịch lên men chúng chứa rất ít, điều này chứng tỏ có sự đồng phân dưới tác dụng của enzym triphotphat izomeraza. CH2O(H3PO3)COCH2OH 1 CH2O(H3PO3)CHOHCHO. 6./ Giai đoạn tiếp theo là 2 phân tử aldehyde photphatglycerin bị oxy hóa. Phản ứng này xảy ra có sự tham gia của acidphotphorit. Trong canh trường nhờ xúc tác của enzym triphotphat dehydronaza. Coenzym của nó là ADN (nicotiamit-andenit-dinucleotic). CH2O(H3PO3)CHOHCHO + H3PO4 + NaDH 1 CH2O(H3PO3)CHOHCHO-H2PO3 + 2NaDH2 (1-3 diphotpho glyxerin acid) 7./ Giai đđoạn tiếp theo với sự tham gia của photphatglyxerinkinaza gốc photphat cao năng của 1- diphotphoglyxeric mới tạo thành sẽ chuyển vào phân tử ADP. CH2O(H3PO3)CHOHCHO-H2PO3 + 2ADP 1 CH2O(H3PO3)CHOHCOOH + 2ATP 8./ Dứoi tác dụng của photphoglyxeromutaza gốc acid sẽ chuyển từ vị trí cacbon thứ ba đến vị trí cacbon thứ hai. 2CH2O(H3PO3)CHOHCOOH 1 2CH2OCHO (H3PO3) COOH 9./ Dưới tác dụng của enolaza, acid 2-photphoglyceric sẽ mất nước và biến thành acid photphopyruvic. 2CH2OCHO (H3PO3) COOH 1 2CH2CO(H3PO3) COOH + 2H2O 10./ Acid phophopyruvic rất không bến dễ bị mất gốc acid photphoric do enzym pyrovackinaza và do đó acid pyruvic được tạo thành. 2CH2=CO-(H3PO3)COOH + 2ADP = 2CH3CO-COOH + 2ATP 11./ Tới đây acid pyruvic bị decacbonxyl đđể tạo thành aldehyde acetic. 2CH3COCOOH 1 2CO2 + 2CH3CHO 12./ Giai đoạn cuối cùng lên men rượi là aldehyt acetic bị khử bởi NADH2 2CH3CHO + 2NaDH2 1 2CH3CH2OH + 2NAD Phương trình tổng quát lên men rượu như sau: C6H12O6 " 2CO2 + 2C2H5OH Trong quá trình lên men rượu mỗi phần tử gam glucose sẽ giải phóng ra khoảng 50Kcal. Năng lượng này nấm men chỉ sử dụng chừng 20Kcal. Số còn lại sẽ thải ra canh trường làm tăng nhiệt độ dịch lên men. Hình 1.24: Sơ đồ quá trình lên men rượu Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men: Trong quá trình lên men ngoài sản phẩm chính là cồn etylic và CO2 còn tạo ra nhiều chất khác. Bằng phương pháp phần tích sắc kí người ta đã có trên 500 chất khác nhau. Nhưng về cơ bản có thể xếp vào 4 nhóm chính: acid, esste, andehyt, alcol ( bao gồm cả rượu bậc thấp lẫn rượu bậc cao là dầu fusel). Sự tạo thành acid: Trong quá trình lên men rượu thường tạo ra các acid hữu cơ như: acid acetic, acid lactic, acid citric, acid pyruvic,… nhưng chiếm chủ yếu là acid acetic và acid lactic. Acid Acetic: có thể tạo thành từ phản ứng oxy hóa giữa 2 aldehyt acetic CH3CHO + CH3CHO + 2H2O ó CH3COOH + 2C2H5OH Acid Lactic: đđược tạo bởi pyrovicdehydronaza theo phản ứng. CH3CO-COOH + 2NaDH2 ó CH3CHOHCOOH + NAD Hoặc: CH2O(H2PO3)CHOHCHO + CH3CHOHCOOH + H3PO4 Acid Citric: cũng được tạo thành từ aldehyt acetic theo phản ứng sau: 9CH3CHO + 4H2O ó (CH2COOH)2 + COH- COOH + 6C2H5OH Acid Succinic: được tạo thành theo 2 con đường đó là dehydro và trùng hợp hai phân tử acid acetic với phân tử aldehytacetic. CH3COOH + CH3CHO ó COOHCHCH2COOH + C2H5OH Glycerin và Aldehyt: là sản phẩm trung gian của lên men rượu trong điều kiện của lên men rượu trong điều kiện lên men chỉ nhằm mục đích thu alcol etylic. Người ta khống chế pH lên men trong giới hạn 4,5 ÷ 5,2 với điều kiện đó lượng glycerin tạo thành chỉ chiếm 0,3 ÷ 0,45 tương ứng 2 ÷ 3 % lượng đường ban đầu. Nếu tăng pH tới kiềm thì lượng glyxerin đạt 23,4 % và lượng aldehyt chưa chuyển thành rượu đạt 11,9%. Dựa vào tính chất này để tạo thành ra glycerin. Người ta còn dùng natrisunfit cho vào canh trường lên men nhằm điều chỉnh sản phẩm tạo thành. Tóm lại: tùy theo điều kiện môi trường lên men có thể xảy ra theo các kiểu khác nhau. Lên men rượu bình thường: C6H12O6 ó 2CO2 + 2C2H5OH Lên men rượu cho thêm Na2S2O3 C6H12O6 ó CH3CHO + C3H8O3 + CO2 Lên men ruọu trong môi trường kiềm: C6H12O6 ó 2CO2 + CH3COOH + C2H5OH + C3H8O3 Sự tạo thành Alcol cao phân tử: Một trong những sản phẩm phụ quan trọng được tạo thành trong quá trình lên men rượu có số nguyên tử cacbon lớn hơn hai đó là: aldol propylic, izobutylic, izoamylic, imylic,... Hàm lượng của chúng chỉ vào khoảng 0,4 ÷ 0,5% so với cồn etylic, nhưng chúng ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng sản phẩm do đó gây ra cho sản phẩm có mùi hơi khó chịu. Các aldol này có tên chung là dầu Fusel hay còn gọi là dầu khét. Nguyên nhân hình thành dầu Fusel là do nấm men sử dụng nitơ của các acid amin trong quá trình sinh trưởng tạo thành. Phương trình tổng quát hình thành alcol cao phân tử được đơn giản theo phản ứng sau: R-CH-COOH + H2O "RCH2OH + NH3 +CO2 NH2 Nhiều nhà nghiên cứu cho thấy sự tạo thành alcol cao phân tử chỉ phụ thuộc vào cấu trúc và hàm lượng acid amin có trong dịch lên men. Sự tạo thành este: Song song với việc tạo thành acid và aldol thì dưới tác dụng của enzym estaraza của nấm men các acid và aldol sẽ tác dụng lẫn nhau để tạo thành este tương ứng có thể viết dưới dang tổng quát như sau: R1CH2OH + R2COOH " R2COO-CH2R1 + H2O 3.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu 3.4.1.Nhiệt độ: Mỗi một vi sinh vật đều có một nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của chúng. Đối với nấm men Saccharomyces nhiệt độ tối ưu nằm trong giới hạn 28 ÷ 320C. Khi lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men kém và kéo dài hơn. Nếu có điều kiện làm lạnh dịch đường ban đầu xuống tới 20 ÷ 220C để hạn chế sự phát triển của tạp khuẩn. Sau 8 – 10 giờ nhiệt độ của môi trường sẽ tăng tới mức tối thích là 28 ÷ 300C. Tiếp đó là làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giới hạn tối ưu. Nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men giảm nhanh nhưng chủ yếu là dễ nhiễm vi khuẩn lactic và nấm men dại. Ở nhiệt độ 300C thì nấm men dại phát triển nhanh hơn nấm men Saccharomyces, còn ở nhiệt độ cao 35 ÷ 38 0C chúng phát triển nhanh hơn 6 ÷ 8 lần. Mặt khác khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra nhiều sản phẩm phụ như este, aldehyt và tổn thất rượu theo CO2 tăng. 3.4.2.pH môi trường: Nồng độ ion H+ trong môi trường ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của nấm men, chúng có khả năng làm thay đổi điện tích của các chất của vỏ tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm thấu của các chất dinh dưỡng cũng như chất lượng của sự lên men. Mỗi vi sinh vật có thể hoạt động tốt ở một trạng thái ion nhất định. Trạng thái này lại phụ thuộc vào pH của môi trường. Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo thành alcol etylic sẽ là 4,5 ÷ 5,2. Nếu tăng pH cho môi trường lên men thì lúc này môi trường đễ bị nhiễm khuẩn. Glycerin sẽ tạo thành nhiều hơn và do đó giảm hiệu suất lên men. Ở pH nhỏ hơn 4,2 nấm men phát triển tuy chậm hơn so với 4,5 ÷ 5,2 nhưng tạp khuẩn hầu như không phát triển. Trong điều kiện sản xuất, người ta điều chỉnh pH tới 3,8 ÷ 4,0 để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn nhất là vi khuẩn lactic và nấm men dại, lúc đó nấm men đủ mạnh để lấn áp tạp khuẩn thường làm tăng pH đến khoảng tối thích. 3.4.3.Nồng độ dịch lên men (nồng độ đường) Nồng độ dịch đường khá cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất cân bằng về trạng thái sinh lý của nấm men. Kết quả l ml độ rượu cao không những ức chế được tạp khuẩn mà ức chế cả nấm men. Mặc khác nếu nồng độ đường cao sẽ dẫn đến tổn thất hoặc kéo dài thời gian lên men. Ngược lại nếu nống độ dịch đường ban đầu thấp sẽ không kinh tế và làm giảm hiệu suất của thiết bị lên men, tốn năng lượng khi chưng cất và tăng tổn thất rượu trong bả và nước thải. Bình thường người ta khống chế hàm lượng nồng độ chất khô của dịch đường ban đầu từ 16 ÷ 180Bx ( tùy theo mức độ thuần khiết). Tương đương với 13 ÷ 15% đường để sau khi len men sẽ nhận được nồng độ rượu trong dịch dấm chín 8,5 ÷ 9,5%V. 3.4.4.Nồng độ cồn etylic: Rượu tạo ra trong quá trình lên men tác động ngược lại đến cường độ lên men. Thông thường nấm men lên men tới nồng độ đạt 12 ÷ 14% V. Một số nấm men có thể đạt được 17÷ 20%V. Với nồng độ cao hơn sẽ ức chế nấm men và gần như đình chỉ sự lên men rượu. Với nồng độ rượu đạt 4,5%V bắt đầu ảnh hưởng đến sự phát triển và sinh sản của nấm men. Khi nồng độ đạt đến 5%V thì sự sinh sản bắt đầu ngưng trệ, nếu lên tới 7÷8% V thì bắt đầu kết thúc giai đoạn lên men mạnh và cũng bắt đầu giai đoạn lên men chậm ( lên men phụ). 3.4.5.Thời gian lên men: Thời gian lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ lên men, nồng độ đường, chủng nấm men. Thời gian lên men được tính từ lúc cấy giống vào môi trường và trải qua giai đoạn sinh sản, sinh trưởng, lên men …. Người ta chưa xác định rõ khi nào thì quá trình lên men kết thúc. Thông thường người ta chia thành 2 giai đoạn lên men. - Giai đoạn lên men chính: là giai đoạn này kết thức khi nếm dịch lên men không còn vị ngọt của đường hay quan sát thấy khả năng tạo bọt rất yếu. - Giai đoạn lên men phụ: là giai đoạn ủ chín và tàng trữ, được tính từ lúc bắt đầu kết thúc quá trình lên men chính và thường kéo dài vài tháng trở lên. 3.4.6.Nồng độ O2 trong môi trường: Nấm men là loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện, trong môi trương yếm khí nó sẽ lên men để tạo rượu và CO2, còn trong điều kiện đấy đủ O2 nó có khả năng oxy hóa dường thành CO2 và H2O, đồng thời sinh sản và phát triển rất mạnh, do đó có thể kìm hãm sự lên men bằng O2 hay còn gọi là hiệu ứng “Pasteur”. Do đó trong việc sản xuất rượu vang thì giai đoạn đầu cần tạo điều kiện hiếu khí để cho nấm men phát triển, sinh sản đủ số lượng tế bào cần thiết cho quá trình lên men. Sau đó phải yếm khí tuyệt đối cho nấm men chuyển hóa đường. 3.4.7.Nồng độ CO2 tạo thành: Khí CO2 được tạo thành trong quá trình lên men rượu từ dịch đường. Một phần sẽ tồn tại trong môi trường, một phần sẽ tách ra bên trên bề mặt môi trường, và một phần sẽ tích tụ lại làm một lớp ngăn cản không khí và môi trường. Khí CO2 tích tụ lại trong môi trường chỉ làm giảm khả năng sinh sản của nấm men chứ không làm yếu khả năng lên men của chúng. Theo Mike Hugar với nồng độ 0,25% trọng lượng CO2 trong môi trường sẽ làm ức chế sự sinh sản của nấm men. Cũng theo Smitener sự sinh sản của nấm men ngừng khi nồng độ CO2 trong môi trường lên đến 4,5% trọng lượng, tương ứng với áp suất 7,7 bar ở 150C. Khi môi trường ch