Đồ án Hoàn thiện quy trình sản xuất rượu vang dứa

màu tạo ra do bản thân nguyên liệu còn lại trong quá trình lên men, thường là họ màu flavanal, anthocyanne... Hương vị và các chất thơm của rượu vang phụ thuộc vào nguyên liệu, quá trình lên men và tàng trữ rượu. Vitamin: Trong rượu vang có chứa khá nhiều loại vitamin, đặc biệt là vitamin nhóm B. 2.2.6. Nấm men trong sản xuất rượu vang 2.2.6.1. Đặc điểm sinh học của nấm men Nấm men (yeast, levure) là tên chung dùng để chỉ nhóm nấm cấu tạo đơn bào. Nấm men với số giống hiện biết là 39 và 349 loài [7] . Nấm men thường được sử dụng trong sản xuất vang là các chủng thuộc giống Saccharomyces. Nó nằm trong giới nấm (Fungi), thuộc nấm thật (Eumycophyta) [4]. Lớp : Ascomycetes Bộ : Endomycetales Họ : Endomycetaceae Họ phụ: Saccharomyceteae Giống : Saccharomyces Theo Lodder (1971), nấm men thuuộc giống Saccharomyces có các đặc điểm sau: sinh sản dinh dưỡng bằng nảy chồi ở nhiều phía; không tạo bào tử bắn ; tế bào dinh dưỡng hình tròn, elip, ovan, hình trứng, không có hình tam giác; có tạo nang bào tử, nang bào tử hình thoi, mỗi nang chứa trên hai bào tử, nang bào tử hình cầu hoặc hình trứng, nang chín khó vỡ; không đồng hóa nitrat; lên men glucose mạnh mẽ; không tạo thành váng sớm trên nước chiết mạch nha. Nấm men thuộc giống Saccharomyces có khả năng lên men rượu. Con người sử dụng chúng để nấu rượu bia, cồn, glyxerin. Nấm men sinh sản nhanh chóng, sinh khối của chúng giàu protein, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất thức ăn gia súc. Nấm men cũng được sử dụng để làm nở bột mì, sản xuất một số dược phẩm. Tuy nhiên, một số nấm men gây bệnh cho người, gia súc, hoặc hư hỏng lương thực, thực phẩm[4]. 2.2.6.2. Đặc điểm hình thái, kích thước tế bào nấm men Nấm men Saccharomyces thường có cấu tạo đơn bào, có nhân thật, hình tròn, hình trứng hay bầu dục, hình dài hoặc hình elip. Hình dạng, kích thước tế bào nấm men Saccharomyces tương đối ổn định với các chủng loại trong điều kiện bình thường. Ngoài ra chúng cũng phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và tuổi. Kích thước tế bào thay đổi rất nhiều tuỳ thuộc giống, loài, chủng. Nói chung, kích thước tế bào nấm men khá lớn, to hơn tế bào vi khuẩn một cách rõ rệt. Các loài nấm men đơn bào được sử dụng trong công nghiệp thường có kích thước (3 – 5) x 5 x 10 mm, nặng 10 -12 pg ( 1pg = 10-12g). Trong tự nhiên, chúng có mặt ở khắp mọi nơi: trong hoa quả, trong đất, nước… 2.2.6.3. Sự sinh sản của nấm men Đối với nấm men thuộc giống Saccharomyces có hai phương thức sinh sản. Đó là sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi và sinh sản hữu tính bằng bào tử túi. Sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi Nảy chồi là phương pháp sinh sản phổ biến nhất ở nấm men. Ở điều kiện thuận lợi nấm men sinh sôi nảy nở nhanh, quan sát dưới kính hiển vi thấy hầu như tế bào nấm men nào cũng nảy chồi. Khi một chồi xuất hiện các enzym thủy phân sẽ làm phân giải phần polysacarit của thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ. Vật chất mới được tổng hợp sẽ được huy động đến chồi và làm chồi phình to dần lên, khi đó sẽ xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ. Thành phần của vách ngăn cũng tương tự như thành tế bào. Khi tế bào chồi tách khỏi tế bào mẹ, ở chỗ tách ra còn giữ lại một vết sẹo của chồi, trên tế bào con cũng mang một vết sẹo. Tại vết sẹo này tế bào mẹ sẽ không bao giờ tạo ra một chồi non mới. (a) (b) (c) Hình2.8: (a): hình dạng tế bào nấm men nảy chồi ; (b): tiến trình sinh sản bằng nảy chồi ở nấm men ; (c): vết sẹo sau khi nảy chồi Thời gian cần thiết kể từ lúc chồi mới hình thành tới lúc tế bào này phát triển và bắt đầu tạo tế bào mới gọi là chu kỳ phát triển của nấm men. Sinh sản hữu tính Bào tử túi được sinh ra trong các túi. Hai tế bào khác giới đứng gần nhau sẽ mọc ra hai mấu lồi. Chúng tiến lại gần nhau và tiếp nối với nhau. Chỗ tiếp nối sẽ tạo một lỗ thông và qua đó chất nguyên sinh có thể đi qua để tiến hành phối chất, nhân cũng đi qua để tiến hành phối nhân. Sau đó nhân phân cắt thành 2, thành 4, thành 8. Mỗi nhân được bao bọc bởi các chất nguyên sinh rồi được tạo màng dày xung quanh và hình thành các bào tử túi. Tế bào dinh dưỡng biến thành túi. Hình2.9: Tiến trình hình thành bào tử túi 2.2.6.4. Tính chất sinh lý, sinh hoá Nấm men là ví dụ điển hình của vi sinh vật kị khí tuỳ tiện. Trong điều kiện đủ oxi, nấm men sẽ phát triển tăng sinh khối là chủ yếu, còn rượu không trực tiếp tạo thành hoặc tạo thành rất ít theo phương trình: Ngược lại, khi không đủ oxi hoặc kị khí thì hoạt động lên men là chủ yếu theo con đường EMP sinh ra rượu từ quá trình khử axetaldehit: Vì vậy có thể nói lên men là quá trình sản sinh năng lượng, trong đó hydro tách ra được chuyển đến các chất nhân hữu cơ. Do đó, trong sản xuất vang bằng phương pháp cấy giống thuần chủng, người ta phải thực hiện hai giai đoạn nhân giống và lên men. Ở giai đoạn nhân giống, cần tạo điều kiện cho nấm men sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối để có một lượng tế bào nhất định đang ở thời kỳ hoạt động sinh lý mạnh để chuyển tiếp vào giai đoạn lên men. Ở giai đoạn lên men, thời kỳ đầu, men giống phát triển tăng sinh khối, còn sau là lên men thực sự. Khi quá trình lên men giảm dần và ngừng hẳn do các chất dinh dưỡng của môi trường cạn dần và sản phẩm của quá trình lên men: rượu tăng dần và chúng bắt đầu kết lắng. Chỉ tiêu này có ý nghĩa lớn trong công nghệ sản xuất vang và bia. Ngày nay người ta xác định tính kết lắng của nấm men phụ thuộc vào thành phần tế bào, trong vỏ tế bào cũng tồn tại thành phần hydrat cacbon manan và hàm lượng aicd amin càng lớn thì nấm men lắng kết càng nhanh. Sự lắng kết của nấm men còn do canxi tạo ra các cầu liên kết giữa các nhóm cacboxyl của hai tế bào cạnh nhau. Về phương diện di truyền, đặc tính lắng kết trội hơn so với không lắng kết. Nấm men trong sản xuất rượu vang thuộc giống Saccharomyces Meyer. Meyer năm 1938 lần đầu tiên đã gộp các loài nấm men bia và nấm men rượu vang thành một giống. 2.2.7. Yêu cầu đối với nấm men rượu vang Hương vị đặc trưng cuả rượu không chỉ phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính nguyên liệu, quy trình công nghệ mà còn phụ thuộc vào nấm men sử dụng. Những nấm men được phân lập và sử dụng trong sản xuất cần phải đạt các yêu cầu [1]. Có khả năng lên men tốt trên môi trường có hàm lượng đường cao,sinh ra nhiều cồn. Có khả năng lên men được nhiều loại đường khác nhau. Chịu được độ cồn và độ acid cao,cũng như chất sát trùng. Chịu được nhiệt độ thấp 4-100C hoặc cao >350C. Tốc độ phát triển nhanh, chu kì lên men ngắn. Tạo rượu có hương thơm ngon. Dễ lắng trong. 2.2.8. Nấm men dùng trong sản xuất rượu vang Hiện nay trên thế giới người ta sản xuất rượu vang theo hai phương pháp: 2.2.8.1. Lên men rượu vang bằng vi sinh vật tự nhiên Ở những nước có nghề sản xuất rượu vang truyền thống, người ta thường sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiên có ở quả nho. Việc sử dụng vi sinh vật tự nhiên để sản xuất rượu vang có ưu điểm là: Không cần có giống vi sinh vật thuần khiết, do đó không đòi hỏi kỹ thuật cao. Không cần đầu tư nhiều cho quá trình sản xuất. Sản phẩm khá đặc biệt vì quá trình tích luỹ hương cho sản phẩm không chỉ lấy từ nguồn trái cây mà còn được tạo ra bởi vi sinh vật tự nhiên có ở trái cây đó và theo vào quá trình lên men. Tuy nhiên, việc sử dung vi sinh vật tự nhiên cũng có rất nhiều nhược điểm: Chất lượng sản phẩm thường không ổn định vì không kiểm soát được chất lượng giống vi sinh vật ban đầu khi đưa lên men. Ở những nước hay ở những gia đình có truyền thống sản xuất rượu vang nổi tiếng họ vẫn dùng vi sinh vật tự nhiên để tiến hành lên men. Tuy nhiên chất lượng sản phẩm của họ phụ thuộc phần lớn vào kinh nghiệm khi lựa chọn nguyên liệu, phối trộn nguyên liệu. Có nhiều nơi, người ta không rửa nho trước khi làm nát để tận dụng tối đa lượng vi sinh vật có ở trái nho. Họ dùng gần như 100% lượng nho không rửa này để lên men. Có nhiều nơi, họ chỉ lấy 1/2 hoặc 1/3 lượng nho dùng làm nguyên liệu sản xuất như một chất mang vi sinh vật tự nhiên vào lên men. Còn 1/2 hay 2/3 khối lượng nho kia người ta rửa rất sạch và đem vào làm nát cùng khối lượng trên. Việc làm này chỉ có hiệu quả tốt và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm khi người trồng nho không dùng quá nhiều hoặc không dùng thuốc trừ sâu, phân hóa học. Trường hợp ngược lại thì không nên dùng phương pháp này vì sẽ rất nguy hiểm cho quá trình lên men cũng như cho sức khỏe của người tiêu dùng. Hệ vi sinh vật trong lên men rượu vang tự nhiên tương đối phức tạp và không đồng nhất trong các giai đoạn của quá trình lên men. Những nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy: trong khu hệ vi sinh vật tự nhiên này có 76 – 90% là nấm sợi, 9 – 22% là nấm men, số còn lại chiếm tỷ lệ thấp là vi khuẩn không sinh bào tử hoặc có bào tử, xạ khuẩn và Mycobacter. Dịch nước quả thường có pH thấp ( pH = 2.7 – 3.8 ) thường không thích hợp cho vi khuẩn phát triển. Do đó thuận lợi cho việc sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiên trong sản xuất. Theo dõi quá trình lên men ở nhiều nơi một cách tự nhiên cho thấy; vài ngày đầu các men dại hình thoi đầu nhỏ hoặc hình chuỳ (Kloeckera) chiếm ưu thế (70 – 80% trong tổng số nấm men) sau đó các nấm men hình elip hoặc ovan (saccharomyces ellipsoideus) nhanh chóng phát triển gây lên men mạnh, lượng đường tiêu hao nhanh và tích tụ cồn etylic. Khi độ cồn tương đối cao (8 – 12%) thì nấm men hình elip S. ellipsoideus hay là S. vini ngừng phát triển và hoạt động. Khi ấy nấm men chịu cồn Saccharomyces oviformis tiếp tục lên men cho đến khi kết thúc. 2.2.8.2. Vi sinh vật thuần khiết trong sản xuất rượu vang Công đoạn quan trọng nhất trong sản xuất rượu vang là quá trình lên men. Người ta chia quá trình lên men này bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn lên men chính và giai đoạn lên men phụ. Cả hai giai đoạn này vi sinh vật đóng vai trò quan trọng, nhất là nấm men. Nấm men tham gia chủ yếu vào quá trình chuyển hóa đường thành cồn. Như vậy, yêu cầu của quá trình lên men trước tiên là phải tạo được cồn từ đường, kế đó là tạo hương và lắng trong. Sản phẩm rượu vang là sản phẩm lên men không qua chưng cất, do đó yêu cầu về độ trong rất quan trọng. Về lý thuyết, vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men rượu vang giống như trong quá trình lên men bia. Tuy nhiên, việc ứng dụng các vi sinh vật trong sản xuất rượu vang ngoài các tính chất giống như trong sản xuất bia: lên men cồn, khả năng lắng trong, chịu nhiệt độ thấp, còn phải có khả năng tạo hương. Saccharomyces- có bào tử trong nang thường từ 1 – 4 bào tử, có khi tới 8. Tế bào của chúng có hình dáng khác nhau: hình tròn, ovan hay elip. Sinh sản bằng lối nảy chồi, sử dụng đường trong quá trìng hô hấp và lên men, có trường hợp lên men ở dịch đường 30% và tạo được 18o cồn. Không đồng hóa được muối nitrat. Hình 2.10: Giống nấm men Saccharomyces Giống Saccharomyces có tới 18 loài, nhưng chỉ có 7 loài thường gặp trong nước quả. Các loài nấm men không sinh bào tử thường gặp trong nước quả và khả năng lên men hoặc tiêu hao đường trong đó, phổ biến là kloeckera, Torulopsis. Người ta thường gọi chúng là men dại. Các chủng nấm men thuần khiết thường sử dụng trong sản xuất rượu vang: Saccharomyces vini Trước đây nấm men này có rất nhiều tên gọi khác nhau như: saccharomyces ellipsoideus, saccharomyces Meyer, saccharomyces cerevisiae Hansen. Nấm men này phổ biến trong quá trình lên men nước quả, chiếm tới 80% trong tổng số saccharomyces có trong nước quả khi lên men. Khả năng kết lắng của nó phụ thuộc vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hoặc dạng bông. Nguồn dinh dưỡng cacbon của loài này là đường, cồn, acid hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là acid pantotenic, biotin, mezoinozit, tiamin và piridoxin. Tế bào của chúng đa số hình ovan, có kích thước vào khoảng (3 – 8) ´ (5 – 12)mm, sinh sản kiểu nẩy chồi và tạo bào tử. Saccharomyces vini sinh ra enzim invertaza có khả năng chuyển đường saccharoza thành fructoza và glucoza, lượng rượu tạo thành từ 8 – 10% thể tích. Ở giai đoạn cuối lên men saccharomyces vini kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu. Các nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sulphite, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt. Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men, các tế bào saccharomyces vini thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh. Saccharomyces uvarum Được tách từ nước nho, rượu và nước quả phúc bồn tử lên men tự nhiên. Chúng có hình thái rất giống các loài nấm men có khả năng lên men cồn khác, nhưng khả năng tạo bào tử của chúng cao hơn rất nhiều các loài nấm men khác (nhất là khi ta nuôi chúng trên môi trường thạch- malt). Trong quá trình lên men, chúng có khả năng tạo được lượng cồn rất cao (có thể đạt được lượng cồn trong dịch lên men 12 – 13% V). Saccharomyces oviformis Nấm men này có khả năng lên men dịch đường để tạo thành lượng cồn rất cao (có thể lên đến 18%V). Được tách ra từ nước nho tự lên men, nhưng ít hơn và có hình thái giống saccharomyces vini. Chúng có khả năng chịu được đường cao, cồn cao, lên men kiệt đường do đó dùng nòi thuần chủng giống này lên men dịch quả có hàm lượng đường cao để chế vang khô cho kết quả tốt. Đặc điểm quan trọng của nấm men này là có khả năng lên men được rất nhiều loại đường khác nhau như: glucose, fructose, manose, saccharose, maltose và 1/3 rafinose, không có khả năng lên men galactose. Điều khác cơ bản của chúng so với saccharomyces vini là saccharomyces oviformis không lên men được galactose và men nổi lên bề mặt dịch lên men tạo thành màng. Các nấm men được sử dụng trong sản xuất rượu vang thường thích hợp lên men ở nhiệt độ 18 – 25oC. 2.2.9. Cơ sở lý thuyết cuả quá trình lên men 2.2.9.1. Các quá trình lên men Lên men theo nghĩa hẹp là thuật ngữ dùng để chỉ các quá trình phân giải các chất để thu năng lượng, trong đó hydro được tách ra từ một cơ chất (thường là glucoxit), được chuyển đến chất nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ. Oxy phân tử không tham gia vào quá trình lên men (sự phân giải yếm khí). Theo định nghĩa của Pasteur thì “sự lên men là sự sống không có oxy phân tử”. Ví dụ trong lên men rượu hydro được tách ra trong quá trình phân hủy gluco kị khí được chuyển đến axetaldehyd (CH3CHO) hình thành trong quá trình đường phân để tạo etanol. Đối với tế bào thì ý nghĩa của sự lên men ở chỗ chúng thu được năng lượng ở dạng ATP, dự trữ cho cơ thể sinh vật. Một chất hữu cơ có thể lên men kị khí có khả năng được oxy hóa từng phần nhờ quá trình phân giải nội phân tử kèm theo quá trình giải phóng năng lượng. Các chất có thể lên men được chủ yếu là gluxit dạng đơn giản như monose, disaccarit… các loại axit amin (trừ axit amin có nhân thơm), các base purin, pirimidin. Trong đó quan trọng và dễ lên men được như steroit, tecpen… Các acid béo từ 50C trở lên chỉ trong điều kiện hiếu khí mới bị phân giải và oxy hóa. Ở vi sinh vật trong quá trình tiến hóa đã hình thành nhiều kiểu lên men khác nhau. Dựa vào bản chất của sản phẩm chính cuối cùng của quá trình lên men cũng như các con đường trao đổi chất đặc trưng cho từng loại vi sinh vật mà người ta phân loại các quá trình lên men như: lên men rượu, lên men lactic, lên men do nấm men, do nấm mốc. Ngày nay trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong thực tiễn đời sống người ta có quan điểm quá trình lên men theo nghĩa rộng hơn. Quá trình lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ mà chủ yếu là đường bị biến đổi dưới tác dụng của enzym vi sinh vật. Sự hình thành các chất khác nhau xảy ra trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí (không có oxy hoặc có oxy tham gia). Từ khái niệm mở rộng trên đây, dựa vào cơ chế phản ứng người ta đã chia sự lên men thành hai loại : Lên men yếm khí (kị khí) : Lên men yếm khí là sự biến đổi đường hay các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, dưới tác dụng của enzym vi sinh vật, trong điều kiện không có sự tham gia của oxy phân tử. Đây chính là sự lên men theo đúng định nghĩa lên men của Pasteur đã nói trên. Thuộc loại lên men này có lên men rượu, lactic, aceton-butylic… Lên men hiếu khí : Lên men hiếu khí là dạng lên men theo nghĩa mở rộng hơn, là quá trình phân giải đường hay các chấc hữu cơ khác thành sản phẩm đơn giản, dưới tác dụng của enzym vi sinh vật trong điều kiện có oxy tham gia. Thuộc loại này có lên men a.acetic, lên men citric, a.glutamic… Trong công nghiệp lên men, người ta thường sử dụng các vi sinh vật khác nhau làm nguồn cung cấp enzym và chuyển hóa các chất như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn Dựa vào đối tượng cung cấp hệ enzym người ta cũng có thể chia lên men ra ba nhóm chính : - Lên men nhờ nấm men như: lên men rượu, glyxerin, bia, rượu vang, bánh mì, men gia súc. - Lên men nhờ nấm mốc như: lên men a.citric, a-gluconic, a-fumaric, penixilin, Streptomyxin… - Lên men nhờ vi khuẩn như: lên men acetic, a. lactic, a.butiric, aceton-butilic… Do những đặc điểm khác nhau về nguồn enzym từ các chủng loại vi sinh vật khác nhau, cơ chế của sự lên men rất đa dạng… mà ta thu được các sản phẩm lên men rất đa dạng, phong phú, nhiều loại, đáp ứng nhu cầu về đời sống của con người. 2.2.9.2. Bản chất của quá trình lên men Dầu các quá trình lên men có khác nhau về hình thức, cơ chế, tiến trình phản ứng, sản phẩm cuối và hệ vi sinh vật tham gia, hệ enzym xúc tác… Nhưng các quá trình lên men có bản chất cơ bản giống nhau. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro và điện tử (e- và H+). Các enzym xúc tác cho quá trình này là các enzym oxy hóa khử (dehydrogenase, oxydase…) chủ yếu từ vi sinh vật. Như vậy: thực chất các quá trình lên men là các quá trình oxy hóa – khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian.. Năng lượng này rất cần thiết cho hoạt động sống của sinh vật như sinh trưởng, phát triển, sinh sản… Tùy theo chủng vi sinh vật, môi trường, và điều kiện lên men chúng ta thu được các sản phẩm chính, phụ khác nhau. Trong quá trình oxy hóa khử sinh học, hydro được tách khỏi cơ chất ban đầu nhờ enzym dehydrogenase, và chuyển đến những chất tiếp nhận khác nhau. Tùy theo chất tiếp nhận hydro từ cơ chất mà người ta phân biệt các dạng lên men và hô hấp như sau: Trong lên men yếm khí (lên men theo định nghĩa của Paster) không có sự tham gia của oxy phân tử, hydro được tách ra khỏi cơ chất và chuyển đến chất nhận là chất hữu cơ chưa no. Sau khi nhận hydro các chất này tạo thành các chất hữu cơ nhất định, đây chính là sản phẩm của quá trình lên men tích tụ trong môi trường (ví dụ etanol, acid lactic…). Trong lên men rượu hydro được tách ra trong quá trình phân hủy glucose, được chuyển hóa đến acetaldehyt (CH3CHO) hình thành trong quá trình đường phân và tạo thành etanol trong điều kiện thiếu oxy, chất này hoạt động như chất nhận hydro và bị khử thành etano, và đồng thời tái sinh NAD từ NADH2. Trong hô hấp hiếu khí (lên men hiếu khí). Hydro được tách ra từ cơ chất hữu cơ trải qua hàng loạt các giai đoạn trung gian, cuối cùng kết hợp với oxy để tạo ra H2O. Ví dụ acid pyruvic, bị oxy hóa hoàn toàn trong chu trình Kreb, qua hàng loạt sản phẩm trung gian cuối cùng tạo CO2 và H2O và giải phóng năng lượng. Quá trình hô hấp hiếu khí giải phóng ra năng lượng lớn cung cấp cho quá trình hoạt động sống của cơ thể vi sinh vật. Nguyên liệu của quá trình oxy hóa (hô hấp hiếu khí) chủ yếu là gluxit, sáp, chất béo… Sản phẩm cuối cùng này là CO2 và H2O và một số sản phẩm trung gian do oxy hóa không hoàn toàn như a.acetic, a.citric… Các vi sinh vật sống trong điều kiện hiếu khí thường có thể sống trong điều kiện kị khí hoặc kị khí không bắt buộc hoàn toàn. Chất nhận điện tử và hydro cuối cùng không phải oxy mà là nitrat hay sulfat. Kiểu chuyển điện tử và H+ này giúp cho vi khuẩn oxy hóa hoàn toàn cơ chất mà không cần sự tham gia của oxy phân tử. So với quá trình lên men trong hô hấp kị khí vi sinh vật thu được nhiều năng lượng hơn. Tóm lại trong thực tiễn sản xuất hiện nay người ta chỉ phân biệt hai dạng lên men là lên men hiếu khí (có oxy tham gia) và lên men yếm khí (không có oxy tham gia) đôi khi còn gọi là lên men kị khí. 2.2.9.3. Cơ chế của quá trình lên men rượu Đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vào bên trong. Ở đó, các enzym sẽ tác dụng qua nhiều giai đoạn trung gian để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí cacbonic. Hai chất này đều khuếch tán và tan vào môi trường xung quanh. Rượu do rất linh động nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí CO2 hòa tan kém và khuếch tán chậm. Lúc đầu hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào men và lớn dần đến mức lực đẩy Archimèdes lớn hơn tế bào men cộng bọt khí, lúc đó tế bào men và bọt khí nổi dần lên, khi đến bề mặt các bọt khí vỡ ra. Bọt khí tan, tế bào men lại chìm dần. Quá trình trên lại lập lại. Khi đường và các chất dinh dưỡng trong canh trường còn ít, một lượng lớn tế bào men sẽ lắng xuống đáy, dịch lên men trong dần. Xét về mặt hóa học, sự lên men rượu bình thường có thể chia ra hai thời kỳ: thời kỳ cảm ứng và thời kỳ tĩnh. Thời kỳ cảm ứng Ở giai đoạn này, chất tiếp nhận hydro của enzym alcoldehydrogenaza là acetaldehyd được tạo thành chưa đủ, do đó enzym sẽ chuyển hydro đến cho aldehyd phosphatglixerinic. Dưới tác dụng của enzym phosphataza, phosphatglixerin bị thuỷ phân để tạo thành glixerin. Như vậy trong môi trường sẽ hình thành glixirin và CO2. Thời kỳ tĩnh Đến lúc này,lượng acetaldehyd là cơ chất bình thường của enzym alcoldehydrogenaza được tạo thành đã có nhiều, nên enzym sẽ chuyển hydro đến cho cơ chất của nó và rượu etylic được tạo thành từ đây Glixerin chỉ được tạo nên trong thời kỳ cảm ứng nên nó sẽ chỉ là sản phẩm phụ trong môi trường acid. Phương trình phản ứng tổng quát của quá trình lên men [1] Thực tế cho thấy rằng, sự lên men rượu sẽ xảy ra một cách bình thường để cho ta sản phẩm chủ yếu là rượu và một số sản phẩm phụ khác như glixerin. Chỉ trong điều kiện pH của môi trường từ 4-5 và môi trường thật yếm khí. Trong điều kiện yếm khí sự lên men xảy ra rất mạnh mẽ (nghĩa là etanol tạo thành sẽ nhiều) nhưng sự phát triển của tế bào nấm men hầu như không có. Vì khi ấy nấm men có thể thu được năng lượng để duy trì cho các hoạt động sống của mình chỉ bằng cách lên men glucose. Khi có không khí thì sự lên men yếu đi vì nấm men sẽ thu năng lượng cần thiết cho sự phát triển của chúng bằng con đường hô hấp hiếu khí, nghĩa là bằng cách oxi hóa sinh học glucose đến CO2 và H2O. Hình 2.11:Cơ chế phân hủy đường trong tế bào nấm men (theo con đường EMP) Glucose Hexokinaza Glucose – 6 – phosphat Photphoglucoza isomeraza Fructose – 6 – phosphat PhosphoFructokinaza Fructose – 1,6 – diphosphat Aldolaza Triophosphat izomeraza Glyceraldehyd – 3 – phosphat Dihydroxy aceton phosphat Glyceraldehyd phosphatdehydrogenaza Acid – 1,3 – diphosphoglyceric Phosphoglyceratkinaza Acid – 3 – phosphoglyceric Phosphoglycerat-mutaza Acid – 2 – phosphoglyceric Enolaza Acid phosphoenolpyruvic Pyruvat kinaza Acid pyruvic Pyruvate – decarboxylaza Acetaldehyd Aldodeshydrogenaza Ethanol 2.2.9.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men Thực chất cuả quá trình lên men rượu là quá trình chuyển hoá đường thành etanol nhờ vào hoạt động cuả nấm men. Do vậy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động cuả men cũng là các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu. Ảnh hưởng cuả nồng độ đường trong dịch lên men Nồng độ đường trong dịch lên men ảnh hưởng đến hiệu suất, hoạt động cuả nấm men, quá trình lên men. Đuờng cung cấp nguồn carbon là nguồn thức ăn cho nấm men hoạt động. Hàm lượng đường khá cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men. Kết quả là đường nhiều sẽ dẫn đến ức chế không những tạp khuẩn mà cả nấm men. Mặc khác, đường nhiều sẽ dẫn đến tổn thất hoặc kéo dài thời gian lên men. Nếu hàm lượng đường quá thấp không đủ cơ chất cho nấm men hoạt động, sẽ giảm hiệu suất lên men, không tạo được độ cồn mong muốn trong rượu vang. Trong nước quả thường có hàm lượng đường không đều, do đó người ta thường bổ sung thêm đường saccharose. Thông thường, các loại nấm men hoạt động bình thường trong môi trường có hàm lượng đường 10 – 25%, nồng độ đường cao hơn 25 % trở lên thì sự lên men khó khăn và chậm chạp. Ở nồng độ đường 30-35% sự lên men gần như bị đình chỉ. Ảnh hưởng cuả pH pH có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men, tạo sản phẩm chính và phụ khác nhau. Nếu pH 4 – 5 lên men rượu bình thường tạo sản phẩm chính là etanol. Nếu pH môi trường là kiềm thì sản phẩm chính là glycerin. Để điều chỉnh acid thường dùng acid citric hay acid lactic. Thực tế cho thấy khi lên men những dịch quả chua thường cho rượu vang ngon. Mặt khác pH dịch lên men càng acid thì càng hạn chế được hoạt động của nhiều loại vi khuẩn. Đối với dịch quả thường có độ pH từ 2.8 – 3.8. Khoảng pH này nấm men vẫn hoạt động được. Ảnh hưởng cuả nguồn Nitơ Tùy nguồn nguyên liệu ban đầu có thể bổ sung hay không bổ sung nguồn dinh dưỡng nitơ cho nấm men. Tùy thuộc vào đặc tính của từng nguyên liệu mà có thể sử dụng (NH4)2SO4, NH4H2PO4, NH4NO3 nước chiết nấm men, pepton... Ảnh hưởng cuả nhiệt độ Nhiệt độ lên men ảnh hưởng đến nấm men, quá trình lên men, chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ thấp thì quá trình lên men kéo dài nhưng chất lượng, hương vị rượu tốt