nghiên cứu quy trình chế biến rượu vang nho bổ sung nhàu

Với điều kiện nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu quy trình chế biến rượu vang nho bổ sung nhàu” với mục tiêu chung là nghiên cứu ra được p

- ∞0∞ -

VÕ THỊ TỐ UYÊN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH

CHẾ BIẾN RƯỢU VANG NHO BỔ SUNG NHÀU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - ∞0∞ -

VÕ THỊ TỐ UYÊN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH

CHẾ BIẾN RƯỢU VANG NHO BỔ SUNG NHÀU Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CNSH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

GIẤY XÁC NHẬN

Tôi tên là: Võ Thị Tố Uyên

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã sinh viên: 1653010372

Tôi đồng ý cung cấp toàn văn thông tin khóa luận tốt nghiệp hợp lệ về bản quyền cho Thư viện Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh sẽ kết nối toàn văn thông tin khóa luận tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học của Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Ký tên

(Ghi rõ họ và tên)

………

Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: ThS Lý Thị Minh Hiền

Học viên thực hiện: Võ Thị Tố Uyên Lớp: DH16TP01

Ngày sinh: 07/05/1998 Nơi sinh: Quảng Nam Tên đề tài: Nghiên cứu quy trình chế biến rượu vang nho bổ sung nhàu

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình chế biến rượu

vang nho bổ sung nhàu” bên cạnh sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được nhiều

sự động viên, giúp đỡ từ phía gia đình, thầy cô và bạn bè và em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Cô Lý Thị Minh Hiền, giáo viên hướng dẫn, người đã định hướng đề tài, cho em học hỏi thêm nhiều kiến thức chuyên ngành lẫn kinh nghiệm cuộc sống

Các thầy cô trong tổ chuyên ngành cùng các thầy cô trong khoa Công nghệ sinh học, trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt nhiều kiến thức về Công nghệ sinh học và chuyên ngành Thực phẩm

Ban giám hiệu nhà trường và thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện để em có thể làm việc tại phòng thí nghiệm

Tôi xin cảm ơn các bạn, đặc biệt là các bạn làm việc trong phòng thí nghiệm Thực phẩm và phòng thí nghiệm Hóa sinh đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong lúc thực hiện đề tài

Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, người đã luôn động viên tinh thần và giúp đỡ con trong việc tìm kiếm nguyên liệu thực hiện đề tài

Sinh viên thực hiện

Võ Thị Tố Uyên

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

PHẦN I TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về rượu vang trái cây 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.2 Yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất vang trái cây 3

1.1.3 Thành phần hóa học của rượu vang 3

1.1.4 Quá trình lên men rượu vang 4

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 6

1.2 Quá trình lên men ethanol 9

1.2.1 Cơ chế lên men của nấm men 9

1.2.2 Các sản phẩm trong quá trình lên men rượu 10

1.3 Nguyên liệu nho 13

1.3.1 Giới thiệu 13

1.3.2 Thành phần hóa học của nho 13

1.4 Nguyên liệu nhàu 14

1.5.2 Đặc điểm chung của nấm men Saccharomyces cerevisiae 18

1.5.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất rượu vang 18

1.6 Hoạt tính kháng oxy hóa 22

1.6.1 Khái niệm về gốc tự do 22

1.6.2 Sự hình thành gốc tự do trong cơ thể 22

1.6.3 Vai trò của gốc tự do trong cơ thể 22

1.7 Cấu trúc các hợp chất 26

2.3.1 Khảo sát đặc tính nguyên liệu nhàu và nho 39

2.3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ dịch nhàu: dịch nho trong dịch lên men đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm 39

2.3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm 40

2.3.4 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của các hàm lượng chất khô hòa tan đến chất lượng sản phẩm 41

2.3.5 Thí nghiệm 4: Khảo sát hàm lượng nấm men bổ sung khác nhau đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm 43

2.3.6 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men đến chất lượng sản phẩm 44

2.4 Khảo sát hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và hoạt tính kháng oxy hóa của các sản phẩm từ nhàu 45

2.4.1 Quy trình chế biến rượu vang nhàu 45

2.4.2 Quy trình điều chế cao nhàu 48

2.4.3 Thí nghiệm 6: Xác định hàm lượng flavonoid có trong ba loại: rượu vang

nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 48

2.4.4 Thí nghiệm 7: Xác định hàm lượng polyphenol có trong ba loại: rượu vang nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 49

2.4.5 Thí nghiệm 8: Khảo sát khả năng kháng oxy hóa – phương pháp DPPH˙ của ba loại: rượu vang nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 50

2.4.6 Thí nghiệm 9: Khảo sát khả năng kháng oxy hóa – hoạt động ức chế gốc hydroxyl của ba loại: rượu vang nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 51

2.5 Phân tích chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm rượu vang nhàu – nho 52

PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Kết quả khảo sát đặc tính nguyên liệu nhàu và nho 53

3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng các tỉ lệ nhàu: nho trước khi lên men đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm 53

3.2.1 Xác định các chỉ tiêu khi kết thúc quá trình lên men 53

3.2.2 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm ở các tỉ lệ nước nho bổ sung khác nhau 54

3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm 55

3.3.1 Xác định các chỉ tiêu khi kết thúc quá trình lên men 55

3.3.2 Kết quả đánh giá cảm quan các nghiệm thức giá trị pH khác nhau khi kết thúc quá trình lên men 56

3.4 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của các hàm lượng chất khô hòa tan đến chất lượng sản phẩm 56

3.4.1 Xác định các chỉ tiêu khi kết thúc quá trình lên men 56

3.4.2 Kết quả đánh giá cảm quan các nghiệm thức hàm lượng chất khô hòa tan khác nhau khi kết thúc quá trình lên men 57

3.5 Thí nghiệm 4: Khảo sát hàm lượng nấm men bổ sung khác nhau đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm 58

3.5.1 Xác định các chỉ tiêu khi kết thúc quá trình lên men 58

3.5.2 Kết quả đánh giá cảm quan các nghiệm thức hàm lượng nấm men bổ

sung khác nhau khi kết thúc quá trình lên men 59

3.6 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men đến chất lượng sản phẩm 59

3.7 Thí nghiệm 6, 7: Khảo sát hàm lượng flavonoid và polyphenol có trong ba loại: rượu vang nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 61

3.8 Thí nghiệm 8: Khảo sát khả năng kháng oxy hóa – phương pháp DPPH˙ của ba loại: rượu vang nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 61

3.9 Thí nghiệm 9: Khảo sát khả năng kháng oxy hóa – phương pháp ức chế gốc hydroxyl của ba loại: rượu vang nhàu – nho, rượu vang nhàu và cao nhàu 63

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của nho 13

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của sự stress oxy hóa 24

Bảng 1.3: Các nhóm hợp chất phenolic 26

Bảng 3.1: Bảng khảo sát đặc tính nguyên liệu nhàu và nho 53

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ nhàu: nho đến quá trình lên men 53

Bảng 3.3: Bảng kết quả đánh giá cảm quan ở các tỉ lệ nhàu: nho khác nhau 54

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của giá trị pH đến quá trình lên men 55

Bảng 3.5: Bảng kết quả đánh giá cảm quan ở các giá trị pH khác nhau 56

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến quá trình lên men 57

Bảng 3.7: Bảng kết quả đánh giá cảm quan ở các hàm lượng chất khô hòa tan khác nhau 57

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng nấm men đến quá trình lên men 58

Bảng 3.9: Bảng kết quả đánh giá cảm quan ở các hàm lượng nấm men bổ sung khác nhau 59

Bảng 3.10: Kết quả hàm hàm lượng polyphenol và flavonoid 61

Bảng 3.11: Kết quả khả năng kháng oxy hóa – DPPH˙ 62

Bảng 3.12: Kết quả khả năng kháng oxy hóa – gốc hydroxyl 63

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát quá trình lên men ethanol 10

Hình 1.2: Nguyên liệu nho 13

Hình 1.3: Nguyên liệu nhàu 14

Hình 1.4: Cấu tạo tổng quát của proxeronine 15

Hình 1.5: Cấu tạo tổng quát của damnacanthal 16

Hình 1.6: Cấu tạo nấm men 17

Hình 2.6: Quy trình chế biến rượu vang nhàu 45

Hình 2.7: Quy trình điều chế cao tổng trái nhàu 48

Hình 4.1: Sản phẩm rượu vang nho bổ sung nhàu 66

Hình 4.2: Quy trình đề xuất chế biến rượu vang nho bổ sung nhàu 67

Đồ thị 3.1: Đồ thị sự biến đổi của độ Brix, độ cồn và pH trong quá trình lên men 60

Đồ thị 3.2: Đồ thị biễu diễn kết quả kháng oxy hóa – DPPH˙ 62

Đồ thị 3.3: Đồ thị biễu diễn kết quả kháng oxy hóa – gốc hydroxyl 64

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rượu là một loại thức uống vô cùng đặc biệt đối với ông bà ta thời xưa vào các dịp lễ tết, cưới hỏi, tiệc tùng,… và đây được coi là một nét văn hóa truyền thống dân gian tại Việt Nam Bên cạnh đó, với nhu cầu thị hiếu sử dụng của khách hàng ngày càng tăng cao như hiện nay thì việc xuất hiện nhiều loại rượu đa dạng cả về chủng loại lẫn mẫu mã trở nên phổ biến trên thị trường Tuy nhiên, vì rượu trắng có

nhiều đối tượng tiêu dùng do đó nó được sử dụng ngày càng nhiều Trong đó, có một số loại rượu vang từ trái cây còn mang chức năng phòng và chữa bệnh vì chứa một số hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học

Qua các tài liệu nghiên cứu cho thấy trái nhàu có chứa rất nhiều hợp chất có tác dụng chữa bệnh như: proxeronine, scopoletine, terpene, damnacanthal, anthraquinone chữa các bệnh như: cao huyết áp, đau lưng, nhức mỏi, hen suyễn, dạ dày, stress, suy nhược cơ thể,… nên các sản phẩm từ trái nhàu như rượu nhàu, rượu vang nhàu, trà nhàu, nước cốt nhàu… có tính dược lý cao và ngày càng được nhiều người biết đến

Rượu vang trái nhàu là một loại rượu lên men tự nhiên từ trái nhàu, không có chất độc hại, có giá trị dinh dưỡng, rất tốt cho sức khỏe nếu uống có điều độ Tuy nhiên trái nhàu, lại khó lên men tự nhiên từ dịch quả do thành phần chất khô thấp và vì trong trái nhàu có chất scopoletine, anthraquinone, acid caprilic, acid caproic Các chất này có tác dụng kháng khuẩn khá mạnh nên trong quá trình lên men chúng sẽ ức chế vi khuẩn, nấm mốc và cả nấm men Với điều kiện nghiên cứu tại phòng thí

nghiệm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu quy trình chế biến rượu

vang nho bổ sung nhàu” với mục tiêu chung là nghiên cứu ra được phương pháp

sản xuất rượu vang trái nho có bổ sung nhàu trước khi lên men (vì dịch nước nho có hàm lượng chất khô cao và là môi trường dinh dưỡng rất thích hợp cho nấm men phát triển) nhằm đem lại sản phẩm có hương vị đặc trưng, chất lượng tốt Sau đó, việc xác định thành phần và hoạt tính chống oxy hóa được thực hiện để so sánh tính chất của nguyên liệu và sản phẩm Từ đó tạo cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng chế biến thực phẩm khác với nguyên liệu quả nhàu

Từ mục tiêu chung, tiến hành nghiên cứu với nội dung nghiên cứu như sau: • Khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ dịch nhàu: dịch nho đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm

• Khảo sát ảnh hưởng của pH để tìm ra giá trị pH tối ưu cho quá trình lên men • Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nấm men đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm

• Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hòa tan đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm

• Khảo sát thời gian lên men chính của sản phẩm

• So sánh thành phần các chất và hoạt tính chống oxi hóa của ba loại: rượu vang nhàu, rượu vang nhàu – nho và cao nhàu

PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về rượu vang trái cây

1.1.1 Giới thiệu chung

Theo tổ chức quốc tế về nho và rượu vang (International Organisation of Vin and Wine), thì rượu vang (tiếng Anh: wine, tiếng Pháp: vin) là sản phẩm của quá trình lên men không qua chưng cất, môi trường lên men có thể là nước nho hoặc hỗn hợp nước nho và vỏ nho

Ngoài trái nho, người ta có thể sử dụng các loại trái cây khác để sản xuất thức uống lên men ethanol không qua chưng cất Những sản phẩm này cũng tương tự rượu vang và được gọi là “rượu vang trái cây”(fruit wine).[8]

1.1.2 Yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất vang trái cây

Không phải bất cứ loại trái cây nào cũng có thể sản xuất vang trái cây được Trong quy trình sản xuất vang trái cây, nguyên liệu phải thỏa mãn những tiêu chí sau: • Hàm lượng nước tự do trong trái cây phải lớn, điều này giúp cho quá trình thu nhận dịch ép trái cây dễ dàng

• Hàm lượng đường trong trái cây phải cao tương tự như trong trái nho vì đường sẽ được chuyển hóa thành ethanol, cấu tử chính trong thành phần của sản phẩm (hàm lượng đường tổng trong nước nho thường dao động trong khoảng 20-22%w/w) • Hàm lượng acid trong trái cây cần tạo ra được giá trị pH thích hợp cho nấm men thực hiện quá trình lên men rượu (tổng lượng acid trong nước nho xấp xỉ 0,8%w/w)

• Trái cây cần có những chất màu và/hoặc chất mùi đặc trưng để tạo nên những tính chất cảm quan riêng biệt cho sản phẩm

Ngày nay, khi hàm lượng đường và acid trong trái cây nguyên liệu thấp hơn khoảng giá trị yêu cầu để sản xuất rượu vang trái cây, người ta có thể hiệu chỉnh thêm đường và acid vào dịch ép trái cây trước khi thực hiện quá trình lên men ethanol.[8]

1.1.3 Thành phần hóa học của rượu vang [2,7]

Thành phần hóa học của rượu vang rất phức tạp, thay đổi theo thành phần nguyên liệu, thiết bị kĩ thuật và kĩ thuật sản xuất

• Acid

Là một thành phần quan trọng của rượu vang góp phần tạo hương vị cho sản phẩm Trong rượu vang có những acid chính là: acid tartric (1,5 – 4g/l), acid malic (0 – 4g/l), acid citric (0 – 0,5g/l), acid oxalic (0 – 0,6g/l) Ngoài ra, còn có các acid dễ bay hơi như: acid acetic, acid formic, acid propionic, acid butyric,…

• Muối khoáng và tro

Trong rượu vang có nhiều muối khoáng, phổ biến nhất là: P, S, K, Na, Mg, Si, Fe, Mn, Cl, Br, I, Al,… Muối khoáng và tro đóng vai trò rất quan trọng là làm tăng hương vị và giá trị dinh dưỡng của rượu

• Các hợp chất khác

Ngoài các hợp chất chính trên, trong rượu vang còn có các rượu bậc cao, glycerine, diacetyl, aceton, acid lactic,… và một số ester tạo hương cho rượu vang

1.1.4 Quá trình lên men rượu vang [3,6,14,4]

Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, có sự tham gia của nấm men

Saccharomyces hoặc một số vi sinh vật khác Lên men rượu là quá trình chuyển hóa

sản phẩm trung gian và giải phóng năng lượng Lên men rượu trải qua hàng loạt các phản ứng phức tạp nhờ sự tham gia của hàng loạt enzyme xúc tác khác nhau

Phương trình tổng quát của sự lên men rượu:

và một số aldehyde Quá trình chuyển hóa đường thành rượu được thực hiện qua một chuỗi phản ứng hết sức phức tạp, liên quan mật thiết đến quá trình phosphoryl hóa các hợp chất hữu cơ Ở giai đoạn đầu (giai đoạn phosphoryl hóa) các hợp chất đường – phosphate được tạo thành Hợp chất cuối cùng được tạo thành ở giai đoạn này là fructose – 1,6 – diphosphate Tiếp tục quá trình chuyển hóa, hợp chất này bị phân cắt thành hai phân tử trizophosphate, đó là dioxyacetonphosphate (hoặc gọi là phosphodioxyaceton) và aldehyde – 3 phospho glycerinic (hoặc gọi là 3 – phosphoglyceroaldehyde) Aldehyde – 3 phosphoglycerinic sau khi bị dehydro và được phosphoryl hóa sẽ trở thành acid 1,3 – diphosphoglycerinic Acid này sau quá trình dehydro và phosphoryl hóa tiếp theo sẽ chuyển thành acid pyruvic Hợp chất cuối cùng này sau khi bị decarboxyl sẽ tạo thành acid carbonic và acetaldehyde Tiếp tục quá trình chuyển hóa đến giai đoạn cuối cùng là sự tạo thành rượu ethylic

• Giai đoạn 1: giai đoạn đường phân

Đây là giai đoạn phức tạp gồm nhiều phản ứng và nhiều enzyme tham gia khác nhau

Diễn biến của quá trình lên men rượu vang

- Đường cùng các chất dinh dưỡng khác của môi trường lên men được hấp phụ vào trên bề mặt của tế bào nấm men, sau đó khuếch tán qua màng đi vào bên trong tế bào Sự khuếch tán này tuân theo quy luật thẩm thấu Trong khi nước được vào ra tế bào một cách tự do thì đường và các chất dinh dưỡng khác chỉ được màng tế bào cho đi vào màng thể thẩm thấu ngược Vì vậy, đường bị chuyển hóa qua một chuỗi phản ứng dưới tác dụng của enzyme xúc tác để tạo ra sản phẩm cuối cùng của

- Ethanol và CO2 tạo thành thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán ra môi trường xung quanh Ethanol tan dễ trong nước nên nhanh chóng khuếch tán vào môi trường

lắm Tuy nhiên, do môi trường lúc này có một phần ethanol nên giúp độ hòa tan của

các tế bào nấm men đi lên mặt thoáng của bình lên men Bọt nổi lên bề mặt dịch lên

xáo trộn nấm men trong môi trường lên men, làm cho quá trình trao đổi chất trong tế bào diễn ra mạnh mẽ hơn, quá trình lên men cũng diễn ra nhanh hơn

- Do đó, tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không chuyển động đã biến thành tế bào luôn chuyển động Vì vậy mà tăng nhanh tốc độ chuyển hóa rượu Một lượng lớn tế bào nấm men sẽ lắng xuống đáy thùng, hàm lượng cồn sẽ tăng dần đồng thời với hàm lượng đường và các chất dinh dưỡng trong môi trường giảm xuống

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men [3,7,11,14] 1.1.5.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ của dịch lên men và môi trường xung quanh có ảnh hưởng khá mạnh đến tiến trình lên men Ở nhiệt độ cao sẽ thu nhận được các kết quả:

• Thời gian lên men nhanh

• Mật độ tối đa đạt được cao hơn so với ở nhiệt độ thấp

• Lên men triệt để hơn nhưng hàm lượng các sản phẩm bậc hai (đặc biệt là diacethyl) tạo ra nhiều hơn

• Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết lại nhiều hơn và tốc độ suy giảm các đặc tính công nghệ cũng nhanh hơn

• Kết quả cuối cùng nhận được là tỉ số giữa các cấu tử trong rượu vang không cân đối, chất lượng của rượu giảm

Mỗi loại nấm men đều có nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển và lên men

Nấm men có khả năng phát triển ở môi trường trung tính, kiềm nhưng lên men rượu tốt nhất ở môi trường acid và đặc tính chịu được độ acid cao của một số loài nấm men giúp ích rất nhiều trong công nghiệp rượu để loại trừ một số vi khuẩn có hại Tuy nhiên nếu pH môi trường quá thấp thì có thể ức chế sự phát triển của nấm men Trong quá trình lên men rượu, một số acid được hình thành thêm, dẫn đến việc hạ thấp pH xuống

Trong điều kiện sản xuất rượu vang người ta chuẩn bị môi trường nước quả có độ pH là 4 – 6, pH tối ưu tạo ethanol là 4 – 4,5 Nếu tăng pH thì dễ bị nhiễm khuẩn, glycerin tạo thành nhiều hơn và do đó làm giảm hiệu suất lên men

1.1.5.3 Nồng độ đường của dịch lên men

Nồng độ chất khô dao động từ 20 – 24%

Trong nước quả thường có hàm hượng đường không đều, do vậy người ta thường bổ sung thêm đường saccharose Đa số các loại nấm men hoạt động bình thường trong môi trường có hàm lượng đường 20% Khi nhân giống thường dùng đường có môi trường thấp hơn dưới 10%

Nồng độ đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men Kết quả là đường nhiều sẽ ức chế không những các tạp khuẩn mà cả nấm men Mặt khác, đường nhiều sẽ giảm tới tổn thất hoặc kéo dài thời gian lên men Ngược lại, nếu nồng độ đường thấp sẽ làm giảm năng suất thiết bị, lượng rượu tạo ra ít, rượu nhạt dễ nhiễm tạp khuẩn mau hỏng

1.1.5.4 Lượng giống cấy

Lượng giống cấy ảnh hưởng đến thời gian lên men và chất lượng rượu vang sau này Mỗi loài nấm men có khả năng lên men khác nhau

Nấm men quá ít: hàm lượng đường còn sót nhiều, độ rượu thấp, do đó chất lượng rượu vang không đạt yêu cầu

Nấm men quá nhiều: sản phẩm phụ do nấm men tiết ra có thể ảnh hưởng không tốt đến chất lượng rượu, sau quá trình lên men lượng men vẫn còn thừa không kinh tế

Việc bổ sung tỉ lệ giống lên men cũng được lựa chọn tùy theo sản phẩm mong muốn

Hàm lượng oxy hòa tan trong dịch trái cây ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh sản của nấm men và lượng sinh khối tạo thành

Hàm lượng oxy hòa tan trong dịch trái cây cũng là yếu tố tác động mạnh đến tốc độ suy giảm đặc tính công nghệ của nấm men Nếu trong dịch lên men có lượng oxy quá ít thì tốc độ sinh sản bị hạn chế, tốc độ lên men bị chậm lại, hương và vị của rượu không đạt được mức độ cần có

Tiếp theo, để chuyển hóa đường thành ethanol, vi sinh vật phải được phát triển trong điều kiện yếm khí Trong điều kiện yếm khí, sự hô hấp của nấm men bị ức chế và nấm men phải tìm năng lượng cần thiết bằng con đường lên men Để đáp ứng năng lượng cần thiết, nấm men cần phân hủy một lượng đường lớn và chuyển hóa thành

1.1.5.6 Thời gian lên men

Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

Thời gian lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ lên men, pH, nồng độ đường, chủng nấm men,…

Thời gian lên men được tính bắt đầu từ khi cấy chủng nấm men vào môi trường lên men cụ thể và tùy thuộc vào mục đích lên men mà ta dừng quá trình lên men

Trong sản xuất rượu vang, thường người ta xác định điểm kết thúc lên men bằng cách đo độ cồn, độ pH, hàm lượng đường sót, hàm lượng acid tổng,… Ở đây chỉ nói thời gian kết thúc giai đoạn lên men chính Giai đoạn lên men phụ là giai đoạn ủ chín và tàng trữ có thể kéo dài từ vài tháng trở lên

1.2 Quá trình lên men ethanol

1.2.1 Cơ chế lên men của nấm men

Lên men ethanol là một quá trình sinh tổng hợp năng lượng ở tế bào nấm men trong điều kiện kỵ khí Quá trình này diễn ra tại tế bào chất, theo các bước:

• Đầu tiên, đường trong dịch quả được màng tế bào chất vận chuyển vào bên trong tế bào

• Sau đó, hệ enzyme của nấm men sẽ xúc tác các phản ứng chuyển hóa đường thành năng lượng sinh học (ATP)

Có rất nhiều sản phẩm trao đổi chất khác cũng được nấm men sinh ra trong

cao phân tử, glycerol, hợp chất carbonyl, acid hữu cơ,… Trong số này, ethanol và

men giữ ATP lại bên trong tế bào, các sản phẩm trao đổi chất khác trong đó có ethanol

Sự tạo thành ethanol:

Trong dịch quả, glucose và fructose là hai loại đường chủ yếu được nấm men chuyển hóa thành ethanol Trong trường hợp saccharose được bổ sung vào dịch quả, nấm men sẽ sử dụng enzyme invertase để thủy phân saccharose thành glucose và fructose Bên trong tế bào chất, glucose được chuyển hóa theo chu trình đường phân tạo acid pyruvic, acid pyruvic được chuyển hóa tiếp thành acetaldehyde rồi thành ethanol Đối với fructose, đường này được phosphoryl hóa thành glucose rồi tiếp tục chu trình đường phân.[8]

Phương trình tổng quát của lên men rượu như sau:

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát quá trình lên men ethanol

Cụ thể quá trình lên men ethanol trải qua 13 bước bao gồm cả quá trình đường phân và tạo thành ethanol Mỗi bước được đặc trưng bằng một phản ứng hóa sinh với một enzyme xúc tác

Trong quá trình lên men rượu, mỗi phân tử glucose sẽ giải phóng ra khoảng 50 kcal Năng lượng này được nấm men sử dụng chừng 20 kcal Số còn lại sẽ thải ra canh trường do đó làm tăng nhiệt độ lên men Theo Euler, nhiệt độ này chiếm 25 kcal/phân tử glucose.[8]

1.2.2 Các sản phẩm trong quá trình lên men rượu 1.2.2.1 Sản phẩm chính

tạo thành ethanol

Nấm men được gieo cấy vào môi trường lên men khoảng 1 – 2 giờ đầu còn làm quen chưa phát triển, sau đó sẽ phát triển theo cấp số nhân và bắt đầu tích tụ trong môi trường ngày càng nhiều Hàm lượng nấm men cao dần sẽ ức chế sự phát triển của nấm men.[10]

b CO2

ra trong quá trình khử acid pyruvic thành ethanol

sinh ra sẽ được nấm men thải vào môi trường, từ đó tác động đến chất lượng cảm quan của sản phẩm.[10]

1.2.2.2 Sản phẩm phụ

a Acid hữa cơ và chất béo[8]

Trong nhóm acid hữa cơ, acid pyruvic là sản phẩm do nấm men sinh tổng hợp trong quá trình dị hóa đường Khi acid pyruvic bị decarboxyl hóa sẽ tạo ra aldehyde acetic và hợp chất này bị oxy hóa tạo acid acetic Sự có mặt của acid acetic sẽ gây ảnh hưởng xấu đến mùi vị sản phẩm Tuy nhiên, nấm men tổng hợp acid acetic với hàm lượng khá thấp (100 – 300 mg/l) Các acid succinic tạo ra vị mặn lẫn vị đắng cho sản phẩm

Trong nhóm acid béo có một số acid do nấm men tổng hợp nhưng có khả năng ức chế hoạt tính của nấm men với nồng độ chỉ vài mg/l

b Rượu cao phân tử [8]

Rượu cao phân tử là rượu có nhiều hơn 2 nguyên tử C trong phân tử Tổng hàm lượng của chúng trong sản phẩm dao động trong khoảng 150 – 350 mg/l

Khi nồng độ của rượu cao phân tử thấp hơn 300 mg/l, chúng được xem là những cấu tử hương và ảnh hưởng tốt đến mùi vị của sản phẩm

Ngược lại, nếu nồng độ của chúng cao hơn sẽ tạo mùi vị khó chịu cho sản phẩm

c Methanol [8]

Hàm lượng methanol trong sản phẩm thường nằm trong khoảng 30 – 35 mg/l Methanol được xem là sản phẩm của phản ứng thủy phân các gốc methoxyl trong phân tử pectin xảy ra trong quá trình lên men rượu

hàm lượng methanol trong rượu vang luôn dưới ngưỡng cho phép và an toàn cho người sử dụng

d Polyol[8]

Rượu đa chức là rượu có nhiều hơn một gốc hydroxyl Người ta tìm thấy nhiều loại rượu đa chức trong rượu vang Đáng chú ý hơn cả là glycerol và 2,3-butanediol Glycerol là sản phẩm phụ của quá trình lên men ethanol từ đường Khi hòa tan nước, glycerol tạo ra dung dịch nhớt Do đó, glycerol làm ảnh hưởng xấu đến trạng thái sản phẩm

Rượu vang chứa khoảng 20 loại ketone, trong đó diacetyl làm rượu vang có mùi bơ Tuy nhiên, hàm lượng không đáng kể nên không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm

1.3 Nguyên liệu nho

1.3.1 Giới thiệu

Nho thuộc họ Vitis Nho là loại trái cây

dùng làm nguyên liệu truyền thống sản xuất rượu vang Dựa vào nguồn gốc của giống nho, có thể chia làm 2 nhóm cơ bản:

• Nho trắng: trái nho khi chín không có màu hoặc có màu vàng lục nhạt

• Nho đỏ: trái nho khi chín có màu đỏ tím ở những mức độ khác nhau

Nho là loại quả lý tưởng để chế biến rượu vang vì nho có hàm lượng chất khô cao và pH thích hợp nên dễ lên men Mặt khác sản lượng nước quả trên đơn vị diện tích cao, trong nho có nhiều chất dinh dưỡng như vitamin, khoáng,…nên sản phẩm rượu sau lên men có chất lượng tốt, hương vị đậm đà

1.3.2 Thành phần hóa học của nho

Nho chứa nhiều chất dinh dưỡng như vitamin, đường, khoáng,…Thành phần hóa học của nho được thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của nho

(Nguồn: Bảng thành phần thực phẩm Việt Nam, 2007)

Nước: Trong nho có hàm lượng nước rất cao, trung bình 70 – 80%, nước chủ

yếu ở dạng tự do có chứa các tạp chất hòa tan Lượng nước phân bố không đồng đều trong trong các mô, 80 – 90% trong dịch bào, phần còn lại trong chất nguyên sinh và gian bào

Hình 1.2: Nguyên liệu nho

Glucid: Các chất glucid là hợp phần chủ yếu của các chất khô trong nho, glucid

vừa là vật liệu xây dựng vừa là thành phần tham gia chính vào các quá trình trao đổi chất, glucid còn là nguồn dự trữ năng lượng cho các hoạt động sống của nho tươi khi tồn trữ Glucid của nho chủ yếu là các thành phần đường saccharose, glucose, fructose Trong quá trình chín của quả, glucid bị biến đổi rõ nhất, các pectin, cenllulose, hemicellulose bị thủy phân làm tích tụ đường trong nho

Các chất màu: Chất màu trong nho chủ yếu là anthocyanine có ở vỏ nho

Anthocyanine là những glucid do gốc đường glucose, galactose,…kết hợp với gốc aglucon có màu anthocyanine

Các acid hữu cơ: Các hợp chất hữu cơ góp phần tạo mùi và vị cho nho, trong đó

acid tartaric là loại acid chủ yếu của nho chiếm 0,3 – 1,7% nên có thể gọi là acid nho

Các hợp chất polyphenol: các hợp chất polyphenol hiện diện trong nho không

nhiều, chỉ chiếm 0,1 – 0,5% Chủ yếu là hợp chất tannin tạo vị chát cho nho

Protein: Protein trong nho chiếm khoảng 0,4% và thường bị thủy phân khi

các tên khác nhau: cây ngao, nhàu núi, giầu Cây nhàu là một cây cao chừng 6 – 8 m, thân nhẵn, thường mọc hoang ở những nơi ẩm thấp dọc bờ sông bờ suối

Cây có nhiều cành to, lá mọc đối hình bầu dục, nhọn ở đầu, dài 12 – 15 cm Hoa nở vào tháng 1 – 2 Quả chín vào tháng 7 – 8 Quả hình trứng, xù xì, dài chừng 5 – 6 cm, khi non có màu xanh nhạt, khi chín có màu trắng hoặc hồng, mùi nồng và cay Ruột quả có một lớp cơm mềm ăn được, chính giữa có một nhân cứng Nhân dài chừng 6 – 7 mm, ngang chừng 4 – 5 mm, có 2 ngăn chứa một hạt nhỏ mềm

Hình 1.3: Nguyên liệu nhàu

Thấy nhiều ở miền Nam nước ta, chưa thấy ở miền Bắc Theo Pételot có cả ở miền Bắc Mới đây đã tìm thấy ở vùng Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên

Có thể trồng dễ dàng ở các tỉnh miền Bắc nước ta Người ta dùng lá, quả, vỏ, rễ làm thuốc Rễ hay dùng nhất, dưới dạng phơi hay sấy khô Các bộ phận khác dùng tươi

1.4.2 Thành phần hóa học của nhàu

kim màu vàng, tan trong nước sôi, ít tan trong nước lạnh, không tan trong ete, tan trong các chất kiềm để cho màu vàng cam

Một số tác giả (1961, J Sci Industr Res 7: 331:333) đã xác định trong cây nhàu

không phải chỉ có một chất anthraglucoside morindin mà là một hỗn hợp nhiều chất anthraglucoside như: damnacantal hay 1-metoxy-2-focmyl-3-oxyanthraquinon, chất 1-metoxyrubiazin hay 1-metoxy-2-metyl-3-oxyanthraquinon, chất al-izarin, chất morindon hay 1-5-6-trioxyl-2-metylanthraquinon và chất 1-oxy-2-3-dimetoxyanthraquinon

Các bộ phận khác chưa thấy có tài liệu nghiên cứu

Năm 1982, Đàm Trung Bảo (Đại học dược Hà Nội) đã phát hiện trong nhàu

có nhiều chất selenium

• Proxeronine

Khi kết hợp với enzyme proxeroninase (có trong dạ dày) sẽ tạo thành chất xeronine Xeronine thuộc hợp chất alkaloid là chất ổn định của protein Nó cung cấp năng lượng cho protein và hoạt hóa cho hơn 220 enzymes Khi protein kết hợp với xeronine tạo thành những khối có khả năng sản xuất năng lượng và giúp cho những tế bào trong cơ thể khỏe mạnh

• Damnacanthal (C16H10O5)

Tăng sức đề kháng của cơ thể Giúp đại thực bào và tế bào bạch huyết hoạt động mạnh Kiềm chế khả năng tiền ung thư và sự phát triển của khối ung thư bằng cách cho phép những tế bào khác thường hoạt động bình thường trở lại Có tác dụng như thuốc giảm đau

• Terpene

Là hợp chất hydrocarbon chưa bão hòa, một hợp chất luôn có mặt trong cây Có vai trò trong sự trao đổi chất của cơ thể con người Có tính chất chống oxy hóa

• Chất xơ hòa tan và không hòa tan

Chữa bệnh viêm ruột kết, loét dạ dày

Rễ nhàu được dùng ở miền Nam làm thuốc chữa bệnh cao huyết áp (bác sĩ

Đặng Văn Hồ, Khoa học phổ thông, 1-8-54) Nhân dân dùng rễ nhàu sắc uống hằng

ngày thay nước chè, uống hằng tháng Một số hiệu thuốc đã chế thành cao rễ nhàu Liều dùng hằng ngày 30 – 40 g rễ, sắc và uống thay nước chè trong ngày Sau chừng 15 hôm sẽ thấy kết quả, nhưng phải uống liên tục 2 – 3 tháng liền sau đó tiếp tục uống với liều giảm xuống

Hình 1.5: Cấu tạo tổng quát của damnacanthal

Công dụng trong nhân dân: Quả nhàu ăn với muối dễ tiêu, nhuận tràng, làm thuốc điều kinh, trị băng huyết, bạch đới, ho, cảm hen, đau gân, đái đường Nướng chín ăn để chữa lỵ

Rễ nhàu nhuộm màu đỏ quần áo, vải lụa Nhân dân Việt Nam thái nhỏ, sao vàng ngâm rượu, uống chữa bệnh nhức mỏi, đau lưng

Lá nhàu giã nát, đắp chữa mụn nhọt, làm chóng lên da Sắc uống chữa lỵ, đi ngoài, chữa sốt và làm thuốc bổ Liều dùng 8 – 10 g sắc với 500 ml chia làm 2 lần uống trong ngày Lá nhàu còn dùng nấu canh lươn để ăn cho bổ

1.5 Nấm men

Giống Saccharomyces có tới 18 loài, nhưng chỉ có 7 loài thường gặp trong nước

quả Sau đây là một số loại nấm men thường gặp trong nước quả có vai trò quan trọng

trong quá trình lên men: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces oviformis, Sacchromyces uvarum, Saccharomyces chevalieri, Kloeckera apiculata Trong đó, đóng vai trò chủ lực là hai loài Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces oviformi Các yếu tố sinh trưởng và hình dáng của Saccharomyces oviformis giống Saccharomyces cerevisiae Điều khác nhau cơ bản của hai loài này là: Saccharomyces cerevisiae lên men được galactose còn Saccharomyces oviformis không lên men được

loại đường này và men nổi lên bề mặt dịch men tạo thành màng.[10]

Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về loài Saccharomyces cerevisiae 1.5.1 Vị trí phân loại [8]

Hệ thống phân loại nấm men do Barnett và cộng sự đề xuất năm 2000: đây là hệ thống phân loại mới nhất về nấm men và đang được các nhà khoa học trên thế giới công nhận

Nấm men Saccharomyces cerevisiae

- Sinh sản vô tính: theo lối nảy chồi

- Sinh sản hữu tính: tạo thành bào tử, bào tử nang bền với điều kiện nhiệt độ

1.5.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất rượu vang 1.5.3.1 Dinh dưỡng nấm men

Hai nguồn dinh dưỡng chính được quan tâm hàng đầu là carbon và nitơ

a Dinh dưỡng carbon [10]

Các hợp chất hữu cơ khác nhau như: các loại đường, rượu, acid hữu cơ, acid amin,… có thể là nguồn dinh dưỡng carbon của nấm men Nguồn C nào cung cấp cho nấm men sinh trưởng tốt sẽ được sử dụng trước

Các nguồn carbon phải kể đến các loại đường

- Trong nuôi cấy theo giai đoạn glucose và fructose được sử dụng trước hết, kế tiếp là acid béo, phụ thuộc vào chủng loài và thành phần của acid này Acid acetic và glucose được sử dụng đồng thời

Saccharomyces cerevisiae sinh ra enzyme invertase có khả năng khử đường

saccharose thành fructose và glucose, vì vậy trong khi lên men ta có thể bổ sung loại đường này vào trong dịch quả

- Saccharomyces cerevisiae chỉ sử dụng được galactose bắt đầu từ ngày thứ hai sau khi nuôi cấy

b Dinh dưỡng nitơ [10]

Nguồn N cần thiết cho tổng hợp các cấu tử chứa nitơ của tế bào là các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ có sẵn trong môi trường

Nguồn nitơ là các acid amin được nấm men đồng hóa tốt nhất và sử dụng trước hết, kém hơn là pepton, hoàn toàn không đồng hóa được protein tự nhiên

vài giờ đầu để phục vụ cho sinh sản Nếu không đủ lượng nitơ-amoniac phải bổ sung muối amoni để đẩy mạnh sinh trưởng, việc này cần được thực hiện trước khi bắt đầu quá trình lên men

Trong quá trình lên men, một mặt yêu cầu vật chất nitơ, mặt khác nấm men lại tiết các chất này vào môi trường Ở giai đoạn cuối lên men, có một lượng khá lớn acid amin và các chất chứa nitơ khác do tế bào chết tự phân và các tế bào sống tiết vào môi trường

Trong lên men rượu vang, cần lưu ý đến trao đổi chất carbon và nitơ Các cấu tử này đều ảnh hưởng tới các chỉ tiêu cảm quan của vang Thừa các chất nitơ trong điều kiện lên men đủ oxy sẽ cho vang những tông mùi không thích hợp Để khắc phục hiện tượng này, người ta có thể lên men nhiều lần, sẽ cho vang có hương vị êm dịu hơn

c Dinh dưỡng các nguyên tố vô cơ [10]

Các nguyên tố vô cơ được quan tâm trong nuôi cấy men là: phospho, kali, magie, lưu huỳnh,…

• Phospho

Phospho tham gia vào các thành phần quan trọng của tế bào như các nucleoprotein, acid nucleic, polyphosphate, phospholipid Nấm men sử dụng rất tốt nguồn phospho vô cơ là orthophosphate

Đối với nấm men Saccharomyces cerevisiae, để sinh trưởng tốt cần lượng

phospho dinh dưỡng có trong môi trường là 100-500mg/l (với nguồn phospho bổ

• Lưu huỳnh

Lưu huỳnh là thành phần của một số acid amin trong phân tử protein và là nhóm phụ (-SH) của một số enzyme CoA Trong môi trường nuôi cấy nấm men

(1mg/l) kìm hãm quá trình nảy chồi Do vậy, khi sử dụng các nguồn lưu huỳnh dinh dưỡng cho nấm men phải thận trọng, đặc biệt là lên men rượu vang thứ cấp

• Kali, canxi, magie

Thông thường ion K được bổ sung cùng với các muối phosphate hoặc sulphate,

• Các nguyên tố vi lượng

Trong nước sinh hoạt bình thường có các ion này Mn nồng độ 1mg/l làm tăng lực hô hấp, 45-90mg/l làm tăng lực lên men, tăng sinh tổng hợp enzyme, Mo tăng khả năng sinh sản, Bo tăng khả năng lên men Hỗn hợp Li, Rb, Ni, Co làm tăng lượng sinh khối đáng kể

1.5.3.2 Sinh trưởng của nấm men trong lên men rượu vang [10]

Trong quá trình lên men, dịch lên men được phủ một lớp bọt trên bề mặt Men này có hai dạng: dạng bụi dễ làm đục và dạng bông dễ kết tủa, dễ lắng làm trong dịch lên men

Ở giai đoạn cuối lên men, Saccharomyces cerevisiae kết lắng nhanh, làm trong

dịch rượu Các nòi giống của loài này có đặc tính riêng lẻ về khả năng tạo cồn, chịu sulfite, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra sản phẩm có mùi đặc trưng riêng biệt

Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men, các tế bào Sacchromyces cerevisiae

thường bị già, không chuyển hóa đường thành cồn và bị chết rất nhanh

1.5.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính nấm men

Nhiệt độ cao làm quá trình lên men diễn ra nhanh nhưng kết thúc sớm, lượng đường sót cao, do đó dễ bị nhiễm các vi sinh vật khác

lệ sống sót của nấm men ở cuối quá trình lên men thấp hơn so với lên men nhiệt độ thấp.[8]

toàn.[10]

- Nhiệt độ thấp

Giữa nhiệt độ và độ hiếu khí có quan hệ chặt chẽ với nhau Nấm men thường sinh trưởng mạnh mẽ ở thời gian đầu của quá trình lên men, trong thời gian này, nhiệt

men, nếu nhiệt độ thấp, nấm men sinh trưởng chậm và lên men yếu Hoạt tính hô hấp

• pH môi trường [8]

Gía trị pH thích hợp cho nấm men trong khoảng 3,5 – 4,5, nấm men có thể chịu được pH thấp, nhưng nếu pH quá thấp sẽ làm cho nấm men thay đổi hình dáng, tế bào trở nên nhỏ hơn, hình dạng tròn nhiều hơn, trong tế bào tích tụ chất béo

• Oxy hòa tan [10]

Quá trình lên men thường được thực hiện trong điều kiện kỵ khí nhưng khi nấm men mới được nhân giống phải có một lượng oxy nhất định để nấm men sử dụng Một lượng nhất định oxy không khí được hòa tan vào dịch quả sẽ làm nấm men sinh trưởng mạnh trong thời gian đầu lên men

Oxy cũng ảnh hưởng tới hoạt tính và sự sinh trưởng của nấm men Cụ thể, một số enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp tế bào chỉ phản ứng với oxy

Tuy nhiên, nếu hàm lượng oxy quá cao sẽ kéo dài pha sinh trưởng, giảm tốc độ lên men

• Rượu ethylic [10]

Hàm lượng rượu ethylic do nấm men tạo ra sẽ tích tụ trong môi trường ngày càng nhiều, từ đó làm nấm men sinh trưởng chậm, giảm hẳn hoạt tính thậm chí là ngừng sinh trưởng Các loại rượu khác cũng có khả năng sát khuẩn và ức chế nấm men

• Thành phần môi trường [10]

Thành phần dinh dưỡng trong dịch quả ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và trao đổi chất trong tế bào nấm men Có thể chia thành 4 nhóm: nguồn carbon dinh dưỡng, nguồn nitơ dinh dưỡng, khoáng chất và các chất sinh trưởng (vitamin, acid amin,…) Bên cạnh các nguồn dinh dưỡng làm cơ chất chính cho nấm men sinh trưởng, các thành phần khác cũng tham gia vào các hoạt động trao đổi chất và sinh tổng hợp trong tế bào như một số khoáng chất tham gia vào sự hình thành và hoạt hóa enzyme của tế bào nấm men

1.6 Hoạt tính kháng oxy hóa

1.6.1 Khái niệm về gốc tự do[17]

Trong hóa học, gốc tự do là những nguyên tử, hay nhóm nguyên tử hoặc phân tử có những electron không ghép cặp ở lớp ngoài cùng Các electron này có năng lượng cao, rất kém bền nên dễ dàng tham gia vào nhiều phản ứng hóa học như phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng polyme hóa,…

Gốc tự do thường không bền và có thời gian sống ngắn, chúng sẽ trở nên bền hơn nếu electron được giải phóng nhờ hiệu ứng liên hợp hoặc siêu liên hợp

Gốc tự do chia thành ba loại: gốc tự do trung tính, gốc tự do cation và gốc tự do anion Trong thực tế gốc tự do trung tính tồn tại nhiều nhất

1.6.2 Sự hình thành gốc tự do trong cơ thể

Sự đứt nối đồng ly trong các nối cộng hóa trị là nguyên nhân chính thường dẫn đến sự hình thành các gốc tự do và quá trình này cần năng lượng Gốc tự do nào cần nhiều năng lượng để hình thành thì sẽ kém bền hơn so với các gốc tự do cần ít năng lượng để hình thành

1.6.3 Vai trò của gốc tự do trong cơ thể 1.6.3.1 Tác dụng có lợi của gốc tự do

Ở nồng độ cao gốc tự do rất nguy hiểm và có hại cho các phân tử sống trong cơ thể Tuy nhiên khi nồng độ tồn tại ở nồng độ trung bình thì gốc tự do rất có lợi và cần thiết cho các hoạt động của cơ thể sống

a Vai trò của gốc tự do trong quá trình trao đổi chất và trong chuỗi hô hấp tế bào

Hầu hết các dạng sống đều cần đến gốc tự do cho các quá trình diễn ra trong cơ thể ở mức độ vi mô Trong tế bào sống của sinh vật sống, hàng triệu các phản ứng hóa học diễn ra mỗi giây nhằm tạo năng lượng cho hoạt động sống và tạo nên những chất cần thiết để xây dựng cơ thể Rất nhiều phản ứng trong số đó đòi hỏi sự di chuyển của các điện tử từ phân tử này sang phân tử khác, đặc biệt trong chuỗi hô hấp tế bào Các gốc tự do luôn đóng vai trò trung gian quan trọng cho sự di chuyển điện tử này

b Vai trò của gốc tự do trong hệ thống miễn dịch

Cơ thể chúng ta rất dễ bị các sinh vật lạ hoặc vi khuẩn từ môi trường bên ngoài xâm nhập vào, do đó một hệ thống miễn dịch nhằm bảo vệ cơ thể khỏi các vi sinh vật là điều cần thiết Điều này được thực hiện chính bởi các bạch cầu hay còn gọi là tế

bào T-lympho Gốc tự do, phần lớn được tạo ra bởi sự hoạt hóa của các đại thực bào

góp phần cùng với bạch cầu tiêu diệt vi sinh vật có hại

Bên cạnh tác dụng giúp tiêu diệt các vi sinh vật lạ, gốc tự do còn góp phần quét dọn những tế bào già, chết trong cơ thể tạo điều kiện cho những tế bào mới sinh sôi và phát triển Đồng thời gốc tự do còn góp phần tiêu diệt các tế bào bất thường như tế bào ung thư

Ngoài hai vai trò trên, gốc tự do còn tham gia vào nhiều quá trình có lợi khác cho cơ thể như đóng vai trò là chất dẫn truyền thần kinh, hoặc làm nhiệm vụ là tế bào tín hiệu cell signalling và cần thiết cho việc hình thành một số hormon như thyroxin

1.6.3.2 Tác dụng có hại của gốc tự do

Sự hiện diện của gốc tự do trong hệ thống sinh học được phát hiện cách đây hơn 50 năm Vào thời điểm đó, nhiều nhà khoa học đã đưa ra bằng chứng về những tác hại của gốc tự do đối với sức khỏe con người Năm 1956, Denham Harman đã mô tả hệ thống gốc tự do như một chiếc hộp chứa đựng những tác nhân nguy hại, gây nên quá trình biến đổi gen, bệnh ung thư và hơn hết là quá trình lão hóa của con người

a Quá trình lão hóa

Các sinh vật đa bào thường chịu ảnh hưởng của một quá trình biến đổi theo thời gian liên quan đến sự thoái hóa của các bộ phận chức năng sinh học Quá trình

này được gọi là quá trình lão hóa hay thường gọi là già hóa Năm 1956, Harman đã đưa ra lý thuyết về sự lão hóa qua bài viết “Theory of Aging” Ông cho rằng quá trình lão hóa là kết quả của những phản ứng độc hại của gốc tự do với các phân tử sinh học, gây rối loạn các bộ phận và từ đó dẫn đến mất chức năng

Sự rối loạn và đột biến xảy ra chủ yếu trong gen là nguyên nhân chính dẫn đến sự lão hóa Sự rối loạn này do gốc tự do, đặc biệt là superoxide và hydroxyl, phản ứng với các phân tử di truyền Ngoài ra, gốc tự do có thể phản ứng với collagen, một protein chính trong các mô liên kết, trong gân, xương, sụn, da, làm lão hóa các bộ phận này Các vết nhăn xuất hiện trên da do collagen bị hư hại là dấu hiệu chính cho sự lão hóa

Sự gia tăng nồng độ các chất kháng oxy hóa nội sinh, đặc biệt là enzyme superoxide dismutase sẽ kéo dài tuổi thọ ở loại khỉ nâu Đây là một trong những bằng chứng chứng minh sự liên quan giữa gốc tự do, sự lão hóa và các chất kháng oxy hóa có thể dập tắt các gốc tự do, kéo dài quá trình sống

b Sự stress oxy hóa

Stress oxy hóa là kết quả của sự hình thành gốc tự do vượt quá mức kiểm soát của các hệ thống kháng oxy hóa trong cơ thể Điều này xảy ra khi các chất kháng oxy hóa có nồng độ quá thấp không đủ để dập tắt các gốc tự do trước khi nó bùng nổ

Sự stress oxy hóa mang lại nhiều nguy hại cho con người khi các gốc tự do bùng phát và tấn công các phân tử sống như lipid, protein, DNA Nếu sự stress oxy hóa diễn ra mãnh liệt có thể gây chết tế bào Sự ảnh hưởng của sự stress oxy hóa được thể hiện theo bảng 1.2

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của sự stress oxy hóa

Amino acid không no chứa các nhóm thiol

- Biến chất protein, tạo các liên kết chéo - Ức chế enzyme

- Thay đổi tính thấm của tế bào và các cơ quan

- Thay đổi vòng tuần hoàn của tế bào

Mục tiêu gốc tự do tác kích Hậu quả

Lipid không no

- Oxy hóa cholesterol và acid béo - Tạo liên kết chéo trong lipid - Thay đổi tính thấm của tế bào

Chất dẫn truyền thần kinh

- Làm giảm hoạt tính cũng như khả năng của chất dẫn truyền thần kinh, bao gồm serotonin và epinephrine

chất protein

đến quá trình sao chép và sửa chữa gen

c Quá trình peroxide hóa lipid

Các tế bào được bao bọc bởi một lớp màng lipid kép Do trong cấu trúc lipid chứa nhiều các acid béo không no nên gốc tự do rất dễ dàng xúc tiến phản ứng với các acid béo này, quá trình này được gọi là quá trình peroxide hóa lipid

Trong quá trình peroxide hóa lipid, gốc hydroxyl sẽ lấy một nguyên tử

hydrogen trong nhóm methylen của lipid, hình thành gốc tự do lipid (L˙) Gốc tự do lipid sẽ tiếp tục phản ứng với oxygen trong cơ thể tạo gốc lipid peroxyl (LOO˙) Gốc LOO˙ sẽ hình thành hợp chất lipid hydroperoxide (LOOH) bằng cách lấy một nguyên

tử hydrogen từ một acid béo không no tiếp cận

Các gốc tự do lipid có thể phản ứng với nhau, gây xáo trộn cấu trúc màng tế bào Quá trình peroxide hóa lipid làm thay đổi độ nhớt, tính thấm của màng tế bào và chức năng của các kênh ion trên màng Điều này sẽ nguy hiểm cho các thành phần bên trong tế bào

Quá trình peroxide hóa cũng được xúc tiến bởi oxygen đơn bội Lipid hydroperoxide bị phân hủy thành nhiều sản phẩm aldehyde Trong đó, hợp chất malonyldi aldehyde là sản phẩm aldehyde phổ biến nhất và nó được xem là dấu hiệu quá quá trình peroxide hóa lipid

1.7 Cấu trúc các hợp chất

1.7.1 Các hợp chất phenolic[12]

1.7.1.1 Giới thiệu về các hợp chất phenolic

Hợp chất phenolic là nhóm các hợp chất hóa học mà trong phân tử có chứa nhóm chức hydroxyl (-OH) gắn với vòng hydro carbon thơm Chúng rất phổ biến trong giới thực vật, chúng được phân bố rộng rãi trong giới thực vật và là các sản phẩm trao đổi chất phong phú của thực vật

Chúng có ở khắp các bộ phận của cây, do đó chúng cũng là một phần không thể thiếu trong chế độ ăn uống của con người

Các hợp chất phenolic rất đa dạng về cấu trúc, hơn 8000 cấu trúc phenolic được tìm thấy

1.7.1.2 Phân loại các hợp chất phenolic

quan

C6-C2

Acetophenol, acid phenylacetic

Acetophenol

Acid phenylacetic

Nhóm chất Nhóm Cấu trúc cơ bản

C6-C3

Acid cinnamic, coumaria, isocoumaria và

Nhóm chất Nhóm Cấu trúc cơ bản

Stilbene, anthraquinone

Lignan

Neolignan

1.7.2 Flavonoid

1.7.2.1 Giới thiệu về flavonoid

Flavonoid được tìm ra bởi nhà sinh hóa người Hungary nổi tiếng Albert Szent Gyorgyi (1893 – 1986)

Flavonoid là nhóm hợp chất phenolic có cấu tạo khung theo kiểu C6 – C3 – C6 hay nói cách khác là khung cơ bản gồm 2 vòng benzen A và B nối với nhau qua một mạch ba carbon Là nhóm hợp chất tự nhiên thường gặp trong dược liệu nguồn gốc thực vật.[12]

Vai trò của flavonoid là “những người thợ sửa chữa sinh hóa của thiên nhiên”, giúp sửa chữa lỗi cho các phản ứng chuyển hóa, các quá trình sinh tổng hợp các thành phần chất sống, hỗ trợ điều hòa nội tiết để các bộ máy của cơ thể luôn hoạt động tốt.[12]

1.7.2.2 Phân loại flavonoid[12]

Flavonoid có cấu trúc mạch C6 – C3 – C6 đều có 2 vòng thơm Tùy thuộc vào cấu tạo của mạch C trong bộ khung C6 – C3 – C6, flavonoid được phân thành các nhóm sau:

flavan, flavan 3 – ol, flavan 4 – ol, flavan 3, 4 – diol, flavanon, 3 – hydroxyl flavanon, flavon, flavonol, dihydrochalcon, chalcon, auron.

Ngoài ra người ta còn phân biệt biflavonoid là những flavonoid dimer, triflavonoid cấu tạo bởi 3 monomer flavonoid, flavolignan là những flavonoid mà phân tử có một phần cấu trúc lignan