Các dạng rượu vang nổitiếng là kết quả của sự tương tác rất phức tạp giữa phát triển sinh hóa của nho,các phản ứng liên quan đến quá trình lên men, cùng với sự can thiệp của conngười tro
Trang 1HÀ NỘI –2024
Trang 2Mục lục
I Rượu vang là gì 3
II Nguyên liệu để sản xuất rượu vang nho 3
III Các quy trình sản xuất rượu vang nho 4
IV Các biến đổi sinh hóa trong sản xuất rượu vang nho 4
1 Lên men ethanol 4
2 Quá trình lên men malolactic 8
3 Quá trình lão hóa rượu 9
V Kết luận 11
VI Tài liệu tham khảo 11
Trang 3I.Rượu vang là gì?
Rượu vang quả được chế biến từ nước quả, do lên men tự nhiên Để sản xuấtrươu vang quả, người ta dùng các loại quả chín có hương vị đặc biệt như nho,dứa, dâu, Rượu vang có đặc điểm: độ cồn thấp, sản phẩm tự nhiên có nguồngốc từ quả, có giá trị dinh dưỡng cao.
Loại rượu vang phổ biến hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam là rượu vangnho, một loại thức uống có cồn được lên men từ nho Sự cân bằng hóa học tựnhiên nho cho phép nho lên men không cần thêm các loại đường, axit, enzym,nước hoặc chất dinh dưỡng khác Men tiêu thụ đường trong nho và chuyển đổichúng thành rượu và carbon dioxit Giống nho khác nhau và chủng nấm menkhác nhau tạo thành các dạng khác nhau của rượu vang Các dạng rượu vang nổitiếng là kết quả của sự tương tác rất phức tạp giữa phát triển sinh hóa của nho,các phản ứng liên quan đến quá trình lên men, cùng với sự can thiệp của conngười trong quá trình tổng thể.
II.Nguyên liệu để sản xuất rượu vang nho
Thứ nhất là nho- nguyên liệu chính
Nho có thành phần hóa học trung bình như sau:- Nước: 70-80%
- Đường: 10 25% (trong đó chủ yếu là glucose, fructose và saccharose)- Acid hữu cơ: 0,5 – 1,7% (chủ yếu là acid malic và factoric)
- Chất đạm: 0,1 - 0,9%- Pectin: 0,1 - 0,3%- Khoáng: 0,1 - 0,5%
-Chứa nhiều Vitamin C, B1, B2, PP và các chất thơm khác.
Trên quả nho có rất nhiều loại nấm men có từ tự nhiên, là nhân tố chính thamgia vào quá trình sản xuất rượu vang lên men tự nhiên truyền thống và là đặctrưng của rượu vang nho.
Thứ hai là nấm men, giúp chuyển đổi nguyên liệu thành phần cần thiết để tạonên rượu vang thơm ngon.
Ngoài ra còn thành phần phụ khác:
Nước: chiếm tỷ lệ lớn (80%) trong rượu vang thành phẩm.
Đường saccharose: dùng để bổ sung vào môi trường lên men, nhằm điềuchỉnh độ đường đến hàm lượng cần thiết cho quá trình lên men rượu vang.
Chất phụ gia: NaHSO3 hoặc SO2 giúp ức chế, tiêu diệt các vi khuẩn có hại,bentonit, tanin, đất sét trắng: Chất trợ lắng, giúp quá lắng tốt hơn, enzymePectinase: Làm trong và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm.
Trang 4III.Các quy trình sản xuất rượu vang nho
IV.Các biến đổi sinh hóa trong sản xuất rượu vang nho1 Lên men ethanol
Quá trình lên men quả nho và sản xuất rượu vang chất lượng cao là một quátrình sinh hóa phức tạp liên quan đến sự tương tác của các enzyme với nhiều loàivi sinh vật khác nhau, nhưng chủ yếu là nấm men và vi khuẩn axit lactic Nấmmen chiếm ưu thế trong rượu vang và thực hiện quá trình lên men rượu, trongkhi vi khuẩn axit lactic chịu trách nhiệm lên men malolactic.
Thực chất của quá trình lên men là các quá trình oxy hóa-khử sinh học để thunăng lượng và các hợp chất trung gian.
Lên men rượu ethanol là một quá trình sinh hóa phức tạp, chuyển đường thànhrượu ethanol, CO2 và một số sản phẩm phụ khác có sự tham gia của nấm menhoặc một số loại vi sinh vật khác Trong quá trình lên men, ngoài các sản phẩmtrên còn giải phóng năng lượng (113,4Kj/glucose) Trong tất cảcác quá trìnhchuyển hóa glucid do vi sinh vật gây ra, sự lên men rượu được ứng dụng rộngrãi nhất trong công nghiệp, ứng dụng này đã có từ thời xưa sơ bộ để sản xuấtrượu vang, bia và các nước uống giải khát lên men khác.
Trang 5Tác nhân lên men: Ethanol là một loại sản phẩm lên men đường phổ biến củanhiều nhóm vi sinh vật Trong đó, tác nhân chủ yếu là nấm men, đặc biệt là cácnòi của loài Saccharomyces cerevisiae Sacchromyces cerevisiae: còn gọi là nấmmen bánh mì hay nấm men bia rượu chúng có thể lên men 95% glucose theocon đường lên men kỵ khí; còn khi hiếu khí bằng con đường đường phân, chúngchỉ sử dụng được 70% glucose pH thích hợp 4,5÷5 S.cerevisiae có thể sử dụngcác loại đường glucose, galactose, maltose, saccharose, không đồng hóa trứctiếp được lactose và nitrat Có thể tích lũy 6÷12% rượu trong môi trường lênmen.
Đường trong nước ép nho chủ yếu là Glucose và Fructose được chuyển thànhethanol, carbon dioxit và các sản phẩm phụ bởi men theo phản ứng:
C6H12O6 ® C2H5OH + CO2 + Sản phẩm phụ
Cơ chế của quá trình lên men rượu: Quá trình lên men được thực hiện trong điềukiện kỵ khí tạo ra lượng rượu tối đa Men S.cerevisiae tiêu hóa đường bằng cáchthực hiện chuỗi phản ứng gồm glycolysis, chu trình axit citric (chu trình krebs),chuỗi truyền electron, cuối cùng tạo ra ethanol.
GlucoseATP
ADP Glucose-6-phosphate
Phosphoglucose isomerase
Fructose-6-phosphateATPADPFrutose-1,6-bisphosphate
Dihydroxyacetone phosphate (DHAP)
Glyceraldehyde phosphate (GAP)
Triose phosphate isomerasePhospho fructokinase
Trang 6kinase ATPGlyceraldehyde
3- phosphatedehydrogenase
Pi, NAD +NADH+H+1,3-Bisphosphoglycerate
Sơ đồ đường phân và lên men trong tế bào nấm men
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu
Đường trong nước ép nho chủ yếu là Glucose và Fructose được chuyển thành
Trang 7ethanol, carbon dioxit và các sản phẩm phụ bởi nấm men theo phản ứng:
Trang 8C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q2
Vì vậy khi có mặt của oxy sẽ kiềm hãm quá trình lên men rượu.
Hiệu ứng Pasteur: là sự ức chế quá trình lên men rượu khi có mặt của oxy Sựchuyển từ lên men sang hô hấp ngoài việc giảm hiệu suất tạo thành rượu và khícacbonic còn giảm hiệu suất sử dụng đường Vì vậy giai đoạn đầu của quá trìnhlên men cần thông khí vào môi trường để kích thích nấm men sinh trưởng tăngsinh khối sau đó không cần oxy nữa để tạo điều kiện kỵ khí cho quá trình lênmen rượu đạt hiệu suất cao nhất.
c Nồng độ rượu
Trong quá trình lên men rượu, nồng độ rượu tăng dần sẽ gây ức chế không chỉcho các hoạt động sống của nấm men mà còn kìm hãm hoạt động của nhiều loạienzym chuyển hóa đường thành rượu, khả năng sống sót của nấm men phụthuộc vào nhiệt độ và nồng độ rượu có trong dịch lên men.
d pH
pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men, mỗi loại nấm men phát triển tốt ởmột pH nhất định gọi là pH tối thích, nấm men trong sản xuất rượu vang có thểphát triển trong môi trường có chỉ số pH từ 2 ÷ 8 nhưng thích hợp nhất là 4 ÷5,0 Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH= 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấmmen phát triển.
Bình thường lên men rượu được thực hiện ở pH= 4,0 ÷ 5,0 Để axit hóa môitrường người ta thường dùng H2SO4 hoặc axit lactic để tạo pH thích hợp bằngcách cấy vi khuẩn lactic vào sau đó thanh trùng rồi mới cấy nấm men vàoe Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh sản và phát triển của nấm men vàchất lượng của sản phẩm Nấm men có thể tồn tại và phát triển ở nhiệt độ từ5÷450C, nhưng nhiệt độ phù hợp nhất cho sự sinh sản và phát triển của nấm menlà 28÷ 32 C Nhiệt độ càng thấp thì nấm men sinh sản càng chậm, thời gian lên0
men bị kéo dài hơn, tuy nhiên lại hạn chế được sự nhiễm khuẩn và ngược lại,nhiệt độ càng cao (vượt quá 38 C) thì nấm men sinh sản nhanh hơn, thời gian0
lên men ngắn hơn, nhưng khả năng nhiễm khuẩn sẽ rất cao.
Trang 92 Quá trình lên men malolactic
Quá trình lên men malolactic được thực hiện bởi vi khuẩn lactic như O.oeni,ngay sau quá trình lên men rượu bởi nấm men S cerevisiae.
Lên men malolactic (MLF), đây là quá trình vi khuẩn axit lactic (LAB) biến axitL-malic thành axit L-lactic
Trong sản xuất rượu vang, dịch nho thường chứa hàm lượng axit malic khá cao,sự tồn tại axit malic trong rượu vang sẽ làm cho vị chua của sản phẩm thườngrất gắt, khó uống, do vậy để làm giảm dộ chua cảu sản phẩm, trong công nghệsản xuất rượu vang nho cần phải tiến hành chuyển hóa axit malic (chua cấn)thành axit lactic (chua dịu nhẹ hơn) Cùng với việc khử axit, nó cũng có thể làmthay đổi các đặc tính hóa học và cảm quan của rượu vang, tăng tính ổn định sinhhọc và giảm độ axit liên quan đến việc tăng độ pH.
Một hoặc nhiều loài LAB, chủ yếu là Oenococcus, Lactobacillus, Pediococcusvà Leuconostoc thường chịu trách nhiệm gây ra MLF Oenococcus oeni là loàiLAB phổ biến nhất có liên quan đến MLF vì nó có thể thích nghi với các điềukiện rượu đầy thách thức như ethanol cao, độ pH thấp, hàm lượng SO cao và2
nhiệt độ thấp.
Enzyme xúc tác chuyển hóa trong lên men malolactic chỉ có trong vi khuẩnlactic Trong lên men malolactic, quá trình chuyển hóa malic acid thành lacticacid thông qua sự decarboxylic của malic acid một cách trực tiếp không cần quacác hợp chất trung gian.
Sự lên men malolactic xảy ra ở pH<3,5 (tiêu biểu là chủng Oenococcus oeni) ítkhi tạo ra mùi không mong muốn Các mùi không mong muốn như mùi bơ,phomat hoặc mùi sữa th ờngƣ xuất hiện khi sự lên men malolactic bởi các chủngPediococci, Lactobacilli ở pH>3,5.
Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men malolactic
a Nhiệt độ
Trang 10Thường nhiệt độ quá trình lên men malolactic diễn ra ở 20C-25C khi nồng độethanol từ 10-14% Nhiệt độ cao sẽ ức chế vi khuẩn lactic ethanol Một số ítchủng lên men lactic ở nhiệt độ 15 C, dưới 15 C lên men malolactic rất khó xảy00
b Hàm lượng cồn
Ethanol có tác động mạnh đến tới sự phát triển và hoạt động trao đổi chất của vikhuẩn lactic Hàm lượng ethanol cao làm giảm sự phát triển tối ưu của vi khuẩnlactic Khi nồng độ ethanol > 10% thì quá trinhg lên men malolactic bị ức chếmạnh mẽ Tuy nhiên vi khuẩn Lactobacillus, Pediococcus thì có khả năng chịuđược nồng độ ethanol 12-14%, do vậy khả năng lên men malolactic vẫn xảy ra.c Hàm lượng SO2
Trong công nghệ sản xuất thường dùng SO để ức chế một số loại enzyme của2
phản ứng oxy hóa khử, ức chế sự phát triển của một số loại vi khuẩn lactic hayvi khuẩn axetic bất lợi Tuy nhiên các nghiên cứu cho thấy rằng hoạt tính lênmen malolactic giảm 13% ở nồng độ SO <20mg/l và bị ức chế hoàn toàn ở hàm2
lượng SO 110mg/l.2
d Độ pH
Độ pH thấp không chỉ làm chậm tốc độ mà còn có xu h ớngƣ trì hoãn sự bắt đầucủa quá trình lên men malolactic Khi pH < 3,5, O oeni là loài chủ yếu gây ralên men malolactic Trong khi pH > 3,5, các chủng Pediococcus vàLactobacillus spp phát triển mạnh.
Độ pH ảnh h ởngƣ lớn đến quá trình chuyển hóa của vi khuẩn lactic Độ pH càngcao, sự lên men đ ờng càng tăng Tương tự, sự tổng hợp acetic acid tăng và sựƣsản xuất diacetyl giảm khi pH tăng Sự khử carboxyl của malic acid thích hợp ởpH thấp Trong khi đó, sự phân hủy tartric acid tăng lên khi pH>3,5 do các giátrị pH này phù hợp cho sự phát triển của các chủng L brevis và L plantarum.
3 Quá trình lão hóa rượu
Rượu vang làm từ nho đen hoặc hồng thường là những loại rượu phải trải quaquá trình lão hóa vì chúng rất giàu anthocyanin và các hợp chất phenolic khác.Lão hóa rượu vang là một quá trình được sử dụng để bảo quản rượu vang nhưngcũng để tăng cường các đặc tính của rượu Quá trình lão hóa rượu vang có thểđược chia thành hai giai đoạn: lão hóa oxy hóa và lão hóa khử.
Quá trình lão hóa oxy hóa theo truyền thống diễn ra trong thùng trong khi giaiđoạn khử xảy ra trong chai Thùng rượu tham gia trực tiếp vào những thay đổivề thành phần của rượu do sự chuyển giao oxy, các hợp chất phenolic và thơmtừ gỗ sang rượu.
Trang 11Trong lão hóa khử, môi trường ít oxy là chìa khóa Chai rượu vang thường đượcđậy kín để giảm thiểu tiếp xúc với không khí và oxi hóa Mặc dù môi trườngtrong chai là ít oxy, nhưng một số oxy hóa nhẹ vẫn có thể xảy ra, đặc biệt là khichai được mở ra và rót lại Lão hóa khử giúp tạo ra các hương vị phức tạp, mềmmại hơn, và giảm độ cứng của tannin, làm cho rượu trở nên tròn trịa và dễ uốnghơn.
Các phản ứng liên quan nhất diễn ra trong quá trình lão hóa là:
Oxy hóa ethanol: Etanol trong rượu vang có thể trải qua phản ứng oxy hóa,tạo ra các hợp chất như aldehyde và acid, ảnh hưởng đến hương vị và mùicủa rượu.
Oxy hóa các hợp chất phenolic: Các hợp chất phenolic, như tannin vàanthocyanin, có thể trải qua quá trình oxy hóa, tạo ra các hợp chất mới và ảnhhưởng đến màu sắc và hương vị.
Tương tác với gỗ: Nếu rượu được lưu trữ trong thùng gỗ, các chất từ gỗ nhưlignin, hemicellulose, và các hợp chất khác có thể tương tác với rượu, tạo racác hương vị gỗ, vanillin, và các hợp chất phức tạp.
Polymer hóa tannin: Các tannin thường có trong vỏ nho và trong gỗ sồi,tannin quyết định đến vị chát và cấu trúc của rượu Vị chát này thường đượcmô tả như một cảm giác đắng nhẹ hoặc một cảm giác cay và khô trong miệngsau khi uống Trải qua quá trình polymer hóa trong quá trình lão hóa, điềunày làm thay đổi cấu trúc tannin dẫn đến góp phần làm mềm chất se trongquá trình lão hóa rượu vang đỏ.
Sau đây là một vài yếu tố ảnh hưởng:
a Loại rượu:
Rượu vang đỏ thường có thể lão hóa lâu dài hơn so với rượu vang trắng Rượunho đỏ thường được ủ trong thùng gỗ lâu dài để tăng cường hương vị và màusắc, và quá trình này có thể kéo dài từ vài tháng đến nhiều năm.
Rượu trắng thường được sản xuất để uống trẻ và thường không cần lão hóa lâudài Tuy nhiên, một số nhà sản xuất chọn lão hóa rượu vang trắng trong thùng gỗhoặc trên bã còn để phát triển hương vị.
b Điều kiện lưu trữ:
Nhiệt độ lưu trữ có ảnh hưởng đến tốc độ lão hóa Lưu trữ ở nhiệt độ ổn định vàmát mẻ thường tạo điều kiện tốt hơn cho lão hóa.
Ánh sáng có thể gây hại cho rượu vang, vì vậy lưu trữ trong điều kiện tối giảnánh sáng là quan trọng.
Sử dụng thùng gỗ từ loại cây gỗ nào cũng ảnh hưởng đến lão hóa Thùng gỗ sồithường được sử dụng và có thể cung cấp một sự tương tác phức tạp với rượu.
Trang 12Một nghiên cứu quan sát quá trình ủ rượu bằng các loại gỗ khác nhau cho thấygỗ ảnh hưởng đến 41 mùi thơm của rượu, 11 trong số đó chỉ phụ thuộc vào loạigỗ được sử dụng Điều này là do một loạt các quá trình diễn ra trong giai đoạnoxy hóa: oxy hóa rượu vang và axit amin, hình thành vi sinh vật ethyl phenol,quá trình hấp phụ và ngưng tụ acetaldehyde với polyphenol Rượu vang thườngđược ủ ở thùng gỗ làm bằng gỗ sồi Thùng cho phép lượng oxy rất thấp đi qua,một quá trình được gọi là oxy hóa Đồng thời, một số phản ứng hóa học diễn rabên trong nó, cùng với việc chuyển các hợp chất phenolic (PC) khác nhau từ gỗsang rượu và ngược lại.
Thời gian lão hóa của rượu nho có thể kéo dài từ vài tháng đến nhiều thập kỷ.Nói chung, rượu vang ủ trong thùng có hương vị đậm đà và se, khi bảo quảntrong chai sẽ chuyển sang hương vị trái cây hơn, nhẹ nhàng hơn do rượu tiếp tụcbị oxy hóa nhẹ.
V.Kết luận:
Các biến đổi trên là một phần của quá trình phức tạp trong sản xuất rượu vang.Sự hiểu biết và kiểm soát kỹ thuật trong từng giai đoạn là quan trọng để tạo rasản phẩm chất lượng cao.Trong quá trình sản xuất, có nhiều công đoạn và yếu tốảnh hưởng đến chất lượng cuối cùng Các quá trình lên men là biến đổi sinh hóatrung tâm trong sản xuất rượu vang.
Quá trình chính tạo ra hàm lượng cồn cho rượu và hình thành một số tiền chấtcho các quá trình chuyển hóa thứ cấp để tạo nên hương vị riêng cho các loạirượu từ các loại nho khác nhau.
Quá trình phụ là quá trình chuyển hóa lượng sót sau quá trình lên men chính vàcác chuyển hóa thứ cấp, lên men malolactic để hình thành các hợp chất thơmcho rượu Đồng thời, đây cũng là quá trình để loại bỏ, chuyển hóa các hợp chấtkhông mong muốn để đảm bảo mức độ an toàn với sức khỏe người sử dụng vàtạo ra hương vị cân bằng cho sản phẩm rượu Từ đó có thể phân loại được rượutheo đặc tính của hương thơm tạo thành.
VI.Tài liệu tham khảo
1. Morata, A (Ed.) (2018) Red wine technology Academic Press.2. Nardi,T., & Bordiga, M (2017) Fermentation Process Post-
Fermentation and-Distillation Technology CRC Press, 1-40.
3. Henick-Kling, T H O M A S (1993) Malolactic fermentation Winemicrobiology and biotechnology, 289-326.
4. Fu,J.,Wang, L., Sun, J., Ju, N., & Jin, G (2022) Malolactic Fermentation:New Approaches to Old Problems Microorganisms 10, (12), 2363.