Lên men Malolactic trong sản xuất rượu vang

Lên men Malolactic trong sản xuất rượu vang

GVHD : PGS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN SVTH : NGÔ LÂM TUẤN ANH

NGÀY : 22 / 06 / 2007

NỘI

DUNG

 PHẦN 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

 PHẦN 2 : VI SINH VẬT TRONG LÊN MEN MALOLACTIC

 PHẦN 3 : QUÁ TRÌNH LÊN MEN MALOLACTIC

 PHẦN 4 : CHUYỂN HÓA ACID MALIC TRONG SX VANG

 PHẦN 5 : KẾT LUẬN

LÊN MEN MALOLACTIC TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG

NỘI DUNG

 Định nghĩa quá trình lên men malolactic

 L-acid malic L-acid lactic

Oenococcus, Leuconostoc

1- KHÁI NIỆM

1 2 3 4 5 H

 Hầu hết các loại vang đỏ, một số ít vang trắng

 một số vang trái cây như vang từ quả mâm xôi (blackberry) hay quả anh đào (cherry)

 vang ngọt

2- MỤC ĐÍCH VÀ ỨNG DỤNG

1 2 3 4 5 H

1- VI KHUAÅN MALOLACTIC

1 2 3 4 5 H

 Lên men lactic dị hình

 Điều kiện sinh trưởng:

– 20-25oC, – pH min 3.1 – opt 4.8 – max 6.5 (chuyển hóa đường: >3.5; acid malic: <3.2)

 Sơ đồ các kiểu trao đổi chất

1- VI KHUẨN MALOLACTIC

1 2 3 4 5 H

 Chế phẩm canh trường giống vi khuẩn malolactic

 Ưu điểm

 Hạn chế lên men tạp  dễ điều khiển

 Cải thiện hương vị đặc trưng

 Cách sử dụng

 Cấy trực tiếp (direct inoculation)

 Hoạt hóa trước (build-up inoculation)

2- GIỐNG VI KHUẨN MALOLACTIC

TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG

1 2 3 4 5 H

 Điều kiện sử dụng: tùy từng điều kiện lên men cụ thể

2- GIỐNG VI KHUẨN MALOLACTIC

TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG

1 2 3 4 5 H

 Yêu cầu tuyển chọn giống vi khuẩn lên men ML

 Điều kiện nuôi cấy: ethanol, pH, SO2, nhiệt độ

 Phân giải acid malic v/s đường pentose và hexose

 Tiêu chí 2: Khả năng thích nghi và tốc độ ST

 Tiêu chí 3: Một số yêu cầu khác

 Không sinh độc tố: biogenic amine,

 Tương tác với nấm men và vi khuẩn lactic khác

 Khả năng chống bacteriophage, kháng sinh, thuốc BVTV

 Không hình thành các acid dễ bay hơi (acetic acid)

 Lên men giới hạn đường pentose, hexose, acid hữu cơ (\

acid malic)

 Điều chỉnh hương và vị đặc trưng cho vang

2- GIỐNG VI KHUẨN MALOLACTIC

TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG

1 2 3 4 5 H

 Chuyển hóa cơ chất và sinh tổng hợp năng lượng

 Sự chuyển hóa L-acid malic thành L-acid lactic và tạo

thành năng lượng dưới dạng ATP

motive force) theo thuyết hóa thấm (chemiosmotic)

1- BẢN CHẤT QUÁ TRÌNH

1 2 3 4 5 H

 Biến đổi sinh học

(1) Sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi khuẩn malolactic

 Các giai đoạn sinh trưởng: Pha thích nghi, pha sinh trưởng lũy thừa, pha ổn định và pha suy vong

 Đường cong sinh trưởng của vi khuẩn malolactic bởi các pp lên men khác nhau

(2) Tương tác sinh học giữa VK và nấm men

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

1 2 3 4 5 H

 Biến đổi hóa học và hóa sinh

(1) Sự phân giải các loại đường:

 Glucose, fructose, mannose

 Arabinose, ribose, xylose

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

1 2 3 4 5 H

 Biến đổi hóa học và hóa sinh (tt)

(2) Sự thay đổi pH và độ acid tổng:

 Sự thay đổi pH: tăng 0,1  0,3 đơn vị

 Sự biến đổi hàm lượng một số acid

– L-acid malic: giảm 3g/l

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

1 2 3 4 5 H B

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi

hàm lượng acid malic trước và

sau khi lên men malolactic bởi các chủng vi khuẩn thuộc

giống O oeni (Maurizio

Ugliano và Luigi Moio, 2005)

 Biến đổi hóa học và hóa sinh (tt)

(2) Sự thay đổi pH và độ acid tổng (tt):

 Sự biến đổi hàm lượng một số acid khác

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

 Biến đổi hóa học và hóa sinh (tt)

(3) Sự thay đổi hàm lượng các acid amin

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

1 2 3 4 5 H B

 Biến đổi hóa học và hóa sinh

(4) Sự thay đổi hàm lượng các cấu tử hương

 Acid dễ bay hơi: acid acetic

 Alcohol: isoamyl alcohol, 2-phenyl alcohol

 Hợp chất carbonyl: acetaldehyde, diacetyl, acetoin

 Esters: isoamylacetate, ethylphenyl acetate, ethyl lactate

 Glucosides: glucoside của monoterpenoid (không mùi)  monoterpenoid (thơm)

 Acid phenolic: p-coumaric, ferulic  vinylphenol 

 Biến đổi hóa học và hóa sinh

 Bảng tóm tắt

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

1 2 3 4 5 H B

 Giống: Oenococcus oeni

 Tỉ lệ giống cấy: 106-107 tế bào/mL canh trường

 Hình thức cấy:

 Dạng khô (dried stater)  cấy trực tiếp

 Dạng hoạt hóa

 Môi trường lên men: dịch nho sau lên men chính

 Hàm lượng acid malic

 Đường sót

 Nồng độ ethanol, sulphite,

 Hàm lượng các chất khác: acid béo, phenolic acid,

2- CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1 2 3 4 5 H B

 Nhiệt độ: topt = 18-25oC

 Thời điểm cấy giống

 Cấy giống đồng thời với nấm men

 Cấy giống đầu giai đoạn tàng trữ

 Thế oxy hóa-khử

2- CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1 2 3 4 5 H B

Phương pháp tiến hành

Lên men tự nhiên Cấy giống

Oenococcus oeni

Đầu gđ LM ethanol Giữa lên men

chính

Đầu gđ tàng trữ tàng trữ Đầu gđ

(1) Chuyển hóa acid malic nhờ enzyme malate carboxylase

(2) L- acid malic  acid pyruvic  acid lactic (malic

enzyme và lactate dehydrogenase)

(3) L- acid malic  oxaloacetate  acid pyruvic  L-acid

lactic

 Chuyển hóa acid malic bởi nấm men

 Schizosacchromyces pombe và Saccharomyces cerevisiae (đột biến hay chuyển gen)

1- CÁC CON ĐƯỜNG CHUYỂN HÓA ACID MALIC

1 2 3 4 5 H B

 Phương pháp hóa học:

 Sử dụng chất kết lắng acid tartaric (chemical precipitation)

 Phương pháp sinh học:

pombe

tái tổ hợp

 Phương pháp hóa sinh

carboxylase cố định

2- CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM GIẢM ĐỘ CHUA VANG

1 2 3 4 5 H B

 Vấn đề chuyển hóa acid malic trong vang

 Thuận lợi và khó khăn

 Thực trạng và tương lai

KẾT LUẬN CHUNG

1 2 3 4 5 H B

 Phát hiện vào thế kỷ XIX

 Một số vấn đề lý thuyết được làm sáng tỏ thế kỷ XX

malolactic trong rượu vang

nhiều cách khác nhau

– Lên men ML bởi VK cố định– Lên men ML bởi nấm men đột biến hay chuyển gen– Lên men ML bằng enzyme malolactic cố định

1- Lịch sử hình thành và phát triển

1 2 3 4 5 H

 Biến đổi sinh học

 Không tương tác/ trung lập (Neutral)

 Kích thích (Stimulation): peptide, các phân đoạn N, mannoprotein, dịch tự phân một phần của nấm men

 Kìm hãm/ ức chế (Inhibition): ethanol, SO2, acid béo,

2- CÁC BIẾN ĐỔI CHÍNH

1 2 3 4 5 H

 Hoạt tính lên men tăng & ổn định tốt

 Khả năng thích nghi và chống chịu cao

 Rút ngắn thời gian lên men

 Cơ giới hóa, tự động hóa

 Tiết kiệm chi phí năng lượng, giống, thời gian, công sức

 Cải thiện hương vị tốt hơn

 Thành tựu công nghệ

 Sự phù hợp giữa vi khuẩn và cấu trúc gel

 Khả năng chuyển hóa của các giống/loài/chủng vi khuẩn khác nhau

 Phương pháp: Lên men tĩnh/ liên tục

4.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

1- Vi khuẩn malolactic cố định

1 2 3 4 5 H B

4.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

1- Vi khuẩn malolactic cố định

1 2 3 4 5 H B

4.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

2- Sử dụng nấm men Sch pombe

1 2 3 4 5 H B <

 Chịu được môi trường [ethanol] và [SO2] cao, pH thấp

tăng hiệu suất lên men ethanol

 Nhược điểm chính

4.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

2- Sử dụng nấm men Sch pombe

1 2 3 4 5 H B

 Nấm men được tái tổ hợp di truyền từ chuyển gen:

 Gen mleS mã hóa STH enzyme malate carboxylase

 Gen mea1 mã hóa STH protein vận chuyển acid malic (malate permease)

 Ưu điểm

 Thời gian lên men và thời gian sx

 Khả năng cơ giới hóa, tự động hóa

4.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

3- Sử dụng nấm men S cerevisiae

1 2 3 4 5 H B

4.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

3- Sử dụng nấm men S cerevisiae

1 2 3 4 5 H B

 2 tiểu đơn vị 120.000 và 60.000 Da

 2 cofactor NAD+ và Mn2+

 HS Michealis Km với acid malic là 4,1 mM

 Nhiệt độ tối thích 48oC

 Chất ức chế cạnh tranh: a citric, a succinic, a tartaric

4.3 PHƯƠNG PHÁP HÓA SINH

Sử dụng enzyme malate carboxylase

1 2 3 4 5 H B

 Vấn đề công nghệ cần giải quyết

4.3 PHƯƠNG PHÁP HÓA SINH

Sử dụng enzyme malate carboxylase

1 2 3 4 5 H B

 Cấy trực tiếp (direct-inoculation)

 Cấy giống đã hoạt hóa trước (build-up inoculation)

3- PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH

1 2 3 4 5 H B