nghiên cứu đề xuất quy trình sản xuất rượu vang từ quả xương rồng bàn chải

Nhưng trên thị trường chưa có sản phẩm rượu vang từ quả xương rồng bàn chải cho nên sản xuất rượu vang từ nguyên liệu này tạo ra mặt hàng mới làm phong phú và đa dạng mặt hàng rượu vang,

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm của trường đại học Nha Trang, mặc dù điều kiện phòng thí nghiệm còn nhiều khó khăn nhưng được sự hướng dẫn tận tình của thầy cô cùng các bạn, và với những kiến thức tích lũy được

em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Với lòng biết ơn sâu sắc, tốt đề tài này Quý thầy cô khoa chế biến, trường đại học em xin cảm ơn:

Cô Đặng Thị Thu Hương đã tận tình giúp đỡ em thực hiện Nha Trang đã dạy bảo em trong suốt những năm học qua

Cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để

em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Nha Trang, tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Vương

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU viii

1 Lý do chọn đề tài viii

2 Ý nghĩa khoa học ix

3 Nội dung nghiên cứu ix

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ RƯỢU VANG 2

1.1.1 Lịch sử rượu vang 2

1.1.2 Giới thiệu chung về rượu vang 3

1.1.3 Thành phần của rượu vang 4

1.1.3.1 Cồn 4

1.1.3.2 Đường 5

1.1.3.3 Axit 5

1.1.3.4 Tro và các muối khoáng 6

1.1.3.5 Chất gây mùi thơm 6

1.1.3.6 Vitamin 6

1.1.3.7 Polyphenol 7

1.1.4 Nguyên liệu sản xuất rượu vang 7

1.1.5 Một số “bệnh” rượu vang và cách xử l ý 8

1.1.5.1 Vang dính 8

1.1.5.2 Rượu bị chua lactic 8

1.1.5.3 Rượu đắng 8

1.1.5.4 Rượu bị chua giấm 9

1.1.5.5 Vang bị đục 9

1.2 TỔNG QUAN VỀ XƯƠNG RỒNG 9

Trang 3

1.2.1 Giới thiệu chung về xương rồng 9

1.2.2 Thành phần hóa học của quả xương rồng bàn chải 10

1.2.3 Công dụng của quả xương rồng bàn chải 10

1.3 NẤM MEN DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG 11

1.3.1 Hình dáng và kích thước nấm men 11

1.3.2 Cấu tạo tế bào nấm men 12

1.3.3 Các quá trình sinh lý của tế bào nấm men 13

1.3.3.1 Sinh dưỡng của nấm men 13

1.3.3.2 Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng vào trong tế bào nấm men13 1.3.3.3 Quá trình sinh trưởng và phát triển 14

1.3.4 Các hình thức hô hấp của nấm men 15

1.3.5 Giống men 16

1.3.5.1 Men tự nhiên 16

1.3.5.2 Men nhân tạo 16

a Men ống 16

b Men bánh 17

1.4 QUÁ TRÌNH LÊN MEN 17

1.4.1 Bản chất của quá trình lên men 17

1.4.2 Cơ chế của quá trình lên men 19

1.4.3 Các giai đoạn lên men rượu vang 22

1.4.3.1 Giai đoạn hình thành rượu 22

1.4.3.2 Giai đoạn phát triển 22

1.4.3.3 Giai đoạn vang “chín” 23

1.4.4 Theo dõi quá trình lên men qua các chỉ tiêu sau 23

1.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện hoạt động của nấm men 24

1.4.5.1 Ảnh hưởng của oxi 24

1.4.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 24

1.4.5.3 Ảnh hưởng của đường, đạm, muối khoáng và pH nước quả 25

a Đường 25

Trang 4

b Đạm 25

c Muối khoáng 25

d Độ pH 25

e Chất kích thích men 26

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU QUẢ XƯƠNG RỒNG 26

1.5.1 Trên thế giới 26

1.5.2 Trong nước 27

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 29

2.1.1 Nguyên liệu chính 29

2.1.2 Nguyên liệu phụ và hóa chất 29

2.1.2.1 Nấm men 29

2.1.2.2 Đường 29

2.1.2.3 Axit citric 30

2.1.2.4 Enzyme pectinase 30

2.1.3 Các thiết bị và dụng cụ dùng trong phòng thí nghiệm 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.2.1 Quy trình dự kiến 31

2.2.2 Nội dung nghiên cứu 32

2.2.3 Bố trí thí nghiệm 32

2.2.3.1 Nuôi tăng sinh nấm men 32

2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa cho công đoạn lên men ethanol 33

2.2.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme pectinase thích hợp 36

2.2.4 Các phương pháp phân tích 36

2.2.4.1 Xác định các thành phần hóa học của xương rồng bàn chải 36

2.2.4.2 Phương pháp phân tích xác định độ rượu của dịch lên men bằng phương pháp bình tỷ trọng 37

2.2.4.3 Đếm số lượng tế bào nấm men bằng buồng đếm Thomas 37

2.2.4.4 Xử lý số liệu bằng phần mềm Design-Expert 8.0.2 38

Trang 5

2.2.4.5 Phương pháp phân tích đánh giá cảm quan cho sản phẩm theo TCVN

32 – 1579 38

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Kết quả xác định thành phần hóa học của quả xương rồng bàn chải 44

3.2 Kết quả nuôi tăng sinh nấm men 45

3.3 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn lên men ethanol 45

3.4 Kết quả đánh giá cảm quan rượu sau khi lên men ethanol 49

3.5 Kết quả nghiên cứu xác định tỷ lệ enzyme pectinase để làm trong rượu bằng cách đánh giá các chỉ tiêu cảm quan của rượu thành phẩm 50

3.6 Đề xuất qui trình sản xuất rượu vang từ quả xương rồng bàn chải 51

3.7 Bao bì và giá thành sản phẩm ở qui mô phòng thí nghiệm 53

KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 54

1 Kết luận 54

2 Đề xuất ý kiến 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Trang 6

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng điểm cảm quan về độ trong và màu sắc của rượu vang xương rồng

bàn chải 39

Bảng 2.2: Bảng điểm cảm quan về mùi của vang xương rồng bàn chải 40

Bảng 2.3: Bảng điểm cảm quan về vị của vang xương rồng bàn chải 41

Bảng 2.4: Bảng điểm chung phân cấp chất lượng sản phẩm rượu vang theo cảm quan 42

Bảng 3.1: Bảng thành phần hóa học của quả xương rồng bàn chải 44

Bảng 3.2: Các thông số đầu vào và đầu ra của điểm tối ưu 47

Trang 7

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Rượu vang 3

Hình 1.2: Quả xương rồng 9

Hình 1.3: Nấm men Saccharomyces cerevisae 12

Hình 1.4: Sơ đồ chuyển hóa Embden – Meyerhol – Parnas 20

Hình 2.1: Quả xương rồng bàn chải 29

Hình 2.2: Nấm men Saccharomyces cerevisiae 29

Hình 2.3: Đường cát trắng Biên Hòa 29

Hình 2.4: Axit citric 30

Hình 2.5: Enzyme pectinase 30

Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện số lượng tế bào nấm men qua thời gian nhân giống 45

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn độ cồn theo pH và nồng độ đường 46

Hình 3.3: Đồ thị biễu diễn điểm cảm quan các mẫu sản phẩm rượu vang xương rồng sau khi lên men ethanol 49

Hình 3.4: Biểu đồ biểu diễn tổng điểm cảm quan các mẫu sản phẩm theo tỷ lệ enzyme pectinase bổ sung 50

Trang 8

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa với nhiều loại rau quả có chất lượng cao Tuy nhiên, các loại rau quả thường theo một mùa vụ nhất định trong năm vì vậy trong các mùa trái vụ thường giá khá cao, ngược lại ở vụ mùa thì lại rất thấp hay đôi khi lại không tiêu thụ được Vì vậy việc nghiên cứu để bảo quản nguyên liệu hay chế biến thành các sản phẩm ở dạng khác nhau để có thể giữ được trong thời gian dài là một vấn đề đã và đang được thực hiện Sản xuất rượu vang cũng là một cách chế biến sản phẩm và giữ được trong thời gian rất lâu Với xu thế hiện nay, rượu vang cũng là một nguồn thực phẩm đang được người tiêu dùng

sử dụng ngày càng nhiều Để góp phần làm phong phú thêm thị trường rượu vang, việc nghiên cứu các sản phẩm rượu vang từ quả có giá trị dược học cao là vấn đề

cần phải được quan tâm

Cùng với sự phát triển ngày càng cao của xã hội thì ngành công nghiệp sản xuất rượu vang cũng phát triển mạnh mẽ Với xu hướng của thời đại, các sản phẩm rượu vang được làm từ các nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, như các quả

vừa có giá trị dinh dưỡng cao vừa có giá trị dược học ngày càng được ưa chuộng

Quả xương rồng bàn chải đã có ở Phú Yên từ lâu nhưng người dân ở đây chỉ sử dụng cây trồng để làm hàng rào chứ không dùng vào mục đích như là một loại thực phẩm, bởi vì có thể người dân nơi này chưa biết đến những lợi ích mà

cây này mang lại như:

- Hạ đường trong máu

- Cải thiện cholesterol xấu

- Hạ huyết áp

- Giảm cân do bài tiết chất béo

- Ngăn ngừa bệnh tim mạch

- Giải độc của cơ thể

Người dân nơi này không quen dùng quả xương rồng bàn chải như một loại thực phẩm Vì vậy để người dân quen dần với loại quả này thì nên đưa ra một

Trang 9

loại sản phẩm nào đó để mọi người dễ sử dụng mà biết đến công dụng và lợi ích

mà chính loại nguyên liệu này mang lại như nước giải khát hay rượu vang

Điều đáng nói là hiện nay rượu vang là một loại sản phẩm sử dụng rất nhiều trong đời sống như các buổi tiệc cưới hỏi, sinh nhật, … nên dễ đưa mọi người biết đến sản phẩm rượu vang từ quả xương rồng Nhưng trên thị trường chưa có sản phẩm rượu vang từ quả xương rồng bàn chải cho nên sản xuất rượu vang từ nguyên liệu này tạo ra mặt hàng mới làm phong phú và đa dạng mặt hàng rượu vang, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng trong nước

và tiến tới nâng cao chất lượng để xuất khẩu Ngoài ra còn tăng thu nhập và cải thiện đời sống cho người nông dân trồng loại cây này, mà còn giải quyết công ăn việc làm cho người dân nơi đạt nhà máy sản xuất với quy mô sản xuất lớn

2 Ý nghĩa khoa học

Đưa ra được quy trình sản xuất rượu vang từ quả xương rồng bàn chải với các thông số thích hợp

3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu chính: pH, nồng độ chất hòa tan, khoáng, hàm lượng ẩm

- Nuôi tăng sinh nấm men và đếm số lượng tế bào nấm men

- Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn lên men: Nồng độ đường, pH, tỷ lệ nấm men, thời gian lên men

- Nghiên cứu xác định tỷ lệ bổ sung enzyme pectinase để làm trong

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất vang từ quả xương rồng bàn chải

- Sơ bộ tính giá thành

Trang 10

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

Trang 11

1.1 TỔNG QUAN VỀ RƯỢU VANG [5], [7], [10]

1.1.1 Lịch sử rượu vang

Rượu vang không phải là sản phẩm sáng tạo của con người Rất tình cờ khi lưu trữ nho sau khi thu hoạch hay trong thùng để hứng dịch quả chảy ra, sau một thời gian người ta thu được một loại dịch có cồn, khi uống có vị ngọt, cay tạo cảm giác hưng phấn Cho đến tận bây giờ, thực sự người ta vẫn chưa xác định được sản phẩm có cồn đầu tiên của con người là rượu vang nho hay bia Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu người ta đã chứng minh được việc trồng nho ở diện rộng đã có mặt trên trái đất cách đây khoảng 7000÷5000 năm trước Công nguyên Như vậy, rượu nho cũng có thể ra đời trong khoảng thời gian đó Ước tính bia cũng có mặt vào khoảng 5000 năm trước Công nguyên

Nguồn gốc của từ “vang” là từ “vigne” tức là nho Vì trước đây khi nói đến vang tức là chỉ “các sản phẩm lên men, không qua chưng cất đi từ dịch quả nho nguyên chất” Việc tuân theo chính xác định nghĩa này giúp cho việc phân loại rượu vang và đánh giá chất lượng rượu Nhưng hiện nay trên thế giới người ta

đã chấp nhận dùng từ “vang” cho tất cả các sản phẩm lên men không qua chưng cất từ dịch quả Nghĩa là có thể sản xuất vang từ bất kì loại quả gì có khả năng cho dịch (như táo, dứa, dâu tây…) và cũng có thể là dịch quả pha loãng hay ngâm đường Còn về tên gọi, như thế sẽ phải bổ sung thêm tên loại quả vào sau chữ vang, còn khi chỉ dùng từ vang thì ta hiểu đó là vang nho

Rượu là một dung dịch đồ uống chứa cồn etylic, có độ cồn từ 15÷40 Độ

cồn là lượng cồn etylic tính theo thể tích, so với toàn dung dịch

Trang 12

1.1.2 Giới thiệu chung về rượu vang [14]

Hình 1.1: Rượu vang

Rượu vang là một loại rượu chế từ nước quả, do lên men tự nhiên mà tạo nên Chế biến rượu vang là một phương pháp đặc biệt: ép nước quả, sử dụng một loại vi sinh vật (men) để biến nước quả thành một dung dịch đồ uống trong có nhiều chất hữu cơ và vô cơ phức tạp Ngoài nước ra, thành phần chủ yếu trong dung dịch này

là cồn etylic nên gọi là rượu vang Sau khi đã lên men xong, gạn lọc và ổn định rượu, không được phép cho thêm bất cứ chất gì để đảm bảo tính chất tự nhiên của sản phẩm

Rượu vang là loại rượu chủ yếu trên thế giới: độ cồn trung bình, không quá nhẹ như bia, không quá nặng như rượu trắng Cùng với cồn etylic, rượu vang còn chứa nhiều chất dinh dưỡng hơn hẳn các rượu khác Rượu trắng thì chỉ có cồn, rượu lique tuy có thêm ít đường, xiro, vị thuốc… nhưng vì chế bằng cồn cất, lẫn nhiều tạp chất khó uống Rượu vang là một thực phẩm thực sự, có thành phần cân đối, vì thế nói cho cùng rượu vang là nước quả với một số biến đổi do men gây ra,

so với nước quả thì kém đi vị ngọt của đường, mùi thơm gốc của nước quả tươi nhưng để bù lại có rượu gây say, có mùi thơm thứ cấp, có thành phần ổn định, được sử dụng quanh năm vì là sản phẩm chế biến

Trang 13

Rượu vang cũng có nhiều loại Nếu dựa vào hàm lượng đường còn lại sau khi lên men người ta chia ra:

* Phân loại theo độ ngọt

+ Rượu vang khô

+ Rượu vang bán ngọt

+ Rượu vang ngọt

* Phân loại theo lượng CO2

+ Rượu vang không có gas

+ Rượu vang có gas: 2 loại

- Rượu vang có gas tự nhiên: Champagne

- Rượu vang có gas nhân tạo: Carbonated wine

* Phân loại theo màu

+ Rượu vang trắng: Chablis, Chardonnay, Pinot Blanc, Rhine wine … + Rượu vang hồng: Rose, Vonorosso

+ Rượu vang đỏ: Barbera, Cabernet Sauvignon, Claret, Carnelian …

* Phân loại theo nơi sản xuất

+ Phân loại theo quốc gia: vang Pháp, vang Úc, vang Tây Ban Nha + Phân loại theo vùng: Bordeaux, Burgandy, California, Chablis

1.1.3 Thành phần của rượu vang [7]

Thành phần của rượu vang phức tạp, cho đến nay ở các nước phát triển người ta chưa biết hết các chất cấu thành Hơn nữa, có chất chỉ có mặt với một tỉ

lệ thấp như dầu thơm, axit bay hơi Về đại thể thành phần của rượu vang gồm nước, chất hòa tan, axit tổng số và bay hơi, vitamin, khoáng …

Trang 14

đường do đó những rượu không có đường vẫn có vị ngọt Độ cồn phổ biến của rượu vang là 10÷120 Dưới 100 thì rượu lạt, 13÷140 thì cồn hơi cao

1.1.3.2 Đường

Theo Peynaud ở Pháp hàm lượng đường ở vang đỏ là 2÷3 gam/lít và chỉ ở những loại vang trắng đặc biệt như: Barsac, Sauternes mới lên tới 70÷80 g/l Đường trong rượu vang chủ yếu là fuctose, glucose và một ít galactose Nếu cho thêm đường saccarose trước lên men thì toàn bộ bị thủy phân thành đường khử, vì vậy nếu phát hiện thấy có đường saccharose trong rượu vang thành phẩm tức là đường pha thêm

Tùy theo lượng đường khử còn lại trong rượu vang sau khi đã lên men xong, người ta phân biệt rượu vang khô (dưới 10g/l), nửa khô (20÷30 g/l), nửa ngọt (45÷65 g/l) và ngọt (80÷110 g/l) Lượng đường khử càng cao thì độ cồn cũng phải cao để cân đối Độ cồn của rượu khô chỉ 9÷110, rượu ngọt độ cồn đạt 12÷130

và hơn thế nữa

1.1.3.3 Axit

Axit là một thành phần quan trọng của rượu vang, ngang với cồn Rượu vang là đồ uống có độ chua cao (axit tổng số tới 4÷5 g/l, pH từ 2,3÷3,3) nhưng dễ uống vì vị chua của axit được cân đối bởi vị ngọt của cồn, glycerin, vị chát của polyphenol và vị mặn của các muối

Axit hữu cơ trong rượu vang còn có một tác dụng là ngăn cản hoạt động của các khuẩn làm hỏng rượu Định lượng các axit hữu cơ, vô cơ nhiều do đó người ta chưa biết hết các axit của rượu vang quả, nhất là ở nhiệt đới

Trong rượu vang quả những axit chính thường gặp là: tartic (1,5÷4 gam/lít), malic (0÷4 gam/lít), citric (0÷0,5 gam/lít), oxalic (0÷0,06 gam/lít) Đó là những axit có tác dụng “tích cực”, ngoài ra còn có những axit có tác dụng “tiêu cực” đó là các axit bay hơi chủ yếu là axit acetic và các axit béo cùng một dây chuyền: formic, propionic, butyric Những axit này nếu có nhiều sẽ gây ra các mùi vị thay đổi làm cho rượu không uống được nữa Axit acetic là axit bay hơi chủ yếu, chiếm tới 90% tổng số

Trang 15

1.1.3.4 Tro và các muối khoáng

Có nhiều muối khoáng trong rượu vang quả, phổ biến nhất là P, S, K, Na,

Ca, Fe, Mg, Cl, Br, I, Al mặc dù lượng tuyệt đối thấp Trong 1 lít rượu vang quả chỉ có 1,5÷3 gam tro nhưng chất muối trong tro giữ một vai trò quan trọng đó là:

+ Làm tăng hương vị của rượu

+ Tăng giá trị dinh dưỡng: Có nhiều chất muối rất cần thiết cho cơ thể sống với lượng rất nhỏ

+ Những chất vi lượng như sắt hàm lượng bình thường chỉ 0,3÷0,5 mg/l và Cu thì 0,2÷0,3 mg/l, nếu chỉ tăng một vài mg trong 1 lít rượu cũng gây kết tủa làm cho rượu đục, mất hương vị

1.1.3.5 Chất gây mùi thơm

Chưa phát hiện hết chất gây mùi thơm dù đã dùng phương pháp hiện đại như sắc ký khí

Quả tươi, đặc biệt là quả nhiệt đới như xoài, dứa rất thơm Đó là mùi thơm do nguồn gốc tecpen quyết định, nhưng đại bộ phận các chất này bị phân hủy và bị khí cacbonic kéo theo trong quá trình lên men Về phần nấm men cũng sản sinh ra những chất có mùi thơm trong đó có cồn cao phân tử và este của chúng Trong quá trình làm rượu chín phát sinh một mùi thơm đặc biệt gọi là bukê (bouquet) do các chất oxi hóa khử sinh ra, nhưng chỉ ở dạng khử oxi mới thơm Vì vậy giữ rượu vang quả trong bình kín nút hoàn toàn không có oxi một thời gian dài thì mới có mùi thơm Nếu trong bình còn có chỗ trống và nút không kín, oxi lọt vào thì mùi thơm bị phá hủy rất nhanh

1.1.3.6 Vitamin

Nước quả giàu vitamin, nhưng quá trình lên men lại điều chỉnh thành phần vitamin của nước quả, có phần bổ sung thêm các vitamin khác vào thành phần đó Thực chất quá trình lên men không phá hủy hết vitamin của nước quả,

mà lên men là một kỹ thuật tốt để giữ lại các vitamin của nước quả

Trang 16

1.1.3.7 Polyphenol

Polyphenol là hợp chất phức tạp có trong vỏ quả Do đó khi chế biến rượu vang từ nước quả, không có xác quả thường có rất ít polyphenol Ngược lại khi cho lên men cả nước và xác quả thì trong rượu nhiều polyphenol Các polyphenol trong rượu vang gồm có:

+ Axit phenol như axit penzoic, axit xinamic

+ Flavon làm cho rượu có màu vàng

+ Antoxian làm cho rượu có màu đỏ

+ Tanin dễ kết bông với protein trong nước quả, cũng dễ oxi hóa làm cho màu rượu vang tối lại

Vai trò của các polyphenol: tạo màu, vị chát cho vang và còn kéo dài thời gian bảo quản do bản thân nó là chất kháng khuẩn

1.1.4 Nguyên liệu sản xuất rượu vang [7], [5]

Tất cả các loại quả nếu chứa đường, protid, vitamin, muối khoáng và không chứa nhiều chất có hại cho men ví dụ tanin thì đều có thể cho lên men và chế thành rượu vang, chỉ khác nhau ở chỗ lên men dễ hay khó, phải bổ sung nhiều đường hay ít đường

Ở những nước nhiệt đới chưa ai xác định những giống quả nào chế rượu

là tốt nhất Có thể dùng quả dại hoặc quả trồng Rất nhiều loại quả trong vườn có thể dùng chế rượu vang nhưng tiêu chuẩn để chọn là:

+ Đường tổng số trong nước quả có độ brix cao, chỉ cần cho thêm ít đường trước khi lên men để đạt độ brix từ 20÷22

+ Hàm lượng axit hữu cơ tương đối cao, pH thấp (2,8÷3,8) vì nếu không có một lượng axit tối thiểu thì rượu sẽ không đạt vì thiếu chua, quan trọng hơn nữa nếu thiếu axit pH quá cao thì tạp khuẩn phát triển mạnh, gây khó khăn cho hoạt động của nấm men Mặt khác chua quá cũng không tốt vì khó lên men rượu, khó uống

Thành phần nước quả thích hợp với hoạt động của men tối thiểu các chất sau đây:

Trang 17

+ Axit amin, vitamin, muối khoáng thực hiện vai trò xúc tác một lượng rất nhỏ

+ Polyphenol – tanin làm cho rượu vang đỏ có màu sắc hấp dẫn và đóng góp vào việc ức chế khuẩn hại của enzyme oxi hóa

+ Chất sản sinh ra mùi thơm ảnh hưởng tới hương vị của rượu

Còn một số chất vi lượng nữa tuy phân tích sinh hóa chưa phát hiện nhưng dự đoán có mặt ở một số quả qua kinh nghiệm lên men

1.1.5 Một số “bệnh” rượu vang và cách xử lý [14]

Chỉ có lên men malolactic là tăng chất lượng của rượu vang, còn những biến đổi khác do vi khuẩn lactic gây ra đều có hại vì phá huỷ các thành phần cơ bản của vang, làm cho rượu vang bị “bệnh”

1.1.5.1 Vang dính

- Đặc điểm: Vang không chảy đều, lỏng như nước mà dính như hồ nếp Vang dính thường kéo theo rượu bị chua và đắng

- Nguyên nhân: Do vi khuẩn lactic (đặc biệt là Leuconostoc) tiết ra một

loại đường riêng gọi là dextran

- Cách xử lý: Lên men rượu vang xong nên thêm SO2 để tiệt trùng

1.1.5.2 Rượu bị chua lactic

- Đặc điểm: Rượu có mùi chua khó chịu

- Nguyên nhân: Khi quả quá ngọt hoặc cho thêm quá nhiều đường, kỹ thuật lên men thấp, làm cho nấm men ngừng hoạt động, hoặc do cấy men chưa đủ, nhiệt độ cao, thiếu oxy, … vi khuẩn lactic sẽ chuyển hoá đường khử thành đường manit và axit bay hơi

- Cách xử lý: Loại bớt khuẩn ngay từ đầu bằng cách lọc kĩ nước quả Thêm SO2 và tạo điều kiện thuận lợi cho Saccharomyces hoạt động tốt

1.1.5.3 Rượu đắng

- Đặc điểm: Rượu bị chua, có vị đắng

- Nguyên nhân: Vi khuẩn lactic phá hủy glycerin hình thành chất acrolein

- Cách xử lý: Thêm SO2 để tiệt trùng bằng nhiệt

Trang 18

1.1.5.4 Rượu bị chua giấm

- Đặc điểm: Rượu có mùi giấm

- Nguyên nhân: Vi khuẩn acetic chuyển cồn trong rượu thành axit acetic

- Cách xử lý: Loại bớt khuẩn ngay từ đầu bằng cách lọc, giữ vệ sinh trong quá trình sản xuất Tránh không để rượu tiếp xúc với O2

1.1.5.5 Vang bị đục

- Nguyên nhân: Do xuất hiện những kết tủa màu trong rượu hay sự oxi hoá của thành phần polyphenol có trong nguyên liệu làm rượu, hoặc sự tạo kết bông protein của thành phần tanin trong rượu và một số dạng kết tủa khác

- Cách xử lý: Chọn nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất có thành phần sắt hoặc đồng Thanh trùng ở nhiệt độ 70 ÷ 800C rồi lọc kĩ Hạn chế sự tiếp xúc với O2

1.2 TỔNG QUAN VỀ XƯƠNG RỒNG

1.2.1 Giới thiệu chung về xương rồng [20]

Quả xương rồng bàn chải có tên khoa học là Opuntia cochenillifera Hệ

thống phân loại của xương rồng bàn chải được phân loại như sau:

Giới Plantae

Ngành Magnoliophyta Lớp Magnoliopsida

Bộ Caryophyllales

Họ Cactaceae Chi Opuntina Mill Loài Opuntina cochenillifera Mill

Hình 1.2: Quả xương rồng

Xương rồng có nguồn gốc ở châu

Mỹ, được nhập vào Việt Nam khoảng thế

kỷ thứ XVII Nay mọc hoang dại trên đất

cát hoang dọc bờ biển hay các sườn núi

Xương rồng thuộc họ Cactaceae, họ này gồm 130 chi và có tới 1500 loài khác nhau Là loài chịu hạn, phát triển rất tốt và

Trang 19

có thể dùng làm thực phẩm cho người và làm thức ăn cho gia súc Các loài này

có tên địa phương là Nopal Chúng thuộc về hai chi là Opuntia và Nopalea Chi

Opuntia này có 104 loài, còn chi Nopalea có 10 loài Trong số này có 15 loài

được trồng để làm thức ăn nuôi bò, ngựa, dê, cừu… 5 loài lấy quả và 3 loài dùng

như rau xanh Hai loài dùng làm thực phẩm là Opuntia cochenillifera và Opuntia

ficus-indica

Cây nhỏ cao 0,5÷2m, thân dẹp hình cái vợt bóng bàn dài 15÷20cm, rộng 4÷10cm, màu xanh nhạt, mang núm với 3÷8 gai, gai to với sọc ngang, dài 1÷4cm

Lá nhỏ dễ rụng Hoa xương rồng có màu vàng hay đỏ, rất nhiều nhị từ 50 đến

1500, cánh hoa phân bố đồng đều và đồng tâm, hoa đa phần là lưỡng tính, nở vào sáng và tối tuỳ theo loài Hoa có nhiều hình dạng khác nhau như dạng phễu, dạng chuông và dạng tròn phẳng, kích thước trong khoảng từ 0,2 đến 15÷30cm Phần lớn có đài hoa từ 5÷50 cái, thay đổi dạng từ ngoài vào trong Ra hoa quanh năm Quả mọng to 4÷5cm, màu đỏ đậm Trung bình một cây xương rồng sống rất lâu từ 25÷300 năm

1.2.2 Thành phần hóa học của quả xương rồng bàn chải [13]

Tính theo trọng lượng tươi thì phần ăn được có chứa 92% nước, 4÷6% carbohydrat, 1% protein, 0,2% chất béo, 1% chất khoáng, 12,7mg% vitamin C, 12,9μg β-caroten (nếu tính theo trọng lượng khô thì hàm lượng chất dinh dưỡng

là rất cao)

1.2.3 Công dụng của quả xương rồng bàn chải [16], [17], [18], [19], [20]

- Hạ mức độ đường trong máu bằng cách trì hoãn sự hấp thụ carbohydrate đơn giản ở đường ruột, trong khi đồng thời gia tăng hoạt động của tế bào thụ thể insulin Điều này làm giảm chỉ số glycemic trong bữa ăn và tăng cường bất kỳ một

sự chuyển hóa đường trong máu ổn định hơn Điều này có nhiều ứng dụng và lợi ích cho những người bị bệnh tiểu đường hay sự mất cân bằng insulin như hyperglycemia

- Nhờ những sợi polysaccharid và sterol trong quả xương rồng bàn chải

đã làm việc cùng nhau để hạ cholesterol tổng thể, cải thiện tỷ lệ giữa HDL (high

Trang 20

density lipoprotein) và LDL (low density lipoprotein) và triglycerid trung tính bằng cách ngăn cản việc chuyển đổi đường trong máu vào trong chất béo và loại

bỏ các axit mật dư thừa

- Hạ huyết áp

- Giảm cân do bài tiết chất béo

- Ngăn ngừa nguyên nhân chủ yếu của bệnh tim, ở dạng viêm tim mạch trong điều trị chứng xơ vữa động mạch do loại bỏ và ngăn ngừa các mảng mạch máu là nhờ chất chống oxi hóa betalains

- Hỗ trợ gan và tuyến tụy được thể hiện bằng cách cải thiện chức năng gan và tăng insulin sản xuất theo thời gian để làm giảm chỉ số đường huyết của người mắc tiểu đường

- Giải độc của cơ thể, betalains chống các thành phần độc hại Để chống

lại những chất độc mà chúng tấn công lần đầu tiên ngay bên trong các tế bào trong

cơ thể chúng ta Bằng cách tăng các hoạt động của CYP-2E1, một loại enzyme đặc biệt làm mất tác dụng độc tố hằng ngày, và đặc biệt là gan chống lại các chất gây ung thư, hoóc môn disruptors và chất độc phát triển

1.3 NẤM MEN DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG [5], [10], [11]

Nấm men trong sản xuất rượu vang thuộc giống Saccharomyces Meyer Lớp Ascomyces

Bộ Saccharomyces

Họ phụ Saccharomyces toideae

Saccharomyces có bào tử trong nang thường là 1÷4 bào tử, có khi tới 8 Tế bào

của chúng có hình dạng khác nhau như hình tròn, ovan hoặc elip Sinh sản bằng cách nảy chồi, sử dụng đường trong quá trình hô hấp và lên men, có trường hợp lên men ở dịch đường 30% và tạo được 180 cồn Không đồng hóa được muối nitrat

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

nước quả

1.3.1 Hình dáng và kích thước nấm men

Trang 21

- Hình dạng tế bào nấm men: Nấm men thường có hình dạng khác nhau như hình cầu, elip, hình trứng, hình bầu dục và cả hình dài Một số loài nấm men

có tế bào hình dài nối với nhau thành những dạng sợi gọi là khuẩn ty hay khuẩn ty giả Tuy nhiên hình dạng của chúng không ổn định, phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy

- Kích thước tế bào nấm men: Tế bào nấm men thường có kích thước rất lớn, gấp từ 5÷10 lần tế bào vi khuẩn Kích thước trung bình:

Hình 1.3: Nấm men Saccharomyces cerevisae

1.3.2 Cấu tạo tế bào nấm men

Tế bào nấm men cũng như nhiều loại tế bào khác được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản như sau:

Thành tế bào: Cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau Trong đó chủ yếu là glucan, manna, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin, volutin…

Màng nguyên sinh chất: Gồm các hợp chất phức tạp như protein, phospholipid, enzyme permease…

Chất nguyên sinh: Thành phần cấu tạo chủ yếu là nước, protid, gluxid, lipid và các muối khoáng, enzyme và có các cơ quan trong đó

Nhân tế bào

Những thành phần, cơ quan con khác: Không bào, ty lạp thể, riboxom…

Trang 22

1.3.3 Các quá trình sinh lý của tế bào nấm men

1.3.3.1 Sinh dưỡng của nấm men

Cấu tạo của tế bào nấm men thay đổi khác nhau tùy theo loài, độ tuổi và môi trường sống, nhưng nhìn chung bao gồm:

Nước chiếm 75÷85%

Chất khô chiếm 15÷ 25%, trong đó khoáng chiếm 2÷14% lượng chất khô Nấm men cũng như các sinh vật sống khác cần oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho, kali, magiê

+ Dinh dưỡng cacbon: Nguồn cacbon cung cấp từ đường sacarose, maltose, lactose, glucose, các loại rượu, axit hữu cơ, axit amin, pectin, hydratcacbon

+ Dinh dưỡng oxi, hydro: Được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường nuôi cấy hay dịch

+ Dinh dưỡng nitơ: Nấm men không có men ngoại bào để phân giải protid nên không thể phân cắt albumin của môi trường mà phải cung cấp nitơ ở dạng hòa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc vô cơ Đạm hữu cơ thường dùng là axit amin, pepton, amid, urê Đạm vô cơ là các muối amon khử nitrat, sulfat

+ Các vitamin và khoáng chất: Vitamin và chất khoáng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động sống của nấm men như:

- Phospho có trong thành phần nucleoprotein, polyphosphat của nhiều enzyme của sản phẩm trung gian quá trình lên men rượu, chúng tạo ra liên kết có năng lượng lớn

- Lưu huỳnh tham gia vào thành phần một số axit amin, albumin, vitamin và enzyme

- Magiê tham gia vào nhiều phản ứng trung gian của sự lên men

- Sắt tham gia vào các thành phần enzyme, hô hấp,

- Kali chứa nhiều trong nấm men, nó thúc đẩy sự phát triển của nấm men, tham gia vào sự lên men rượu, tạo điều kiện phục hồi phosphorin hóa của axit pyruvic

- Mangan đóng vai trò tương tự như magiê

1.3.3.2 Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng vào trong tế bào nấm men

Trang 23

Nấm men hoàn toàn không có cơ quan dinh dưỡng riêng biệt, các chất dinh dưỡng mà nó sử dụng chủ yếu được vận chuyển qua thành tế bào theo hai con đường cơ bản:

- Thẩm thấu bị động: Trên thành tế bào nấm men có những lỗ nhỏ, những lỗ này có tác dụng làm cho chất dinh dưỡng vận chuyển vào trong tế bào từ môi trường bên ngoài nhờ áp suất thẩm thấu, ngược lại chất thải trong quá trình trao đổi cũng được thải ra theo con đường này

- Hấp thu chủ động: Các thành phần dinh dưỡng không có khả năng xâm nhập vào tế bào theo con đường thứ nhất thì lập tức có hệ permease hoạt hóa Permeaza là một protid hoạt động, chúng liên kết với chất dinh dưỡng tạo thành hợp chất và hợp chất này chui qua thành tế bào vào trong, tại đây chúng lại tách ra

và permease lại tiếp tục vận chuyển tiếp

1.3.3.3 Quá trình sinh trưởng và phát triển

+ Sự sinh trưởng: Trong quá trình nuôi cấy trong điều kiện dinh dưỡng đầy đủ thì tế bào nấm men tăng nhanh về kích thước và đồng thời sinh khối được tích lũy nhiều

+ Sự phát triển: Saccharomyces sinh sản bằng phương pháp nảy chồi nên

dễ phát hiện tế bào già Khi chồi non tách khỏi tế bào mẹ để sống độc lập thì nơi tách trên tế bào mẹ xuất hiện một vết sẹo Vết sẹo này không có khả năng tạo ra chồi mới Cứ như vậy tế bào mẹ sẽ chuyển thành tế bào già theo thời gian Trong quá trình phát triển hình thái của nấm men thay đổi như sau:

- Ở nấm men trẻ (qua 12÷16 giờ nuôi cấy): Màng mỏng, căn nguyên sinh chất đồng nhất, không bào chưa có hoặc mới bắt đầu xuất hiện, tế bào sinh sản chiếm tỉ lệ cao

- Ở nấm men trưởng thành (qua 24÷48 giờ nuôi cấy): Kích thước điển hình, không bào lớn, số không bào có thể đến hai, lượng glucogen tăng, tế bào sinh sản chiếm 10÷15%

Trang 24

- Ở nấm men già (qua 72 giờ nuôi cấy): Màng dày nhẵn, nguyên sinh chất không đồng nhất, không bào lớn, lượng chất béo tăng, tế bào hầu như không sinh sản nữa, không có glucogen, tế bào chết chiếm tỉ lệ lớn

+ Để xác định số lượng tế bào nấm men phát triển theo thời gian hiện nay người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như:

- Xác định số lượng tế bào bằng phương pháp đếm trực tiếp trên kính hiển vi hay gián tiếp trên mặt thạch

- Đo độ đục của tế bào trong dung dịch nuôi cấy trên cơ sở xây dựng một đồ thị chuẩn của mật độ tế bào

+ Quá trình sinh trưởng của nấm men trong dịch lên men có thể chia làm

- Giai đoạn chết: Tốc độ chết tăng nhanh, tốc độ sinh sản rất ít do đó

số lượng tế bào nấm men giảm dần

1.3.4 Các hình thức hô hấp của nấm men

Ở nấm men, hô hấp là quá trình khá phức tạp, nó xảy ra theo hai chiều hướng khác nhau Vì thế người ta phân thành hai loại hô hấp đó là hô hấp hiếu khí

Trang 25

1.3.5 Giống men [7]

1.3.5.1 Men tự nhiên

Trong lên men vang tự nhiên tương đối phức tạp và không đồng nhất Trong môi trường nước quả tươi có các nhóm vi sinh vật khác nhau nhiễm vào từ môi trường xung quanh, thân, lá và vỏ quả trong đó phần lớn là nấm men, nấm mốc, một số ít là vi khuẩn không sinh bào tử, xạ khuẩn Nấm men trong dịch quả thường ít hơn nấm mốc xong lại có khả năng sinh trưởng và phát triển nhanh hơn trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxi, đồng thời lên men tích tụ cồn Chính nhờ điều kiện trong dung dịch cồn sẽ làm ức chế nấm mốc, tạo điều kiện cho nấm men phát triển chiếm ưu thế trong quá trình lên men

Các men tự nhiên hay men dại luôn có sẵn trên bề mặt của quả Đó là một

số loại như: Saccharomyces apiculata có hình múi chanh, nó có khả năng lên men

tại 4÷50 rượu Ngoài ra còn có mycoderma có khả năng phân giải acid malic

thành acid lactic làm cho rượu ít bị chua gắt Hay còn các loại khác như:

hancelnula, gichia tạo màng trắng trên mặt rượu Nhưng nếu để men dại phát

triển tự nhiên thì quá trình lên men rất khó điều chỉnh và chất lượng rượu thu được không ổn định Khi nền công nghiệp ngày càng phát triển thì con người đã

có biện pháp cần thiết để diệt men dại và thay vào đó là nuôi cấy nấm men thuần chủng, với những đặc tính sinh học nhất định sẽ giúp cho việc chế vang đem lại hiệu quả và chất lượng cao

1.3.5.2 Men nhân tạo

Đối với các loại quả không có hay số lượng rất ít nấm men trên vỏ quả thì khi sản xuất rượu vang nhất thiết phải bổ sung men giống vào Sau nhiều năm nghiên cứu người ta khẳng định khi lên men rượu vang có thể dùng men ống (phòng thí nghiệm) hoặc men bánh đều cho ra rượu vang ngon

Trang 26

dụng men ống không thể cấy thẳng vào nước quả mà phải tiến hành nhân giống Như vậy dùng men ống thì phải có phòng thí nghiệm

Ưu điểm của men ống là dùng men thuần, đã biết rõ tính năng nên lên men đều và nhanh

Nhược điểm là tốn công, tốn thời gian và khi nước cái men đã sẵn sàng 24÷36 giờ sau khi cấy thì phải dùng ngay vì lúc đó số lượng tế bào men sống đạt tối đa và đường sinh sản mạnh, nhưng vì lý do nào đó không dùng ngay thì men sẽ chết hoặc chuyển vào dạng tiềm sinh nên nước cái men không còn dùng được nữa,

vì vậy phải chuẩn bị nước cái men và nước quả lên men phải khớp với nhau

b Men bánh

Men bánh là men dân gian được sản xuất ở các vùng có tập quán nấu rượu

Vì nguyên liệu dùng để chế rượu trong nhân dân là gạo nên môi trường nền là bột gạo kết hợp với một số vị thuốc bắc Sau khi chế xong các khối men giống như bánh hình tròn, dẹt và mặt trên phủ một lớp trấu làm cho khối men xốp Men bánh

có thể bóp vụn rồi rây để loại các tạp chất, sau đó bỏ thẳng vào nước quả trộn đều

Ưu điểm cơ bản của men bánh là dễ kiếm, không như men ống muốn dùng phải có phòng thí nghiệm Nếu sản xuất ít thì dùng lượng men nhỏ vì vậy sử dụng men bánh sẽ thích hợp

Nhược điểm của men bánh là phức tạp, lên men chậm và kéo dài thời gian hơn men ống, chất lượng cũng không ổn định do những chất phụ, độn mỗi nơi cũng khác nhau như quế, hồi làm cho rượu vang có mùi vị lạ

1.4 QUÁ TRÌNH LÊN MEN [7], [8], [11]

1.4.1 Bản chất của quá trình lên men

Lên men là một quá trình oxi hóa khử xảy ra trong cơ thể sinh vật nhằm cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật, bởi cơ thể sống luôn cần năng lượng đó được tàn trữ dưới dạng ATP

Các phản ứng sinh hóa trong quá trình lên men là phản ứng tách và vận chuyển hydro ở dạng (H++e) dưới tác dụng của enzyme dehydrogenase Trong quá trình đó hydro được tách ra khỏi cơ chất chuyển đến tiếp nhận cuối cùng là chất

Trang 27

hữu cơ Hợp chất hữu cơ đó khử tạo thành sản phẩm lên men rồi tích tụ lại trong môi trường dinh dưỡng Tùy theo sản phẩm nào chiếm ưu thế mà ta có lên men rượu, lên men lactic

Vì vậy bản chất của quá trình lên men là quá trình oxi hóa khử được xảy

ra trong cơ thể sinh vật dưới tác dụng của hệ thống enzyme, cho nên quá trình lên men còn được gọi là quá trình oxi hóa khử sinh học

Lên men khác với hô hấp yếm khí và hô hấp hiếu khí Hô hấp yếm khí được tiến hành trong điều kiện không có oxi tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sunfat Hô hấp hiếu khí được tiến hành trong điều kiện có oxi tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng là oxi tạo thành nước Còn lên men có thể thực hiện cả trong điều kiện yếm khí và hiếu khí, nhưng hydro được chuyển qua hệ thống enzyme oxi hóa khử và chất tiếp nhận cuối cùng là một chất hữu cơ, chất hữu cơ bị khử thành sản phẩm lên men tích lũy trong môi trường Tuy nhiên lên men và quá trình hô hấp đều là quá trình oxi hóa khử sinh học

Sự khác nhau giữa quá trình oxi hóa khử sinh học và quá trình đốt cháy các vật liệu tương tự trong lò hay nhiệt lượng kế mặc dù các cơ chất ban đầu và các sản phẩm cuối cùng giống nhau Khi đốt cháy, năng lượng tỏa cùng một lúc dưới dạng nhiệt, trong khi đó lên men và hô hấp chỉ một phần năng lượng ra dưới dạng nhiệt Phần nhiệt chủ yếu được tích lũy dưới dạng những hợp chất phospho giàu năng lượng hoặc trong các liên kết cao năng, từ đó có thể chuyển thành hóa năng hoặc cơ năng để cung cấp cho hoạt động sống Hợp chất giàu năng lượng quan trọng của cơ thể là ATP Trong cơ thể sinh vật sự tích lũy năng lượng và giải phóng năng lượng sử dụng cho hoạt động cơ thể là những quá trình thuận nghịch theo sơ đồ sau:

Trang 28

Oxi hóa khử sinh học Năng lượng

ADP + H3PO4 ATP

Năng lượng Cung cấp cho hoạt động của cơ thể

Như vậy lên men và hô hấp tế bào là quá trình oxi hóa khử sinh học Qua

đó tế bào sinh vật thu được năng lượng

1.4.2 Cơ chế của quá trình lên men

Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi các chất có đường thành ethanol, CO2 dưới tác dụng của nấm men Nấm men thực hiện quá trình thủy phân đường đôi thành đường đơn Cơ chế của phản ứng lên men rất phức tạp, bao gồm một chuỗi các phản ứng

Trang 29

Hình 1.4: Sơ đồ chuyển hóa Embden – Meyerhol – Parnas

GlucosephosphatADP

Phosphoglucose isomerase

Hexokinaseee

H 2 O

ATPHexokinaseADP

ATP

Triozophosphat izomerase

NADH2 NAD

Glycerophotphat

dehydrogenase

Glyceraldehyt phosphate dehydrogenase

ADP

NAD NADH2

Phosphoglycerat mutaseAxit-3-photphoglyceric

Aldodeshydrogenase

Ethanal

Ethanol

Trang 30

Ở nấm men Saccharomyces cerevisae trong điều kiện yếm khí thì axit

pyruvic chuyển thành rượu etylic theo các phản ứng sau:

Decacboxylase

CH3-C-COOH CH3-CHO

O -CO2

CH3-CHO CH3-CH2-OH

NADH2 NAD

Như vậy sản phẩm chính của quá trình lên men là rượu etylic và CO2 Ngoài ra, trong quá trình lên men còn có nhiều sản phẩm khác được tạo thành như: glycerin, rượu bậc cao, axit hữu cơ, este và aldehyt

- Glycerin: Trong quá trình lên men thì glycerin luôn được tạo thành đồng thời với rượu etylic Ở phản ứng thứ 4 trong sơ đồ Embden – Meyerhol – Parnas sau khi tạo ra dihydroaxetonphosphat, phản ứng có thể sẽ tiến triển theo chiều hướng khác nếu các yếu tố bên ngoài thay đổi Từ hợp chất này dưới sự xúc tác của enzyme glycerophotphat dehydrogenase sẽ tạo ra glycerophosphat Sau đó với sự có mặt của phosphatase thì glycerin và axit phosphoric được tạo thành

- Rượu bậc cao: Sản phẩm rượu bậc cao được tạo thành do sự chuyển axit amin và axit pyruvic trong cơ thể nấm men, hay do quá trình tổng hợp, hay chuyển hóa một số axit amin bởi hoạt động sống của tế bào nấm men

Các loại rượu bậc cao một nhóm định chức là cấu tử chủ yếu của dầu fuzel Ở trong dầu fuzel còn có thêm các loại axit bay hơi, este và aldehyt

- Axit hữu cơ: Là sản phẩm bậc cao thường trực của quá trình lên men rượu và quá trình trao đổi dinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men

- Este: Là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men

Nó không phải là sản phẩm tạo thành từ các hoạt động sống của tế bào nấm men

mà là kết quả giữa sự tương tác giữa các sản phẩm bậc hai thường trực (este hóa các axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau)

Trang 31

- Aldehyt: Là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất

ở nấm men và cũng có thể tạo thành qua con đường oxi hóa các loại rượu

1.4.3 Các giai đoạn lên men rượu vang

1.4.3.1 Giai đoạn hình thành rượu

Là giai đoạn từ lúc cấy men giống vào, cho lên men đến khi dịch lên men hết sủi bọt mạnh Nếu giữ được nhiệt độ ổn định, thời gian lên men kéo dài 4÷5 ngày Kết quả của giai đoạn này người ta gọi là “vang non”

Trong thời gian này nấm men hoạt động mạnh nhất, tiêu thụ nguyên liệu (đường, vitamin, đạm) mạnh, biến đường thành rượu, giải phóng CO2 Kết thúc giai đoạn này thành phần nước quả thay đổi rất lớn

1.4.3.2 Giai đoạn phát triển

Khi kết thúc lên men ở giai đoạn hình thành rượu, người ta tiến hành gạn cặn, tách xác quả bằng phương pháp lọc (đối với vang đỏ) Trong cơ sở lên men ở qui mô lớn người ta dùng hệ thống ống xiphông để hút dịch lên men sang bình hay

bể lên men khác Đây là lần gạn thứ nhất

Khi được “vang non” thì tiếp tục cho lên men, nhưng ở giai đoạn này quá trình lên men xảy ra không ồ ạt nhưng để phân hủy những gam đường cuối cùng nên gọi là lên men phụ Đồng thời ở giai đoạn này có quá trình lên men malolactic Kết quả quá trình này thì axit malic được chuyển thành axit lactic làm cho rượu chuyển từ vị chua gắt sang vị chua nhẹ dễ chịu, CO2 còn tiếp tục giải phóng nhưng có xu hướng ít dần Dung dịch lên men ở trạng thái tĩnh lặng, xác men lắng xuống đáy bình hay bể

Tiếp theo, thực hiện gạn cặn lần hai (sau lần một khoảng 20÷30 ngày), lần

ba (sau lần hai khoảng 30 ngày) Nếu rượu còn đục ta lại gạn tiếp để có dung dịch trong suốt Sau lần gạn cuối cùng rượu cơ bản ổn định về thành phần

Ở giai đoạn này nếu nếm thử ta thấy rượu chưa thể uống được vì có vị cay, đắng, hơi chua Ta gọi là “vang sống”

Trang 32

Sau mỗi lần gạn cặn thì các dụng cụ đựng dung dịch lên men như chai, bình được đổ đầy dịch lên men, tạo điều kiện lên men yếm khí nghiêm ngặt hơn Đến lần cuối cùng đậy kín hoàn toàn, tạo sự cách ly nghiêm ngặt với oxi

1.4.3.3 Giai đoạn vang “chín”

Sau giai đoạn hai, “rượu non” đã ổn định thành phần nhưng rượu vẫn còn

“sống” nên phải áp dụng một số biện pháp kỹ thuật để làm tăng chất lượng của rượu, để rượu được “chín”

Trong thời gian chuyển từ rượu vang “sống” sang rượu vang chín đã xảy

ra rất nhiều biến đổi sinh hóa phức tạp để chuyển từ rượu ít ngọt, ít thơm có vị chua lấn át, có vị đắng của CO2, của aldehyt sang rượu chín trong vắt, có màu đỏ hoặc vàng, có vị chua - ngọt cân đối của cồn - đường, vị đắng nhẹ của glycerin,

vị chát của polyphenol Khi có đầy đủ những tính chất như vậy ta được rượu thành phẩm

1.4.4 Theo dõi quá trình lên men qua các chỉ tiêu sau

- Hàm lượng đường: Khi lên men phải tạo điều kiện cho nấm men hoạt động mạnh, cho lên men nhanh tiêu thụ hết đường Vì vậy cần theo dõi hàm lượng đường thay đổi trong quá trình lên men Nếu vì một lý do nào đó men ngưng hoạt động, trong môi trường còn nhiều đường khử, các vi sinh vật khác (không phải nấm men) phát triển dễ dàng, đưa đến thành phần rượu không còn như bình thường

- Nhiệt độ: Nếu thực hiện lên men trong những thiết bị có dung tích lớn, người sản xuất phải đo nhiệt độ vài lần trong ngày vì trong quá trình lên men nhất là giai đoạn đầu quá trình lên men mạnh, sủi bọt nhiều, năng lượng tỏa ra nhiều, lúc ấy nhiệt cũng tăng nhiều Quá trình lên men thích hợp vào khoảng nhiệt độ từ 20÷300C

- Hàm lượng oxi: Mặc dù lên men là một quá trình yếm khí nhưng nhất thiết trong giai đoạn đầu của quá trình lên men phải cho nước quả tiếp xúc với oxi không khí bằng cách sục khí nhằm cung cấp oxi cho nấm men tiếp tục tăng sinh khối Giai đoạn sau cho lên men yếm khí

Trang 33

1.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện hoạt động của nấm men

1.4.5.1 Ảnh hưởng của oxi

Mặc dù lên men rượu là một quá trình yếm khí, nhưng khi cho lên men nhất thiết trong giai đoạn đầu phải cho dịch quả tiếp xúc với oxi của không khí Nếu nấm men có thể lên men trong điều kiện thiếu oxi là do trong tế bào nấm men còn có những chất chứa nhiều oxi, hoặc trong nước quả có các chất peroxít có thể nhường lại oxi cho nấm men

Yêu cầu oxi cao nhất khi lên men bắt đầu, số lượng tế bào tăng nhanh Do

đó khi sản xuất nước cái men để cấy vào nước quả người ta thường áp dụng các biện pháp tăng oxi cho nước cái men bằng cách lắc cơ giới cho oxi tan nhanh vào nước hay dùng bơm để bơm thêm oxi vào nước Khi lên men những lượng nước quả lớn có khả năng thiếu oxi và lên men chậm lại thì người ta rút nước quả ra rồi

đổ trở lại lên phía trên bể nhằm làm tăng oxi cho nước quả đang lên men Tăng oxi chỉ có lợi trong giai đoạn đầu, ở giai đoạn sau khi lượng cồn etylic tăng lên và một số chất đã sử dụng hết thì dù có oxi men cũng không thể sinh sản mạnh, lên men cũng không nhanh thêm

1.4.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng tới cấu trúc của protein enzyme do đó ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme và ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của nấm men Vì vậy, nhiệt độ lên men ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ lên men và độ cồn đạt được

Trong giới hạn từ 150C đến 350C, nhiệt độ càng cao thì giai đoạn từ khi cấy men đến khi những bọt CO2 đầu tiên xuất hiện càng ngắn, lên men càng nhanh

và kết thúc sớm Nhưng nhiệt độ cao quá thì lên men càng hạn chế, độ cồn càng hạn chế, lượng đường còn lại trong rượu nhiều

Tốt nhất nên cho lên men ở cùng một nhiệt độ, càng ổn định càng tốt Dưới 150C lên men chậm, trên 400 men chết

Trang 34

1.4.5.3 Ảnh hưởng của đường, đạm, muối khoáng và pH nước quả

a Đường

Đường cung cấp năng lượng và nguồn cacbon cho men, dạng glucose là thích hợp nhất vì tất cả các loài men đều đồng hóa được nhưng sacharose cho vào nước quả thì cũng nhanh chóng bị các enzyme của men chuyển thành đường khử,

dễ đồng hóa

Tỷ lệ đường càng cao thì rượu càng nhiều cồn etylic cho nên thêm đường

là một biện pháp rất phổ biến Hàm lượng đường thích hợp cho quá trình lên men

là 200÷220 g/l Ít đường thì dễ lên men nhưng độ rượu thấp, đường cao thì gây khó khăn cho hoạt động của nấm men

b Đạm

25÷60% khối lượng khô của men là những chất đạm, vì vậy trong nước quả phải có đủ đạm để men sinh sản nhanh và cường độ lên men tăng theo Khi tỷ

lệ đạm trong men tăng gấp đôi thì khả năng lên men tăng 50%

Thường trong nước quả có đủ độ đạm để cung cấp cho nhu cầu của men nhưng cũng có trường hợp không đủ do một nguyên nhân nào đó mà tỉ lệ đạm thấp

thì phải thêm đạm Đối với chủng Saccharomyces, nguồn nitơ là muối amoni là

thích hợp nhất vì men đồng hóa được các dạng muối này Từ muối amoni men có thể tổng hợp được tất cả các acid amin và protein cần thiết cho mình, nhưng nếu cho thêm acid amin dưới dạng hỗn hợp nhiều loại thì tác dụng kích thích rất rõ

Trang 35

rằng pH thấp tốt hơn pH cao Thực ra pH tối thích đối với Saccharomyces là 4÷6

Độ pH nước quả từ 2,8÷3,8 không phải là tối thích nhưng men vẫn hoạt động tốt còn khuẩn lạc thì bị ức chế Do đó, người chế rượu hay dùng nước quả có độ pH

từ 3,0÷3,5 thì không gây cản trở hoạt động của men nhưng nếu vì những điều kiện khác không thuận lợi như thiếu oxi, nhiệt quá cao men ngừng hoạt động thì rượu cũng không bị khuẩn làm hỏng

e Chất kích thích men

Cũng như các sinh vật cao cấp, men cần một số chất kích thích, trước hết

là vitamin để sinh sản và hoạt động Một số loài men có thể tổng hợp được những vitamin nhất định do lấy nguyên liệu từ các chất hữu cơ trong nước quả Những vitamin khác thì men không tự tổng hợp được mà không có sẵn trong nước quả thì men ngừng hoạt động

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU QUẢ XƯƠNG RỒNG [15], [16], [17], [21] 1.5.1 Trên thế giới

- Chủ đề của nghiên cứu thử nghiệm máu cholesterol tài trợ của American Heart Association Các nghiên cứu khoa học đã được tiến hành trên những đặc tính kháng virus của xương rồng bà để điều trị mụn rộp, cúm, và HIV, cũng như việc sử dụng nó trong điều trị bệnh béo phì, rối loạn dạ dày-ruột, và các bệnh da

- Nước Mexico đã sản xuất ra nước giải khát nopalea và lên men rượu từ quả xương rồng bàn chải

- Pectin và chất nhày của quả xương rồng bàn chải có lợi cho hệ tiêu hóa, hoa được dùng để trị tiêu chảy, đau bụng, các triệu chứng khó chịu đường ruột và chống ung loét bao tử đã được nghiên cứu tại Messina-Ý (Journal of Ethnopharmacology Số 76-Jan 2001)

- Dịch chiết từ quả bằng ethanol cho thấy có hoạt tính bảo vệ niêm mạc ống tiêu hóa, làm giảm đau, ức chế sự di chuyển của leukocyte nơi chuột bị gây phù bằng carrageenan, đồng thời cũng ức chế sự phóng thích beta-glucuronidase (một loại enzym lysosomal có trong neutrophil của chuột) (Archive of Pharmacology Research Số 21-1998)

Trang 36

- Dịch chiết từ quả xương rồng (liều 100-400mg/kg, tiêm qua màng phúc toan) có hoạt tính chống phản ứng sưng gây ra nơi chân chuột bị chích carrageenan, tác dụng cũng tùy thuộc liều sử dụng : các phản ứng khi chạm vào vật nóng bị ức chế khi dùng liều 100 mg/kg (Journal of Ethnopharmacology Số 67-1999)

- Trong thập niên 1990, nhiều nhà khoa học đã kéo về khá đông ở vùng này và phải mất gần 10 năm mới tìm ra nguyên nhân và phân lập các yếu tố tác dụng của cây xương rồng và đến 4/1997, công trình mới được cấp quyền bảo hộ cho yếu tố hoạt tính sinh học trên có tên là P57 Giấy phép khai thác và kinh doanh được cấp cho Công ty Dược phẩm Anh: Phytopharma Và sau đó(8/1998), công ty này kết hợp với Tập đoàn Dược phẩm Pfizer (Mỹ) đầu tư hàng trăm triệu

đô la vào nghiên cứu loại thuốc giảm béo này Qua thử nghiệm thấy P57 có khả năng làm giảm 1000-2000 calori/ngày, bằng cách tạo ra cảm giác no và dường như không có tác dụng phụ Qua thử nghiệm trên chuột và trên những người tình nguyện, sản phẩm có nhiều hứa hẹn với một thị trường có doanh số khoảng 3 tỷ đô-la/năm (vì số người mập trên thế giới khá đông đảo) Tuy rằng, sau này Pfizer rút khỏi dự án (7/2003)

Trang 37

Chương 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trang 38

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Nguyên liệu chính [16], [17], [20]

Quả xương rồng bàn chải được thu hái

ở xã Bình Kiến-Tuy Hòa-Phú Yên

Yêu cầu quả thu hái phải đạt độ chín kỹ

thuật: Chín đều toàn quả, hàm lượng

đường đạt từ 9-110brix

Đạt tối đa là 30 quả/kg Hình 2.1: Quả xương rồng