Động học quá trình lên men rượu vang: Ảnh hưởng của hàm lượng đường khi sử dụng nấm men cố định

MỤC LỤC

KẾT QUẢ và BÀN LUẬN

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG ĐẾN ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU VANG SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ

  • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường đến động học quá trình sử dụng cơ chất trong quá trình lên men
    • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường đến động học quá trình tạo sản phẩm

      Chúng tôi thấy rằng: trong trường hợp lên men bằng nấm men cố định, khi hàm lượng đường ban đầu thay đổi trong khoảng 200 – 320g/L, mật độ tế bào và tốc độ sinh trưởng riêng luôn luôn thấp hơn so với nấm men tự do. Ngồi ra, khi hàm lượng đường nằm trong khoảng 320 – 360g/L, thời gian cần thiết để nấm men tự do đạt được tốc độ sinh trưởng riêng cực đại lâu hơn so với nấm men cố định (8h so với 4h). Bên cạnh đó, kết quả phân tích ANOVA (bảng 4.1) còn cho thấy rằng khi hàm lượng đường tăng, giỏ trị tốc độ sinh trưởng riờng cực đại àmax của nấm men tự do bị ảnh hưởng nhiều hơn so với nấm men cố định.

      Mặc dù hàm lượng cồn trong giai đoạn này còn thấp nhưng cũng đủ để ức chế hoạt động của nấm men, vì theo D'Amore and Stewart (1987), tốc độ phát triển và khả năng sống sót của nấm men bị ảnh hưởng khi nồng độ ethanol thấp hơn, trong khi đó tốc độ lên men thì bị ảnh hưởng khi nồng độ ethanol cao hơn [163]. Bờn cạnh đú, tốc độ sử dụng đường (thể hiện rừ hơn qua giỏ trị tốc độ sử dụng đường cực đại được trình bày trong bảng 4.3) của nấm men cố định cũng cao hơn so với nấm men tự do (trừ trường hợp hàm lượng đường ban đầu là 200g/L). Dựa vào sự thay đổi tốc độ sử dụng đường trong suốt quá trình lên men (Hình 4.5), chúng tôi cũng thấy rằng tốc độ sử dụng đường của nấm men cố định đạt cực đại sau 12h lên men (trừ trường hợp hàm lượng ban đầu là 360g/L thì sau 36h lên men), trong khi đó tốc độ sử dụng đường của nấm men tự do đạt cực đại trễ hơn, sau 36h lên men.

      − Đối với nấm men cố định, trừ trường hợp hàm lượng đường ban đầu là 360g/L, trong dịch lên men còn sót lại một ít nitơ ammonium (4,25mg/L) thì trong tất cả các trường hợp còn lại, hàm lượng nitơ gần như bằng 0 sau 60h lên men. Thêm vào đó, khi khảo sát tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình của nấm men cố định và nấm men tự do trong suốt quá trình lên men, chúng tôi cũng nhận thấy rằng tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình của nấm men cố định cao hơn hẳn so với nấm men tự do, gấp khoảng 1,5 – 2 lần. Parascandola và cộng sự (1992) khi nghiên cứu về nấm men cố định trong gel gelatin trong sản xuất rượu vang cũng đã kết luận rằng tốc độ sinh tổng hợp cồn của nấm men cố định cao hơn so với nấm men tự do mặc dù mật độ tế bào nấm men thấp hơn [154].

      Cùng với kết quả khảo sát động học quá trình sinh trưởng của nấm men, chúng tôi nhận thấy rằng mặc dù nấm men cố định sử dụng đường nhiều hơn nhưng chúng chỉ chuyển hóa một phần thành cồn và tăng mật độ tế bào. Theo chúng tôi, nguyên nhân có thể là do tế bào nấm men cố định sử dụng nhiều đường để chuyển hóa thành các hợp chất trao đổi trung gian trong chu trình đường phân, tạo thành nhiều polysaccharide cấu trúc và polysaccharide dự trữ, tạo thành nhiều glycerol và acid. − Nấm men cố định có khả năng sử dụng đường tốt hơn so với nấm men tự do nên hàm lượng đường sót trong dịch lên men còn thấp, do đó nấm men cũng như vi khuẩn ít có khả năng sử dụng đường để chuyển hóa thành các loại acid dễ bay hơi (acid acetic là acid dễ bay hơi chiếm ưu thế).

      Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường đến động học quá trình lên men chính trong sản xuất rượu vang sử dụng nấm men cố định trong gel alginate, chúng tôi có một số kết kuận sau.

      Hình 4.31: Sự thay đổi hàm lượng đường trong quá trình lên men rượu vang, sử dụng nấm men tự do
      Hình 4.31: Sự thay đổi hàm lượng đường trong quá trình lên men rượu vang, sử dụng nấm men tự do

      KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TANNIN ĐẾN ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU VANG SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ

      • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến động học quá trình sử dụng cơ chất trong quá trình lên men
        • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến động học quá trình tạo sản phẩm

          Bên cạnh đó, chúng tôi còn nhận thấy rằng khi hàm lượng tannin ban đầu tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì mật độ tế bào nấm men tự do cực đại cao hơn nấm men cố định và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của tế bào tự do cũng cao hơn. Và cũng tương tự như khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường, chúng tôi khảo sát khả năng sử dụng cơ chất của nấm men cố định thông qua quá trình sử dụng đường và quá trình sử dụng nitơ (nitơ amin tự do và nitơ ammonium). Qua kết quả của chúng tôi về sự thay đổi hàm lượng đường trong suốt quá trình lên men (hình 4.22), chúng tôi nhận thấy rằng mặc dù mối tương quan giữa tốc độ sinh trường riêng cũng như mật độ của tế bào nấm men cố định và tế bào nấm men tự do thay đổi khi hàm lượng tannin thay đổi, nhưng trong quá trình lên men, khả năng sử dụng đường của nấm men cố định luôn tốt hơn so với nấm men tự do.

          Đồng thời, do tiếp xúc trực tiếp với tế bào nấm men nên tannin cũng ảnh hưởng mạnh đến quá trình tổng hợp các acid béo không no và/hoặc sterol của nấm men tự do nên cũng làm ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển các chất qua màng. Tuy nhiên, sự khác biệt này là không nhiều, cho nên để thuận tiện cho việc so sánh giữa nấm men tự do và nấm men cố định cũng như so sánh sự ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến tốc độ sử đường, chúng tôi chọn một độ lên men thống nhất cho tất cả các giá trị này là 92,75%. Kết quả cũng cho thấy tốc độ sử dụng đường trung bình của nấm men cố định luôn cao hơn so với nấm men tự do và khi hàm tannin tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì không làm ảnh hưởng đến tốc độ sử dụng đường trung bình của nấm men cố định cũng như của nấm men tự do.

          Cũng tương tự như khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường, trong phần này chúng tôi cũng thấy rằng khả năng sử dụng nitơ bao gồm cả nitơ hữu cơ và nitơ ammonium của nấm men cố định đều tốt hơn so với nấm men tự do và quy luật của sự biến đổi hàm lượng nitơ gần như không có sự khác biệt. Cũng tương tự, khi so sánh khả năng sử dụng nitơ ammonium của nấm men cố định và nấm men tự do ứng với đường 360g/L và tannin 17,8g/L, chúng tôi cũng nhận thấy rằng độ dốc của đồ thị nitơ ammonium của tannin nhỏ hơn so với đường, nghĩa là trong trường hợp của tannin, nấm men sử dụng nitơ ammonium cũng chậm hơn. Đặc biệt, chúng tôi thấy rằng khi hàm lượng tannin ban đầu là 17,8g/L thì thời gian cần thiết để tốc độ sinh tổng hợp cồn đạt đến giá trị cực đại dài hơn so với khi hàm lượng tannin ban đầu nhỏ hơn, điều này một lần nữa cho thấy rằng khi hàm lượng tannin ban đầu quá cao thì sẽ ức chế mạnh khả năng sinh tổng hợp cồn của nấm men.

          Đặc biệt, ở giá trị hàm lượng tannin ban đầu thấp (1,8 – 3,8g/L) thì sự khác biệt về tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng giữa nấm men tự do và nấm men cố định càng lớn, vì ở những hàm lượng tannin ban đầu này, mật độ tế bào nấm men cố định thấp hơn nhưng tốc độ sinh tổng hợp cồn lại cao hơn. Cũng tương tự như với tốc độ sinh tổng hợp cồn tức thời, khi hàm lượng tannin tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình của nấm men cố định cũng như nấm men tự do đều không bị ảnh hưởng, chỉ khi hàm lượng tannin tăng cao hơn nữa thì tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình mới giảm. Hiện tượng này có thể được giải thích là do, khi hàm lượng tannin tăng, khả năng khuếch tán cơ chất vào bên trong tế bào nấm men bị giảm, tốc độ lên men chậm, nên đã tạo điều kiện cho các loại vi khuẩn chuyển hóa đường thành acid acetic và acid lactic cũng như các loại vi khuẩn chuyển hóa các acid mạnh hơn như acid citric, acid tartaric và acid malic thành các acid yếu hơn nên đã làm tăng hàm lượng acid tổng, đồng thời lại làm tăng pH dịch lên men.

          Tóm lại, qua việc khảo sát sự chuyển hóa của các acid hữu cơ khi hàm lượng tannin ban đầu thay đổi, chúng tôi cũng nhận thấy rằng nấm men cố định có giá trị pH, hàm lượng acid tổng và hàm lượng acid dễ bay hơi thấp hơn so với nấm men tự do.