Vi khuẩn lên men malolactic trong quá trình sản xuất rượu vang

THÀNH PHẦN HểA HỌC CỦA DỊCH LấN MEN SAU QUÁ TRèNH LấN MEN CHÍNH

Thành phần hóa học của dịch nho sau lên men chính bao gồm: một số hợp chất chiết có nguồn gốc từ nho nguyên liệu như các loại đường pentose và hexose chưa lên men hoàn toàn, các acid hữu cơ (acid tartaric, acid malic) và các hợp chất polyphenol (anthocyanin và các acid phenolic) và các sản phẩm trao đổi chất của nấm men. Các sản phẩm thường gặp là các acid hữu cơ (acid succinic, acid pyruvic), các alcohol (ethanol, polyol và rượu bậc cao), các hợp chất carbonyl (aldehyde, diacetyl, acetoin), các ester (ethylacetate, isoamylacetate..), các acid béo mạch trung bình (hexanoic, decanoic, dodecanoic..). 1 – Các acid hữu cơ không bay hơi (non-volatile acid). Hình 3.2 Các acid không bay hơi trong rượu vang: a) acid citric, b) acid tartaric, c) acid malic, d) acid succinic, e) acid lactic.

Aûnh hưởng quan trọng nhất của glycerol đối với sản xuất rượu vang là chất này làm tăng khả năng chịu áp suất thẩm thấu của nấm men trong điều kiện lên men có nồng độ đường cao (Pronk và cộng sự 1996). Các rượu bậc cao được tạo thành từ các phản ứng khử amin hoặc chuyển amin của các acid amin, cũng có thể tạo thành từ phản ứng khử cacboxyl của các ketoacid và khử các aldehyde trong quá trình lên men ethanol. Điều này có tác dụng cải thiện chất lượng rượu vang, vì rượu isobutyric và amylic ảnh hưởng xấu đến mùi và vị của vang và 2 loại rượu này lại chiếm tới 90% khối lượng tất cả rượu bậc cao có trong vang.

Khi thêm αααα-alanine, acid αααα-amylobutyric, leucine, isoleucine và valine vào môi trường thì sẽ thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp các rượu bậc cao có cấu trúc tương ứng với các acid amin đó, ngoài ra, còn tạo ra hàng loạt các rượu bậc cao khác. Sự có mặt của acetaldehyde là yếu tố hoàn toàn không mong muốn trong sản xuất rượu vang vì chất này tạo thành từ phản ứng oxi hóa ethanol, do vậy chúng có thể làm tiêu hao một lượng ethanol sinh ra bởi nấm men trong điều kiện thích hợp (khi có mặt của oxy không khí). Mặt khác, do trong cấu trúc phân tử có nhóm C=O nên acetaldehyde có thể làm giảm hàm lượng SO2 tự do trong dịch lên men bằng cách tạo liên kết với chất này, từ đó làm giảm tác dụng ức chế của chất này lên vi sinh vật.

Bên cạnh đó, acetaldehyde còn có khả năng chống lại tác động của SO2 lên các chất màu nên tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng ngưng tụ polyphenol trong vang như tanin, catechin, anthocyanin tạo thành các phức chất màu bền vững. Các hợp chất này bao gồm các chất như glutation và cysteine được tiết vào môi trường sẽ làm giảm thế oxi hóa – khử (chỉ số này rất quan trọng trong quá trình lên men và tàng trữ rượu vang). Trong các thập kỷ qua, thành phần polyphenolic trong nho rất được được quan tâm do nó ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của rượu vang (màu sắc và mùi vị) và các giá trị dinh dưỡng khác (theo quan điểm về y học, tannin được xem là chất chống oxi hóa, chống khối u và bệnh mạch vành).

Trong suốt quá trình ủ, sự thay đổi hàm lượng tannin ngưng tụ sẽ ảnh hưởng đến màu sắc và tính chất cảm quan của rượu vang, và khi đó, khối lượng phân tử của tannin có thể tăng lên.

Chuyển hóa acid malic thành acid lactic

• KỸ THUẬT LÀM GIẢM ĐỘ CHUA VANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
• MALATE CARBOXYLASE VÀ ỨNG DỤNG TRONG LÊN MEN MALOLACTIC

Kỹ thuật lên men malolactic bởi vi khuẩn cố định đã được nghiên cứu từ rất lâu và là một trong những phương pháp được đánh giá là mang tính khả thi nhất trong số các phương pháp thay thế quá trình lên men malolactic truyền thống hiện nay. Kosseva và cộng sự (1998) đã sử dụng Lactobacillus casei cố định trong gel Ca-pectate để lên men malolactic và kết quả cho thấy tốc độ khử acid malic bởi tế bào cố định cao gấp 2 lần so với tế bào tự do (xem hình 4.1). Cuenat và Villettaz (1984) cũng thực hiện thí nghiệm trên một chủng vi khuẩn Leuconostoc oenos trên gel alginate (gel được tạo thành theo tỉ lệ: 1 phần thể tích dịch giống chứa 15% khối lượng tế bào khô, 5 đến 12 phần thể tích là alginate 5% (w/v)).

Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này vào quy trình công nghệ cần phải được nghiên cứu kỹ về đặc tính sinh lý của các chủng vi khuẩn cũng như kiểm tra sự phù hợp của các vi khuẩn này với cấu trúc gel sử dụng. Loài này có khả năng chuyển hóa acid malic thành ethanol một cách gián tiếp thông qua con đường phân giải acid malic thành pyruvate dưới xúc tác của hệ ”malic enzyme” bao gồm 2 enzyme L-malate dehydrogenase và oxalolacetate decarboxylase (xem cô cheá treân hình 4.4 ). Hiện tượng acid malic được chuyển hóa thành ethanol thay vì acid lactic vừa có tác dụng làm giảm nhanh độ acid của rượu vang vừa bổ sung thêm vào dịch lên men một lượng ethanol so với khi chỉ sử dụng vi khuẩn malolactic (thành phần chính của rượu vang).

Một nghiên cứu khác của Yokotsuka và cộng sự (1993) về điều khiển đồng thời quá trình khử acid malic và quá trình lên men ethanol từ dịch nho có hàm lượng acid cao sử dụng 2 loại nấm men cố định trong gel alginate là Schizosaccharomyces pombe và Saccharomyces cerevisiae cũng cho kết quả rất khả quan. Do nấm men cố định có thể tách ra khỏi dịch lên men một cách dễ dàng nên Schizosaccharomyces pombe được tách ra khỏi dịch lên men sau quá trình chuyển hóa acid malic nên không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Đây là hướng nghiên cứu mới đang được thực hiện trong các thập kỷ gần đây nhằm để nâng cao hiệu quả quá trình lên men rượu vang cũng như khắc phục các nhược điểm bởi các phương pháp lên men bởi vi khuẩn và nấm men Schizosaccharomyces pombe.

Hiện nay, các nhà khoa học đã tái tổ hợp thành công một chủng nấm men thuộc loài Saccharomyces cerevisiae, ML01, mang đặc tính di truyền của cả Schizosaccharomyces pombe (gen mae1) và Oenococcus oeni (gen mleA). Chủng nấm men này được tổ chức FDA (Food & Drug Administration) tuyên bố là rất an toàn khi sử dụng vì chúng không có khả năng sinh ra các amine có hoạt tính sinh học (biogenic amines) như vi khuẩn lactic trong vang. Sau nhiều nỗ lực nghiên cứu để tách và tinh sạch hoàn toàn enzyme malolactic từ các loài vi khuẩn lactic khác nhau, cuối cùng, Chagnaud và cộng sự (1989) đã tinh sạch thành công enzyme malolactic từ vi khuẩn Lactobacillus sp.

Tuy nhiên, kỹ thuật lên men malolactic truyền thống thường gặp rất nhiều khó khăn do điều kiện môi trường rượu vang không thuận lợi cho sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi khuẩn lactic – tác nhân lên men malolactic trong sản xuất rượu vang.