Ảnh hưởng của nấm men đến quá trình sản xuất rượu vang

COÁ ẹềNH NAÁM MEN

• Sơ lược một số vấn đề về kỹ thuật cố định tế bào .1 Khái niệm
• Coỏ ủũnh naỏm men trong gel alginate .1 Alginate
• Một số tính chất của nấm men cố định

Glazzo và Bailey (1990) giải thích là do quá trình cố định làm thay đổi sự vận chuyển proton qua màng tế bào nấm men (Thể hiện qua giá trị pH nội bào của nấm men cố định hơi thấp hơn một chút so với giá trị pH nội bào của nấm men tự do: giá trị pH nội bào của nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate lần lượt là 6,9 và 6,8). Khi nghiên cứu về quá trình lên men rượu vang trắng sử dụng nấm men cố định, Yajima và cộng sự (2001) thấy rằng không phải chỉ có loại chất mang mới ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp các hợp chất dễ bay hơi của nấm men mà ngay cả khi cố định trên cùng một loại chất mang, phương pháp cố định khác nhau cũng ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình sinh tổng hợp các sản phẩm phụ.

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU VANG

Khi phân tích hàm lượng tế bào thoát ra, Bajpai và Margaritis cũng nhận thấy rằng hàm lượng tế bào tự do trong môi trường tăng liên tục trong suốt thời gian lên men và hàm lượng cực đại cũng tăng từ 0,2 đến 0,33g chất khô/L khi hàm lượng D-glucose ban đầu trong môi trường tăng từ 51 đến 297g/L [12]. Khi nghiên cứu khả năng ứng dụng trong công nghiệp của nấm men cố định trong sản xuất rượu vang, Iconomopoulou và cộng sự (2002) đã đề xuất sử dụng tế bào cố định sấy thăng hoa (freeze-dried gluten supported biocatalyst – FGB) thay thế cho tế bào tự do sấy thăng hoa (free freeze-dried cells – ffdc) và các phương pháp lên men truyền thống. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng mặc dù quá trình lên men cồn bởi nấm men cố định không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng tannin nhưng đối với nấm men tự do, khi hàm lượng tannin ban đầu quá cao (2178mg/L) thì tốc độ tạo cồn sẽ bị giảm xuống, bởi vì sự hấp phụ tannin lên bề mặt của nấm men tự do đã ức chế sự phát triển của nấm men (Hình 2.20) [208].

−Khi khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến động học quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men cố định trên DCM, Bardi và Koutinas (1994) nhận thấy rằng khi nhiệt độ lên men giảm từ 30 xuống 15oC, thời gian lên men của rượu vang sử dụng nấm men cố định tăng 158%, trong khi đó nấm men tự do tăng tới 331%.

ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG

• Dùng kỹ thuật cố định để khắc phục một số vấn đề trong sản xuất rượu vang
• Dùng kỹ thuật cố định trong một số phương pháp lên men
• Dùng kỹ thuật cố định trong sản xuất một số loại rượu vang .1 Lên men rượu vang phổ thông ngọt

Iconomopoulou và cộng sự (2002) đã nghiên cứu khả năng ứng dụng của nấm men cố định sấy thăng hoa (FGB) trong công nghiệp và nhận thấy rằng tuy ở chu kỳ 1, thời gian lên men và năng suất lên men không có sự khác biệt so với nấm men tự do (ffdc) nhưng ở chu kỳ 2, nấm men cố định cho năng suất lên men cao hơn hẳn và tốc độ lên men tăng lên đáng kể (Hình 2.24) [93]. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi sử dụng nấm men cố định để tiến hành lên men thì hàm lượng ethyl acetate tạo thành cao gấp 2 – 4 lần so với nấm men tự do, còn khi sử dụng nấm men cố định trên DCM để lên men ở nhiệt độ thấp thì hàm lượng amyl alcohol thấp hơn nhiều so với nấm men tự do, nhờ vậy mà giảm được độc tính cho sản phẩm rượu vang. Cách tốt nhất là sử dụng nấm men cố định, nhờ đó có thể bắt đầu hoặc kết thúc quá trình lên men bằng cách thêm các hạt nấm men cố định trong gel alginate vào bình lên men hoặc loại các hạt nấm men ra khỏi bình tại thời điểm mong muốn, và tốc độ lên men có thể kiểm soát bằng cách thay đổi lượng tế bào nấm men cố định thêm vào.

Do đó, theo Gòdia và cộng sự (1991), trở ngại này có thể được khắc phục dựa trên cơ sở của thuyết sau: nếu mật độ tế bào nấm men ban đầu trong chai đủ cao và tính chất vật lý của hạt (chủ yếu là khả năng khuếch tán đường và kích thước hạt) đủ tốt để thời gian cần thiết cho việc đạt được các điều kiện đồng nhất trong tất cả các hạt ngắn hơn thời gian pha lag của nấm men, thì tổng hàm lượng đường có trong rượu vang (18g/ chai) sẽ được sử dụng trước khi sự phân chia đồng bộ của các tế bào diễn ra.

NGUYEÂN LIEÄU .1 Nho

Chúng tôi sử dụng loài nấm men Saccharomyces cerevisiae do phòng thí nghiệm Vi sinh, bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa cung cấp. Chúng tôi sử dụng alginate có nguồn gốc từ rong mơ, thuộc giống Sargassum do Đại học thủy sản Nha Trang cung cấp.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Xử lý kết quả

−Dùng nước vô khuẩn pha loãng sinh khối nấm men đã ly tâm ở trên để đạt dung dịch huyền phù nấm men mật độ 50.106 tế bào/mL. Nếu muốn bảo quản hạt thì cho hạt gel chứa nấm men cố định vào dung dịch CaCl2 0,4%, bảo quản ở 5oC trong vòng tối đa là 24h. Trong phần thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường đến động học quá trình lên men rượu vang nho, sử dụng nấm men cố định trong gel alginate.

Trong phần thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến động học quá trình lên men rượu vang nho sử dụng nấm men cố định trong gel alginate.

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .1 pH

• Hàm lượng đường khử [4]
• Hàm lượng nitơ amin tự do [4]
• Hàm lượng nitơ ammonium [184]
• Hàm lượng tannin [4]
• Hàm lượng sulfur dioxide [171]
• Hàm lượng ethanol [4]
• Hàm lượng acid tổng [4]
• Hàm lượng acid dễ bay hơi [171]

−Vì trong dịch nho có chứa nhiều acid hữu cơ, các chất màu và nhiều tạp chất khác nên ta phải tiến hành xử lý mẫu hợp lý để không làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. −Dùng một miếng nylon sạch bịt kín miệng ống nghiệm và tiến hành đun cách thủy ở nhiệt độ 100oC trong thời gian 5 phút. −Lấy 10mL dịch cất cho vào erlen 100mL, thêm 3 giọt phenolphtalein và chuẩn độ bằng NaOH 0,1N cho tới khi có màu hồng bền.

−Đối với nấm men cố định: rã hạt bằng dung dịch EDTA 5%, sau đó pha loãng mẫu đến nồng độ cần thiết rồi đếm trên buồng đếm Thoma.

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

• 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

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]. 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. 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 béo no, do đó làm tăng khả năng trao đổi chất cũng như khả năng chịu đựng áp suất thẩm thấu của môi trường xung quanh.

−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 hụi chieỏm ửu theỏ).

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

• 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

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. 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.

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.