- Thông số công nghệ:
Thông thường, để tránh sự phát triển của vi sinh vật cũng như các phản ứng hóa học không mong muốn, dịch nho sẽ được làm lạnh về 5 – 10oC trước khi bơm vào thiết bị lắng. Tuy nhiên, nhiệt độ thấp làm gia tăng độ nhớt và tốc độ lắng sẽ giảm đi. Để khắc phục, ta sử dụng bentonite để hỗ trợ quá trình lắng. khi cho bentonite vào nước sẽ tạo ra huyền phù với các cấu tử phân tán tích điện âm. Các cấu tử này sẽ liên kết với những protein tích điện dương trong dịch nho.
Sử dụng bentonite trong quá trình lắng sẽ hỗ trợ tách protein và enzyme tyrosinase ra khỏi pha lỏng. Các protein hòa tan trong dịch nho cũng là những chất keo làm tăng độ nhớt nên làm giảm tốc độ lắng của các cấu tử rắn. Xử lý dịch nho với bentonite còn làm giảm nồng độ anthocyanin, từ đó làm giảm cường độ màu của rượu vang thành phẩm. Ngoài ra, bentonite còn hấp phụ được thuốc diệt nấm sử dụng trong quá trình trống trọt và bị lẫn vào dịch nho.
Độ đục của dịch nho sau quá trình xử lý làm trong nên dao động trong khoảng trong khoảng 50 – 250 NTU. Nếu độ đục của dịch nho nhỏ hơn 50 NTU thì quá trình lên men diễn ra chậm chạp. Còn độ đục dịch nho tăng cao hơn 250 NTU thì rượu vang thành phẩm có mùi cỏ.
(*Tùy theo chất lượng của huyền phù ban đầu và cấu hình thiết bị sử dụng mà thời gian lắng thường dao động trong khoảng 8 – 16h.)
6. HIỆU CHỈNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ HỢP CHẤT TRƯỚC KHI LÊN MEN VANG 6.1. Mục đích công nghệ
Quá trình hiệu chỉnh hàm lượng một số chất trước khi lên men vang để chuẩn bị cho quá trình lên men được diễn ra thuận lợi hơn.
6.2. Các biến đổi trong quá trình
Chủ yếu là các biến đổi về hóa lý như độ chua (pH) dịch nho, hàm lượng đường, hàm lượng các hợp chất N…
6.2.1. Hiệu chỉnh độ chua
Mục đích của việc hiệu chỉnh độ chua của dịch nho là để đưa về pH thích hợp cho sự sinh trưởng của nấm men vang.
Độ chua của dịch nho được biểu diễn dưới dạng số gram sulfuric acid hoặc tartaric acid có trong 1 lít mẫu phân tích.
Tăng độ chua dịch nho
Dịch nho có độ chua thấp thường dễ bị nhiễm vi sinh vật, ảnh hưởng nhiều đến giá trị cảm quan và độ bền sinh học của vang hồng thành phẩm.
Phương pháp: Hiện nay, phương pháp sử dụng acid hữu cơ làm tăng độ chua được sử dụng phổ biến. Acid thường được sử dụng là tartaric acid, một trong hai acid đường tìm thấy với hàm lượng cao nhất trong quả nho. Tartaric acid ít bị các vi sinh vật nhiễm chuyển hóa, do đó việc sử dụng acid này để tăng độ chua ít gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng vang thành phẩm. O OH O OH OH OH
Giảm độ chua dịch nho
Khi nguyên liệu nho có độ chín chưa đạt yêu cầu, hàm lượng acid hữu cơ trong dịch nho sẽ tăng cao, thường hàm lượng malic acid sẽ cao hơn cả tartaric acid. Để giảm độ chua dịch nho, cần giảm hàm lượng 2 acid này trong dịch.
Phương pháp: phổ biến nhất hiện nay là phương pháp hóa học, sử dụng calcium carbonate (CaCO3) và kali bicarbonate (KHCO3). Hai muối này sẽ kết tủa với tartaric acid.
CaCO3 + H2(C4H4O6) → Ca(C4H4O6)↓ + CO2↑ + H2O 100 g → 150 g Calcium tartarate
KHCO3 + H2(C4H4O6) → KH(C4H4O6)↓ + CO2↑ + H2O 100 g → 150 g Kali hydrogen tartarate
6.2.2. Hiệu chỉnh hàm lượng đường
Thông thường, nhà sản xuất thường có xu hướng tăng hàm lượng đường trong dịch nho để quá trình lên men có thể diễn ra nhanh hơn, sản phẩm có độ cồn như mong muốn và điều khiển vị ngọt của sản phẩm. Để tạo ra nồng độ ethanol 1% v/v thì nồng độ đường trong dịch nho trước khi lên men là 18 g/l. Thực tế cho thấy trong vài trường hợp, dịch nho có nồng độ đường thấp hơn giá trị yêu cầu. Khi đó các nhà sản xuất cần lựa chọn phương án bổ sung đường vào dịch nho.
Phương pháp đơn giản nhất là bổ sung đường vào dịch nho. Loại đường thường được bổ sung là đường saccharose tinh luyện, do giá thành rẻ hơn hai loại đường trong dịch nho là glucose và fructose, và nấm men vẫn có thể chuyển hóa saccharose nhờ enzyme β- fructofuranosidase.
Để tạo ra 1% v/v ethanol cần bổ sung 16 – 19 g/l saccharose. Tuy nhiên lượng saccharose tính toán sao cho ethanol không tăng quá 2% v/v.
Thời điểm bổ sung: trước khi cấy giống hoặc cuối pha sinh trưởng logarith của nấm men vang.
6.2.3. Hiệu chỉnh hàm lượng hợp chất nitrogen
Khi hàm lượng nitrogen trong dịch nho thấp, quá trình lên men vang diễn ra rất chậm. Để khắc phục điều này, nhà sản xuất có thể bổ sung các hợp chất chứa nitrogen vào dịch nho. Thông thường, người ta sử dụng nguồn nitrogen vô cơ với chi phí rẻ, như diammonium phosphate (NH4)2HPO4 hoặc ammonium sulfate (NH4)2SO4.
Các hợp chất nitrogen được bổ sung vào dịch nho ở 2 thời điểm: trước khi cấy giống và sau khi cấy giống 2 – 3 ngày.
6.2.4. Bổ sung oxygen
Oxygen cần được bổ sung để nấm men vang sinh trưởng, tăng sinh khối. Thông thường, oxygen được bổ sung trong khoảng ngày lên men thứ 2 đến ngày lên men thứ 3. Lúc này nấm men vang đang ở cuối pha sinh trưởng logarith. Đây cũng là thời điểm bổ sung các hợp chất nitrogen hoặc đường saccharose (nếu có) vào dịch lên men.
6.2.5. Bổ sung một số thành phần khác
Các thành phần khác như vitamin, khoáng và các yếu tố sinh trưởng cũng được bổ sung vào dịch nho, giúp cho nấm men vang lên men nhanh và triệt để.
6.3. Thiết bị và thông số công nghệ
Quá trình hiệu chỉnh được thực hiện ngay trong thùng chứa dịch nho trước khi lên men. Người ta hòa tan hóa chất vào nước rồi trộn hỗn hợp này vào khối thể tích dịch nho đem lên men.
7. LÊN MEN ETHANOL
Quá trình lên men ethanol là quá trình quan trọng trong quy trình sản xuất rượu vang. Quá trình này có mục đích công nghệ là chế biến. Dịch nho sau khi trải qua quá trình lên men sẽ biến đổi sâu sắc thành phần hóa học và chuyển thành rượu vang.
7.2. Các biến đổi trong quá trình
- Vật lý: có sự thay đổi về thể tích và tỷ trọng của dịch nho, nhiệt độ tăng do sự phát triển của nấm men.
- Hóa học và hóa sinh: có sự thay đổi về độ chua (pH) dịch lên men. Thành phần hóa học của dịch nho sẽ được biến đổi sâu sắc trong quá trình lên men ethanol. Dễ thấy nhất đó là sự chuyển hóa từ đường sang ethanol. Một số sản phẩm được hình thành như acetaldehyde, rượu cao phân tử…. Trong quá trình lên men xảy ra các chu trình chuyển hóa: chu trình đường phân,…
Trong quá trình lên men, nhiều sản phẩm trao đổi chất được sinh ra và thải ra ngoài. Một số loại sản phẩm trao đổi chất như acid hữu cơ và acid béo, rượu cao phân tử, methanol, polyol, các hợp chất carbonyl, ester, các hợp chất chứa lưu huỳnh, urea, bioamine và ethylcarbamate…..
- Các acid hữu cơ được tổng hợp là pyruvic, lactic, acetic, succinic, fumaric, oxaloacetic… Các acid béo cần quan tâm là ba acid béo no: caproic (C6), caprylic (C8) và capric (C10). C H3 O OH C H3 OH O OH O OH O OH
Acetic acid Lactic acid Succinic acid
O OH O OH O O O H H H O H
Fumaric acid Oxaloacetic acid
- Các rượu cao phân tử được tổng hợp là n-propanol, isobutyl alcohol (2-methyl- propan-1-ol), amyl alcohol (2-methyl-butane-1-ol, 3-methyl-butane-1-ol)…
C H3
OH H3C OH
CH3 H3C OH
CH3
n-propanol 2-methyl-butane-1-ol 3-methyl-butane-1-ol - Methanol có mặt trong rượu vang có nguồn gốc từ thành phần pectin trong nho
nguyên liệu. Đây là sản phẩm thủy phân các gốc methoxyl trong pectin. - Các polyol trong rượu vang đáng chú ý là glycerol và butane-2,3-diol.
O H OH OH H3C CH3 OH OH Glycerol Butane-2,3-diol
- Các hợp chất carbonyl trong rượu vang rất đa dạng. Người ta đã phát hiện khoảng 25 aldehyde và 20 ketone trong rượu vang. Tiêu biểu là acetaldehyde (aldehyde), butane-2,3-dione và pentane-2,3-dione (ketones).
C H3 O H C H3 CH3 O O CH3 O O C H3
Acetaldehyde Butane-2,3-dione (Diacetyl) Pentane-2,3-dione - Tương tự các hợp chất carbonyl, người ta phát hiện rất nhiều hợp chất esters trong
rượu vang (163 loại). Có thể chia các esters làm hai nhóm chính: ester giữa ethanol và acid, ester giữa acetic acid và các rượu khác.
- Các hợp chất chứa lưu huỳnh bao gồm hydrogen sulfide, alkyl thiol, alkyl thioketone, alkyl thioester…
C
H3 SH HO SH H3C SH
Ethyl mercaptan 2-mercaptoethanol Methanethiol
C H3 CH3 OH CH3 SH C H3 OH SH 4-mercapto-4-methylpentane-2-ol 3-mercaptohexane-1-ol
- Một số hợp chất chứa nitrogen được nấm men tổng hợp bao gồm urea, các bioamine. Urea có thể phản ứng với ethanol sinh ra ethyl carbamate.
NH2 N H2 O H2N NH2 Urea Putrescine N H2 (CH2)4 N (CH2)3 NH2 H N (CH2)4 N (CH2)3 NH2 (CH2)3 N H2 H H Spermidine Spermine O N H2 O CH3 Ethyl carbamate
Bảng 8: Tómtắt về một số hợp chất trong rượu vang
Hợp chất Nguồn gốc Ảnh hưởng đến chất lượng
vang
Acid hữu cơ Acid béo
- Chu trình đường phân
- Chu trình Krebs
- Acetic acid ảnh hưởng xấu đến mùi vị.
- Succinic acid tạo vị mặn và đắng.
- Acid béo có khả năng ức chế hoạt tính lên men. Rượu cao phân tử
- n-propanol
- dầu fusel - Quá trình dị hóa đường - Val, Ile, Leu
Cấu tử hương khi nồng độ < 300 mg/l.
Nồng độ cao hơn gây mùi khó chịu.
Methanol Thủy phân pectin Chất độc. LD50 = 350
mg/kg. Polyol - Glycerol - Butane-2,3-diol - Sản phẩm phụ - Khử acetoin và diacetyl - Cấu trúc (độ nhớt) và vị ngọt. - Cấu trúc. Hợp chất carbonyl - Acetaldehyde - Diacetyl Pentane-2,3-dione - Sản phẩm trung gian - Phụ phẩm trong quá trình sinh tổng hợp Val, Ile
- Nồng độ cao: mùi cỏ/mùi lá xanh.
- Tạo mùi “bơ” (butter flavor) cho rượu vang. Ester
Phản ứng ester hóa giữa alcohol và acid hữu cơ
Tạo hương, tăng giá trị cảm qua ở nồng độ nhất định
- H2S
- Các hợp chất khác - Chuyển hóa sulfate- Chuyển hóa cơ chất chứa S
- Mùi trứng thối.
- Mùi khó chịu. Một vài hợp chất có mùi hương ở nồng độ rất thấp. Hợp chất chứa N - Urea - Bioamine - Ethyl carbamate
- Chuyển hóa arginine - Chuyển hóa ornithine - Dẫn xuất của urea và
EtOH
- Chuyển hóa thành ethyl carbamate.
- Ảnh hưởng xấu, chất độc. - Có khả năng gây bệnh
ung thư. - Hóa lý: Có sự hòa tan một phần CO2 vào dịch lên men.
- Sinh học: sự tăng sinh khối nấm men.
Bảng 9: Hàm lượng một số hợp chất trong rượu vang
Hợp chất Hàm lượng
Acid hữu cơ Acid béo
- 100 – 300 mg/l (acetic), 1 g/l (succinic)
- Vài mg/l Rượu cao phân tử
- n-propanol - dầu fusel Tổng 150 – 550 mg/l Methanol 30 – 35 mg/l Polyol - Glycerol - Butane-2,3-diol - 5 – 20 g/l - Thấp Hợp chất carbonyl - Acetaldehyde - Diacetyl - Pentane-2,3-dione - 100 mg/l - 7.5 mg/l
Ester 50 – 80 mg/l (ethyl acetate), vài mg/l (các ethyl esters và acetate esters) Hợp chất chứa S - H2S - Các hợp chất khác - Thấp - Thấp Hợp chất chứa N - Urea - Bioamine - Ethyl carbamate
- Hàm lượng được kiểm soát - Hàm lượng được kiểm soát - Tối đa cho phép 15μg/l
7.3. Thiết bị và thông số công nghệ
Thiết bị lên men rượu vang hồng là thiết bị hình trụ đứng được làm bằng thép không rỉ, có nắp đậy phía trên. Hệ số sử dụng thể tích của thiết bị lên men là 90%. Thiết bị có hai lớp vỏ áo để điều chỉnh nhiệt độ. Trên thiết bị được gắn cảm biến định mức, cảm biến nhiệt độ và pH để kiểm soát phần thể tích dịch lên men, nhiệt độ bên trong thiết bị và pH dịch lên men.
Quá trình lên men kết thúc khi lượng đường sót không thay đổi. - Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ lên men: 18 – 20oC. - Áp suất: áp suất khí quyển. - Thời gian lên men: 7 – 10 ngày.
Hình 9: Cấu tạo thiết bị lên men vang