Lên men rượu là quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của các enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học (được sinh ra từ sự trao đổi chất để duy trì sự sống của nấm men). Tùy theo sản phẩm sau quá trình lên men người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau là lên men yếm khí và lên men hiếu khí.
Lên men yếm khí: là sự phân hủy đường không có sự hiện diện của O2 như quá trình lên men lactic, lên men rượu, butylic…
Lên men hiếu khí: là sự phân hủy đường có sự hiện của O2 như quá trình lên men acid accetic, citric…
Lên men rượu là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men. Nấm men chuyển hóa đường lên men thành rượu etylic và CO2. Người ta còn gọi quá trình này là quá trình rượu hóa.
Cơ chế của quá trình lên men
Để lên men, người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất định. Tùy theo phương pháp lên men mà lượng nấm men cho vào khác nhau. Thông thường khi lên men, lượng tế bào nấm men phải đạt được lớn hơn 100 triệu tế bào trong 1ml dung dịch lên men. Do diện tích bề mặt của tế bào nấm men rất lớn nên khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng rất mạnh. Đường khử và các chất dinh dưỡng khác trong môi trường lên men trước tiên được hấp thụ trên bề mặt của nấm men và sau đó khuyếch tán qua màng vào bên trong tế bào nấm men, rượu và CO2.
Rượu etylic tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào nấm men. Rượu hòa tan vô hạn trong nước nên khuyếch tán rất nhanh vào trong môi trường. CO2 cũng hòa tan vào môi trường nhưng sự hòa tan không lớn, ở áp suất 800mmHg nhiệt độ 25 ÷ 30 0C là 0,856 ÷ 0,837 lít CO2 trong 1 lít nước. Vì thế CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuyếch tán vào trong môi trường và nhanh chóng
đạt được trạng thái bão hòa. Khi bão hòa, CO2 bám vào xung quanh tế bào nấm men hình thành những bọt khí. Tế bào nấm men thường dính liền nhau, bọt khí sinh ra ngày càng nhiều và lớn dần lên hình thành túi lớn, đến lúc nào đó có sự chênh lệch giữa khối lượng riêng của môi trường và tế bào nấm men sẽ nổi lên trên bề mặt. Khi
đến bề mặt, do có sự thay đổi đột ngột sức căng bề mặt nên chúng bị phá vỡ ra làm cho khí CO2 bị phóng thích ra bên ngoài. Lúc này do khối lượng riêng của nấm men
đủ lớn trở lại nên chúng sẽ bị chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên tế bào nấm men luôn ở trạng thái động, làm gia tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men
21
và môi trường điều này làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra nhanh hơn, mạnh mẽ
hơn, khi đó sẽ tăng nhanh quá trình lên men.
Khí CO2 ức chế quá trình lên men, nhưng trong quá trình thoát khí CO2 làm tăng khả
năng lên men của nấm men. Kích thước, vật liệu chế tạo các thiết bị lên men, các chất hòa tan mang điện tích, các vật lơ lửng khác hiện diện trong dịch lên men điều
ảnh hưởng đến sự thoát khí CO2 nên cũng ảnh hưởng quá trình lên men. (Bùi Thị
Quỳnh Hoa, 2004).
Các giai đoạn của quá trình lên men
Giai đoạn đầu: khoảng 60 giờ kể khi cho nấm men tiếp xúc với dịch men. Sự lên men xảy ra rất chậm.
Giai đoạn 2: đây là thời kỳ lên men chính, chiếm khoảng 60 ÷ 120 giờ sau thời kỳ đầu. Sự phát triển của nấm men sau mỗi giờ tăng nhanh đáng kể và đạt đến trị số cực
đại.
Giai đoạn 3: đây là giai đoạn lên men phụ xảy ra rất chậm đồng thời là thời kỳ ổn
định tạo mùi cho sản phẩm. Tùy theo phương pháp lên men, loại sản phẩm mà thời gian lên men phụ kéo dài khác nhau.
Giai đoạn lên men chính là thời kỳ biến đổi sâu sắc các thành phần trong dịch lên men. Chúng ảnh hưởng đến kết quả của quá trình lên men. Giai đoạn này, trong điều kiện lên men bình thường, sau mỗi giờ nồng độ đường trong dung dịch lên men sẽ
giảm đi, mức độ giảm tùy theo sản phẩm, dây chuyền sản xuất.
Trong giai đoạn lên men, sự đường hoá cũng xảy ra nhưng rất chậm và không hoàn toàn, đặc biệt khó khăn đối với tinh bột không hoà tan. Do đó tốc độ lên men trong thời kỳ này không phụ thuộc vào số lượng tế bào nấm men mà chủ yếu phụ thuộc vào sự thuỷ phân hàm lượng dextrin không lên men còn lại. Tuy vậy, chính những loại
đường không lên men này sẽ tạo thành vị ngọt cho sản phẩm. Như vậy, chu kì lên men cuối phụ thuộc vào khả năng đường hoá của phức hệ enzyme . Rất nhiều thí nghiệm cho thấy rằng, càng kéo dài thời gian lên men cuối thì càng gia tăng hiệu suất của quá trình lên men (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2004).
Vì vậy, tuỳ theo sản phẩm của sự lên men, nồng độ đường của dịch đường hoá, phương pháp lên men, nhà sản xuất sẽ tạo ra một quy trình sản xuất riêng biệt với chất lượng và thành phần mong muốn của họ (Nguyễn Đức Lượng, 2003).
Các yếu tốảnh hưởng tới quá trình lên men
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của tế bào nấm men, do đó cũng ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình lên men và chất lượng rượu thành phẩm. Nấm men
22
phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 ÷ 330C, nhiệt độ tối đa là 380C, tối thiểu là 50C. Nấm men được nuôi cấy ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tối ưu ở 17 ÷ 220C có năng lực lên men rất lớn. Đối với quá trình lên men thì nấm men sẽ chịu được giới hạn nhiệt độ
khá rộng từ 1 ÷ 450C. Nếu nhiệt độ quá 500C thì nấm men sẽ chết. (Nguyễn Thanh Vũ, 2007)
Ảnh hưởng của pH
pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men. Mỗi loại nấm men phát triển tốt ở một pH nhất định gọi là pH tối thích. Nấm men trong sản xuất rượu vang có thể phát triển trong môi trường có chỉ số pH từ 2 ÷ 8 nhưng thích hợp nhất là 4 ÷ 4,5. Vi khuẩn bắt
đầu phát triển ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấm men phát triển. Vì vậy, trong lên men rượu để ngăn ngừa khả năng nhiễm khuẩn người ta thực hiện trong giới hạn pH khoảng 3,8 ÷ 4,0. Khi pH = 8 thì nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh. Ở pH = 3,8 nấm men phát triển mạnh thì hầu như vi khuẩn chưa phát triển.
Nồng độđường
Nấm men chỉ có khả năng lên men đường thành rượu trong khoảng nồng độ thích hợp từ 10 ÷ 18%, nồng độ đường quá cao sẽức nấm men và khả năng lên men rượu giảm khi nồng độđường 30 ÷ 35%, nồng độ đường thấp quá cũng làm giảm năng lực lên men.
Ảnh hưởng của nồng độ rượu
Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men. Nồng độ rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phụ thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và nguyên liệu chuẩn bị cho môi trường nuôi cấy.