Khi lên men bên cạnh sản phẩm chính là rượu ethanol và CO2 còn có nhiều các sản phẩm phụ khác như: acid acetic, glycerin, acetaldehyde, dầu fusel. Tỷ lệ các sản phẩm phụ này phụ thuộc vào điều kiện của môi trường lên men.
− Sự hình thành glycerin
Trong điều kiện bình thường, khi pH môi trường từ 4-5 thì sự lên men có thể giải thích bằng phương trình sau:
pH= 4-5
C6H12O6 CH3CHO + CO2 + C3H8O3
Còn trong môi trường kiềm, đường chuyển hoá tạo rượu etylic, glycerin, acid acetic với lượng tương đương nhau.
pH > 7
− Sự tạo thành dầu fusel
Trong các sản phẩm phụ không thể không kểđến dầu fusel. Đây là hỗn hợp các loại rượu bậc cao một nhóm định mức như Butanol, Isobotanol, Pentanol, Isopentanol.
Từ đầu thế kỷ 20 các nhà chuyên môn cho rằng dầu fusel tạo thành do nấm men sử dụng đạm ở dạng NH3 của các aminoacid ở trong dịch đường lên men.
-2H +H2O
R – CH – COOH R – C – COOH R – C – COOH - NH3
NH2
-CO2
+CO2
R - CH2OH R – CHO
Theo cơ chế tạo dầu fusel từ acid amin theo phương trình sau:
R – CH2NH2 R – CH2OH -CO2 R – CH – COOH +H2O NH2 -NH2 -CO2 R – CHOH – COOH R – CH2OH NH O
Theo Neibayep và Froxmere cơ chế tạo dầu fusel như sau:
-NH3 -CO2
R – CH – COOH R – C – COOH R – CH2OH NH2 ½ O2 NH +H2
Theo nghiên cứu mới nhất đã cho thấy rằng lượng dầu fusel trong rượu vang đạt từ 300- 500 mg/l.
Nếu có thể lên men từđường và dùng nguồn nitơ vô cơ thì vẫn có dầu fusel tạo thành. Như vậy họđã chứng minh được rằng dầu fusel tạo thành trong dịch lên men phần lớn là từđường hay nói đúng hơn là từ các hợp chất trung gian của đường.
Cơ chế tạo dầu fusel như sau Cơ chế của phản ứng tạo Isobutanol − Cơ chế phản ứng tạo Isopentanol. CH3 – C – C - COOH CH3 CH3 – CO – COOH + CH3CHO O OH Acid pyruvic Acetaldehyde
CH3 – CH – CHO CH3 CH3–CH2–CH2OH CH3 Isobutanol CH3 – CH – C - COOH CH3 O CH3 O + CH3~ CoA CH3 – CH – CH2 – CH2OH CH3 CH3 O CH3 – CH – CH2 – C – COOH CH3 – CH – C – COOH
− Sự hình thành este
Este được tạo thành trong quá trình lên men vang một lượng đáng kể và chúng là những hợp chất quan trọng hình thành hương vị của vang. Trong số này có etylaxetat là vượt trội hơn cả về số lượng. Este etylbutyrat cũng giống như este của các rượu bậc cao có mùi hoa quả. Sự tạo thành những este phức tạp do các giống và các loài nấm men khác nhau là không đồng nhất như nhau. Ví dụ: S.oviformis tổng hợp được nhiều etyaxetat trong điều kiện kỵ khí: 80 mg/l, trong hiếu khí là: 40 mg/l và izoamylaxetat trong kỵ khí là: 1,21 mg/l và trong hiếu khí là 0,14 mg/l. S.vini
trong điều kiện kỵ khí tương ứng là 0,62 mg/l, trong điều kiện hiếu khí 0,13 mg/l. Ngưỡng cảm nhận được của etyaxetat có trong vang là 180 ÷ 200mg/l. Nếu thấp hơn hay cao hơn khoảng này đều ảnh hưởng đến vị của vang. Trường hợp cao hơn sẽ làm vang có vị đắng gắt khó chịu. Trong lên men vang tích tụ các este có nhiệt độ sôi thấp và độ sôi cao (este etyl của các axit caprotanic, caprilatic, caprinic, izoamulcapronic và của các acid béo linolevic, linolenovic và v.v …). Lên men ở điều kiện kỵ khí mức độ tạo este tạo thành lớn gấp 6 lần so với lên men ởđiều kiện hiếu khí. Giữ vang non được lên men trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí sẽ dẫn đến thay đổi nồng độ phần trăm của các este có độ sôi cao và làm tăng este có độ sôi thấp, ngược lại vang non được lên men ở dư áp suất CO2 sẽ làm cho hàm lượng phần trăm các este có độ sôi cao nhiều hơn. Trong nồng độ nhất định các este làm cho mùi vị của vang mềm mại hơn, dịu dàng và hài hòa hơn.
− Sự hình thành acid hữu cơ
Nghiên cứu của Tbaragie (1936) chỉ ra rằng khi acid acetic bị mất hydro và ngưng tụ thành acid succinic.
Theo M.Lapon (1955) khi thêm vào dịch lên men acid glutaric thì thấy rằng: chỉ một lượng acid glutaric tạo thành acid succinic. Điều đó chứng tỏ rằng phần lớn acid succinic được tạo thành từ đường chứ không phải từ acid amin theo cơ chế Erlix.
C6H12O6 + C5H7O4NH2 + 2H2O C4H6O4 + 2C3H8O3 + CO2 + NH3
Ngoài ra sự tạo thành các acid hữu cơ còn do quá trình chuyển amin trong dịch mà nên.
− Sự tạo thành acetoin, diacetyl và 2,3 butadiol
Ba hợp chất này được tạo thành trong công đoạn lên men chính bởi hoạt động của tế bào nấm men. Trong ba chất này độc hại và nguy hiểm nhất là diacetyl, đây là chất lỏng không màu đến màu vàng nhạt, có mùi hôi cực mạnh, vị đắng gắt rất khó chịu tác động đến hệ thần kinh con người. Nếu xem acid pyruvic là điểm xuất phát thì cơ chế tạo thành 3 chất này như sau:
CH3 – CO – COOH CH3 – CHO + CO2
Acid pyruvic Acetaldehyde
CH3 – CHO + CH3 – CHO CH3 – CO – CHOH – CH3
Acetaldehyde Acetoin
+2H
CH3 – CO – CHOH – CH3 CH3 – CHOH – CHOH – CH3 - 2H 2,3 Butadiol
-2H CH3 – CO – CHOH – CH3 CH3 – CO – CO – CH3
+2H Diacetyl
− Sự tạo thành aldehyt
Aldehyt là sản phẩm được tạo thành trong quá trình trao đổi chất của nấm men cũng có thể được tạo thành qua con đường oxi hóa rượu. Trong quá trình lên men hàm lượng acetaldehyt chiếm cao nhất (xấp xỉ 90 mg/l). Tổng lượng aldehyt trong rượu dao động từ 35 ÷ 150 mg/l, ởđiều kiện yếm khí lượng acetaldehyt tạo thành ít hơn so với điều kiện hiếu khí. Ở lượng vừa phải, Aldehyt làm tăng thêm hương cho rượu nhưng nếu nhiều quá thì chúng làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng vang vì aldehyt là một chất độc.
Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng Aldehyt giảm đi rất nhiều. Cụ thể như sau: