CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH LÊN MEN MALOLACTIC
3.1.2 Các alcohol và polyol 1 – Ethanol
1 – Ethanol
Ethanol là sản phẩm chính được tạo thành từ quá trình lên men kỵ khí của nấm men trong mơi trường dịch nước nho. Hàm lượng ethanol trong sản xuất rượu vang cĩ thể đạt được khoảng 15%. Hàm lượng ethanol cao hay thấp cịn tùy thuộc vào giống nấm men, tỷ lệ giống cấy, hàm lượng đường, điều kiện lên men (nhiệt độ, pH, mức độ yếm khí, mức độ sulfite hĩa mơi trường...).
2 – Glycerol
Glycerol được tạo thành từ quá trình lên men ethanol (Gancedo và cộng sự 1968, Scanes và cộng sự 1993). Glycerol hiện diện trong vang khơ (dry wine) và vang bán ngọt (semi-sweet wine) với hàm lượng khoảng 5÷14 g/L, cịn đối với vang nho nhiễm nấm mốc Botrylis cinerea
(botrytised wine) thì hàm lượng glycerol cĩ thể lên đến 25 g/L (Rankine và Bridson 1971, Nieuwoudt và cộng sự 2002). Vang đỏ cĩ hàm lượng glycerol cao hơn vang trắng (Nieuwoudt và cộng sự 2002). Sự khác nhau về hàm lượng chất này trong vang cịn phụ thuộc vào điều kiện
cơng nghệ cụ thể (nhiệt độ lên men, mức độ sulfite hĩa,...) và đặc biệt là phụ thuộc vào từng chủng nấm men sử dụng.
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 cĩ nồng độ đường cao (Pronk và cộng sự 1996). Ngồi ra ở hàm lượng cao, glycerol cĩ thể làm tăng vị ngọt và độ nhớt của vang.
3 – Các rượu bậc cao
Các rượu bậc cao được tạo thành từ các phản ứng khử amin hoặc chuyển amin của các acid amin, cũng cĩ thể tạo thành từ phản ứng khử cacboxyl của các ketoacid và khử các aldehyde trong quá trình lên men ethanol. Một số nghiên cứu cũng chứng minh được rằng các rượu bậc cao cịn được tổng hợp từ các phản ứng chuyển hĩa carbohydrate trong quá trình sinh trưởng của nấm men.
Các loại rượu bậc cao thường cĩ mặt trong vang là n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, n-pentanol, 2-methyl butanol, 3-methyl butanol, n-hexanol, rượu β-phenyl ethylic... Hàm lượng các rượu này cĩ trong vang phụ thuộc vào điều kiện lên men dịch nho. Cụ thể:
Trong điều kiện lên men cĩ O2 sẽ tạo ra các rượu bậc cao cĩ hàm lượng lớn hơn ở điều kiện lên men kỵ khí hoặc lên men dưới áp lực CO2.
Lên men dưới áp suất CO2 sẽ giảm được hàm lượng rượu bậc cao, đặc biệt là 2 loại rượu isobutyric và amylic, nâng cao được hàm lượng của β-phenylethylic. Điều này cĩ 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 cĩ trong vang. (Lương Đức Phẩm)
Việc bổ sung các muối amoni vào mơi trường nghèo nitơ cĩ thể làm giảm hàm lượng các rượu bậc cao đi 1,4÷1,7 lần. Khi thêm αααα-alanine, acid αααα-amylobutyric, leucine, isoleucine và valine vào mơi trường thì sẽ thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp các rượu bậc cao cĩ cấu trúc tương ứng với các acid amin đĩ, ngồi ra, cịn tạo ra hàng loạt các rượu bậc cao khác.
Hình 3.3 Các phản ứng hình thành rượu bậc cao ở nấm men 3.1.3 Các hợp chất carbonyl
1 – Các aldehyde
Các aldehyde hay gặp ở vang là aldehyde acetic, propionic, butyric, valeric,... Ở nồng độ cao các aldehyde này cĩ mùi rất gắt. Khi pha lỗng, trừ aldehyde acetic, các aldehyde cịn lại cĩ mùi dễ chịu của các mùi hương trái cây tự nhiên (Lương Đức Phẩm, 2005).
Acetaldehyde là thành phần carbonyl được tạo thành tương đối phổ biến được tìm thấy trong rượu vang với hàm lượng khoảng 10÷75 mg/L. Ngưỡng cảm nhận của nĩ là 100 mg/L
Hình 3.4 Sơ đồ con đường chuyển hĩa acid citric thành diacetyl, acetoin và 2,3-buthanediol (Schreier 1979, Berg và cộng sự 1955). Sự cĩ mặt của acetaldehyde là yếu tố hồn tồn khơng mong muốn trong sản xuất rượu vang vì chất này tạo thành từ phản ứng oxi hĩa ethanol, do vậy chúng cĩ thể làm tiêu hao một lượng ethanol sinh ra bởi nấm men trong điều kiện thích hợp (khi cĩ mặt của oxy khơng khí). Sự hiện diện của aldehyde cịn giúp nhà sản xuất đánh giá được mức độ oxi hĩa của dịch lên men và đưa ra giải pháp khắc phục khi cần thiết.
Mặt khác, do trong cấu trúc phân tử cĩ nhĩm C=O nên acetaldehyde cĩ thể làm giảm hàm lượng SO2 tự do trong dịch lên men bằng cách tạo liên kết với chất này, từ đĩ làm giảm tác dụng ức chế của chất này lên vi sinh vật. Bên cạnh đĩ, acetaldehyde cịn cĩ 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.
2 – Acetoin và diacetyl
Các nghiên cứu cho thấy hai chất này đều cĩ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng rượu vang mặc dù số lượng của chúng tạo ra trong vang khơng lớn lắm: acetoin từ 2÷84 mg/L và diacetyl từ 0,1÷1,8 mg/L. Hàm lượng acetoin và diacetyl tạo thành cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ đường ban đầu và chủng nấm men sử dụng. Nếu nồng độ đường càng cao (2,5÷10,0g/100 mL) thì diacetyl sẽ tích tụ càng nhiều.
Sự cĩ mặt của chúng trong vang cĩ hai khả năng: ảnh hưởng lớn đến hương vị vang và những biến đổi hĩa sinh. Diacetyl ở nồng độ thấp làm cho vang cĩ mùi đặc trưng, nhưng ở hàm lượng lớn hơn 1mg/l sẽ làm
cho vang cĩ mùi vị chua oxy hĩa. Sự tạo thành diacetyl và acetoin trong lên men cịn cĩ mối quan hệ tương tác với hàm lượng sulfite hĩa trong dịch quả. Nếu dịch quả khơng được sulfite hĩa thì cĩ thể dẫn đến sự tạo thành acetoin cĩ hàm lượng tối đa vượt quá 2 lần so với dịch quả được sulfite hĩa.
3.1.4 Các ester
Các ester được tạo thành trong quá trình lên men rượu vang với một lượng đáng kể và được xem như là những hợp chất quan trọng trong việc hình thành hương vị đặc trưng cho vang. Sự sinh tổng hợp các ester cĩ thể được minh họa tĩm tắt trên hình 3.5.
Trong số các ester được tạo thành từ nấm men, ethylacetate là chất cĩ hàm lượng cao và vượt trội hơn những ester cịn lại cũng như những hợp chất hương khác (xem bảng 3.1). Hàm lượng của ethylacetate cĩ trong vang khoảng 22,5÷63,5 mg/L. Nĩ gĩp phần tạo nên hương vị trái cây tự nhiên cho vang. Hàm lượng của chúng cịn tùy thuộc vào giống nấm men, điều kiện lên men và mức độ oxi hĩa của mơi trường. Nếu mơi trường cĩ thế oxi hĩa khử càng cao thì lượng acetic tạo thành càng nhiều. Acid acetic sẽ phản ứng với ethanol do nấm men tạo ra ethylacetate. Tuy nhiên, nếu mức độ oxi hĩa của mơi trường quá cao thì cũng cĩ thể làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp ethanol của nấm men. Vì vậy, ta cần phải đảm bảo điều kiện lên men được kiểm sốt ở mức độ oxi hĩa vừa phải.
Trong lên men vang tích tụ cả các ester cĩ độ sơi thấp lẫn ester cĩ độ sơi cao (ester ethyl của các acid caprotanic, caprilatic, caprinic, isoamulcaproic và các acid béo linolevic, linolenovic...). Số lượng các ester này phụ thuộc vào điều kiện lên men hiếu khí hay kị khí và lên men dưới áp lực CO2 hay khơng cĩ áp lực CO2. Vang non được lên men dưới áp lực CO2 sẽ làm cho hàm lượng các ester cĩ độ sơi cao nhiều hơn (Lương Đức Phẩm, 2005).
Bảng 3.3 Thành phần các hợp chất mùi cĩ trong vang nho
3.1.5 Lipid
Lipid trong vang do cĩ hai nguồn gốc: từ quả và từ sự trao đổi chất của nấm men. Loại quả cĩ chứa chất béo thì sau lên men chính, các chất béo này ít bị biến đổi sẽ được chuyển vào trong vang non. Trên bề mặt quả nho thường cĩ phủ một lớp sáp và lớp sáp này cĩ thể rơi vào dịch quả. Thành phần chính của chất sáp này là ester giữa acid linolevic và các rượu. Trong vang, người ta tìm thấy hàm lượng acid béo cĩ nhiều hơn trong dịch quả do kết quả của quá trình sinh tổng hợp chất béo của nấm men. Thật vậy, trong dịch nước nho chưa lên men hàm lượng lipid tổng là 50mg/l cịn trong dịch lên men chính hàm lượng lipid tới 73÷113 mg/l. 3.1.6 Các hợp chất chứa lưu huỳnh
1– Sulfuahydryl
Các hợp chất cĩ mang nhĩm –SH (sulfuahydryl) sinh ra trong quá trình trao đổi chất của nấm men và được nấm men tiết vào mơi trường trong quá trình lên men. Các hợp chất này bao gồm các chất như glutation và cysteine được tiết vào mơi trường sẽ làm giảm thế oxi hĩa – khử (chỉ số này rất quan trọng trong quá trình lên men và tàng trữ rượu vang). Sự thay đổi thế oxi hĩa – khử (Eh) trong quá trình lên men phụ thuộc vào tốc độ sinh sản của nấm men và mức độ tăng sinh khối. Eh bắt đầu giảm ở thời điểm nấm men sinh sản, khi nhu cầu oxi cần là tối đa. Người ta nhận thấy rằng, trong dịch lên được sulfite hĩa thế oxi hĩa – khử giảm khá mạnh.
Các hợp chất –SH thuộc loại các chất cĩ tính khử cao. Sự cĩ mặt của những chất này gĩp phần vào việc bảo vệ, trước hết là các cấu tử hương khỏi bị tác dụng của các tác nhân oxy hĩa. Hàm lượng các chất khử này khơng giống nhau ở các loại quả nguyên liệu và ở các loại vang lên men trong điều kiện thường cũng như vang lên men trong điều kiện dưới áp lực CO2. Vang non thu nhận bằng phương pháp lên men dưới áp lực CO2 thì hàm lượng các hợp chất sulfuahydryl tăng lên khoảng 245 mg/L, trong đĩ hàm lượng glutation khử là 98 mg/L. Nhưng trong lên men bình thường các hàm lượng của các hợp chất trên tương ứng chỉ đạt 113 và 6mg/L.
2– Sulfuahydro (H2S)
Hợp chất này cĩ khả năng tạo mùi khĩ chịu cho vang. Nếu hàm lượng của nĩ vượt quá 0,005 mg/L thì cĩ thể làm giảm chất lượng cảm quan của vang. Sự sinh tổng hợp H2S bởi nấm men trong lên men ethanol tùy thuộc vào từng chủng nấm men sử dụng và nhiệt độ mơi trường.
Nấm men cĩ thể chuyển hĩa S và SO2 thành H2S. Cysteine, acid aspartic, glutamic, glycerin, histidine, ornithine, serine, threonine kích thích tạo thành H2S. Các chất methionine, acid pantothenic, vitamin B6 lại kìm hãm sự tích tụ H2S. Sự tạo thành H2S của mỗi chủng nấm men phụ thuộc vào đặc tính di truyền. Cĩ thể dùng hỗn hợp các chủng nấm men cĩ khả năng và khơng cĩ khả năng khử sulfate trong lên men sẽ làm giảm sự nồng độ H2S được tạo thành trong mơi trường.
Bảng 3.4 Thành phần các hợp chất lưu huỳnh cĩ trong vang
3– Sulfur dioxide (SO2)
Trong quá trình lên men, nấm men sẽ sử dụng một lượng nhỏ sulfate trong mơi trường và khử chất này thành sulfite. Một số nấm men cĩ khả năng sinh tổng hợp sulfur dioxide từ α- cysteine hoặc glutation. Các chủng nấm men thuộc lồi Saccharomyces bayanus cĩ thể tạo ra sulfur dioxide nhiều hơn các chủng thuộc lồi Saccharomyces cerevisiae. Hàm lượng sulfate trong dịch lên men càng cao thì sulfur dioxide tạo thành càng nhiều.
(a)
(b)