X = x(t)
3.5.2Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến động học quá trình sử dụng cơ
quá trình sử dụng cơ chất trong quá trình lên men
Hình 4.48: Sự thay đổi nồng độ chất khơ trong quá trình lên men rượu vang, sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate (hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L).
Kết quả khảo sát của chúng tơi về ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến quá trình sử dụng chất khơ trong lên men vang được trình bày như trong hình 4.21. Và cũng tương tự như khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường, chúng tơi khảo sát khả năng sử dụng cơ chất của nấm men cố định thơng qua quá trình sử dụng đường và quá trình sử dụng nitơ (nitơ amin tự do và nitơ ammonium).
Quan sát sự thay đổi nồng độ chất khơ trong suốt quá trình lên men chính (hình 4.21), chúng tơi nhận thấy rằng khi hàm lượng tannin ban đầu càng tăng thì nồng độ chất khơ cịn lại trong dịch lên men càng nhiều. Đồng thời, nồng độ chất khơ trong dịch lên men bởi nấm men cố định luơn nhỏ hơn nấm men tự do.
3.5.2.1 Quá trình sử dụng đường
Qua kết quả của chúng tơi về sự thay đổi hàm lượng đường trong suốt quá trình lên men (hình 4.22), chúng tơi 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 luơn tốt hơn so với nấm men tự do. Hàm lượng đường sĩt cịn lại trong mơi trường của dịch lên men bằng nấm men cố định luơn thấp hơn so với nấm men tự do (bảng 4.14).
Hình 4.49: Sự thay đổi hàm lượng đường trong quá trình lên men rượu vang, sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate (hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L).
Tương tự như vậy, nhìn chung, khi hàm lượng tannin càng tăng thì tốc độ sử dụng đường cực đại càng giảm (hình 4.23, bảng 4.15) và tốc độ sử dụng đường cực đại của nấm men cố định cũng lớn hơn so với nấm men tự do. Khoảng cách này khá lớn khi hàm lượng tannin nằm trong khoảng 1,8 – 9,8g/L. Tuy nhiên, khi hàm lượng tannin ban đầu là 17,8g/L thì khơng cĩ sự khác biệt giữa nấm men cố định và nấm men tự do (P < 0,05). Điều này cũng cho thấy rằng, khi hàm lượng tannin quá cao, tốc độ sử dụng đường của nấm men cố định cũng bị ức chế mạnh.
Và chúng tơi cũng thấy rằng thời gian cần thiết để tốc độ sử dụng đường của nấm men cố định đạt cực đại cũng luơn luơn ngắn hơn so với nấm men tự do. Điều đĩ cho thấy nấm men cố định cĩ khả năng sử dụng đường rất nhanh. Khi hàm lượng tannin ban đầu nằm trong khoảng 1,8 – 9,8g/L, thời gian cần thiết để nấm men cố định đạt đến tốc độ sử dụng đường cực đại là khoảng 12h. Chỉ khi hàm lượng tannin tăng lên đến 17,8g/L thì thời gian mới dài hơn nhiều, lên tới 180h. Trong khi đĩ đối với nấm men tự do, khi hàm lượng tannin ban đầu là 9,8g/L thì thời gian này đã kéo dài đến 108h. Cịn khi hàm lượng tannin ban đầu là17,8g/L thì thời gian này là204h.
Bảng 4.29: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến hàm lượng đường sĩt trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
1,8 4,02 ± 0,46a 5,75 ± 0,66bc 2,8 4,31 ± 0,60a 6,01 ± 0,48cd 3,8 4,51 ± 0,50ab 7,03 ± 0,96d 9,8 7,20 ± 0,72d 9,70 ± 0,61e 17,8 10,00 ± 1,32e 17,40 ± 0,53f
Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 3 mẫu độc lập.
Các giá trị cĩ ký hiệu khác nhau biểu thị sự khác nhau cĩ nghĩa (P < 0,5).
Hình 4.50: Sự thay đổi tốc độ sử dụng đường trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate (hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L).
Bảng 4.30: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sử dụng đường cực đại trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Hàm lượng tannin ban đầu
(g/L) Tốc độ sử dụng đường cực đại g Smax (g/L/h) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 4,08 ± 0,11h 3,34 ± 0,09e 2,8 3,80 ± 0,07g 3,28 ± 0,07e 3,8 3,50 ± 0,10f 3,01 ± 0,07d 9,8 2,51 ± 0,10c 1,60 ± 0,04b 17,8 1,45 ± 0,09a 1,40 ± 0,09a
Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 3 mẫu độc lập.
Các giá trị cĩ ký hiệu khác nhau biểu thị sự khác nhau cĩ nghĩa (P < 0,05).
Mặc dù tốc độ sử dụng đường của nấm men cố định khơng cao hơn đáng kể so với nấm men tự do nhưng tốc độ sử dụng đường riêng của nấm men cố định lại chiếm ưu thế hẳn (hình 4.24, bảng 4.16). Qua kết quả khảo sát, chúng tơi thấy rằng tốc độ sử dụng đường
riêng cưc đại của nấm men cố định cao gấp 2 – 4 lần so với nấm men tự do. Hàm lượng tannin trong khoảng 1,8 – 9,8g/L khơng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ sử dụng đường riêng cực đại của nấm men cố định.
Hình 4.51: Sự thay đổi tốc độ sử dụng đường riêng trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate (hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L).
Bảng 4.31: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sử dụng đường riêng cực đại (chỉ xét cho giá trị cực đại đầu tiên) trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Hàm lượng tannin ban đầu
(g/L) Tốc độ sử dụng đường riêng cực đại γPmax (g/h/10
12 tế bào) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 47,0 ± 1,8d 17,1 ± 1,7b 2,8 51,7 ± 2,3e 17,9 ± 2,0b 3,8 49,8 ± 2,4de 24,8 ± 2,6c 9,8 48,0 ± 1,8d 12,0 ± 0,9a 17,8 17,7 ± 1,5b 10,8 ± 1,6a
Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 3 mẫu độc lập. Các giá trị cĩ ký hiệu khác nhau biểu thị sự khác nhau cĩ nghĩa (P < 0,5).
Tất cả những điều này cho thấy rằng khả năng sử dụng đường của nấm men cố định nhanh hơn và triệt để hơn so với nấm men tự do. Theo chúng tơi, nguyên nhân cũng là do khả năng trao đổi chất của tế bào nấm men tự do bị ảnh hưởng rất nhiều do sự hấp phụ của
tannin lên bề mặt, làm cản trở sự vận chuyển glucose vào bên trong tế bào. Đồng thời, do tiếp xúc trực tiếp với tế bào nấm men nên tannin cũng ảnh hưởng mạnh đến quá trình tổng hợp các acid béo khơng no và/hoặc sterol của nấm men tự do nên cũng làm ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển các chất qua màng. Hàm lượng tannin càng nhiều thì sự ức chế càng nhiều. Nấm men cố định ít bị ức chế hơn, cũng như ở phần 4.2.1 đã giải thích, đĩ là do nấm men cố định đã được bảo vệ bởi chất mang.
Bên cạnh đĩ, chúng tơi cịn nhận thấy rằng, nhìn chung, khi hàm lượng tannin càng tăng thì hàm lượng đường sĩt càng tăng. Cĩ nghĩa là nấm men khơng cĩ khả năng sử dụng hết hàm lượng đường cĩ trong mơi trường. Nguyên nhân cũng được giải thích là do sự vận chuyển các chất qua màng bị cản trở.
Do khi hàm lượng tannin càng tăng thì hàm lượng đường sĩt càng tăng, nghĩa là ứng với mỗi giá trị tannin thì độ lên men là khác nhau. Tuy nhiên, sự khác biệt này là khơng nhiều, cho nên để thuận tiện cho việc so sánh giữa nấm men tự do và nấm men cố định cũng như so sánh sự ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến tốc độ sử đường, chúng tơi chọn một độ lên men thống nhất cho tất cả các giá trị này là 92,75%. Thời gian lên men ứng với độ lên men này được chúng tơi trình bày như trong bảng 4.17. Kết quả cho thấy rằng thời gian lên men của nấm men cố định luơn ngắn hơn so với nấm men tự do. Sự khác biệt càng lớn khi hàm lượng tannin ban đầu càng cao. Điều đĩ cho thấy rằng nấm men cố định càng chiếm ưu thế về thời gian lên men khi hàm lượng tannin ban đầu càng cao. Khi hàm lượng tannin tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì khơng làm ảnh hưởng đến thời gian lên men của nấm men cố định cũng như của nấm men tự do (P < 0,05). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dựa vào thời gian lên men xác định được, chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sử dụng đường trung bình trong tồn bộ quá trình lên men. Kết quả khảo sát được trình bày trong hình 4.25 vàbảng 4.17. Kết quả cũng cho thấy tốc độ sử dụng đường trung bình của nấm men cố định luơn cao hơn so với nấm men tự do và khi hàm tannin tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì khơng làm ảnh hưởng đến tốc độ sử dụng đường trung bình của nấm men cố định cũng như của nấm men tự do. Khi hàm lượng tannin tăng cao hơn nữa thì tốc độ sử dụng đường trung bình của nấm men cố định cũng như của nấm men tự do đều giảm.
Tĩm lại, qua việc khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến quá trình sử dụng đường, chúng tơi nhận thấy rằng, về mọi mặt, nấm men cố định đều tốt hơn so với nấm men tự do:
− Hàm lượng đường sĩt thấp hơn.
− Tốc độ sử dụng đường cực đại cao hơn và thời gian để tốc độ sử dụng đường đạt đến giá trị cực đại cũng ngắn hơn.
− Tốc độ sử dụng đường riêng cao hơn hẳn. − Tốc độ sử dụng đường trung bình cao hơn. − Thời gian lên men ngắn hơn.
Bảng 4.32: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến thời gian lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Hàm lượng tannin ban đầu Thời gian lên men (h) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 76,8 ± 2,0a 88,8 ± 2,4c 2,8 79,2 ± 3,3a 91,2 ± 2,4c 3,8 84,0 ± 2,6b 102,0 ± 4,0d 9,8 134,4 ± 3,8e 175,2 ± 5,8f 17,8 218,4 ± 6,9g 276,0 ± 8,6h
Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 3 mẫu độc lập. Các giá trị cĩ ký hiệu khác nhau biểu thị sự khác nhau cĩ nghĩa (P < 0,05).
Hình 4.52: Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sử dụng đường trung bình trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Bảng 4.33: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sử dụng đường trung bình trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Hàm lượng tannin ban đầu (g/L) Tốc độ sử dụng đường trung bình (g/L/h) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 3,05 ± 0,09h 2,64 ± 0,07fg 2,8 2,95 ± 0,10h 2,57 ± 0,09f 3,8 2,79 ± 0,12g 2,29 ± 0,12e 9,8 1,74 ± 0,10d 1,34 ± 0,09c 17,8 1,07 ± 0.07b 0,85 ± 0,08a
Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 3 mẫu độc lập.
Các giá trị cĩ ký hiệu khác nhau biểu thị sự khác nhau cĩ nghĩa (P < 0,05).
3.5.2.2 Quá trình sử dụng nitơ (nitơ amin và nitơ ammonium)
Kết quả khảo sát của chúng tơi về sự thay đổi hàm lượng nitơ amin và nitơ ammonium trong suốt quá trình lên men được trình bày như trong hình 4.26 và hình 4.27.
Hình 4.53: Sự thay đổi hàm lượng nitơ amin tự do trong quá trình lên men rượu vang, sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate (hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L).
Cũng tương tự như khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường, trong phần này chúng tơi cũng thấy rằng khả năng sử dụng nitơ bao gồm cả nitơ hữu cơ và nitơ ammonium của nấm men cố định đều tốt hơn so với nấm men tự do và quy luật của sự biến đổi hàm lượng nitơ gần như khơng cĩ sự khác biệt. Nitơ ammonium được sử dụng gần như triệt để, cịn nitơ amin thì vẫn cịn lại một phần và cĩ xu hướng tăng lên vào cuối giai đoạn lên men.
Khi hàm lượng tannin tăng từ 1,8 – 3,8g/L thì khả năng sử dụng nitơ của nấm men tự do và nấm men cố định khơng thay đổi đáng kể, nhưng khi hàm lượng tannin tăng đến 9,8 – 17,8g/L thì khả năng sử dụng nitơ amin giảm hẳn. Cịn khả năng sử dụng nitơ ammonium thì giảm hẳn khi hàm lượng tannin là 17,8g/L. Hiện tượng này cũng dễ dàng được giải thích là do sự vận chuyển cơ chất vào bên trong tế bào bị ức chế bởi hàm lượng tannin ban đầu cao.
Tuy nhiên, so với khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường, chúng tơi cũng nhận thấy một số điểm khác biệt. Khi nấm men tự do chịu áp lực thẩm thấu rất cao tạo ra bởi hàm lượng đường trong mơi trường lên men là 360g/L thì hàm lượng nitơ amin tối thiểu cịn lại trong mơi trường là 74,63mg/L (hình 4.8). Tương tự như vậy, khi chịu sự ức chế của hàm lượng tannin rất cao là 17,8g/L thì lượng nitơ amin tối thiểu cịn lại trong mơi trường lên men của nấm men tự do là 76,59mg/L (hình 4.26). Hai giá trị này gần như khơng cĩ sự khác biệt. Tuy nhiên, thời gian để đạt được hai giá trị tối thiểu này lại khác nhau rất nhiều.
Trường hợp đầu là 84h, cịn trường hợp sau là 252h. Cũng ứng với hàm lượng đường là 360g/L và hàm lượng tannin là 17,8g/L này thì hàm lượng nitơ amin tối thiểu và thời gian để đạt đến giá trị này của nấm men cố định lần lượt là: 50,36mg/L; 84h và 74,53mg/L; 228h.
Hình 4.54: Sự thay đổi hàm lượng nitơ ammonium trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate (hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L).
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 tơi 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.
Những điều này cho thấy rằng, khơng như đường, tannin ức chế rất mạnh khả năng sử dụng nitơ amin của nấm men, kể cả nấm men tự do lẫn nấm men cố định. Đĩ là do tannin ức chế rất mạnh sự sinh trưởng của nấm men, như chúng tơi đã trình bày ở phần 4.2.1.