Phương trình tổng quát về lên men rượu như sau:
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + Q
Theo Pasteur, sự lên men chỉ xảy ra khi có mặt của vi sinh vật. Nếu ngăn cản không cho vi sinh vật tiếp xúc với dịch đường thì hiện tượng lên men sẽ không xảy ra.
Nguyễn Thị Hằng Nga 34 Cao học Môi trường K15 Như vậy, sự lên men rượu là một quá trình sinh học có lên hệ mật thiết tới hoạt động của tế bào men”.
Cơ chế lên men rượu xảy ra như sau: Đường và các chất dinh dưỡng được hấp
thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vào bên trong. Ở đó các enzym sẽ tác dụng qua
nhiều giai đoạn trung gian để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí cacbonic. Hai chất này đều khuếch tán và tan vào môi trường xung quanh. Rượu do rất linh động nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí cacbonic hòa tan kém và khuếch tán
chậm. Lúc đầu CO2 hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào
men và lớn dần tới mức lực đẩy Archimedes lớn hơn khối lượng tế bào men cộng bọt khí. Lúc đó tế bào cùng bọt khí nổi dần lên, khi tới bề mặt các bọt khí sẽ tan vỡ và tạo thành tiếng rào rào (ta quen gọi là men ăn). Bọt khí tan, tế bào men lại chìm dần, tiếp xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại sản ra rượu và khí cacbonic. Như vậy
tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không chuyển động đã biến thành tế bào luôn
chuyển động trong quá trình lên men. Nhờ đó mà tăng nhanh tốc độ hấp thụ và chuyển hóa đường thành rượu. Khi đường và các chất dinh dưỡng trong môi trường còn ít, một lượng lớn tế bào men sẽ lắng xuống đáy thùng, dịch lên men sẽ trong dần.
Nấm men có thể lên men trong dịch đường có nồng độ 25 đến 30%, nhưng
chậm. Nồng độ thích hợp cho đa số nấm men dùng trong sản xuất rượu là 15 đến 18%. Nồng độ cao thì áp suất thẩm thấu sẽ lớn, do đó ảnh hưởng xấu tới hiệu quả lên men,
lên men sẽ kéo dài, đường sót lại trong giấm chín sẽ tăng. Nếu lên men ở nồng độ
đường thấp cũng không có lợi vì tổn thất do tạo men sẽ tăng. Ví dụ khi lên men dịch đường có nồng độ 16,9% , tổn thất đường do tạo men chiếm 6% so với lượng đường có trong dung dịch; nếu nồng độ đường là 8,6% thì tổn thất do tạo men chiếm tới 9,84%. Mặt khác, lên men ở nồng độ thấp sẽ làm giảm năng suất của thiết bị, tốn nhiều hơi khi chưng cất và làm tăng tỉ lệ tổn thất rượu trong bã và nước thải.
Khi lên men có khoảng 95% đường biến thành rượu và CO2, còn 5% là tạo các
Nguyễn Thị Hằng Nga 35 Cao học Môi trường K15
Lên men thường được tiến hành ở nhiệt độ 28-320C và pH = 4,5- 5,2. Ở nhiệt độ
cao thì tổn thất đường trong quá trình lên men sẽ lớn do tạp khuẩn dễ phát triển, tạo
nhiều este aldehyt. Khi lên men ở 29,50C, tổn thất do tạo men là 7,37%, ở 17,50C là
5,32% và nếu lên men dịch đường ở 100C thì tổn thất do tạo men chỉ chiếm 4,42%
lượng đường có trong dung dịch. Xét về ảnh hưởng của pH thì tổn thất sẽ ít nhất khi lên men ở pH= 4,4. Nếu tăng pH thì tổn thất sẽ tăng nhanh và nhiều hơn so với giảm pH. Khi Giảm pH từ 5,6 xuống 4,42 hiệu suất lên men tăng 2,3%.
Trên đây mới đề cập đến một vài yếu tố có ảnh hưởng nhiều tới kết quả lên men nhưng còn xét ở các trường hợp riêng rẽ. Trong thực tế sản xuất, các yếu tố ảnh hưởng có liên quan mật thiết và chi phối lẫn nhau. Vì vậy khi xem xét một trường hợp cụ thể ta cần đặt chúng trong một thể thống nhất, phải căn cứ vào điều kiện cụ thể, trang thiết bị ở từng cơ sở sản xuất để định ra chế độ kỹ thuật phù hợp nhằm đạt hiệu quả sản xuất cao nhât.