X = x(t)
3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến động học quá trình tạo sản phẩm
quá trình tạo sản phẩm
Trong nghiên cứu này, chúng tơi cũng khảo sát động học quá trình tạo sản phẩm thơng quá trình sinh tổng hợp cồn và quá trình chuyển hĩa các acid hữu cơ.
3.5.3.1 Quá trình sinh tổng hợp cồn
Chúng tơi nhận thấy rằng, khi hàm lượng tannin tăng thì hàm lượng cồn đạt được trong dịch lên men khơng cĩ sự thay đổi đáng kể (hình 4.28), nhưng tốc độ sinh tổng hợp cồn thì bị ảnh hưởng đáng kể (Hình 4.29 và bảng 4.19). Nhìn chung, tốc độ sinh tổng hợp cồn cực đại giảm khi hàm lượng tannin tăng. Nguyên nhân cũng là do tannin làm ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển cơ chất vào bên trong tế bào nên đồng thời cũng làm ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp cồn. Bên cạnh đĩ, do tannin ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp các acid béo khơng no và/hoặc sterol, cĩ nghĩa là ảnh hưởng đến màng membrane, nên đồng thời cũng làm ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển cồn ra khỏi nội bào.
Hình 4.55: Sự thay đổi hàm lượng cồn 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).
Khi hàm lượng tannin tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì khơng cĩ sự khác biệt về tốc độ sinh tổng hợp cồn của tế bào nấm men cố định so với tế bào nấm men tự do (P < 0,05). Chỉ khi hàm lượng tannin tăng đến 3,8 – 17,8g/L thì mới cĩ sự khác biệt nhưng độ chênh lệch khơng lớn.
Đặc biệt, chúng tơi thấy rằng khi hàm lượng tannin ban đầu là 17,8g/L thì thời gian cần thiết để tốc độ sinh tổng hợp cồn đạt đến giá trị cực đại dài hơn so với khi hàm lượng tannin ban đầu nhỏ hơn, điều này một lần nữa cho thấy rằng khi hàm lượng tannin ban đầu quá cao thì sẽ ức chế mạnh khả năng sinh tổng hợp cồn của nấm men.
Hình 4.33 và bảng 4.20 cho thấy rằng tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng của nấm men cố định luơn luơn cao hơn so với nấm men tự do. Đặc biệt, ở giá trị hàm lượng tannin ban đầu thấp (1,8 – 3,8g/L) thì sự khác biệt về tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng giữa nấm men tự do
và nấm men cố định càng lớn, vì ở những hàm lượng tannin ban đầu này, mật độ tế bào nấm men cố định thấp hơn nhưng tốc độ sinh tổng hợp cồn lại cao hơn.
Hình 4.56: Sự thay đổi tốc độ sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate khi hàm lượng tannin ban đầu thay đổi trong khoảng 1,8 – 17,8g/L.
Bảng 4.34: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sinh tổng hợp cồn 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 sinh tổng hợp cồn cực đại gNấm men cố định Nấm men tự doPmax (g/L/h) 1,8 1,76 ± 0,05h 1,74 ± 0,05h 2,8 1,68 ± 0,06gh 1,60 ± 0,05g 3,8 1,50 ± 0,04f 1,34 ± 0,05e 9,8 1,06 ± 0,05d 0,94 ± 0,04c 17,8 0,80 ± 0,03b 0,72 ± 0,02a
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 4.57: Sự thay đổi tốc độ sinh tổng hợp cồn 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 4.35: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực đạitrong 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 Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực đại γPmax (g/h/1012 tế bào) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 13,2 ± 0,5f 8,8 ± 0,3d 2,8 11,0 ± 0,3e 8,5 ± 0,5d 3,8 10,6 ± 0,4e 7,6 ± 0,6c 9,8 12,6 ± 0,5f 11,0 ± 0,5e 17,8 5,4 ± 0,2b 4,8 ± 0,2a
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).
Kết quả khảo sát tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình (hình 4.31, bảng 4.21) của nấm men trong suốt quá trình lên men cho thấy tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình của nấm men cố định cũng luơn cao hơn của nấm men tự do. Cũng tương tự như với tốc độ sinh tổng hợp cồn tức thời, khi hàm lượng tannin tăng từ 1,8 – 2,8g/L thì tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình của nấm men cố định cũng như nấm men tự do đều khơng bị ảnh hưởng, chỉ khi hàm lượng tannin tăng cao hơn nữa thì tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình mới giảm.
Hình 4.58: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Bảng 4.36: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến tốc độ sinh tổng hợp cồn 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 sinh tổng hợp cồn trung bình KP (g/L/h) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 1,22 ± 0,04h 1,09 ± 0,06fg 2,8 1,16 ± 0,08gh 1,02 ± 0,05f 3,8 1,03 ± 0,07f 0,88 ± 0,06e 9,8 0,69 ± 0,04d 0,54 ± 0,03c 17,8 0,44 ± 0,02b 0,35 ± 0,02a
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).
Qua kết quả khảo sát hiệu suất sinh tổng hợp cồn, chúng tơi thấy rằng hiệu suất sinh tổng hợp cồn của nấm men cố định, nhìn chung, khơng cĩ sự khác biệt so với nấm men tự do (P < 0,05) (hình 4.32, bảng 4.22). Điều này cĩ sự khác biệt so với khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường. Khi chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng đường cao (320 – 360g/L), hiệu suất sinh tổng hợp cồn của nấm men cố định thấp hơn nhiều so với nấm men tự do. Nhưng khi chịu ảnh hưởng của hàm lượng tannin cao thì hiệu suất sinh tổng hợp cồn của nấm men cố định so với nấm men tự do gần như khơng cĩ sự khác biệt. Theo chúng tơi, hiện tượng này cĩ thể được lý giải là do khi chịu ức chế bởi tannin, nấm men cố định ít sinh tổng hợp
các hợp chất khác như: hợp chất trao đổi trung gian trong chu trình đường phân, polysaccharide cấu trúc và polysaccharide dự trữ, glycerol và acid béo no.
Hình 4.59: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến hiệu suất sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate.
Bảng 4.37: Aûnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu đến hiệu suất sinh tổng hợp cồn 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)
Hiệu suất sinh tổng hợp cồn η (mol ethanol/ mol glucose) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 1,65 ± 0,03cde 1,70 ± 0,02ef 2,8 1,61 ± 0,03bc 1,63 ± 0,05bcd 3,8 1,52 ± 0,04a 1,59 ± 0,03b 9,8 1,64 ± bcd 1,68 ± 0,03def 17,8 1,71 ± 0,03f 1,72 ± 0,03f
Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 3 mẫu độc lập.
3.5.3.2 Quá trình chuyển hĩa các acid hữu cơ
Quá trình chuyển hĩa các acid hữu cơ cũng được chúng tơi đánh giá thơng qua sự thay đổi pH, hàm lượng acid tổng và hàm lượng acid dễ bay hơi như ở phần 4.1.3.2.
Hình 4.60: Sự thay đổi pH 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 giá trị pH của chúng tơi cho thấy rằng pH và hàm lượng acid tổng của dịch lên men bằng nấm men cố định luơn thấp hơn pH của dịch lên men bằng nấm men tự do (hình 4.33 và hình 4.34). Điều này đã được giải thích ở phần 4.1.3.2. Bên cạnh đĩ, chúng tơi cũng thấy rằng khi hàm lượng tannin tăng thì pH tăng và hàm lượng acid tổng cũng tăng. Hiện tượng này cĩ thể được giải thích là do, khi hàm lượng tannin tăng, khả năng khuếch tán cơ chất vào bên trong tế bào nấm men bị giảm, tốc độ lên men chậm, nên đã tạo điều kiện cho các loại vi khuẩn chuyển hĩa đường thành acid acetic và acid lactic cũng như các loại vi khuẩn chuyển hĩa các acid mạnh hơn như acid citric, acid tartaric và acid malic thành các acid yếu hơn nên đã làm tăng hàm lượng acid tổng, đồng thời lại làm tăng pH dịch lên men.
Hình 4.61: Sự thay đổi hàm lượng acid tổng 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 vậy, hàm lượng acid dễ bay hơi của nấm men cố định thấp hơn so với nấm men tự do và nhìn chung, khi hàm lượng tannin tăng thì hàm lượng acid dễ bay hơi cũng tăng (hình 4.35).
So với khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường, chúng tơi nhận thấy rằng, giá trị pH của các mẫu tannin phân tán nhiều hơn (hình 4.15 và hình 4.33). Điều đĩ cĩ nghĩa là tannin ảnh hưởng rất lớn đến giá trị pH của mẫu, cịn đường thì ít ảnh hưởng hơn. Khi hàm lượng tannin càng tăng, thời gian để pH đạt đến giá trị cực tiểu càng dài. Hay nĩi cách khác, quá trình tổng hợp acid succinic diễn ra chậm hơn. Như đã đề cập ở phần 4.1.3.2, acid succinic là sản phẩm của quá trình sinh trưởng của nấm men, cho nên những hiện tượng này cĩ thể dễ dàng được giải thích là do tannin ức chế mạnh quá trình sinh trưởng của nấm men hơn là â3
Tĩm lại, qua việc khảo sát sự chuyển hĩa của các acid hữu cơ khi hàm lượng tannin ban đầu thay đổi, chúng tơi cũng nhận thấy rằng nấm men cố định cĩ giá trị pH, hàm lượng acid tổng và hàm lượng acid dễ bay hơi thấp hơn so với nấm men tự do. Nhờ đĩ, độ bền sinh học, hĩa lý và chất lượng cảm quan của sản phẩm lên men bằng nấm men cố định cũng tốt hơn so với nấm men tự do.
Hình 4.62: Sự thay đổi hàm lượng acid dễ bay hơi 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).
3.5.4 Kết luận chung
Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tannin đến động học quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men cố định trong gel alginate, chúng tơi cĩ một số kết luận sau:
− Khi hàm lượng tannin thấp (1,8 – 2,8g/L) thì mật độ tế bào cực đại và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của tế bào cố định thấp hơn so với tế bào tự do. Nhưng khi hàm lượng tannin cao thì mật độ tế bào cực đại và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của tế bào cố định lại cao hơn so với tế bào tự do. Như vậy, khả năng sinh trưởng của nấm men cố định ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng tannin hơn so với nấm men tự do.
− Tốc độ sử dụng đường cũng như tốc độ sinh tổng hợp cồn của nấm men cố định cao hơn so với nấm men tự do nhưng hiệu suất sinh tổng hợp cồn thì khơng cao hơn. − Khả năng sử dụng nitơ ammonium cũng như nitơ hữu cơ của tế bào cố định cao hơn
so với tế bào tự do.
− pH và acid tổng của dịch lên men bằng nấm men cố định thấp hơn, do đĩ làm tăng độ ổn định về mặt sinh học và hĩa lý cho sản phẩm.
− Hàm lượng acid dễ bay hơi tạo thành bởi nấm men cố định thấp hơn, do đĩ chất lượng sản phẩm được cải thiện.
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ