Giới thiệu chung về nấm men:
- Nấm men là nhóm vi sinh vật được dùng trong công nghiệp, hầu hết nấm men là đơn bào, không chuyển động. Hình dạng và kích thước của chúng thay đổi tuỳ theo điều kiện môi trường .Nói chung nấm men có dạng hình cầu, hình trứng , hình bầu dục, ...có kích thước tương đối lớn, chiều dài 6 ÷ 10 micromet có khi 12 ÷ 18 micro met, chiều ngang từ 4 ÷ 8 micromet.
- Về cấu tạo tế bào nó cũng gồm màng, nguyên sinh chất, hạch. Trong nguyên sinh chất chứa không bào và các chát chứa đựng khác: Glycogen, granuloza, chất béo, volutin,...
- Nấm men có thể sinh sản theo lối nảy chồi, phân chia hoặc tạo thành bào tử. Nhóm nấm men sinh sản theo hình thức nảy chồi và phân chia có nhiều trong tự nhiên. Và nhiều loại trong nhóm này có khả năng lên men rượu nên được ứng dụng trong sản xuất rượu bia, rượu vang, sản xuất nước giải khát lên men,...Tế bào nấm men giàu protein, vitamin và đặc biệt là vitamin nhóm B và tiền vitamin D. Vì vậy mà nấm men hay được sử dụng bổ sung làm chất dinh dưỡng vào thức ăn cho gia súc. Mặt khác nấm men không sinh độc tố, do vậy mà nấm men hay được sử dụng trong chế biến các sản phẩm dành cho người như lên men rượu vang, nước quả lên men,...Trong quá trình phát triển hình thái của nấm men có thể thay đổi như sau:
+ Ở nấm men trẻ : (qua 12 ÷ 16giờ nuôi cấy) màng mỏng, căng nguyên sinh chất đồng nhất, không bào chưa có hoặc mới bắt đầu xuất hiện, tế bào sinh sản chiếm tỉ lệ cao.
+ Ở nấm men trưởng thành (24 ÷ 48 giờ nuôi cấy) kích thước điển hình, không bào lớn, số không bào có thểđến hai, lượng glucogen tăng tế bào sinh sản chiếm 10-15%.
+ Ở nấm men già (đã nuôi cấy từ 72giờ trở lên) màng dày nhẵn, nguyên sinh chất không đồng nhất, không bào lớn, lượng chất béo tăng, tế bào hầu như không sinh sản nữa, không có glucogen, tế bào chiếm tỉ lệ lớn hơn. Nấm men trong lên men rượu vang, nước quả lên men thường có 3 loại là men tự nhiên và men nuôi cấy thuần chủng.
1.Men tự nhiên :
Men tự nhiên hệ vi sinh vật trong lên men vang, nước quả lên men tự nhiên tương đối phức tạp và không đồng nhất. Trong môi trường nước quả tươi có các nhóm vi sinh vật khác nhau nhiễm vào từ môi trường xung quanh từ thân, lá, vỏ, quả, trong đó phần lớn là nấm men, nấm mốc, một số ít là vi khuẩn không sinh bào tử, xạ khuẩn...Nấm men trong dịch quả thường ít hơn nấm mốc song lại có khả năng sinh trưởng và phát triển nhanh hơn trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy, đồng
thời lên men tích tụ cồn.Chính nhờ điều kiện và trong dung dich cồn sẽ làm ức chế nấm mốc, tạo điều kiện cho nấm men phát triển chiếm ưu thế trong quá trình lên men.
Các men tự nhiên hay men dại luôn có sẵn trên bề mặt của quả. Đó là một số loại như: Saccharomyces apiculata có hình múi chanh nó có khả năng lên men tại 4 ÷ 5 độ rượu. Ngoài ra còn có mycoderma có khả năng phân giải axit malic thành axic latic làm cho rượu ít bị chua gắt. Hay còn có các loại khác như: Hancelnula, gichia...tạo màng trắng trên rượu. Nhưng nếu để men dại phát triển tự nhiên thì quá trình lên men rất khó điều chỉnh và chất lượng sản phẩm thu được không ổn định. Khi nền công nghiệp ngày càng phát triển thì con người đã có những biện pháp cần thiết để diệt men dại và thay vào đó là nuôi cấy nấm men thuần chủng, với những đặc tính sinh học nhất định sẽ giúp cho quá trình chế rượu vang, nước quả lên men đem lại hiệu quả và chất lượng cao.
2. Men nuôi cấy thuần chủng.
Men nuôi cấy thuần chủng hệ sinh vật trong lên men tự nhiên rất phức tạp nên thường cho độ cồn không cao (<10% V), dễ bị nhiễm có mùi chua của axit acetit, chất lượng rượu ít được đảm bảo, mùi vị rượu không hài hoà. Do đó việc áp dụng các chủng nấm men thuần chủng trong sản xuất nước quả lên men ở quy mô công nghiệp đang được phổ biến rộng rãi trên thế giới.
Những chủng nấm men thuần khiêt thường cho lên men nước giải khát cũng như rượu vang là: Saccharomycess vini, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces ellipoidies, Saccharomyces avifom,...Ưu điểm khi dùng nấm men thuần khiết là thời gian lên men nhanh, quá trình lên men không bị dừng giữa chừng, nồng độ cồn thu được cao hơn lên men tự nhiên 0,1 ÷ 1 độ, sản phẩm có màu sáng hơn, vị thanh khiết.
- Nấm men thường gặp trong sản xuất rượu vang và nước quả lên men thuộc giống Saccharomyces. Theo phân loại của Yelio V.N.P giống này có vị trí như sau:
+ Lớp Ascomyces . + BộSaccharomyces.
+ Họ phụ Saccharomyces toideae.
+ Giống Saccharamyces có tới 18 loài nhưng chỉ có một số loài hay được sử dụng sản xuất nước quả lên men cũng như rượu vang.
+ Saccharomyces cerevisiae. + Saccharomyces vini.
+ Saccharomyces oviformis. + Saccharomyces chevalieri.
3.Men bánh.
Men bánh là men nhân dân sản xuất ở các vùng có tập quán nấu rượu. Vì nguyên liệu dùng để thế rượu trong nhân dân là gạo nên môi trường nền là bột gạo kết hợp với một số vị thuốc bắc. Sau khi thế xong các khối men giống như bánh hình tròn men bánh có thể bóp vụng, rây qua để loại các tạp chất, bỏ thẳng vào nước quả rồi trộn đều. Ưu điểm cơ bản của men bánh là ở đâu cũng dùng được, chỗ nào cũng dùng được không như men ống muốn dùng phải có phòng thí nghiệm. Nếu sản suất ít thì để tự túc thì dùng những lượng men nhỏ, men bánh càng thích hợp để có thể lên men đạt kết quả người ta đã nghiên cứu các điều kiện hoạt động của men.
3. Điều kiện hoạt động của men
Là một sinh vật, men sản sinh trao đổi chất, phải có nguồn năng lượng để họat động, phải tìm thấy trong môi trường nước quả những nguyên liệu cần thiết để xây dựng bản thân mình khi lên men đường, men tạo ra một nguồn năng lượng cần thiết hoạt động theo phương trình :
Nhưng khi lên men, năng lượng sử dụng được ít, từ sự phân hủy một mol đường men chỉ sử dụng khoảng 15 kcal số năng lượng này không đủ để men sinh sản, đặc biệt trong giai đoạn lên men đầu. Khi lên men sinh sôi nẩy nở theo cấp số nhân. Vì vậy, men không chỉ lên men đường trong điều kiện không có oxy mà còn hô hấp có oxy theo phương trình :
Trường hợp này số năng lượng men có thể sử dụng được cao gấp hơn 20 lần khi lên men cùng một phân tửđường. Số lượng tế bào men có tăng, men có sinh sản mạnh thì mới có lên men đó là hai hiện tượng nhất quyết phải đi song song. Men sinh sản càng nhanh thì lên men đường càng chóng và men còn cần oxy để có thể sinh sản nhanh trong giai đoạn đầu. Ngoài ra, men còn cần nước, cần cacbon nhưng nước không bao giờ thiếu, cacbon có ngay trong đường. Do vậy, phần dưới đây xin nói tới các nhu cầu của men như oxy, nhiệt, chất khoáng, axit amin, vitamin và các chất khác.
a. Ảnh hưởng của oxy
Mặc dù lên men rượu là một quá trình yếm khí, khi cho lên men trong giai đoạn đầu cần phải cho nước quả tiếp xúc với oxy của không khí. Nếu men có thể lên men trong điều kiện thiếu oxy đó là vì trong tế bào men cồn có những chất chứa nhiều oxy.
Yêu cầu oxy cao nhất khi lên men bắt đầu, số lượng tế bào men tăng nhanh .Do đó, khi sản xuất nước cái men để cấy vào nước quả, người ta thường áp dụng các biện pháp tăng oxy cho nước cái men: lắc cơ giới cho oxy tăng nhanh vào nước ,dùng bơm bơm thêm oxy vào nước. Khi lên men với lượng nước quả lớn có khả năng thiếu oxy và lên men chậm thì người ta rút nước quả ra rồi trở lại phía trên bể lên men nhằm làm tăng oxy cho nước quả đang lên men. Tăng oxy chỉ có lợi trong giai đoạn đầu, làm quá muộn khi con men đã hoạt động yếu đi, do lượng cồn etylic tăng lên, một số các chất vi lượng bị sử dụng hết thì dù có oxy, men cũng không thể tái sinh sản mạnh, lên men cũng không nhanh thêm.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ lên men và độ cồn đạt được và nó ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của nấm men. Mỗi loài men, thậm chí mỗi dòng men thích nghi với mỗi nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ tối thích thay đổi tùy theo giai đoạn phát dục của nấm men: sinh sản, thở, lên men. Những điều kiện hoạt động khác
cũng ảnh hưởng tới việc chọn nhiệt độ thích hợp, thí dụ nếu thiếu oxy, độ đường cao thì nhiệt độ lên men càng phải thấp, nếu nhiệt độ lên men không hết đường, dừng lại nửa chừng .Vì những lí do vừa nêu rất khó xác định nhiệt độ lên men tối ưu cho mỗi loài men, cho mỗi trường hợp lên men cụ thể.
Từ nhiều thì nghiệm lên men ở nước, người ta rút ra những kết luận sau đây: - Trong giới hạn từ 15 ÷ 350C, nhiệt độ càng cao thì giai đoạn chuẩn bị từ khi cấy men đến khi những bọt CO2 đầu tiên xuất hiện càng ngắn lên men càng nhanh và kết thúc sớm. Nhưng nhiệt độ càng cao lên men càng hạn chế, độ cồn càng thấp, lượng đường còn lại trong rượu còn lại càng nhiều .
- Nhiệt độ càng cao, số lượng tế bào men trong 1 ml dịch càng giảm.Vì vậy lượng đường phân huỷđược càng ít đi.
- Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến quá trình lên men cũng tương tự nhưđộ đường cao hay sự tiếp xúc hạn chế với oxy.
- Tốt nhất là từ đầu đến cuối cho lên men ở cùng một nhiệt độ. Nhiệt độ ổn định dù ở mức khá cao 300C nhưng liên tục tốt hơn là lúc đầu ở 200C, rồi tăng lên 300C. Nơi lên men, vì vậy phải giữ nhiệt độ càng ổn định càng tốt, đêm và ngày không khác nhau nhiều.
c. Ảnh hưởng của đường ,đạm , muối khoáng và pH nước hoa quả.
Đường:
Đường là nguồn cung cấp thức ăn chính cho nấm men, trong đó đường glucose là loại đường thích hợp nhất cho các loại nấm men vì là loại đường đơn giản dễ đồng hóa. Trong dịch nước quả có đường glucose và fructose song lượng đường của chúng hấp thụ không ổn định vì vậy người ta phải bổ sung thêm đường saccarose, đường này nhanh chóng bị enzym chuyển thành đường khử ,dễđồng hóa. Tỉ lệđường càng cao thì rượu càng nhiều cồn etylic, cho nên thêm đường vào nước hoa quả là biện pháp phổ biến. Qua nhiều thí nghiệm người ta thấy khi nồng độ đường dưới 200g/l thì nấm men hoạt động bình thường, có những chủng lên men tốt ở nồng độđường cao hơn (200 -220 g/l). Song nếu hàm lượng đường quá cao thì áp suất thẩm thấu của dung dịch cũng tăng cao làm ức chế hoạt động của nấm men do
hiện tượng co nguyên sinh chất dẫn đến việc không xảy ra hoặc quá trình lên men xảy ra chậm .
Đạm :
25 – 60% khối lượng khô của men là những chất có đạm vì vậy trong nước hoa quả phải có đủ đạm để men sinh sản nhanh và cường độ lên men tăng theo. Thường trong nước hoa quả có đủ đạm để cung cấp cho nhu cầu của men song cũng có trường hợp không đủ do một nguyên nhân nào đó như: sâu bệnh, hạn hán, tỉ lệ đạm thấp thì phải thêm đạm. Đối với chủng Saccharomyces, nguồn nitơ là muối amoni là thích hợp nhất vì men đồng hóa các dạng muối này. Nên cho thêm trước khi lên men, vì nếu cho muộn men không có khả năng đồng hóa đạm.
Từ muối amoni, men có thể tự tổng hợp được tất cả axit amin và protein cần thiết cho mình, nhưng nếu cho thêm axit amin là dưới dạng hỗn hợp nhiều loại thì tác dụng hỗn hợp nhiều loại thì tác dụng kích thích rất rõ.
Khả năng tổng hợp axit amin của men lớn, do đó cho thêm tương đối nhiều muối amoni thì hàm lượng đạm trong men tăng lên, khi men chết men tự hủy, axit amin hòa tan trong sản phẩm có thể tăng đạm tổng số cả sản phẩm lên tới ba, bốn lần .
Muối khoáng:
Muối khoáng cần thiết cho men để cấu thành các tổ chức của mình, cũng cần để cấu thành các enzym là tác nhân gây ra các phản ứng sinh hóa trong nước lên men. Dưới đây là các khoáng chất chính của men rượu tính theo phần trăm khối lượng tro.
Bảng 1.2. Các khoáng chất chính của men rượu
STT Thành phần Hàm lượng 1 H2O 23 – 48% 2 Na2O 0.06 – 2,2% 3 CaO 1,0 – 4,5% 4 MgO 3,7 – 8,5% 5 Fe2O3 0,06 – 7,3% 6 P2O5 5 – 59% 7 SO3 0,4 – 6,3% 8 SiO2 0 – 1,8% 9 Cl 0,03 – 1,0%
Ngoài ra còn một lượng nhỏ các chất Al, Br, Cr, Cu, Pb, Au, Te, Sn, Zn, Sr…tất cả các muối khoáng chiếm 5 -10% khối lượng khô của men.
Độ pH:
Các chủng nấm men trong quá trình sinh sản và phát triển chịu ảnh hưởng lớn của pH môi trường. Men chỉ hoạt động trong những giới hạn pH nhất định. Thực ra pH tối thích đối với Saccharomyces là 4 ÷ 6. Độ pH nước hoa quả từ 2,8 ÷ 3,8 không phải là tối thích, nhưng men vẫn hoạt động tốt còn khuẩn thì ức chế. Do đo, khi dùng nước quả độ pH 3,0 ÷ 3,5 không cản trở hoạt động của men nhưng nếu vì những điều kiện khác không thuận lợi như thiếu oxy, nhiệt quá cao men ngừng hoạt động thì nước quả lên men cũng không bị khuẩn làm hỏng.
Chất kích thích men
Cũng như các sinh vật cao cấp men cần một số chất kích thích, trước hết là vitamin để sản sinh và hoạt động. Một số loại men có thể tổng hợp được những vitamin nhất định, lấy nguyên liệu từ các chất hữu cơ trong nước hoa quả. Những vitamin khác men không tự tổng hợp được nếu không có sẵn trong nước quả.
Ngoài hoạt động của men và khuẩn, lượng vitamin còn bị nhiều yếu tố khác ảnh hưởng như: ánh sáng, lọc, xử lý nhiệt