Nhiệt độ:
Nhiệt độ tối ưu cho nấm men Saccharomyces cerevisiae là 28 – 32oC. Nếu nhiệt độ quá thấp vi sinh vật hoạt động kém. Nhiệt độ quá cao, sẽ kích thích những vi sinh vật khác phát triển đặc biệt là vi khuẩn lactic, đồng thời sinh ra những sản phẩm phụ như aldehide, este, giảm hiệu suất sản sinh ethanol.
Nhiệt độ lên men cao khoảng 30 – 35oC tốc độ lên men nhanh và kết thúc sớm, nhưng đường vẫn chưa sử dụng hết. Điều này rất nguy hiểm vì đường sót sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic hoạt động làm chua dịch.
Nhiệt độ lên men cao dẫn đến việc tích tụ nhiều sản phẩm thứ cấp, rượu bậc cao, acetaldehyde. Nhiệt độ lên men tăng từ 10 – 25oC kéo yheo hàm lượng acetaldehyde tăng từ 1,25 – 21,5mg/l. Lên men rượu thích hợp nhất là nhiệt độ 10 - 30oC
Giữa nhiệt độ và oxi lien quan chặt chẽ với nhau. Nấm men thường sinh trưởng manh trong thời gian đầu, trong thời gian này có một lượng oxi hòa tan và nhiệt độ thích hợp là 25 – 30oC.
Ở vùng nhiệt đới khí hậu nóng, nhất là vào mùa hè, để đảm bảo chất lượng rượu luôn ổn định tốt nhất ta nên chọn chủng giống có khả năng chịu nhiệt tốt, lên men ở nhiệt độ cao 36 – 38oC mà khả năng lên men không đổi.
pH:
pH tối ưu là 3,5 -3,8. Nếu pH quá cao thì sản phẩm độ chua thấp, vi sinh vật khác dễ phát triển. Dịch trái cây pH khá thấp đối với dâu tằm khoảng pH thích hợp
Chương 2: Tổng quan
để lên men. Đối với men rượu thì những chủng men vang chịu được độ axit cao hơn.
Trong quá trình lên men pH giảm rồi lại tăng lên. Nguyên nhân là do sự tạo thành CO2 và axit hữu cơ.
Nồng độ cơ chất:
Nồng độ cơ chất chính là đường, nồng độ quá cao ức chế nấm men, quá thấp không đủ cho hoạt động lên men, vi sinh vật tạp, vi khuẩn lactic phát triển. Trong môi trường có 4 nhóm thành phần chính là: nguồn cacbon (đường), nguồn nitơ, chất khoáng, chất sinh trưởng vitamin, peptit, axit amin, …
Nồng độ đường thích hợp là 16 %– 18% tổng chất khô trong dung dịch. Tùy theo hàm lượng đường có sẳn mà ta tính toán lượng đường bổ sung, sao cho mỗi mẻ lượng đường đồng nhất. Cần lưu ý lượng đường chưa được sử dụng trong dịch quả vì nó sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic phát triển.
Nồng độ oxy:
Lên men rượu là quá trình lên men yếm khí, tuy nhiên Saccharomyces cerevisiae là loài kỵ khí tùy nghi. Trong điều kiện hiếu khí, tăng sinh khối, kỵ khí lên men rượu. Thế nên, trong giai đoạn đầu của quá trình lên men cần để nấm men tiếp xúc với không khí, thực hiện quá trình tăng sinh. Để quá trình lên men rượu xảy ra, cần điều kiện yếm khí nghiêm ngặt vì trong điều kiện này, hoạt động hô hấp ngừng lại, hoạt động lên men diễn ra, sinh ra năng lượng. Trong quá trình này không được để oxy lẫn vào vì oxy sẽ oxy hóa rượu thành acid acetic. Nhưng sản phẩm quá trình lên men ngoài rượu còn có CO2, nên cần tạo điều kiện lên men sao cho, O2 không thể vào, CO2 không thể ra.
Vì thế khi lên men rượu vang trong thùng gỗ sồi, hoặc trong thiết bị hác người ta chỉ dể môi trường chiếm 2/3 thiết bị hoặc tạo mặt nghiêng (mặt nón) để có khoảng không cho CO2 thoát lên.
Trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt nấm men không sinh sản. Nhưng qua thực nghiệm cho thấy, nấm men sinh trưởng trong điều kiện hiếu khí rồi đưa vào điều kiện kỵ khí, qua 4 – 5 thế hệ chúng sẽ tổng hợp hệ enzyme hô hấp trong điều kiện kỵ khí và sinh sản.
Chương 2: Tổng quan
Ở đây cần biết rằng, nấm men nuôi ở nhiệt độ cao, khả năng hòa tan oxi tốt hơn ở nhiệt độ thấp. Nếu lên men ở nhiệt độ thấp, ban đầu ta có thể sục oxi và khuấy để oxi hòa tan tốt hơn, thực hiện quá trình tăng sinh. Mật độ tế bào càng cao thì thời gian lên men sẽ được rút ngắn, nồng độ O2 là 2,6 – 5,2 mg/l thì mật độ nấm men là 30 – 90 triệu /ml. Khi tăng lượng oxi lên 17mg/l thì tế bào lên dến 174triệu/ml, thời gian lên men lại được rút ngắn và acetaldehyde, rượu bậc cao, axit bay hơi, aceton, … cũng tăng lên. Do đó phải tính toán lượng khí đưa vào cho phù hợp.
Nồng độ CO2:
Dưới áp suất CO2 sinh trưởng nấm men không bị ảnh hưởng. Nếu loại CO2 bằng nitơ, hoặc không khí thì quá trình lên men được rút ngắn thời gian, nhưng nếu rút dần CO2 bằng bơm chân không thì lên men có mạnh hơn nhưng không nhiều.
CO2 là một sản phẩm trao đổi nhưng nó cũng có khả năng kìm hãm sinh sản của nấm men. Đồng thời CO2 có tác dụng bảo quản dịch quả, rượu vang trắng, vang đỏ, …
Rượu etylic:
Rượu etylic tích tụ trong môi trường ở giai đoạn tăng sinh, rượu tích tụ ngày càng nhiều, làm nấm men sinh trưởng chậm, đến nồng độ nào đó làm giảm hoạt tính nấm men.
Các lọai rượu khác nhau có tác dụng sát khuẩn và ức chế nấm men khác nhau. Khả năng chịu được nồng độ rượu cao do các chủng nấm men không giống nhau, dựa vào khả năng trao đổi chất của tế bào. Một chủng có khả năng sinh cồn cao nghĩa là chịu được cồn cao.
Những sản phẩm thứ cấp khác:
Glycerin đượctạo thành trong quá trình lên men do acetaldehyde lien kết với bisulfitnatri. Glycerin được tạo thành mạnh mẽ từ khi bắt đầu lên men. Nhờ vị ngọt và sánh như dầu glycerin đóng vai trò nhất định trong việc điều vị.
Các axít bay hơi thường thấy là: axit acetic, axit propionic, acit butyric, …Các axit bay hơi được tích tụ chủ yếu trong giai đoạn dầu quá trình lên men, nhưng gần cuối giảm ( do nấm men sử dụng).Axit lactic là thường xuyên có mặt khoảng 5%.
Chương 2: Tổng quan
Axit sucxinic khoảng 0,1 – 0,4%. Axit malic có trong nước quả khoảng 3 – 4,5g/l, axit này có trong vang gây vị chua gắt.
Các este là những hợp chất quan trọng trong việc tạo hương, trong đó etylacetate là nhiều nhất, nó có mùi hoa quả tự nhiên. Sự tạo thành những este không đồng nhất, và phức tạp tùy thuộc vào giống loài.
Các rượu bậc cao được tạo thành bằng khử hoặc chuyển amin của các axit amin, tiếp đó là khử cacboxyl của cetoacid và khử aldehyde trong quá trình lên men. Các rượu bậc cao thường thấy là methanol, propanol, izopropanol, butanol, hexanol, ... Đặc biệt các rượu mạch vòng như β-phenyletylic, triptofol,tiozol, …có tác dụng làm cho hương vị vang êm dịu
Ngoài ra còn có các sản phẩm khác như lipid, aceton, diacetyl, H2S, …
Hệ vi sinh vật tạp nhiễm trong quá trình lên men:
Các nguồn tạp nhiễm chính là: từ giống men gốc do nhân giống ( loại tạp nhiễm này khá nguy hiểm vì giống sản xuất bị nhiễm làm toàn bộ quá trình lên men bị nhiễm), từ nguyên liệu loại này có thể xử lý được, từ nước, từ không khí loại này do quá trình vệ sinh, hoặc thiết bị, nhiễm loại này gây tác hại trên diện rộng.
Vi sinh vật tạp nhiễm có thể có hại hoặc vô hại. Trong số này vi khuẩn gây tác hại cho nấm men là nhiều nhất. Chúng làm thay đổi mùi vị của dịch lên men, làm giảm độ bền và làm xấu màu, hương vị của sản phẩm. Nhiễm nhẹ thì làm hiệu suất lên men giảm.
Thành phần vi sinh vật tạp nhiễm thay đổi trong quá trình sản xuất.
Nhóm vi khuẩn:
Vi khuẩn Lactic: Lactobacillus, là trực khuẩn làm chua dịch đường, sử dụng đường trước khi nấm men sử dụng, loại này rất phổ biến và dễ nhiễm.
Pediococcus, cầu khuẩn vi hiếu khí, cần CO2 trong quá trình phát triển, thường gặp là Pediococcus cerevisiae trong sản xuất rượu trái cây (vang), vì điều kiện sống gần giống với nấm men nên dễ nhiễm vào gây đục, cặn, vị chua, tuy nhiên không sống được trong môi trường 8% độ cồn.
Vi khuẩn Acetic: chủng này không yêu cầu nhiều về dinh dưỡng, chúng có khả năng phát triển khi có mặt nitơ ở dạng axit amin ( glutamine, prolin, aspartate).
Chương 2: Tổng quan
Cúng sử dụng rượu etylic và đường tạo axit acetic, CO2 , và nước. Tuy nhiên chủng này là vi khuẩn hiếu khí, nên không phát triển được trong lên men kỵ khí, mà có thể sống trong điều kiện hiếu khí lúc đầu. Không phát triển ở 6% độ cồn.
Vi khuẩn đường ruột: E.coli, không phát triển trong giai đoạn lên men, thậm chí giảm số lượng vì pH thấp. Nhưng trong giai đoạn lên men phụ và tàng trữ pH cao hơn chúng có thể phát triển gây đục sản phẩmvà làm chua sản phẩm.
Flavobacterium trực khuẩn, kỵ khí tùy nghi, sống ở pH 5, và nhiệt độ 30 – 35oC, có khả năng sử dụng glucose và fructose trong dịch quả. Trong dịch lên men bị nhiễm Flavobacterium bị đục có mùi H2S nhẹ và mùi táo, pH giảm 4,4 – 4,5. Ờ pH 2 hoặc thấp hơn không thể phát triển và kết lắng
Nhóm nấm men:
Monilia có khả năng lên men dịch đường có thể bị nhiễm từ vỏ quả, thùng chứa. Phát triển trong vang sẽ gây ra mùi chuột.
Schizosaccharomyces xuất hiện trong dịch lên men tạo được 12% độ cồn, có khả năng thủy phân hoàn toàn axit malic thành CO2 và nước, làm giảm độ chua khà mạnh. Có thể nhiễm từ vỏ quả, thùng chứa.
Nhóm nấm mốc:
Penicillium yêu cầu dinh dưỡng ở mức tối thiểu nhưng độ ẩm và khoảng nhiệt độ rộng, có khả năng phát triển ở kho lạnh 0oC
Aspergillus rất phổ biến trong tự nhiên, rất giàu các enzyme thủy phân ngoại bào ( amylase, pectinase, lipase,…). Thường gặp trên nguyên liệu, thùng chứa, kho, …Chúng và hình thành lớp mốc đỏ.
Mucor có khả năng lên men yếu, tranh giành cơ chất với nấm men nuôi cấy. Chúng phát triển khá manh trong diều kiện có oxi. Hệ sợi ban đầu màu trắng, sau ngả sang màu đen.
Sphaerulina thường thấy trên than lá quả, thùng chứa, dụng cụ, sàn kho, … Nấm có hệ sợi màu đen trong điều kiện thuận lợi.
Nhìn chung, nếu là tạp nhiễm nấm mốc ít nguy hiểm hơn vi khuẩn và men dại. Song nếu bị nhiễm mốc sẽ gây mùi rất khó chịu khó khắc phục.