1.4.3. Ứng dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzym [17]
Enzym tanase được tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm và nước giải khát. Hiện tại, hầu hết các ứng dụng thương mại của enzym tanase là sản xuất chè hịa tan, nơi nó được sử dụng để loại bỏ các chất hòa tan trong nước, rượu vang, bia và cà phê có hương vị nước ngọt.
được sử dụng như chất nền để tổng hợp hóa học pyrogallol hoặc estate gallat, dùng làm chất bảo quản. Axit gallic cũng được sử dụng trong tổng hợp enzym của gallit propyl, chủ yếu được sử dụng như chất chống oxy hóa trong chất béo và dầu cũng như trong đồ uống.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzym:
Ảnh hưởng của nhiệt độ: nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt tính enzym. Do bản chất hóa học của enzym là protein nên khơng bền ởnhiệt độ cao bị mất hoạt tính ở nhiệt độ lớn hơn 70oC. Ở nhiệt độ thấp, enzym khơng bị mất hoạt tính mà chỉ giảm hoạt tính, khi nâng nhiệt độ trở lại nhiệt độ tối ưu thì enzym lại hoạt động bình thường. Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên
10oC thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần cho đến 50oC enzym bị giảm hoạt tính. Ảnh hưởng của pH: Hoạt tính của enzym phụ thuộc chặt chẽ vào pH của môi trường. Phần lớn các enzym hoạt động khoảng pH= 4-9, trong đó trị số pH
mà tại đó enzym hoạt động mạnh nhất được gọi là pH tối ưu. Các enzym khác nhau thường có pH tối thích khơng giống nhau, nó thay đổi tùy theo bản chất hóa học, nồng độ cơ chất, nhiệt độ phản ứng và tính chất dung dịch đệm.
Ngồi ra hoạt tính xúc tác của enzym cịn phụ thuộc vào sự có mặt của các chất trong mơi trường: chất hoạt hóa, chất kìm hãm và thời gian…
1.5. GELATIN
1.5.1. Định nghĩa
Gelatin là một protein được tạo bởi sự liên của hai hay nhiều axit amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng đây là hỗn hợp dị thể của các sợi polypeptit sợi đơn và sợi đa. Mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa từ 300-
400 amino axit, hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15.000- 250.000 đvc [19].
1.5.2. Tính chất
Hoạt tính của gelatin phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến. Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, không mùi, không vị, cứng, giịn, màu vàng rất nhạt đến hổ phách, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4.
Tính chất gel-độ bền gel: đây là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông, khả năng tạo gel được đặc trưng bằng độ Bloom. Độ Bloom là khối lượng tính bằng gram cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 14,7 mm để khối gel lún xuống 4 mm. Khối lượng gel có hàm lượng gelatin 6,67%, được giữ ở 10oC trong 16-18 giờ.
Độ nhớt tỉ lệ nghịch với nhiệt độ và tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch. Dưới 25oC, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ quá thấp). Trong khoảng 25-29oC, dung dịch vừa tồn tại ở dạng gel vừa tồn tại ở dạng dịch nhớt hoặc ở dạng chất lỏng. Tại 40oC, ở trạng thái này mạng lưới gelatin liên kết tối đa với các polyphenol và tạo hợp chất ngưng tụ. Trên 40oC, các phân tử gelatin trở nên rời rạc, do mạng lưới rời rạc này nên khả năng ngưng tụ của gelatin với các hợp chất polyphenol bị giảm, nếu có tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng vẫn khơng liên kết với nhau [19].
Tính lưỡng tính: Gelatin tồn tại trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực có khả năng hoạt động như một axit hay một bazơ.
Điểm đẳng điện: phân tử gelatin tích điện trong dung dịch kiềm hay axit, chúng sẽ di chuyển trong điện trường. Ở pH mà khơng có sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện, tại pH này dung dịch gelatin kém bền nhất và dễ kết tủa.
Theo nghiên cứu trên 2 loại gelatin (A và B), điểm đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH 8-9 và phụ thuộc vào thời gian xử lý. Gelatin loại
B có điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm với nước vôi và giá trị này sẽ được giảm dần xuống 4,8 nếu thời gian ngâm kéo dài hơn 4 tuần. Ngoài ra, điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch. Điểm đẳng điện có thể xác định ở giá trị pH mà tại đó gelatin có độ kết tủa cực đại [19].
1.5.3. Liên kết hóa học giữa gelatin và tanin
Các tương tác giữa tanin và gelatin là đặc tính phụ thuộc vào cấu tạo của cả hai chất đó. Tương tác này thường dựa trên liên kết hydro, các nhóm phenolic của tanin đóng vai trị là chất cho hydro, tạo liên kết hydro mạnh mẽ với các nhóm carboxyl của gelatin.
Để tạo liên kết mạnh với gelatin, tanin phải đủ nhỏ để xâm nhập vào phân tử gelatin và độ dài mạch phải đủ lớn để liên kết với chuỗi peptit tại nhiều điểm.
Sự liên kết và tạo phản ứng kết tủa của phức chất tanin-gelatin này đạt cực đại tại giá trị pH gần nhất với điểm đẳng điện của gelatin. Khi dung dịch có độ pH cao sự liên kết khơng hình thành do ở các nhóm phenolic hydroxyl bị ion hóa và các protein có điện tích âm thể hiện tính đẩy [19].
1.6. RƯỢU VANG
1.6.1. Giới thiệu chung về rượu vang
Rượu vang là loại thức uống có cồn được lên men từ dịch ép nho hay dịch ép của các loại hoa quả khác nhờ hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật, có độ cồn thường dao động từ 8,5-17% (v/v) [20].
Rượu vang có lịch sử lâu đời ở các nước phương Tây, theo các minh chứng khảo cổ cho thấy trong các nghi lễ cổ xưa của các nước Ai Cập, Hy Lạp, La Mã thì sự có mặt của rượu vang đóng vai trị rất quan trọng. Sản xuất rượu vang dần dần được phát triển và đã được sử dụng phổ biến từ thế kỷ XV. Uống rượu vang mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe vì trong thành phần chứa giàu dinh dưỡng, mùi vị thơm ngon, làm kích thích vị giác…[21].
Các cơng trình nghiên cứu về lợi ích của rượu vang gần đây nhất cho thấy uống rượu vang giúp giảm bớt nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch, huyết áp, đồng thời làm giảm mỡ máu, giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường tuýp 2 hơn là dùng bia và rượu. Khi uống một (hoặc vài) ly rượu vang trong một ngày sẽ giảm tới 50% nguy cơ mắc bệnh tai biến mạch máu não hay đột quỵ. Phụ nữ
ởđộ tuổi 20 trở lên nếu uống một (hoặc vài) ly rượu vang mỗi ngày thì bộ óc ít bị nguy cơ suy thối hơn so với những người không uống…[21].
1.6.2. Phân loại rượu vang [22]
Rượu vang là loại thức uống cực kì phong phú về nguồn gốc, tên gọi và cách thưởng thức, do đó cách phân loại rượu vang cũng trở nên đa dạng. Một vài cách phân loại rượu vang cơ bản như:
Phân loại theo lượng CO2: Theo Bùi Ái (2003), về mặt công nghệ, sản phẩm rượu vang được chia thành hai nhóm lớn: nhóm rượu vang có gas và nhóm rượu vang khơng có gas.
tạo ra. Để giữ được gas (CO2) thường thực hiện quá trình lên men phụ trong các chai, thùng hoặc hệ thống thùng kín và tùy thuộc vào điều kiện lên men (nhiệt độ, thời gian) sẽ cho ra các loại rượu với mức độ chất lượng khác nhau. Rượu vang có gas nhân tạo do nạp khí CO2 vào sản phẩm, có thể tạo ra nhiều loại rượu vang khác nhau theo thị hiếu hoặc theo yêu cầu của thị trường tiêu dùng.
+ Nhóm rượu vang khơng có gas: Rượu vang phổ thơng được lên men tự nhiên, khơng bổ sung cồn etylic trong q trình cơng nghệ. Nhóm rượu vang cao độ là những loại rượu vang có hàm lượng etanol cao hơn so với nhóm vang phổ thơng. Có thể dùng cồn tinh luyện để nâng cao hàm lượng etanol trong q trình cơng nghệ.
Phân loại theo màu:
+ Vang trắng: là các loại vang có màu trắng, gần như trong suốt.
+ Vang hồng: màu hồng nhẹ, làm từ nho giống vang đỏ nhưng tùy loại mà có màu sắc khác nhau.
+Vang đỏ: rượu có màu đỏ, thường gặp các giống nho có màu vỏ sậm. Phân loại theo nồng độ cồn trong rượu vang:
+ Nồng độ cồn thấp: dưới 10% v/v.
+ Nồng độ cồn trung bình thấp: từ 10,5-11,5% v/v. + Nồng độ cồn trung bình cao: từ 11,5-14% v/v. + Nồng độ cồn cao: trên 14% v/v.
+ Khai vị bán ngọt: Với etanol từ 14 -16% v/v và đường từ 5-12%. + Khai vị ngọt: Với etanol từ 15-17% v/v, đường từ 14-20%. + Khai vị rất ngọt: Với etanol từ 12-17% v/v, đường từ 21-35%.
Trong phạm của vi đề tài, mục tiêu là nghiên cứu chế biến rượu vang điều khơng có gas thuộc nhóm vang phổ thơng, có độ cồn trung bình cao khoảng 11-14% v/v, mong muốn giữ được màu vàng nhạt của nguyên liệu.
1.6.3. Tình hình sản xuất rượu vang
1.6.3.1. Trên thế giới [23]
Theo báo cáo của Ủy ban châu Âu (EC) cuối năm 2017, sản lượng nho trên toàn lục địa này vào mùa vụ 2016-2017 giảm xuống mức thấp kỷ lục trong
36 năm qua, tác động nặng nề tới ngành sản xuất rượu vang của lục địa già. Nguyên nhân là do hiện tượng thời tiết khắc nghiệt như mưa đá, sương giá xuất hiện muộn vào mùa xn cùng với thời tiết khơ nóng của mùa hè khiến các vườn nho tại nhiều khu vực bị hư hại. Thế nhưng ở năm 2018 có nhiều khởi sắc, theo tổ chức rượu vang và rượu quốc tế (OIV) ước tính sản lượng rượu vang trên toàn cầu đạt 279 triệu hectoliter (1 hectoliter tương đương 100 lít), mức cao nhất kể từ năm 2000.
Trong đó, ở Italy thu hoạch nho trong niên vụ 2018 tăng 15% so với niên vụ năm trước, giúp Italy trở thành nước sản xuất rượu vang lớn nhất thế giới. Hiện nay ngành công nghiệp sản xuất rượu vang của nước Italy có 310.000 cơng ty và hơn 46,000 nhà sản xuất rượu vang.
Tiếp theo là Pháp với tổng sản xuất năm 2018 đạt 46,4 triệu hectoliter
(4,64 tỷ lít), trong đó rượu vang được làm từ nho hữu cơ đang ngày càng hấp dẫn người tiêu dùng. Theo nhóm phân tích thị trường đồ uống của Anh (IWSR) thì doanh thu rượu vang Pháp được làm từ nho hữu cơ sẽ tăng lên 17,3 triệu thùng vào năm 2022, so với mức chỉ 4,6 triệu thùng năm 2012. Các vườn nho trồng bằng phương pháp hữu cơ có giá thành sản phẩm là 6,14 euro/chai (7 USD/chai), cao hơn 33% so với các loại rượu truyền thống với giá 4,62 euro/chai (5,24 USD/chai). IWSR dự báo thu nhập từ rượu vang hữu cơ tại Pháp sẽ sớm vượt mức 1 tỷ euro/năm (1,14 tỷ USD), viễn cảnh này cho thấy mức độ ưa chuộng ngày càng tăng đối với các sản phẩm hữu cơ trên toàn cầu.
Bên cạnh hai nhà sản xuất rượu vang hàng đầu, các nhà sản xuất ở các nước khác cũng góp phần xây dựng nền công nghiệp rượu vang như: Chi-lê, Mê-xi- cô, Mỹ và Úc…
1.6.3.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam ngành sản xuất rượu vang mới thực sự bắt đầu vào những năm 80 của thế kỷ XX và được đánh dấu bằng nhãn hiệu vang “Thăng Long”
trên thị trường nội địa với sản phẩm chủ yếu là vang ngọt từ nguyên liệu nho, vải, dứa, mơ… Khoảng cuối năm 1999, một loại vang đỏ được lên men theo công nghệ Pháp đã xuất hiện ở thị trường nội điạ, tạo tiếng vang mạnh với giá thành phù hợp và đạt tiêu chuẩn Châu Âu với thương hiệu “Vang Đà Lạt”. Tên thương hiệu được ghép từ chữ “Vang” trong từ rượu vang và tên một thành phố du lịch nổi tiếng của Việt Nam. Sau đó số lượng các nhà máy sản xuất rượu vang tăng lên, các chủng loại rượu vang đa dạng hơn nhưng chất lượng vẫn còn thấp chưa cạnh tranh được với rượu vang nhập ngoại.
Theo thống kê năm 2015, ở nước ta có hơn 15 doanh nghiệp sản xuất và “đóng chai” rượu vang với sản lượng 12-13 triệu lít/năm. Sản lượng đang dần tăng trong 5 năm tới, trong đó cơng ty cổ phần vang Thăng Long sản xuất 10 triệu lít. Ngồi ra cịn có các cơng ty cổ phần thực phẩm Lâm Đồng (Vang Đà Lạt), công ty Anh Đào (Vang Anh Đào)… sản xuất các loại vang đỏ, vang trắng và vang chát [21].
1.6.4. Cơ chế lên men rượu vang
Trong quá trình lên men rượu dưới tác dụng của các chất xúc tác sinh học cung cấp năng lượng giúp cho tế bào vi sinh vật sinh trưởng và trao đổi chất tạo các sản phẩm. Thơng thường có nhiều sản phẩm được tạo ra nhưng chủ yếu có 4 loại chính đó là etanol, aldehyde, axit và ester được tạo thành với 2 hình thức lên men chính là lên men hiếu khí và kỵ khí [24]. Q trình lên men kỵ khí, cơ chất (chủ yếu là đường) trải qua chuỗi các phản ứng rất phức tạp để chuyển hóa thành etanol dưới tác dụng của nấm men [22].
Các giai đoạn chuyển hóa đường thành rượu [25]:
+ Mục đích: để chuyển hóa đường thành rượu theo phương trình tổng quát sau: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 27 Kcal.
+ Giai đoạn 1 (giai đoạn đường phân): Qua một loạt chuỗi phản ứng phức tạp với sự tham gia của hệ thống nhiều enzym, một phân tử glucose ban đầu sẽ chuyển hóa thành hai phân tử axit pyruvic theo chu trình đường phân Embden-Meyerhof-Parnas.
+Giai đoạn 2 (Axit pyruvic bị decacboxyl hóa): Axit pyruvic dưới tác dụng của enzym pyruvat decacboxylaza sẽ bị khử thành acetaldehyd và CO2.
+Giai đoạn 3: Acetaldehyd tiếp tục nhận H2 từ NAD-H2 tạo thành etanol dưới tác dụng của enzym alcoldehydrogenaza của nấm men.
1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
1.6.5.1. Nấm men
Nấm men sử dụng trong sản xuất rượu vang phải có khả năng lên men nhanh, không sinh ra các chất độc, chịu được độ cồn cao và có khả năng sinh tổng hợp nhiều hợp chất hương đặc trưng. Loài Saccharomyces được sử dụng phổ biến nhất [26] với các chủng thường gặp như:
Saccharomyces cerevisiae: Là loại nấm men được sử dụng phổ biến trong lên men bia rượu (hình 1.11). Tế bào có dạng hình ovan hay elip, kích thước (5-6)*(10-14) micromet, sinh sản bằng hình thức nảy chồi và sinh bào tử. Điểm nổi bật ở chủng nấm men này là chúng sử dụng được đường saccarose nhờ enzym invertase tạo thành đường nghịch đảo. Tế bào nấm men chứa nhiều vitamin (đặc biệt là B1 và B6), có khả năng chịu nhiệt cao, lên men mạnh, kết lắng nhanh làm trong rượu, tạo ra các sản phẩm thứ cấp và tạo mùi vị đặc trưng cho rượu vang [27].
Saccharomyces oviformis: Hình dạng và các yếu tố sinh trưởng giống ở
nấm men Saccharomyces cerevisiae (hình 1.12). Tuy nhiên, điểm khác là
Saccharomyces oviformis có khả năng lên men được dịch quả có hàm lượng đường cao và lên men cạn kiệt đường, hình thức lên men nổi tạo thành màng trên bề mặt dịch lên men [22].
Saccharomyces uvarum: Là một loại nấm men có ở các loại trái cây tự nhiên, khả năng sinh bào tử khá mạnh trong môi trường thạch malt. Về hình thái chúng khơng khác với các lồi khác (hình 1.13), lên men chìm và có thể tạo ra độ cồn 12-13% (v/v) [28].
Yêu cầu đối với giống nấm men dùng để sản xuất rượu vang: + Có khả năng lên men cao, tạo rượu vang có hương vị thơm ngon. + Sử dụng đường gần như hoàn toàn.
+ Kết lắng tốt, làm trong dịch rượu nhanh.
1.6.5.2. Ảnh hưởng của pH [29]
Nồng độ ion H+ trong mơi trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men. Chúng có khả năng làm thay đổi điện tích các chất tham gia cấu tạo màng tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của q trình lên men. Khi đó pH của mơi trường lên men