1. KHÁI NIỆM VỀ SẢN XUẤT RƯỢU VANG [8]
1.2.2 Sự tạo thành cỏc sản phẩm phụ
Khi lờn men rượu vang, ngoài cỏc sản phẩm chớnh là rượu etylic và CO2 cũn cú nhiều sản phẩm phụ khỏc như: Cỏc axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehyt…Tỷ lệ cỏc
sản phẩm này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chủng nấm men, điều kiện mụi trường lờn men, tỉ lệ giống….trong đú chủng nấm men đúng vai trũ rất quan trọng. Theo nhà bỏc học Dupin khi lờn men 180g đường tạo thành 83,6g CO2 và 87,4g C2H5OH, 0,4g dầu fusel, 6g glyxerin, 0,3g axit lactic và 0,1g axetaldehyt. Ngoài ra trong quỏ trỡnh lờn men rượu vang cũn xuất hiện một số sản phẩm khỏc như axit axetic, axit pyruvic, axeton, rượu bậc cao, este, aldehyt… Cỏc chất này cú vai trũ quan trọng trong việc tạo hương thơm và vị cho rượu vang
Bằng phương phỏp sắc kớ người ta đó phỏt hiện ra hơn 50 chất khỏc nhau nhưng phần lớn được xếp vào 4 nhúm chớnh: axit, aldehyt, este, rượu bậc cao. Mặc dự cỏc nhà khoa học đó dày cụng tỡm kiếm nhưng vẫn cú nhiều cơ chế để tạo thành sản phẩm bờn trong nấm men rượu cũn chưa được giải thớch rừ ràng. Về mặt lý thuyết cỏc axetaldehyt sẽ chuyển thành rượu ethanol nhưng thực tế khụng phải hoàn toàn là như vậy mà axetaldehyt vẫn cũn một phần tham gia vào quỏ trỡnh chuyển hoỏ để tạo ra sản phẩm bậc hai. Những sản phẩm này ớt gõy hại cho nấm men hơn là cỏc axetaldehyt, mặt khỏc chỳng lại quyết định đến hương vị của rượu vang.
Bỏo cỏo khoa học cho thấy cỏc chủng nấm men khỏc nhau sẽ tạo ra cỏc sản phẩm phụ khỏc nhau với số lượng khỏc nhau. Sự khỏc biệt về số lượng và thành phần cỏc sản phẩm này được dễ dàng nhận ra khi đỏnh giỏ cảm quan.
Sự tạo thành este
Este là nhúm chất thơm quan trọng được hỡnh thành bởi tế bào nấm men trong quỏ trỡnh lờn men. Một vài nghiờn cứu đó chỉ ra rằng chất lượng của rượu vang cú thể phụ thuộc vào sự hiện diện của chỳng.
Cỏc chất thuộc nhúm este thường là những chất thơm bay hơi mạnh, chiếm một tỉ lệ tương đối lớn trong tổng cỏc chất thơm của rượu vang do đú đúng vai trũ quan trọng trong việc tạo hương thơm trong rượu vang. Cỏc este quan trọng cú tỏc dụng trong cảm quan là: ethyl axetat, isoamyl axetat (cú mựi chuối), isobutyl axetat, 2-phenylethyl axetat (mựi hoa hồng) và ethyl caproat (hương hoa quả).
Quỏ trỡnh tạo este cú thể xảy ra theo phương phỏp hoỏ học tuy nhiờn phần lớn cỏc este tạo thành do phương phỏp hoỏ sinh thường liờn kết giữa rượu và cỏc axit
hữu cơ đó được hoạt hoỏ. Theo Nordstrom cỏc este phức tạp cú thể tạo thành Axetyl-CoA tỏc dụng với rượu. Enzym alcohol-axetyl transferaza xỳc tỏc phản ứng này.
R-CO-SCoA + R’-OH → R-CO-OR’ + CoASH
Vận tốc tạo thành este phụ thuộc vào tớnh chất và hàm lượng của aldehyt, rượu và axit cú trong dung dịch lờn men. Thành phần este và hàm lượng este phụ thuộc phần lớn vào chủng loại nấm men. Theo Peunaud, Pichia và Hansenula tạo ra một lượng lớn ethyl axetate, trỏi lại Saccharomyces, Torulapora và Kloechera tạo ra một lượng nhỏ este này. Tuy nhiờn trong điều kiện yếm khớ và cú nồng độ ethanol cao thỡ Hansenula và Canđia cú thể tạo ra lượng este này cao hơn 100 lần so với bỡnh thường.
Trong tổng số cỏc este cú trong rượu thỡ hai este ethyl axetat và isoamyl axetat là hai este quan trọng nhất. Ethyl axetat là một este cú hàm lượng cao nhất trong rượu và cú ảnh hưởng lớn tới chất lượng cảm quan của rượu. Theo Ribộreau-Gayon, thành phần này cú thể ảnh hưởng tốt tới hương rượu ở nồng độ dưới 80g/l. Riờng đối với rượu vang trắng isoamyl axetat là este quan trọng nhất trong tạo hương cho rượu. Ethyl axetat cú ngưỡng cảm nhận là 8-70 (mg/l), cũn isoamyl axetat cú ngưỡng cảm nhận là 0,4-6 (mg/l).
Sự tổng hợp este axetat do S.cerevisiae trong quỏ trỡnh lờn men rượu vang đó được nghiờn cứu rộng rói và được quy cho hoạt động ớt nhất ba enzyme axetyltransferaza cụ thể là alcohol transferase, ethanol axetyltransferaza và isoamyl alcohol axetyltransferaza.
Sự tạo thành axit hữu cơ.
Trong quỏ trỡnh lờn men rượu luụn cú sự tạo thành axit hữu cơ gồm cú axit axetic, axit lactic, axit succinic, axit pyruvic…nhưng nhiều hơn cả là axit lactic và axit axetic. Cỏc axit hữu cơ cú tỏc dụng làm cho pH mụi trường giảm trong lỳc lờn men, cỏc axit khụng ảnh hưởng đỏng kể đến thành phần hương của rượu vang, ngoại trừ axit axetic là axit bay hơi. Ở nồng độ cao axit này ảnh hưởng khụng tốt đến cảm vị của sản phẩm.
Con đường sinh hoỏ tạo axit axetic trong nấm men rượu vang vẫn chưa được làm rừ. Sự thuỷ phõn axetyl-CoA cú thể tạo thành axit axetic, phản ứng đươc xỳc tỏc bởi axetyl-CoA hydrolaza. Aldehyt dehydrogenaza cũng xỳc tỏc phản ứng tạo thành axit axetic bằng cỏch ụxy hoỏ axetaldehyt. Trong điều kiện yếm khớ ở mụi trường nhõn tạo thỡ nhận thấy cỏc chủng nấm men tạo lượng axit axetic thấp lại cú hoạt tớnh enzyme axetyl-CoA synthetaza cao. S.cerevisiae thường tạo ớt axit axetic (100-300 mg/l), mức độ tạo axit axetic tuỳ thuộc vào chủng giống. Tuy nhiờn trong những điều kiện sản xuất nhất định nấm men cú thể tạo quỏ nhiều axit axetic và gõy khú khăn lớn cho cỏc nhà sản xuất.
Sự tạo thành dầu fusel
Rượu bậc cao hay dầu fusel là sản phẩm phụ quan trọng của lờn men rượu vang. Dầu fusel là hỗn hợp cỏc loại cú từ 3 cỏcbon trở lờn như: Butanol, isotutanol, pentanol, isopentanol…cỏc loại rượu này tuy ớt nhưng ảnh hưởng đến chất lượng của rượu, gõy mựi khú chịu. Thành phần chớnh là iso-amyl alcohol là chất cú mựi khú chịu và vị khột. Cũn iso-butanol thỡ cú mựi và vị kộm hơn, n-propanol cú hương cồn và ớt vị khột hơn. Sự tạo thành cồn bậc cao phụ thuộc lớn vào chủng nấm men, ngoài ra cũn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khỏc như: pH, nhiệt độ lờn men, giống nho và loại đất mà nho phỏt triển.
Việc tạo thành rượu bậc cao trong quỏ trỡnh lờn men rượu liờn quan đến 2 cơ chế. Cơ chế thứ nhất liờn quan đến quỏ trỡnh trao đổi chất của axit amin tương ứng. Tuy nhiờn việc phõn giải axit amin là con đường duy nhất tạo cồn bậc cao trong rượu vang. Thực tế là cú một số loại rượu bậc cao khụng cú tiền chất axit amin. Cơ chế thứ hai là rượu bậc cao được tổng hợp bằng con đường axit ketonic tương ứng trong quỏ trỡnh trao đổi chất của đường. Đa số rượu bậc cao trong rượu vang được tạo thành từ trao đổi chất đường glucoza khụng cú liờn quan đến axit amin.
Rượu bậc cao của rượu vang đó được nghiờn cứu bởi nhiều cụng trỡnh. Người ta đó tớnh được nồng độ của cỏc loại rượu bậc cao trong một số loại rượu vang khỏc nhau như: 140 - 417 ppm đối với loại vang bàn ăn 130ppm, 285-550 ppm đối với vang đỏ Bordeaux 32. Điều đú cho thấy hàm lượng rượu bậc cao trong vang thay
đổi trong khoảng khỏ rộng từ dưới 100 ppm đến 500 ppm với cỏc chủng khỏc nhau, trong điều kiện cụng nghệ khỏc nhau. Từ đú cho thấy cỏc chủng nấm men khỏc nhau sẽ tạo ra hàm lượng bậc cao khỏc nhau. Cỏc nhà khoa học đó tiến hành thớ nghiệm lờn men với một số chủng S.cerevisiae khỏc nhau và xỏc định hàm lượng cỏc rượu bậc cao (mg/l) được kết quả như sau:
Bảng 1.5 Sự tạo thành cỏc rượu bậc cao của một số chủng nấm men khỏc nhau Chủng n-propanol ( mg/l ) Iso-butanol ( mg/l ) Amyl alcohol (mg/l )
213 21 15 125
350 92 9 164
727 14 31 257
729 18 15 173
Kết quả này cho thấy sự tạo thành rượu bậc cao phụ thuộc khỏ nhiều đặc tớnh của từng chủng loại nấm men. S.bayanus thường tạo nhiều phenyl ethanol hơn
S.cerevisiae. Ngoài ra cỏc yếu tố cụng nghệ như pH cao, nhiệt độ lờn men cao và thụng khớ cũng làm tăng sự tạo thành rượu bậc cao. Ngoài ra sự thiếu hụt thành phần nitơ trong mụi trường cũng dẫn đến sự tạo thành nhiều cồn bậc cao.
Sự tạo thành aldehyt
Aldehyt cũng là một sản phẩm lờn men quan trọng ảnh hưởng tốt tới hương vị rượu vang. Trong đú axetaldehyt là aldehyt cú hàm lượng lớn nhất. Nú được tạo ra khi decacboxyl hoỏ axit pyruvic và là chất trung gian của rượu etylic. Nú tạo ra hương bơ khụng mong muốn cho rượu thành phẩm. Axetaldehyt đựơc tớch tụ trong suốt quỏ trỡnh phỏt triển và cuối quỏ trỡnh lờn men. Cũng giống như cỏc loại rượu bậc cao và cỏc este, mức độ tớch tụ axetaldehyt phụ thuộc phần lớn vào chủng loại nấm men và cỏc điều kiện lờn men. Mặc dự giống nấm men là yếu tố quan trọng hàng đầu nhưng tỷ lệ men giống, nhiệt độ cũng là cỏc yếu tố kớch thớch sự tớch tụ axetaldehyt trong tế bào nấm men.
Ngoài ra cũn cú nhiều sản phẩm trao đổi chất nhỏ hơn được tạo ra bởi nấm men với thành phần và hàm lượng phụ thuộc vào chủng nấm men. Cỏc thành phần này gúp phần tạo nờn hương thơm cho sản phẩm lờn men.