PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.4. Quá trình lên men rƣợu
2.4.1. Khái quát về quá trình lên men rượu
Lên men rƣợu là một quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của các enzyme tƣơng ứng gọi là các chất xúc tác sinh học (đƣợc sinh ra từ sự trao đổi chất để duy trì sự sống của nấm men). Tùy theo sản phẩm tích tụ sau q trình lên men ngƣời ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau. Tuy nhiên, có hai hình thức lên men chính: Lên men yếm khí và lên men hiếu khí.
- Lên men yếm khí: Là sự phân hủy đƣờng khơng có sự hiện diện của oxy nhƣ quá trình lên men lactic, lên men rƣợu, butylic…
nhƣ quá trình lên men axit acetic, axit citric…
- Lên men rƣợu, bia đều là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men.
Nấm men chuyển hóa thành đƣờng thành rƣợu etylic và CO2. Ngƣời ta cịn gọi
lên men là q trình cồn hóa, rƣợu hóa. Trong q trình lên men rƣợu ngƣời ta chia làm hai thời kì chính:
- Thờì kì phát triển sinh khối: Giai đoạn này có sự có mặt của O2 tế bào nấm men phát triển sinh khối (gia tăng kích thƣớc và số lƣợng).
- Thời kì lên men chuyển đƣờng thành rƣợu và CO2: Giai đoạn này, nấm men hấp thụ các chất dinh dƣỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình để thực hiện xúc tác sinh hóa trong q trình trao đổi chất để duy trì sự sống tạo thành rƣợu và CO2 [17].
2.4.2. Cơ chế của quá trình lên men
Đƣờng và các chất dinh dƣỡng của quá trình lên men đƣợc hấp thụ khuếch tán vào trong tế bào nấm men, qua màng tế bào. Trong khi nƣớc ra vào tự do vào trong tế bào nấm men thì đƣờng và các chất dinh dƣỡng khác đƣợc màng tế bào chỉ cho đi vào mà không cho quay ra. Trong tế bào nấm men, nhờ hoạt động sống của tế bào, nhờ sự xúc tác của hàng loạt nấm men, mà những phản ứng sinh hóa rất phức tạp xảy ra và dẫn đến tổng hợp chất này, phân hủy chất kia. Rƣợu etylic và CO2 tạo thành liền thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán rất nhanh vào môi trƣờng xung quanh. Rƣợu tan tốt trong nƣớc do vậy khuếch tán rất nhanh vào môi trƣờng, CO2 thoát ra, bám vào tế bào nấm men, khi bọt khí CO2 đạt đến độ lớn nào đó thì lực nâng của chúng vƣợt quá trọng lƣợng tế bào nấm men, và bọt khí mang tế bào nấm men nổi lên bề mặt dịch lên men, khi gặp khơng khí, CO2 thốt ra đi vào khơng khí, cịn tế bào nấm men bị chìm xuống… CO2 lại bám vào,… cứ nhƣ vậy, tế bào nấm men vốn dĩ không chuyển động mà thành chuyển động trong mơi trƣờng. Đây là điều có lợi, tạo điều kiện lên men tốt do liên tục khuấy trộn đƣợc mơi trƣờng.
Q trình lên men cứ diễn ra nhƣ vậy, đến khi bọt khí CO2 khơng cịn sủi lên bề mặt của dịch lên men thì có thể xem nhƣ quá trình lên men kết thúc. Sau quá trình lên men, ta thu đƣợc sản phẩm rƣợu [17].
2.4.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men
Đối với lên men rƣợu ethanol để sản xuất rƣợu trắng (cồn thực phẩm, rƣợu vodka, các loại rƣợu trắng truyền thống) thì nhiệt độ tối thích là 6-100C hoặc 8- 100C… Nhiệt độ lên men cao khoảng 30-350
C sự tích tụ rƣợu ethanol càng sớm, tốc độ lên men nhanh và kết thúc sớm nhƣng không lên men đƣợc hết đƣờng (đƣờng sót cịn lại một lƣợng khá lớn) thì điều này có thể nguy hiểm vì đƣờng sót sẽ bị lên men bởi vi khuẩn lactic để tạo thành axit lactic làm chua dịch lên men làm ảnh hƣởng đế mùi vị của sản phẩm kể cả rƣợu trắng, bia và rƣợu vang. Lên men ở nhiệt độ cao cũng làm cho các vi khuẩn tạp nhiễm phát triển nhanh làm biến đổi xấu về chất lƣợng sản phẩm. Nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn [13].
2.4.1.2. Ảnh hưởng của pH môi trường
pH của môi trƣờng lên men hay môi trƣờng vi sinh vật nói chung với mỗi chủng hay mỗi nhóm vi sinh vật đều có khoảng pH tối thích cho sự sinh trƣởng và phát triển. Đối với nhóm nấm men rƣợu Sacchromyces cũng có những pH tối thích khác nhau thơng thƣờng từ: 4,5-5,0.
Với men rƣợu và men bia thuộc giống Saccharomyces pH ban đầu thích hợp cho việc lên men khoảng 5,5. Trong quá trình lên men pH giảm xuống 4,4 - 4,5 rồi lại tăng dần lên. Nguyên nhân giảm pH là do sự tạo thành CO2 và các axit hữu cơ trong quá trình lên men.
Với rƣợu vang có thể lên men ở pH 2,8-3,8. So với lên men rƣợu thì men rƣợu vang chịu đƣợc độ axit cao hơn. Nâng cao độ axit của môi trƣờng sẽ làm cho nấm men thay đổi hình dáng: Tế bào nhỏ hơn và hình trịn nhiều hơn, tế bào tích tụ các chất béo.
2.4.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ dịch đường
Nồng độ dịch đƣờng quá cao sẽ dẫn đến làm tăng quá trình thẩm thấu và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men. Kết quả là rƣợu nhiều sẽ làm ức chế không cho nhiễm tạp khuẩn và nấm men. Mặt khác đƣờng nhiều sẽ dẫn tới tổn thất hoặc kéo dài thời gian lên men. Nếu nồng độ dịch đƣờng thấp sẽ khơng kinh tế vì sẽ giảm năng suất thiết bị lên men mặt khác sẽ tốn hơi khi chƣng cất và tăng tổn
thất rƣợu trong bã rƣợu và nƣớc thải.
Bình thƣờng ngƣời ta khống chế nồng độ chất khô của dịch đƣờng từ 16- 18% tùy theo mức độ thuần khiết tƣơng đƣơng 13-15% đƣờng để sau khi lên men sẽ nhận đƣợc nồng độ rƣợu trong dấm chín là 8,5 - 9,5% thể tích [14].
2.4.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ rượu tạo thành
Rƣợu tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hƣởng đáng kể đến q trình lên men. Nồng độ rƣợu sinh ra có ảnh hƣởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men. Đa số nấm men có thể lên men cho đến khi nồng độ rƣợu đạt 12 – 14%V. Khi nồng độ rƣợu cao hơn mức giới hạn này sẽ ức chế nấm men và kìm hãm sự lên men rƣợu. Khả năng sống sót trong mơi trƣờng có nồng độ cồn cao là tiêu chuẩn cần có của chủng nấm men dùng trong sản xuất rƣợu.
2.4.1.5. Ảnh hưởng của nguồn nitơ
Tùy nguồn nguyên liệu ban đầu mà có thể bổ sung hay khơng bổ sung nguồn dinh dƣỡng cho nấm men. Tùy thuộc vào đặc tính của từng ngun liệu mà có thể sử dụng (NH4)2SO4, NH4H2PO4, pepton…
2.4.1.6. Ảnh hưởng của CO2
Hàm lƣợng CO2 thành trong quá trình lên men thƣờng hạn chế mạnh sự sinh sản của nấm men rƣợu. CO2 nhƣ một chất trao đổi, trong nồng độ xác định nó có tác dụng
kìm hãm hoặc làm ngƣng sinh sản của nấm men. Theo nghiên cứu của Miuler-Thrrau, khi:
Hàm lƣợng CO2 trong rƣợu vang đạt 0,25% trọng lƣợng thì việc sản sinh của nấm men đình truệ.
Hàm lƣợng CO2 trong rƣợu vang đạt 1,5% trọng lƣợng thì nấm men khơng cịn sinh sản đƣợc nữa [18].