NGUYÊN NHÂN LÀM ĐỤC RƯỢU VÀ PHƯƠNG PHÁP LÀM

1.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG RỰƠU VANG VÀ

1.4.4. NGUYÊN NHÂN LÀM ĐỤC RƯỢU VÀ PHƯƠNG PHÁP LÀM

1.4.4.1. Nguyên nhân làm cho rượu đục

Rượu vang quả là một dịch thật vì trong rượu chứa các phần tử nhỏ như cồn,

đường, khoáng, vitamin, …lại vừa là một dung dịch keo vì có nhưng phân tử lớn

− Do keo tụ: nguyên nhân gây đục cơ bản là do keo tụ, các hạt keo tụ lại với nhau tạo thành phần tử lớn làm cho rượu đục không cho ánh sáng đi qua.

− Do kết tủa các chất: rượu đục có thể do kết tủa các chất sau: Kết tủa fericphosphate (FePO4) trong rượu vang:

Ở vang trắng Fericphosohate có màu trắng, ngược lại trong vang đỏ chất này có

màu đỏ. Điều kiện của phản ứng xảy ra khi hàm lượng Fe khoảng 12÷15 mg/l Kết tủa sunfua đồng trong rượu vang:

CuS có màu đỏ. Điều kiện của phản ứng khi có mặt đồng với hàm lượng 0,5

mg/l.

Kết tủa protein trong rượu vang:

Trong rượu vang thường hiện hữu của tanin, đặc biệt là vang đỏ hàm lượng tanin lớn, hợp chất này khi gặp protein của quả và một phần do nấm men thuỷ phân tạo thành sẽ gây kết tủa bông làm đục rượu vang.

Kết tủa do đa tụ chất màu: khi để rượu vang trong điều kiện lạnh có hiện tượng các chất màu bị kết tủa thành cặn màu đỏ thẫm, làm cho cường độ màu của rượu bị giảm đi từ 10 ÷ 20% rượu càng để lâu kết tủa càng mạnh do hiện tượng đa tụ chất

màu.

Các kết tủa dạng muối: rượu vang bị đục còn do kết tủa các loại muối

Kalibitarat, canxitarat, caxioxalat.

1.4.4.2. Các biện pháp làm trong rượu vang [1] Biện pháp lắng gạn Biện pháp lắng gạn

Giả sử coi rượu vang là dung dịch thuần nhất có các vật chất là hình cầu tốc độ lắng của vật chất được xác định bằng định luật stocke.

Fe FePO4 H3PO4 O2 Cu CuS V 2R 2 90v (D-d)g

Trong đó:

+ D, r: Là khối lượng riêng, bán kính vật rơi.

+ v, g: Hệ số dính cản của dung dịch, gia tốc vật rơi tự do.

Thực tế khi để lắng tự nhiên chỉ có tạp chất thô lắng xuống đáy thiết bị, nhưng các hạt keo làm cho rượu đục thì rất khó lắng, nhất là vì giữa chúng cịn có các lực

đẩy, hút do các điện tích khác nhau.

Hiệu quả quá trình lắng tự nhiên khơng triệt để phải chú ý các điểm sau:

− Phải để thùng rượu ở nhiệt độ thấp

− Nhiệt độ của bể chứa, thùng chứa rượu phải đồng đều nếu chênh lệch nhiệt độ sẽ làm cho cặn lắng chuyển động hiệu quả lắng thấp.

− Nơi để rượu phải yên lặng tránh sự di chuyển của các cặn lắng.

Sử dụng các chất trợ lắng polyme tự nhiên

Có thể sử dụng các polyme tự nhiên có tính keo như: gelatin, chitosan, alginat, carrageenan, lòng trắng trứng, sữa, bột máu. Các chất keo sẽ hấp thụ các hạt keo và lắng nhanh. Liều lượng cần tuân thủ để không ảnh hưởng đến chất lượng của rượu. theo J.Robero Gayon thì hàm lượng các chất trợ lắng như sau:

+ Canxicasein: 10 ÷ 20 mg/l rượu vang trắng.

+ Bột máu: 100 ÷ 150 mg/l rượu vang trắng, 100 ÷ 250mg/l rượu vang đỏ. + Lòng trắng trứng: 8 ÷ 120mg/l vang đỏ.

+ Gelatin: 100 ÷ 150mg/l vang đỏ.

1.5. TÌM HIỂU VỀ NẤM MEN

1.5.1. QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU VANG 1.5.1.1. Bản chất của quá trình lên men [2] [3] 1.5.1.1. Bản chất của quá trình lên men [2] [3]

− Sự lên men theo nghĩa rộng là quá trình trao đổi chất qua đó các chất hữu cơ mà trước tiên là đường bị biến đổi dưới tác dụng của các enzyme của vi sinh vật.

− Từ năm 1803 L.J.thenard chứng minh rằng nấm men là nguyên nhân trực tiếp của quá trình lên men rượu. Đến năm 1810 được Gay- lussac viết thành phương trình là:

L.Pasteur là nhà Bác học Pháp đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về nấm men và sự lên men rượu. Năm 1857 Pasteur đã chỉ ra rằng: “sự phân giải đường thành

rượu và CO2 là sự hô hấp của nấm men trong điều kiện yếm khí”. Tuy vậy thời đó Pasteur đã có những quan điểm sai lầm “ sự lên men chỉ xảy ra trong tế bào men

sống” về sau Buchner đã nghiên cứu bổ sung hoàn chỉnh bản chất q trình lên men rượu qua thí nghiệm lên men rượu dịch nghiền tế bào nấm men ông đã đưa ra kết luận chính xác như sau về sự lên men rượu: “sự lên men rượu là sự phân giải các chất đường thành rượu và CO2 dưới tác dụng của các chất do nấm men tiết ra”

− Các phản ứng hóa sinh trong quá trình lên men là phản ứng tách và vận

chuyển hidro ở dạng (H+,+e) dưới tác dụng của các enzyme dehydrogenase. Trong q trình đó hidro được tách ra khỏi cơ chất đến chất nhận điện tử cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ đó được khử tạo thành sản phẩm lên men rồi tích tụ lại

trong mơi trường dinh dưỡng. Tùy theo sản phẩm tích lũy nào chiếm ưu thế mà ta có thể lên men rượu hoặc là lên men Lactic…

− Vì vậy bản chất của quá trình lên men là q trình oxy hóa khử nó lại xảy ra trong cơ thể vi sinh vật dưới tác dụng của hệ thống enzyme, cho nên quá trình lên men cịn được gọi là q trình oxy hóa khử sinh học.

Ví dụ: Q trình tạo thành ethanol trong tế bào nấm men.

C6H12O6 Glucose NAD

Q trình oxy hóa NADH2

Acid pyruvic CH3-C-COOH

CH3-CHO CH3CH2OH

Acetaldehyde Quá trình khử Ethanol

1.5.1.2. Quá trình hố học của sự lên men (a) (b)

Hình 1.3: Sơ đồ lên men ethanol [3]

1.5.1.3. Các thời kì lên men ethanol [3]

Xét về mặt hóa học, lên men ethanol bình thường chia làm hai thời kỳ:

− Thời kỳ cảm ứng: Là thời kỳ đầu hướng phản ứng xảy ra theo chiều hướng

(a). Lúc này sản phẩm hình thành glycerin. Bởi lẽ lúc này hàm lượng acetaldehyde (CH3CHO) chưa có nhiều để tiếp nhận hyđro của acoldehydrogenase mà hyđro lại chuyển đến cho photphoglyceraldehyde tạo thành phosphoglyceryl, sau đó

phosphoglycerin bị thủy phân giải phóng acid phosphoric và glycerin.

− Thời kỳ tĩnh: Lúc này lượng acetaldehyde đã hình thành nhiều, nên hydro

từ alcoldehydrogenase lại chuyển sang acetaldehyde theo chiều hướng phản ứng

(b). Lúc này sản phẩm chủ yếu là ethanol.

CH3-CH2OH Ethanol -CO2 C6H12O6 Glucose CH2-O-PO3H2 CHOH CHO Phosphoglyceraldehyde Phosphoglyceryl CH2-O-PO3H2 CHOH CH2OH - H3PO4 CH2-O-PO3H2 CHOH COOH Phosphoglyceric CH3-CHO Acetaldehyde CH2OH Glycerin CHOH CH2OH

1.5.1.4. Diễn biến của quá trình lên men [3]

Trong quá trình lên men ethanol đầu tiên tế bào nấm men hấp thụ đường và

chất dinh dưỡng khác lên bề mặt của nó. Sau đó các chất khuếch tán qua màng bán thấm của tế bào vào trong tế bào. Sự khuếch tán này tuân theo định luật chung của sự thẩm thấu. Nước có thể ra vào tự do nhưng đường và các chất hòa tan khác ra

vào tế bào rồi thì khơng quay ra được. Trong nguyên sinh chất của tế bào nấm men,

đường được chuyển hóa thành ethanol và CO2. Ethanol và CO2 được tạo thành thoát

ra khỏi tế bào và khuếch tán vào môi trường, ethanol hịa tan vào trong nước. Lúc này mơi trường lên men nhanh chóng được bão hịa bởi khí CO2, khí CO2 hấp phụ trên bề mặt của tế bào nấm men tạo thành như một cái phao, thắng được trọng lực

của tế bào cả bọt khí và nấm men nổi lên. Bọt khí vỡ, tế bào nấm men lại chìm xuống. Như vậy nếu quan sát vào mơi trường lên men ta thấy nấm men vốn không di động trở thành di động. Hiện tượng này góp phần tăng nhanh quá trình trao đổi chất và tốc độ lên men được tăng nhanh một cách tương ứng.

1.5.1.5. Sự hình thành các sản phẩm phụ trong quá trình lên men

Khi lên men bên cạnh sản phẩm chính là rượu ethanol và CO2 cịn có nhiều các sản phẩm phụ khác như: acid acetic, glycerin, acetaldehyde, dầu fusel. Tỷ lệ các sản phẩm phụ này phụ thuộc vào điều kiện của môi trường lên men.

− Sự hình thành glycerin

Trong điều kiện bình thường, khi pH mơi trường từ 4-5 thì sự lên men có thể giải thích bằng phương trình sau:

pH= 4-5

C6H12O6 CH3CHO + CO2 + C3H8O3

Cịn trong mơi trường kiềm, đường chuyển hoá tạo rượu etylic, glycerin, acid acetic với lượng tương đương nhau.

pH > 7

− Sự tạo thành dầu fusel

Trong các sản phẩm phụ không thể không kể đến dầu fusel. Đây là hỗn hợp các loại rượu bậc cao một nhóm định mức như Butanol, Isobotanol, Pentanol, Isopentanol.

Từ đầu thế kỷ 20 các nhà chuyên môn cho rằng dầu fusel tạo thành do nấm

men sử dụng đạm ở dạng NH3 của các aminoacid ở trong dịch đường lên men. -2H +H2O

R – CH – COOH R – C – COOH R – C – COOH - NH3

NH2

-CO2 +CO2

R - CH2OH R – CHO

Theo cơ chế tạo dầu fusel từ acid amin theo phương trình sau:

R – CH2NH2 R – CH2OH -CO2

R – CH – COOH

+H2O

NH2 -NH2 -CO2

R – CHOH – COOH R – CH2OH

Theo Neibayep và Froxmere cơ chế tạo dầu fusel như sau:

-NH3 -CO2

R – CH – COOH R – C – COOH R – CH2OH NH2 ½ O2 NH +H2

Theo nghiên cứu mới nhất đã cho thấy rằng lượng dầu fusel trong rượu vang đạt từ 300- 500 mg/l.

Nếu có thể lên men từ đường và dùng nguồn nitơ vơ cơ thì vẫn có dầu fusel tạo thành. Như vậy họ đã chứng minh được rằng dầu fusel tạo thành trong dịch lên men phần lớn là từ đường hay nói đúng hơn là từ các hợp chất trung gian của đường.

Cơ chế tạo dầu fusel như sau

Cơ chế của phản ứng tạo Isobutanol

− Cơ chế phản ứng tạo Isopentanol. CH3 – C – C - COOH CH3 CH3 – CO – COOH + CH3CHO O OH Acid pyruvic Acetaldehyde

CH3 – CH – CHO CH3 CH3–CH2–CH2OH CH3 Isobutanol CH3 – CH – C - COOH CH3 O CH3 O + CH3~ CoA CH3 – CH – CH2 – CH2OH CH3 CH3 O CH3 – CH – CH2 – C – COOH CH3 – CH – C – COOH

− Sự hình thành este

Este được tạo thành trong quá trình lên men vang một lượng đáng kể và chúng là những hợp chất quan trọng hình thành hương vị của vang. Trong số này có etylaxetat là vượt trội hơn cả về số lượng. Este etylbutyrat cũng giống như este của các rượu bậc cao có mùi hoa quả. Sự tạo thành những este phức tạp do các giống và các loài nấm men khác nhau là khơng đồng nhất như nhau. Ví dụ: S.oviformis tổng hợp được nhiều etyaxetat trong điều kiện kỵ khí: 80 mg/l, trong hiếu khí là: 40 mg/l và izoamylaxetat trong kỵ khí là: 1,21 mg/l và trong hiếu khí là 0,14 mg/l. S.vini trong điều kiện kỵ khí tương ứng là 0,62 mg/l, trong điều kiện hiếu khí 0,13 mg/l.

Ngưỡng cảm nhận được của etyaxetat có trong vang là 180 ÷ 200mg/l. Nếu thấp

hơn hay cao hơn khoảng này đều ảnh hưởng đến vị của vang. Trường hợp cao hơn sẽ làm vang có vị đắng gắt khó chịu. Trong lên men vang tích tụ các este có nhiệt

độ sơi thấp và độ sơi cao (este etyl của các axit caprotanic, caprilatic, caprinic,

izoamulcapronic và của các acid béo linolevic, linolenovic và v.v …). Lên men ở

điều kiện kỵ khí mức độ tạo este tạo thành lớn gấp 6 lần so với lên men ở điều kiện

hiếu khí. Giữ vang non được lên men trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí sẽ dẫn đến thay đổi nồng độ phần trăm của các este có độ sơi cao và làm tăng este có độ sôi thấp, ngược lại vang non được lên men ở dư áp suất CO2 sẽ làm cho hàm lượng phần trăm các este có độ sơi cao nhiều hơn. Trong nồng độ nhất định các este làm

cho mùi vị của vang mềm mại hơn, dịu dàng và hài hịa hơn.

− Sự hình thành acid hữu cơ

Nghiên cứu của Tbaragie (1936) chỉ ra rằng khi acid acetic bị mất hydro và ngưng tụ thành acid succinic.

Theo M.Lapon (1955) khi thêm vào dịch lên men acid glutaric thì thấy rằng: chỉ một lượng acid glutaric tạo thành acid succinic. Điều đó chứng tỏ rằng phần lớn acid succinic được tạo thành từ đường chứ không phải từ acid amin theo cơ chế

Erlix.

C6H12O6 + C5H7O4NH2 + 2H2O C4H6O4 + 2C3H8O3 + CO2 + NH3 Acid glutaric acid succinic glyceryl

Ngoài ra sự tạo thành các acid hữu cơ cịn do q trình chuyển amin trong dịch mà nên.

− Sự tạo thành acetoin, diacetyl và 2,3 butadiol

Ba hợp chất này được tạo thành trong cơng đoạn lên men chính bởi hoạt động của tế bào nấm men. Trong ba chất này độc hại và nguy hiểm nhất là diacetyl, đây là chất lỏng khơng màu đến màu vàng nhạt, có mùi hơi cực mạnh, vị đắng gắt rất

khó chịu tác động đến hệ thần kinh con người. Nếu xem acid pyruvic là điểm xuất phát thì cơ chế tạo thành 3 chất này như sau:

CH3 – CO – COOH CH3 – CHO + CO2 Acid pyruvic Acetaldehyde

CH3 – CHO + CH3 – CHO CH3 – CO – CHOH – CH3 Acetaldehyde Acetoin

+2H

CH3 – CO – CHOH – CH3 CH3 – CHOH – CHOH – CH3 - 2H 2,3 Butadiol

-2H CH3 – CO – CHOH – CH3 CH3 – CO – CO – CH3

+2H Diacetyl

− Sự tạo thành aldehyt

Aldehyt là sản phẩm được tạo thành trong quá trình trao đổi chất của nấm men cũng có thể được tạo thành qua con đường oxi hóa rượu. Trong q trình lên men hàm lượng acetaldehyt chiếm cao nhất (xấp xỉ 90 mg/l). Tổng lượng aldehyt trong rượu dao động từ 35 ÷ 150 mg/l, ở điều kiện yếm khí lượng acetaldehyt tạo thành ít hơn so với điều kiện hiếu khí. Ở lượng vừa phải, Aldehyt làm tăng thêm hương cho rượu nhưng nếu nhiều quá thì chúng làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng vang vì

aldehyt là một chất độc.

Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng Aldehyt giảm đi rất nhiều. Cụ thể như sau:

1.5.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN [2] [3]

[4]

1.5.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ đường

− Nấm men phải đòi hỏi những điều kiện nhất định để lên men. Trong sản

xuất ngoài việc lựa chọn chủng nấm men còn phải nghiên cứu tạo điều kiện thích

hợp để đạt hiệu suất lên men cao.

− Nấm men chỉ có khả năng lên men các đường đơn giản như mono hay

disacharid đặc biệt là maltose và saccharose. Sự chuyển hóa các disacharid này

thành frutose được thực hiện bởi các enzyme maltoase và saccharoase mà tế bào

nấm men có.

− Nấm men Saccharomyces cerevisiae hồn tồn khơng có khả năng thủy phân tinh bột. Nếu nguyên liệu là tinh bột trong sản xuất rượu thì phải có q trình thủy phân tinh bột trước khi lên men.

− Trong dịch men ngồi đường phải có thêm một số thức ăn cần thiết cho nấm men như các muối amon, các muối photphat và chủ yếu là đạm.

− Nồng độ đường ảnh hưởng đến năng lực lên men (năng lực lên men là khả năng cuả một lượng nấm men nhất định, lên men sau một thời gian nhất định được

một lượng đường nào đó).

− Nồng độ đường thích hợp nhất là 10% ÷ 18% nếu cao hơn năng lực lên men giảm. Và ngược lại nếu nồng độ đường thấp sẽ không tạo cho quá trình lên men

kém vì lượng đường thấp sẽ khơng đủ đường cung cấp cho q trình lên men. Trong thực tế ở nồng độ 30 ÷ 35% thì sự lên men bị đình chỉ cho dù có loại nấm men có

khả năng lên men được ở nồng độ đường lên đến 60%.

− Trong dịch quả lượng đường không lên men tới 20% tổng lượng đường. Như vậy nồng độ đường sót lại khá cao trong lên men. Nó sẽ làm ức chế sự tạo thành

rượu.

− Ảnh hưởng của nồng độ đường trong môi trường đến việc tạo thành rượu

Bảng 1.4: Mối quan hệ giữa nồng độ đường và thể tích rượu tạo thành [6]

Nồng độ đường % 37 42 47 55 75 Lượng rượu tạo thành %V 8,6 6,3 5,9 3,4 0

− Ngừng trệ lên men trong nồng độ đường cao liên quan đến giống men có