b. Men bánh
1.4.QUÁ TRÌNH LÊN MEN
1.4.1. Bản chất của quá trình lên men
Lên men là một quá trình oxi hóa khử xảy ra trong cơ thể sinh vật nhằm cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật, bởi cơ thể sống luôn cần năng lượng đó được tàn trữ dưới dạng ATP.
Các phản ứng sinh hóa trong quá trình lên men là phản ứng tách và vận chuyển hydro ở dạng (H++e) dưới tác dụng của enzyme dehydrogenase. Trong quá trình đó hydro được tách ra khỏi cơ chất chuyển đến tiếp nhận cuối cùng là chất
hữu cơ. Hợp chất hữu cơ đó khử tạo thành sản phẩm lên men rồi tích tụ lại trong môi trường dinh dưỡng. Tùy theo sản phẩm nào chiếm ưu thế mà ta có lên men rượu, lên men lactic...
Vì vậy bản chất của quá trình lên men là quá trình oxi hóa khử được xảy ra trong cơ thể sinh vật dưới tác dụng của hệ thống enzyme, cho nên quá trình lên men còn được gọi là quá trình oxi hóa khử sinh học.
Lên men khác với hô hấp yếm khí và hô hấp hiếu khí. Hô hấp yếm khí được tiến hành trong điều kiện không có oxi tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sunfat. Hô hấp hiếu khí được tiến hành trong điều kiện có oxi tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng là oxi tạo thành nước. Còn lên men có thể thực hiện cả trong điều kiện yếm khí và hiếu khí, nhưng hydro được chuyển qua hệ thống enzyme oxi hóa khử và chất tiếp nhận cuối cùng là một chất hữu cơ, chất hữu cơ bị khử thành sản phẩm lên men tích lũy trong môi trường. Tuy nhiên lên men và quá trình hô hấp đều là quá trình oxi hóa khử sinh học.
Sự khác nhau giữa quá trình oxi hóa khử sinh học và quá trình đốt cháy các vật liệu tương tự trong lò hay nhiệt lượng kế mặc dù các cơ chất ban đầu và các sản phẩm cuối cùng giống nhau. Khi đốt cháy, năng lượng tỏa cùng một lúc dưới dạng nhiệt, trong khi đó lên men và hô hấp chỉ một phần năng lượng ra dưới dạng nhiệt. Phần nhiệt chủ yếu được tích lũy dưới dạng những hợp chất phospho giàu năng lượng hoặc trong các liên kết cao năng, từ đó có thể chuyển thành hóa năng hoặc cơ năng để cung cấp cho hoạt động sống. Hợp chất giàu năng lượng quan trọng của cơ thể là ATP. Trong cơ thể sinh vật sự tích lũy năng lượng và giải phóng năng lượng sử dụng cho hoạt động cơ thể là những quá trình thuận nghịch theo sơ đồ sau:
Oxi hóa khử sinh học Năng lượng ADP + H3PO4 ATP
Năng lượng Cung cấp cho hoạt động của cơ thể Như vậy lên men và hô hấp tế bào là quá trình oxi hóa khử sinh học. Qua đó tế bào sinh vật thu được năng lượng.
1.4.2. Cơ chế của quá trình lên men
Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi các chất có đường thành ethanol, CO2 dưới tác dụng của nấm men. Nấm men thực hiện quá trình thủy phân đường đôi thành đường đơn. Cơ chế của phản ứng lên men rất phức tạp, bao gồm một chuỗi các phản ứng.
Hình 1.4: Sơ đồ chuyển hóa Embden – Meyerhol – Parnas P Glucosephosphat ADP Phosphoglucose isomerase ATP Hexokinase ee H2O ATP Hexokinase ADP H2O Glucose-6-phosphat Fructose-6-phosphat Glycerin + H3PO4 Fructose-1,6-diphosphat P Aldotase Phosphofructokinase ATP Triozophosphat izomerase NADH2 NAD
Dihydro aceton phosphat Glyceraldehyt-3-phosphat
Glycerophotphat dehydrogenase Glyceraldehyt phosphate dehydrogenase ADP NAD NADH2 Glycerophosphat Axit-1,3-diphosphoglyceric Phosphatase Photphoglyceratmutase Phosphoglycerat mutase Axit-3-photphoglyceric Enoiase - H2O ATP ADP Pyruvatkinase Pyruvate decacboxylase Axit phosphoenolpyruvic Axit pyruvic Axit-2-phosphoglyceric Aldodeshydrogenase Ethanal Ethanol
Ở nấm men Saccharomyces cerevisae trong điều kiện yếm khí thì axit pyruvic chuyển thành rượu etylic theo các phản ứng sau:
Decacboxylase CH3-C-COOH CH3-CHO O -CO2 CH3-CHO CH3-CH2-OH NADH2 NAD
Như vậy sản phẩm chính của quá trình lên men là rượu etylic và CO2. Ngoài ra, trong quá trình lên men còn có nhiều sản phẩm khác được tạo thành như: glycerin, rượu bậc cao, axit hữu cơ, este và aldehyt.
- Glycerin: Trong quá trình lên men thì glycerin luôn được tạo thành đồng thời với rượu etylic. Ở phản ứng thứ 4 trong sơ đồ Embden – Meyerhol – Parnas sau khi tạo ra dihydroaxetonphosphat, phản ứng có thể sẽ tiến triển theo chiều hướng khác nếu các yếu tố bên ngoài thay đổi. Từ hợp chất này dưới sự xúc tác của enzyme glycerophotphat dehydrogenase sẽ tạo ra glycerophosphat. Sau đó với sự có mặt của phosphatase thì glycerin và axit phosphoric được tạo thành.
- Rượu bậc cao: Sản phẩm rượu bậc cao được tạo thành do sự chuyển axit amin và axit pyruvic trong cơ thể nấm men, hay do quá trình tổng hợp, hay chuyển hóa một số axit amin bởi hoạt động sống của tế bào nấm men.
Các loại rượu bậc cao một nhóm định chức là cấu tử chủ yếu của dầu fuzel. Ở trong dầu fuzel còn có thêm các loại axit bay hơi, este và aldehyt.
- Axit hữu cơ: Là sản phẩm bậc cao thường trực của quá trình lên men rượu và quá trình trao đổi dinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men.
- Este: Là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men. Nó không phải là sản phẩm tạo thành từ các hoạt động sống của tế bào nấm men mà là kết quả giữa sự tương tác giữa các sản phẩm bậc hai thường trực (este hóa các axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau).
- Aldehyt: Là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất ở nấm men và cũng có thể tạo thành qua con đường oxi hóa các loại rượu.
1.4.3. Các giai đoạn lên men rượu vang 1.4.3.1. Giai đoạn hình thành rượu 1.4.3.1. Giai đoạn hình thành rượu
Là giai đoạn từ lúc cấy men giống vào, cho lên men đến khi dịch lên men hết sủi bọt mạnh. Nếu giữ được nhiệt độ ổn định, thời gian lên men kéo dài 4÷5 ngày. Kết quả của giai đoạn này người ta gọi là “vang non”.
Trong thời gian này nấm men hoạt động mạnh nhất, tiêu thụ nguyên liệu (đường, vitamin, đạm) mạnh, biến đường thành rượu, giải phóng CO2. Kết thúc giai đoạn này thành phần nước quả thay đổi rất lớn.
1.4.3.2. Giai đoạn phát triển
Khi kết thúc lên men ở giai đoạn hình thành rượu, người ta tiến hành gạn cặn, tách xác quả bằng phương pháp lọc (đối với vang đỏ). Trong cơ sở lên men ở qui mô lớn người ta dùng hệ thống ống xiphông để hút dịch lên men sang bình hay bể lên men khác. Đây là lần gạn thứ nhất.
Khi được “vang non” thì tiếp tục cho lên men, nhưng ở giai đoạn này quá trình lên men xảy ra không ồ ạt nhưng để phân hủy những gam đường cuối cùng nên gọi là lên men phụ. Đồng thời ở giai đoạn này có quá trình lên men malolactic. Kết quả quá trình này thì axit malic được chuyển thành axit lactic làm cho rượu chuyển từ vị chua gắt sang vị chua nhẹ dễ chịu, CO2 còn tiếp tục giải phóng nhưng có xu hướng ít dần. Dung dịch lên men ở trạng thái tĩnh lặng, xác men lắng xuống đáy bình hay bể.
Tiếp theo, thực hiện gạn cặn lần hai (sau lần một khoảng 20÷30 ngày), lần ba (sau lần hai khoảng 30 ngày). Nếu rượu còn đục ta lại gạn tiếp để có dung dịch trong suốt. Sau lần gạn cuối cùng rượu cơ bản ổn định về thành phần.
Ở giai đoạn này nếu nếm thử ta thấy rượu chưa thể uống được vì có vị cay, đắng, hơi chua. Ta gọi là “vang sống”. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau mỗi lần gạn cặn thì các dụng cụ đựng dung dịch lên men như chai, bình được đổ đầy dịch lên men, tạo điều kiện lên men yếm khí nghiêm ngặt hơn. Đến lần cuối cùng đậy kín hoàn toàn, tạo sự cách ly nghiêm ngặt với oxi.
1.4.3.3. Giai đoạn vang “chín”
Sau giai đoạn hai, “rượu non” đã ổn định thành phần nhưng rượu vẫn còn “sống” nên phải áp dụng một số biện pháp kỹ thuật để làm tăng chất lượng của rượu, để rượu được “chín”.
Trong thời gian chuyển từ rượu vang “sống” sang rượu vang chín đã xảy ra rất nhiều biến đổi sinh hóa phức tạp để chuyển từ rượu ít ngọt, ít thơm có vị chua lấn át, có vị đắng của CO2, của aldehyt sang rượu chín trong vắt, có màu đỏ hoặc vàng, có vị chua - ngọt cân đối của cồn - đường, vị đắng nhẹ của glycerin, vị chát của polyphenol. Khi có đầy đủ những tính chất như vậy ta được rượu thành phẩm.
1.4.4. Theo dõi quá trình lên men qua các chỉ tiêu sau
- Hàm lượng đường: Khi lên men phải tạo điều kiện cho nấm men hoạt động mạnh, cho lên men nhanh tiêu thụ hết đường. Vì vậy cần theo dõi hàm lượng đường thay đổi trong quá trình lên men. Nếu vì một lý do nào đó men ngưng hoạt động, trong môi trường còn nhiều đường khử, các vi sinh vật khác (không phải nấm men) phát triển dễ dàng, đưa đến thành phần rượu không còn như bình thường.
- Nhiệt độ: Nếu thực hiện lên men trong những thiết bị có dung tích lớn, người sản xuất phải đo nhiệt độ vài lần trong ngày vì trong quá trình lên men nhất là giai đoạn đầu quá trình lên men mạnh, sủi bọt nhiều, năng lượng tỏa ra nhiều, lúc ấy nhiệt cũng tăng nhiều. Quá trình lên men thích hợp vào khoảng nhiệt độ từ 20÷300C.
- Hàm lượng oxi: Mặc dù lên men là một quá trình yếm khí nhưng nhất thiết trong giai đoạn đầu của quá trình lên men phải cho nước quả tiếp xúc với oxi không khí bằng cách sục khí nhằm cung cấp oxi cho nấm men tiếp tục tăng sinh khối. Giai đoạn sau cho lên men yếm khí.
1.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện hoạt động của nấm men 1.4.5.1. Ảnh hưởng của oxi 1.4.5.1. Ảnh hưởng của oxi
Mặc dù lên men rượu là một quá trình yếm khí, nhưng khi cho lên men nhất thiết trong giai đoạn đầu phải cho dịch quả tiếp xúc với oxi của không khí. Nếu nấm men có thể lên men trong điều kiện thiếu oxi là do trong tế bào nấm men còn có những chất chứa nhiều oxi, hoặc trong nước quả có các chất peroxít có thể nhường lại oxi cho nấm men.
Yêu cầu oxi cao nhất khi lên men bắt đầu, số lượng tế bào tăng nhanh. Do đó khi sản xuất nước cái men để cấy vào nước quả người ta thường áp dụng các biện pháp tăng oxi cho nước cái men bằng cách lắc cơ giới cho oxi tan nhanh vào nước hay dùng bơm để bơm thêm oxi vào nước. Khi lên men những lượng nước quả lớn có khả năng thiếu oxi và lên men chậm lại thì người ta rút nước quả ra rồi đổ trở lại lên phía trên bể nhằm làm tăng oxi cho nước quả đang lên men. Tăng oxi chỉ có lợi trong giai đoạn đầu, ở giai đoạn sau khi lượng cồn etylic tăng lên và một số chất đã sử dụng hết thì dù có oxi men cũng không thể sinh sản mạnh, lên men cũng không nhanh thêm.
1.4.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng tới cấu trúc của protein enzyme do đó ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme và ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của nấm men. Vì vậy, nhiệt độ lên men ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ lên men và độ cồn đạt được.
Trong giới hạn từ 150C đến 350C, nhiệt độ càng cao thì giai đoạn từ khi cấy men đến khi những bọt CO2 đầu tiên xuất hiện càng ngắn, lên men càng nhanh và kết thúc sớm. Nhưng nhiệt độ cao quá thì lên men càng hạn chế, độ cồn càng hạn chế, lượng đường còn lại trong rượu nhiều.
Tốt nhất nên cho lên men ở cùng một nhiệt độ, càng ổn định càng tốt. Dưới 150C lên men chậm, trên 400 men chết.
1.4.5.3. Ảnh hưởng của đường, đạm, muối khoáng và pH nước quả a. Đường a. Đường
Đường cung cấp năng lượng và nguồn cacbon cho men, dạng glucose là thích hợp nhất vì tất cả các loài men đều đồng hóa được nhưng sacharose cho vào nước quả thì cũng nhanh chóng bị các enzyme của men chuyển thành đường khử, dễ đồng hóa.
Tỷ lệ đường càng cao thì rượu càng nhiều cồn etylic cho nên thêm đường là một biện pháp rất phổ biến. Hàm lượng đường thích hợp cho quá trình lên men là 200÷220 g/l. Ít đường thì dễ lên men nhưng độ rượu thấp, đường cao thì gây khó khăn cho hoạt động của nấm men.
b. Đạm
25÷60% khối lượng khô của men là những chất đạm, vì vậy trong nước quả phải có đủ đạm để men sinh sản nhanh và cường độ lên men tăng theo. Khi tỷ lệ đạm trong men tăng gấp đôi thì khả năng lên men tăng 50%.
Thường trong nước quả có đủ độ đạm để cung cấp cho nhu cầu của men nhưng cũng có trường hợp không đủ do một nguyên nhân nào đó mà tỉ lệ đạm thấp thì phải thêm đạm. Đối với chủng Saccharomyces, nguồn nitơ là muối amoni là thích hợp nhất vì men đồng hóa được các dạng muối này. Từ muối amoni men có thể tổng hợp được tất cả các acid amin và protein cần thiết cho mình, nhưng nếu cho thêm acid amin dưới dạng hỗn hợp nhiều loại thì tác dụng kích thích rất rõ.
c. Muối khoáng
Muối khoáng cần thiết cho men để cấu thành tổ chức của mình và cần thiết để cấu thành enzyme, là tác nhân gây ra các phản ứng sinh hóa trong rượu.
Ngoài ra còn một lượng nhỏ các chất Al, Br2, Cr, Cu, Pb, Mn, Ag, Zn, Sn... tất cả các muối khoáng chiếm 5÷10% khối lượng khô của men.
d. Độ pH
Các chủng nấm men trong quá trình sinh sản và phát triển chịu ảnh hưởng lớn của pH môi trường. Men chỉ hoạt động trong những giới hạn pH nhất định. Người ta thấy cho lên men những nước quả chua thì rượu ngon hơn và từ đó nghĩ
rằng pH thấp tốt hơn pH cao. Thực ra pH tối thích đối với Saccharomyces là 4÷6. Độ pH nước quả từ 2,8÷3,8 không phải là tối thích nhưng men vẫn hoạt động tốt còn khuẩn lạc thì bị ức chế. Do đó, người chế rượu hay dùng nước quả có độ pH từ 3,0÷3,5 thì không gây cản trở hoạt động của men nhưng nếu vì những điều kiện khác không thuận lợi như thiếu oxi, nhiệt quá cao men ngừng hoạt động thì rượu cũng không bị khuẩn làm hỏng.
e. Chất kích thích men
Cũng như các sinh vật cao cấp, men cần một số chất kích thích, trước hết là vitamin để sinh sản và hoạt động. Một số loài men có thể tổng hợp được những vitamin nhất định do lấy nguyên liệu từ các chất hữu cơ trong nước quả. Những vitamin khác thì men không tự tổng hợp được mà không có sẵn trong nước quả thì men ngừng hoạt động.
1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU QUẢ XƯƠNG RỒNG [15], [16], [17], [21] 1.5.1. Trên thế giới 1.5.1. Trên thế giới (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chủ đề của nghiên cứu thử nghiệm máu cholesterol tài trợ của American Heart Association. Các nghiên cứu khoa học đã được tiến hành trên những đặc tính kháng virus của xương rồng bà để điều trị mụn rộp, cúm, và HIV, cũng như việc sử dụng nó trong điều trị bệnh béo phì, rối loạn dạ dày-ruột, và các bệnh da.
- Nước Mexico đã sản xuất ra nước giải khát nopalea và lên men rượu từ quả xương rồng bàn chải.
- Pectin và chất nhày của quả xương rồng bàn chải có lợi cho hệ tiêu hóa, hoa được dùng để trị tiêu chảy, đau bụng, các triệu chứng khó chịu đường ruột và chống ung loét bao tử đã được nghiên cứu tại Messina-Ý (Journal of Ethnopharmacology Số 76-Jan 2001).
- Dịch chiết từ quả bằng ethanol cho thấy có hoạt tính bảo vệ niêm mạc ống tiêu hóa, làm giảm đau, ức chế sự di chuyển của leukocyte nơi chuột bị gây phù bằng carrageenan, đồng thời cũng ức chế sự phóng thích beta-glucuronidase (một loại enzym lysosomal có trong neutrophil của chuột) (Archive of Pharmacology Research Số 21-1998).
- Dịch chiết từ quả xương rồng (liều 100-400mg/kg, tiêm qua màng phúc toan) có hoạt tính chống phản ứng sưng gây ra nơi chân chuột bị chích carrageenan, tác dụng cũng tùy thuộc liều sử dụng : các phản ứng khi chạm vào vật nóng bị ức