1.3. QÚA TRÌNH LÊN MEN RƯỢU ETHANOL VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Hàm lượng đường có ảnh hưởng rất lớn đến năng lực lên men. Hàm lượng đường thích hợp nhất là 13 ÷ 15% tương đương với nồng độ chất khô từ 16 ÷ 18%. Nếu hàm lượng đường quá cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men. Nếu hàm lượng đường thấp sẽ không đủ cơ chất cho quá trình lên men diễn ra. Theo Lê Xuân Phương (2001), sự lên men bị đình chỉ ở hàm lượng đường 30 ÷ 35% [14], [28], [47].
1.3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian lên men
Thời gian tiến hành lên men chính là yếu tố rất quan trọng trong quá trình lên men rượu vang. Với một nồng độ đường nhất định trong dịch lên men thì khoảng thời gian thích hợp cho lên men chính là yếu tố rất cần thiết trong quá trình công nghệ. Nó
quyết định khả năng lên men kiệt đường hay không của nấm men. Hoặc nói cách khác nó quyết định hiệu suất lên men.
Tuy nhiên thời gian lên men chính thích hợp không chỉ phụ thuộc vào nồng độ dịch ban đầu mà còn phụ thuộc vào cả nhiệt độ lên men.
Chính vì vậy mà tuỳ theo khu vực, theo mùa vụ có khí hậu và nhiệt độ khác nhau mà người ta đã có những quy trình công nghệ thích hợp. Ở nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trong năm thay đổi theo 2 mùa rõ rệt. Do đó với mùa đông hay mùa hè cần xác định rõ khoảng thời gian thích hợp cho lên men rượu vang.
1.3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ lên men có ảnh hưởng lớn đến tốc độ lên men, độ cồn đạt được và sự tạo thành các sản phẩm phụ. Do đó, nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.
Nhiệt độ tối thích thay đổi tuỳ theo mỗi loại, chủng men và còn tuỳ thuộc vào từng giai đoạn sinh trưởng của nấm men. Nhiệt độ càng cao lên men càng sớm bắt đầu, tốc độ nhanh và kết thúc sớm, nhưng hàm lượng đường còn lại với một lượng khá lớn.
Điều này làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm do quá trình hình thành acid lactic từ hàm lượng đường sót bởi vi khuẩn lactic [13]. Ngoài ra nhiệt độ còn ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp các sản phẩm thứ cấp và các sản phẩm phụ. Nhiệt độ càng cao càng dễ sinh và tích tụ các sản phẩm phụ ngày càng nhiều, điều này không có lợi cho sản phẩm chính [11]. Theo kết quả nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất rượu vang cho thấy khoảng nhiệt độ thích hợp cho lên men là 15 ÷ 300C và nhiệt độ càng thấp càng có tác dụng giữ hương cho sản phẩm [28], [47].
Đối với nấm men rượu vang, nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của nó trong dịch quả là 20 ÷ 300C. Ở nhiệt độ 40C, nấm men vẫn có thể sinh trưởng được nhưng rất chậm. Nếu nhiệt độ tăng lên đến 30 ÷ 350C, nấm men khó hoạt động. Trên 380C hầu hết nấm men sinh trưởng rất yếu và có thể bị chết nếu nhiệt độ vượt quá 400C [14].
Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của nấm men mà còn ảnh hưởng đến độ cồn đạt được và sự tạo thành sản phẩm phụ. Do đó nó góp phần quan trọng quyết định chất lượng của rượu vang.
1.3.2.4. Ảnh hưởng của oxy
Lên men rượu là một quá trình yếm khí nhưng ở giai đoạn đầu tế bào nấm men cần oxy để sinh trưởng và phát triển số lượng tế bào. Nếu lượng oxy cung cấp không
đủ, số tế bào bị hạn chế sẽ ảnh hưởng đến khả năng lên men và cho độ cồn thấp. Ở giai đoạn sau, nấm men có thể lên men trong điều kiện thiếu oxy là vì trong tế bào nấm men còn có những chất chứa peroxyt có thể nhường lại oxy cho tế bào nấm men. Nếu tăng oxy ở giai đoạn sau, hiệu suất lên men giảm đồng thời trong rượu vang sẽ tạo ra nhiều aldehyt, rượu bậc cao, acid bay hơi,... làm giảm chất lượng của sản phẩm [14], [28], [47].
1.3.2.5. Ảnh hưởng của pH
pH môi trường có ảnh hưởng đối với sinh trưởng của nấm men. Các ion H+ và OH- là 2 ion hoạt động lớn nhất trong các ion. Những biến đổi dù nhỏ trong nồng độ các ion này cũng có thể có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình sinh trưởng của nấm men. Cho nên việc xác định pH thích hợp ban đầu và việc duy trì pH cần thiết trong thời gian sinh trưởng của nấm men rất quan trọng. pH môi trường không những ảnh hưởng đến sinh trưởng mà còn tác động sâu sắc đến quá trình trao đổi chất. Trong lên men rượu vang, pH có ảnh hưởng đến khả năng sống và tăng trưởng của nấm men [30], [32]. Với quá trình kiểm soát pH ban đầu của dịch lên men là 4,5 thì sau quá trình lên men pH của rượu vang là 3,5 ÷ 3,8. Giá trị pH này có thể cải thiện được độ ổn định của rượu, ức chế sự phát triển của vi khuẩn và tạo điều kiện tốt cho quá trình lên men đường. Tuy nhiên, nếu điều chỉnh dịch lên men ban đầu cao hơn 4,5 thì pH của rượu vang sau lên men khá cao (4,2 ÷ 4,5), ở pH này sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển nhanh chóng và dẫn đến quá trình lên men không mong muốn, rượu vang có chất lượng kém [38]. Nhìn chung nấm men ưa pH acid (pH = 4 ÷ 6).
1.3.2.6. Ảnh hưởng của nồng độ cồn và khí CO2
Cồn là sản phẩm chính của quá trình lên men. Nhưng khi lượng cồn được tích tụ tăng dần trong quá trình lên men sẽ ức chế hoạt động của nấm men nên cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình lên men của rượu vang. Khả năng chịu đựng và hoạt động được trong môi trường chứa cồn của mỗi loài nấm men là khác nhau. Đa số nấm men chỉ lên men được tới nồng độ cồn 13 ÷ 14%, chỉ có một số ít lên men ở nồng độ cồn 17 ÷ 20%. Do đó, muốn lên men rượu vang đạt tới độ cồn cao, cần lựa chọn được các chủng nấm men chịu được độ cồn cao.
Khí CO2được hình thành trong quá trình lên men làm ức chế sự lên men rượu, do vậy cần phải tạo điều kiện để khí CO2 được thoát ra ngoài. Đồng thời, trong quá trình
thoát khí CO2 sẽ làm cho môi trường luôn bị khuấy động, kéo dài được trạng thái lơ lửng của nấm men do đó làm tăng nhanh sự lên men. Qua đó ta thấy chính sản phẩm của sự trao đổi chất khi đạt tới một nồng độ nào đó sẽ có tác dụng ức chế đối với bản thân vi sinh vật đó [14], [28], [47].
1.3.2.7. Ảnh hưởng của các yếu tố khác
Ngoài các yếu tố kể trên, nấm men còn chịu ảnh hưởng của một vài yếu tố khác có mặt trong quá trình lên men.
Chất khoáng cũng rất cần thiết cho nấm men nhất là trong giai đoạn sinh trưởng tăng hàm lượng sinh khối. Thường những nước quả tốt có chứa đầy đủ các chất khoáng để lên men. Tuy nhiên, khi sử dụng nguyên liệu từ các loại quả có chất lượng không cao, người ta có thể bổ sung các chất khoáng từ ngoài vào như: KH2PO4, MgSO4, NaCl,... nhưng chỉ với hàm lượng nhỏ đủ cho nhu cầu hoạt động sống của nấm men.
Ngoài ra, nấm men còn chịu ảnh hưởng của chất kích thích sinh trưởng như các vitamin. Nấm men vừa sử dụng vừa tổng hợp được vitamin nên nếu sử dụng các loại nước quả tốt sẽ cho sản phẩm đạt chất lượng cao hơn.
Sự có mặt của các chất ức chế cũng gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hoạt động của nấm men. Các sản phẩm phụ trung gian xuất hiện trong quá trình lên men nếu được tích tụ dần có thể ức chế hoạt động của nấm men. Sự khuyếch tán của CO2 vào môi trường gây kìm hãm sự trao đổi chất. Thêm vào đó, nếu có mặt các chất sát trùng như: SO2, acid sorbic,… cũng kìm hãm hoạt động của nấm men [28], [47].