CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI THÍCH
7.2. Các biến đổi trong quá trình
- Vật lý: có sự thay đổi về thể tích và tỷ trọng của dịch nho, nhiệt độ tăng do sự phát triển của nấm men.
- Hóa học và hóa sinh: có sự thay đổi về độ chua (pH) dịch lên men. Thành phần hóa học của dịch nho sẽ được biến đổi sâu sắc trong quá trình lên men ethanol. Dễ thấy nhất đó là sự chuyển hóa từ đường sang ethanol. Một số sản phẩm được hình thành như acetaldehyde, rượu cao phân tử…. Trong quá trình lên men xảy ra các chu trình chuyển hóa: chu trình đường phân,…
Trong quá trình lên men, nhiều sản phẩm trao đổi chất được sinh ra và thải ra ngoài. Một số loại sản phẩm trao đổi chất như acid hữu cơ và acid béo, rượu cao phân tử, methanol, polyol, các hợp chất carbonyl, ester, các hợp chất chứa lưu huỳnh, urea, bioamine và ethylcarbamate…..
- Các acid hữu cơ được tổng hợp là pyruvic, lactic, acetic, succinic, fumaric, oxaloacetic… Các acid béo cần quan tâm là ba acid béo no:
caproic (C6), caprylic (C8) và capric (C10).
C H3
O OH
C H3
OH O
OH O
OH O
OH
Acetic acid Lactic acid Succinic acid
O OH O
OH O
O O H
H H
O H
Fumaric acid Oxaloacetic acid
- Các rượu cao phân tử được tổng hợp là n-propanol, isobutyl alcohol (2-methyl-propan-1-ol), amyl alcohol (2-methyl-butane-1-ol, 3- methyl-butane-1-ol)…
C H3
OH H3C OH
CH3 H3C OH
CH3
n-propanol 2-methyl-butane-1-ol 3-methyl-butane-1-ol - Methanol có mặt trong rượu vang có nguồn gốc từ thành phần pectin
trong nho nguyên liệu. Đây là sản phẩm thủy phân các gốc methoxyl trong pectin.
- Các polyol trong rượu vang đáng chú ý là glycerol và butane-2,3-diol.
O H
OH
OH H3C
CH3 OH
OH
Glycerol Butane-2,3-diol
- Các hợp chất carbonyl trong rượu vang rất đa dạng. Người ta đã phát hiện khoảng 25 aldehyde và 20 ketone trong rượu vang. Tiêu biểu là acetaldehyde (aldehyde), butane-2,3-dione và pentane-2,3-dione (ketones).
C H3
O H
C H3
CH3 O
O
CH3 O
O C
H3
Acetaldehyde Butane-2,3-dione (Diacetyl) Pentane-2,3-dione - Tương tự các hợp chất carbonyl, người ta phát hiện rất nhiều hợp chất
esters trong rượu vang (163 loại). Có thể chia các esters làm hai nhóm chính: ester giữa ethanol và acid, ester giữa acetic acid và các rượu khác.
- Các hợp chất chứa lưu huỳnh bao gồm hydrogen sulfide, alkyl thiol, alkyl thioketone, alkyl thioester…
C
H3 SH HO SH H3C SH
Ethyl mercaptan 2-mercaptoethanol Methanethiol
C
H3 CH3
OH CH3 SH
C
H3 OH
SH
4-mercapto-4-methylpentane-2-ol 3-mercaptohexane-1-ol
- Một số hợp chất chứa nitrogen được nấm men tổng hợp bao gồm urea, các bioamine. Urea có thể phản ứng với ethanol sinh ra ethyl
carbamate.
NH2 N
H2
O H2N NH2
Urea Putrescine
N
H2 (CH2)4 N (CH2)3 NH2 H
N (CH2)4 N (CH2)3 NH2 (CH2)3
N H2
H H
Spermidine Spermine
O N
H2 O
CH3
Ethyl carbamate
Bảng 8: Tóm tắt về một số hợp chất trong rượu vang
Hợp chất Nguồn gốc Ảnh hưởng đến chất lượng vang
Acid hữu cơ Acid béo
- Chu trình đường phân - Chu trình Krebs
- Acetic acid ảnh hưởng xấu đến mùi vị.
- Succinic acid tạo vị mặn và đắng.
- Acid béo có khả năng ức chế hoạt tính lên men.
Rượu cao phân tử
- n-propanol - dầu fusel
- Quá trình dị hóa đường - Val, Ile, Leu
Cấu tử hương khi nồng độ < 300 mg/l.
Nồng độ cao hơn gây mùi khó chịu.
Methanol Thủy phân pectin Chất độc. LD50 = 350 mg/kg.
Polyol - Glycerol
- Butane-2,3-diol
- Sản phẩm phụ
- Khử acetoin và diacetyl
- Cấu trúc (độ nhớt) và vị ngọt.
- Cấu trúc.
Hợp chất
carbonyl - Sản phẩm trung gian - Nồng độ cao: mùi cỏ/mùi lá
- Acetaldehyde - Diacetyl
Pentane-2,3- dione
- Phụ phẩm trong quá trình sinh tổng hợp Val, Ile
xanh.
- Tạo mùi “bơ” (butter flavor) cho rượu vang.
Ester Phản ứng ester hóa giữa alcohol và acid hữu cơ
Tạo hương, tăng giá trị cảm qua ở nồng độ nhất định
Hợp chất chứa S - H2S
- Các hợp chất khác
- Chuyển hóa sulfate - Chuyển hóa cơ chất chứa
S
- Mùi trứng thối.
- Mùi khó chịu. Một vài hợp chất có mùi hương ở nồng độ rất thấp.
Hợp chất chứa N - Urea
- Bioamine - Ethyl
carbamate
- Chuyển hóa arginine - Chuyển hóa ornithine - Dẫn xuất của urea và
EtOH
- Chuyển hóa thành ethyl carbamate.
- Ảnh hưởng xấu, chất độc.
- Có khả năng gây bệnh ung thư.
- Hóa lý: Có sự hòa tan một phần CO2 vào dịch lên men.
- Sinh học: sự tăng sinh khối nấm men.
Bảng 9: Hàm lượng một số hợp chất trong rượu vang
Hợp chất Hàm lượng
Acid hữu cơ Acid béo
- 100 – 300 mg/l (acetic), 1 g/l (succinic)
- Vài mg/l Rượu cao phân tử
- n-propanol - dầu fusel
Tổng 150 – 550 mg/l
Methanol 30 – 35 mg/l
Polyol - Glycerol
- Butane-2,3-diol
- 5 – 20 g/l - Thấp Hợp chất carbonyl
- Acetaldehyde - Diacetyl
- Pentane-2,3-dione
- 100 mg/l - 7.5 mg/l
Ester
50 – 80 mg/l (ethyl acetate), vài mg/l (các ethyl esters và acetate esters)
Hợp chất chứa S - H2S
- Các hợp chất khác
- Thấp - Thấp Hợp chất chứa N
- Urea - Bioamine
- Ethyl carbamate