2.2 Công nghệ sản xuất rượu vang
2.2.2 Công nghệ sản xuất rượu vang
Khác với rượu trắng và các loại rượu pha chế, rượu vang là loại thức uống lên men trực tiếp từ nước quả. Khi quá trình lên men kết thúc, không chưng cất rượu mà để lắng trong tự nhiên, gạn lọc và hoàn thành sản phẩm.
15
Rượu vang vốn có nguồn gốc từ quả nho, nên có tên gọi là Vin hoặc Wine.
Ngày nay rượu vang còn được mở rộng ý nghĩa là rượu không chưng cất từ các loại nước quả. Ở Việt Nam, rượu lên men từ gạo nếp không chưng cất, như rượu nếp hoặc nếp cẩm cũng là rượu vang.
Trên thế giới việc sản xuất rượu vang đã có rất lâu đời nhưng mãi đến đầu thế kỉ 19, ngành sản xuất rượu vang mới được phát triển mạnh và chuyển sang sản xuất với quy mô công nghiệp. Ngày nay ngành sản xuất rượu vang đã phát triển mạnh mẽ ở các nước trên thế giới như: Pháp là nước nổi tiếng nhất về sản xuất rượu vang, kế đó là các nước Ý, Tây Ban Nha, Algeria, Rumani, Argentina, Nga, Hungari, Hoa Kì, Đức,… và một số nước khác.
Phân loại rượu vang
Phân loại theo độ ngọt: Rượu vang khô (dry wine), Rượu vang bán ngọt (semi-dry wine), Rượu vang ngọt (sweet wine)
Phân loại theo quá trình lên men:Rượu vang tự nhiên (Natural wine), Rượu vang cao độ (Fortified wine)
Phân loại theo lượng CO2:
- Rượu vang không có gas (table wine).
- Rượu vang có gas (sparkling wine): 2 loại + Rượu vang có gas tự nhiên: Champagne.
+ Rượu vang có gas nhân tạo: Carbonated wine
Phân loại theo màu
- Rượu vang trắng (White wine): Chablis, Chardonnay, Pinot Blanc, Rhine wine, Riesling.
- Rượu vang hồng (Rose wine): Rose, Vonorosso.
- Rượu vang đỏ (Red wine): Barbera, Cabernet Sauvignon, Claret, Carnelian, Gamay, George.
Phân loại theo nơi sản xuất
- Phân loại theo quốc gia:Rượu vang Pháp, Rượu vang Úc, Rượu vang Tây Ban Nha. . .
- Phân loại theo vùng: Bordeaux, Burgandy, California, Chablis. . . 2.2.2.2 Nguyên liệu sản xuất rượu vang
Trong sản xuất rượu vang, nho là một nguyên liệu truyền thống, rất được ưa thích và có giá trị dinh dưỡng cao. Nho được trồng nhiều ở các nước Châu Âu nhất là ở Pháp và ở Mỹ. Ở nước ta nho cũng đã được trồng ở một số tỉnh miền Trung và đang phát triển nghề trồng nho với đầy triển vọng phía
16
trước. Trên quả nho có rất nhiều loại nấm men có mặt một cách tự nhiên là nhân tố chính tham gia vào quá trình sản xuất rượu vang nho lên men tự nhiên truyền thống.
Hiện nay, rượu vang còn được mở rộng sản xuất từ các loại trái cây khác như dứa, chanh dây, mơ, chuối, dâu tằm…
2.2.2.3 Hệ vi sinh vật lên men rượu vang
Hiện nay có hai phương pháp lên men rượu vang là lên men tự nhiên và lên men nhờ các chủng nấm men thuần khiết.
Theo tài liệu của tổ chức quốc tế về nghề trồng nho và làm rượu vang năm 1974, nhiều nước trên thế giới không dùng men giống thuần chủng trong sản xuất rượu vang (Pháp, Italia, Mexico, Bồ Đào Nha, Hy Lạp, Tây Ban Nha…). Các nước này dùng nấm men tự nhiên có sẵn trong nước quả để lên men.
Tuy nhiên, phương pháp sản xuất rượu vang từ chủng thuần khiết có nhiều ưu điểm hơn: thời gian lên men nhanh, hàm lượng đường trong dịch quả được lên men triệt để, nồng độ cồn thu được trong vang cao hơn lên men tự nhiên là 0.1-10, vang sáng màu nhanh hơn, có thể cho hương vị thanh khiết hơn.Vì vậy, hiện nay ngành sản xuất rượu vang thường sử dụng các chủng nấm men thuần khiết.
Sau đây là một số loại nấm men thường gặp trong nước quả có vai trò quan trọng trong nghề làm rượu vang.
Saccharomyces vini
Đây là tên hiện nay được dùng phổ biến, trước đây người ta gọi là Saccharomyces vini Meyer hay S.ellipsoideus, hoặc theo Lodder là S.cerevisiae Hansen. Nấm men này phổ biến trong các loại nước quả. Chiếm tới 80% Saccharomyces có trong nước quả khi lên men. Khả năng kết lắng của chúng phụ thuộc vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hoặc dạng bông.
Nguồn dinh dưỡng cacbon của loài này là đường, cồn và acid hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là acid pantotenic (vitamin B3), biotin (vitamin H), mezoinit , tiammin (vitamin B1) và piridoxin (vitamin B6). Đa số các tế bào của loài này hình ovan có kích thước 3÷8 x 5÷12 m, sinh sản theo lối nảy chồi và tạo thành bào tử. Saccharomyces vini có khả năng sinh ra enzyme invertase có khả năng khử đường sucrose thành đường glucose và fructose, vì vậy trong lên men ta có thể bổ sung loại đường này vào trong dịch quả.
17
Hàm lượng rượu tạo thành bình thường đối với nhiều nòi của nấm men chỉ đạt 8÷10% V. Ở giai đoạn cuối của lên men S.vini kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu. Các nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sulfit, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo thành cho rượu vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt. Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men các tế bào S.vini thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh.
Saccharomyces oviformis
Được tách ra từ nước nho tự nhiên lên men, nhưng loại nấm men này ít hơn so với S.vini. Giống thuần chủng phát triển tốt trong nước nho, và các loại nước quả khác, có khả năng chịu được đường cao, cồn cao, lên men cạn kiệt đường và tạo thành tới 18%V cồn. Các yếu tố sinh trưởng của loài này giống với S.vini và có khả năng chịu được độ cồn cao. Dùng các nòi thuần chủng của giống này để lên men dịch quả có nồng độ đường cao để tạo thành vang khô cho kết quả tốt. Giống này tạo thành màng trên dịch quả, chúng lên men được glucose, fructose, maltose, mannose, sacharose, và 1/3 rafinose, không lên men được lactose và pentose. Điều khác nhau cơ bản của S.oviformis và S.vini là: S.oviformis không lên men được galactose và men nổi lên bề mặt dịch lên men tạo thành màng.
Hai giống men rượu vang này có nhiều nòi được dùng trong sản xuất.
Nói chung nhiều giống men rượu có nhiệt độ thích hợp là 18÷25C, ở 35C sự sinh sản của chúng bị ức chế, ở 40C sự sinh sản dừng lại hoàn toàn, ở nhiệt độ thấp hơn 16C sự sinh sản và lên men bị kéo dài. Các điều kiện hóa lý, thành phần và chất lượng dịch quả cũng như pH của môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sống của nấm men.
Ngoài ra còn có một số giống khác như: Sacchromyces uvarum, Saccharomyces chevalieri [5].
Yêu cầu đối với nấm men trong sản xuất rượu vang
Khả năng lên men cao. Những chủng loại này khi ở điều kiện tối ưu cần đạt được 18-20%V ethanol.
Chịu được nhiệt độ thấp. Những nấm men của nhóm này cần có khả năng lên men ở nhiệt độ từ 4-100C và tích lũy trong môi trường thực tế phải được 8-12%V ethanol trong thời gian ngắn.
18
Những nấm men đã được sulfit hóa: gồm những chủng có thể bắt đầu và hoàn thành quá trình lên men ở môi trường oxy hóa- khử rất thấp.
Bền vững với ethanol. Những chủng này có thể gây nên sự lên men mới trong môi trường đã có sẵn 8-12%V, trong đó có cho thêm đường. Ở đây gồm những chủng lên men thứ đối với các loại rượu có bọt. Những nấm men champagne đặc biệt có thể gây men thứ ở điều kiện hàm lượng ethanol cao trong môi trường. Ngoài ra chúng không được tạo những lớp màng xung quanh thành thùng.
Các nấm men heres: những nấm men này sau khi lên men, nếu được tiếp xúc với không khí, sẽ tạo được váng trên bề mặt của rượu. Khi phát triển trên bề mặt của rượu trong thời gian ngắn sẽ tạo được hương vị đặc trưng của rượu heres.
Bền vững đối với nồng độ đường cao. Những nấm men này có thể gây men được ở trên 30% đường và tích lũy được trong môi trường 10-13%V ethanol [2].
2.2.2.4 Cơ chế lên men rượu
Lên men cồn là lên men kỵ khí nhằm chuyển hóa đường, chủ yếu là glucose và fructose, thành ethanol và khí CO2. Quá trình này được thực hiện bởi nấm men và cũng có thể do một số vi khuẩn như Zymomonas mobilis, có thể được tóm tắt bằng phản ứng chung sau: [33]
Quá trình lên men rượu của nấm men được chia thành các giai đoạn:
Quá trình đường phân:
Đầu tiên đường thẩm thấu vào trong tế bào nấm men ở đó đường chuyển hóa qua hàng loạt các sản phẩm trung gian, thẩm thấu và cuối cùng tạo thành axit pyruvic. Acid pyruvic sinh ra do quá trình đường phân sẽ được nấm men sử dụng trong nhiều quá trình chuyển hóa sau đó, như là quá trình lên men hoặc hô hấp.
19
Hình 2. 7 Quá trình đường phân [33].
Quá trình chuyển hóa acid piruvic thành rượu:
Acid pyruvic dưới tác dụng của enzyme pyruvate decarboxylase tạo thành acetaldehyde. Sau đó acetaldehyde bị khử thành cồn etylic do enzyme alcolhol dehydrogenase xúc tác. Phương trình tổng quát như sau:
20
Hình 2. 8 Quá trình lên men rượu [33].
Tuy nhiên thực tế thì quá trình lên men rượu là quá trình phức tạp hơn nhiều. Cùng lúc xảy ra phản ứng trên, rất nhiều các biến đổi hóa sinh, hóa học và hóa lý cùng xảy ra làm cho dịch quả có thể chuyển hóa thành rượu.
Ngoài sản phẩm là etanol, rất nhiều các hợp chất khác cũng được sinh ra trong quá trình lên men cồn như rượu cao phân tử, ester, glycerol, acid succinic, diacetyl, acetoin và 2,3-butanediol. Đồng thời, một số hợp chất của trái cây cũng bị biến đổi do sự trao đổi chất của nấm men. Nếu không có sự tạo thành của các hợp chất này, thì sản phẩm rượu vang sẽ ít có giá trị cảm quan hơn.
21
Hình 2. 9 Sự tạo thành các sản phẩm phụ [33].
2.2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men a. Nhiệt độ
Nhiệt độ môi trường có ý nghĩa rất quan trọng với sự phát triển và lên men của nấm men. Nhiệt độ tối ưu cho nấm men phát triển: 24-28C.
Nếu giảm nhiệt độ sẽ ức chế sự phát triển của nấm men. Khi tăng nhiệt độ quá 30C sẽ tăng quá trình sinh sản của nấm men (thường xảy ra vài giờ) và tăng nhanh quá trình lên men (2-4 ngày). Nhưng trong điều kiện này, nấm men rất dễ bị tiêu diệt và trong dịch lên men còn lại rất nhiều đường không lên men. Nếu nhiệt độ tăng quá 40C thì sự phát triển của nấm men hoàn toàn bị ngừng trệ. Ngoài ra, nấm men còn có khả năng chịu được nhiệt độ thấp, chúng có thể tồn tại được ở -200C mà không bị tiêu diệt trong vài giờ.
Nhiệt độ lên men cao nhất là 39C và thấp nhất là 4÷6 C.Nhiệt độ thích hợp cho nấm men rượu vang từ 22÷ 27C (ảnh hưởng tốt đến sinh sản và trao đổi chất). Nhiệt độ thích hợp nhất để lên men nguyên liệu sản xuất rượu Champagne là 15÷ 20C, tàng trữ ở 9÷11C. Đối với rượu vang trắng dùng để sản xuất Cognae là 18÷22C.
22
Quá trình lên men ở nhiệt độ thấp tốt hơn quá trình lên men ở nhiệt độ cao. Bởi vì lên men ở nhiệt độ thấp sẽ ức chế sự phát triển của nấm và men dại. Những vi sinh vật gây hư hỏng rượu vang ở nhiệt độ thấp thường không phát triển hoặc phát triển yếu. Lên men ở nhiệt độ thấp giúp cho quá trình tạo hương vị tốt. Khi lên men ở nhiệt độ cao, thích hợp cho sự phát triển vi khuẩn và nấm men dại, nhất là vi khuẩn acetic và vi khuẩn lactic, rượu vang thu được có chất lượng kém.[2,4]
b. pH môi trường
pH môi trường lên men ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của nấm men. pH tối thích cho sự phát triển và lên men rượu của nấm men không cố định. pH này phụ thuộc nhiều yếu tố, cụ thể những yếu tố chính sau :
Loại chủng nấm men
Thành phần của môi trường lên men
Điều kiện lên men (nhiệt độ )
Đối với các loại nấm men rượu vang, pH tối thích của chúng khoảng từ 4÷5, của nấm men bia là 6, của nấm men rượu là 4÷ 4,5, của đa số các loại nấm là 3,5. Nấm men có khả năng phát triển ở môi trường trung tính, kiềm, nhưng lên men rượu tốt nhất là ở môi trường acid.
Đối với nấm men giống Saccharomyces, giới hạn pH môi trường có thể phát triển được là thấp nhất 2,0÷2,4, cao nhất là 12. Ở pH = 8÷11, đa số nấm men hô hấp hiếu khí hơn là lên men.
Ngoài ra, pH môi trường còn có ảnh hưởng đến các enzyme hình thành trong nấm men. Theo nghiên cứu của Haldane thì 96 enzyme có pH tối thích từ 4-8 , ở pH < 4, hoạt tính của các enzyme bắt đầu yếu dần.
Trong quá trình lên men rượu, một số acid có thể được hình thành thêm, dẫn đến pH giảm [2,4.]
c. Nồng độ đường của dịch lên men
Các loại dịch quả, dịch đường hóa, mật rĩ loãng đều tạo nên một áp suất thẩm thấu. Áp suất này càng tăng khi gia tăng nồng độ đường của môi trường. Các vi sinh vật phát triển trong môi trường này đều phải chịu ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu. Các nấm men đều phải có khả năng cân bằng áp suất thẩm thấu của môi trường với áp suất nội thể, trường hợp ngược lại, nấm men sẽ bị co nguyên sinh. Trong dung dịch đường
23
saccharose nồng độ 25%, nấm men phải chịu áp suất là 23atm, trong dung dịch đường glucose 25%, áp suất là 58atm.
Từng loại nấm men riêng biệt có khả năng chịu đựng áp suất thẩm thấu khác nhau. Những nòi nấm lên men nổi, có đặc tính là khả năng chịu đựng áp suất thẩm thấu lớn hơn các nòi khác. Những nấm men của giống Zygosaccharomyces có thể phát triển trong nước nho đặc với hàm lượng đường từ 50÷80% (tương ứng với áp suất thẩm thấu 120÷250atm), thông thường những nấm men này phát triển trên bề mặt của môi trường.
Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng, sự gia tăng nồng độ đường trong môi trường sẽ kéo dài thời gian lên men, và hiệu suất rượu từ một đơn vị đường sẽ giảm, lượng rượu tạo ra không đáng kể. Phần lớn với nấm men rượu vang, khi tăng nồng độ đường lên trên 30% thì nhận thấy sự giảm dần hiệu suất cồn etylic, với nồng độ đường quá cao thì quá trình lên men sẽ dừng lại ở 5÷6%V. Nguyên nhân là phần lớn tế bào nấm men đã chết do hiện tượng co nguyên sinh. Ngoài ra sự lên men trong môi trường có nồng độ đường cao thường dẫn đến hiện tượng acid bay hơi được tạo thành trong môi trường cao hơn. Để tránh hiện tượng này cũng như để tăng hiệu suất rượu, lượng đường dư có thể được cho vào từ từ hoặc chia làm nhiều lần cho vào, thay vì cho vào cùng một lúc [2,4].
d. Nồng độ ethanol
Ethanol là sản phẩm chính tạo ra trong quá trình lên men rượu của đường. Nhưng nó có thể ức chế hoạt động của nấm men. Nồng độ rượu 1,5%V đã phần nào ức chế sự phát triển của nấm men. Khi tăng lên đến 5%V thì sự sinh sản bắt đầu ngưng trệ. Nếu nồng độ rượu lên đến 7-8%V thì bắt đầu giảm giai đoạn lên men mạnh nhất và bắt đầu lên men giai đoạn yếu.
Ảnh hưởng nồng độ ethanol vào các loại nấm men không giống nhau. Đa số loại nấm men ở điều kiện nhiệt độ tối ưu chịu được nồng độ cồn khoảng 14÷16%V [2,4].
24
Bảng 2. 6 Giới hạn nồng độ cồn của một số loại nấm men [4].
Loại nấm men Nồng độ cồn cực đại nấm men có thể tồn tại (%V)
Saccharomyces oriformis 18÷19
Hanseniaspore 4÷5,9
Sacharomyces pasteurianus 10
Sacharomyces ellipsodens 18
Nấm men rượu vang 18÷19
Nấm men rượu 4÷5
e. Thời gian
Thời gian là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng đến chất lượng sản phẩm rượu vang. Thời gian lên men phụ thuộc nhiều yếu tố:
nhiệt độ lên men, nồng độ đường, chủng nấm men… Thời gian lên men bắt đầu từ khi cấy chủng nấm men vào môi trường lên men, qua các giai đoạn sinh sản, phát triển, bắt đầu lên men, lên men mạnh, lên men yếu….
Thông thường thời điểm kết thúc lên men là khi lượng đường còn sót lại còn rất ít hoặc bằng cách quan sát thấy khả năng tạo CO2 rất yếu. Ở đây chỉ nói đến thời gian kết thúc giai đoạn lên men chính. Giai đoạn lên men phụ là giai đoạn ủ chín và tàng trữ kéo dài từ vài tháng trở lên [2,4].
f. Khí SO2
Nấm men so với các loại sinh vật khác, rất bền với SO2. Do đó khí SO2 thường được xông vào thùng lên men để thanh trùng trong sản xuất rượu vang. Tuy nhiên, với nồng độ quá cao, SO2 có thể làm ức chế quá trình lên men của nấm men. Để tăng khả năng chịu đựng SO2 của nấm men bằng cách nuôi nấm men liên tục trong những môi trường có hàm lượng SO2 tăng dần để tạo sự thích ứng của nấm men với SO2.
Hàm lượng SO2 cao trong môi trường lên men sẽ đình chỉ sự lên men, nhưng nấm men vẫn không chết. Nếu cho nấm men vào lại môi trường đã Sunfit hoá thì chúng sẽ bắt đầu phát triển trở lại [2,4].
g. Nồng độ O2 của môi trường
Sự cung cấp lượng oxy cần thiết cho giai đoạn phát triển của nấm men, đó là giai đoạn tăng sinh khối nấm men ở giai đoạn đầu khi cho nấm men vào dịch lên men.