Nấm men được sử dụng ở đây là S.cerevisiae AXAZ-1, được phân lập từ loại nho Hy Lạp. Dịch nha lấy từ Athenian Brewery S.A, pH của dịch nha là 5.0 và nồng độ đường ban đầu là 7.5-7.6 0Be.
Quá trình chuẩn bị chất mang và cố định tế bào nấm men trên trái sung khô được làm như sau:
Trái sung khô được sử dụng sau khi đã trích ly hết lượng đườmg bằng nước đã khử ion. Một lượng sung khô nhất định sẽ được cho vào bình hình nón và được đổ nước lên trên. Bình trên sẽ được lắc, ở nhiệt độ 25-300C, tiến hành đo độ Be của dịch trích cho đến khi tất cả
và dưới áp suất 1.5-2 atm. Lấy 170g chất mang trên và 16 g tế bào nấm men AXAZ-1 cho vào trong bình hình trụ thủy tinh có thể tích 1 lít có chứa sẵn 800 ml môi trường dịch nha 12% (w/v) (pH=4.8). Hệ thống được để trong 6-8 h cho đến khi nồng độ của dịch lên men tiến đến giá trị cuối là 0-0.50Be. Chất mang trái sung khô với các tế bào nấm men cố định được rửa từ 2 đến 3 lần với dịch nha 12% (w/v) và đã sẵn sàng cho sử dụng.
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN CHẤT MANG TRÁI CÂY
Bảng 9: Các loại chất mang trái cây và ứng dụng của chúng
Chất mang trái cây Ứng dụng Lê cắt miếng Táo cắt miếng Mộc qua cắt miếng Vỏ nho Nho khô
Lên men rượu vang Sung khô Lên men bia
Vỏ cam Lên men cồn
1. LÊN MEN RƯỢU VANG: 1.1. Thiết bị:
Hình 24: Bình phản ứng sử dụng trong lên men rượu vang trắng (A) và rượu vang đỏ (B). 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu vang:
1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Trong phương pháp lên men liên tục, lưu lượng nước nho đầu vào được điều chỉnh sao cho quá trình lên men là hiệu quả nhất. Khi nhiệt độ lên men giảm thì lưu lượng dòng nhập liệu cũng giảm để nấm men có đủ thời gian để hoàn thành quá trình lên men ở nhiệt độ thấp hơn.
Hình 25: Sự thay đổi lưu lượng của nước nho khi nhiệt độ lên men thay đổi từ 5 -300C.
1.2.1.2.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất tạo cồn và năng suất tạo rượu vang:
Bảng 10: Các thông số của quá trình lên men liên tục nước nho ở những nhiệt độ khác nhau sử dụng nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên chất mang táo cắt miếng.
Bảng 11 : Các thông số của quá trình lên men tĩnh rượu vang ở nhiệt độ thấp sử dụng nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên chất mang táo khi sử dụng dịch nho có nồng độ chất khô ban đầu là 12 0Be.
Bảng 12 : Các thông số của các thí nghiệm lên men tĩnh nước nho tại các nhiệt độ khác nhau với nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên lê cắt miếng.
Bảng 13 : Các thông số của quá trình lên men liên tục nước nho ở các nhiệt độ khác nhau khi sử dụng nấm men AXAZ-1 cố định trên lê cắt miếng.
Nhiệt độ lên men có ảnh hưởng quan trọng đến năng suất tạo vang và etanol. Năng suất tạo vang của phương pháp lên men liên tục cao hơn so với lên men tĩnh có lặp lại ở 300C. Năng suất tạo etanol của hệ thống ở 100C bằng 15% ở 300C .
Bảng 14. Các thông số của quá trình lên men tại các nhiệt độ khác nhau sử dụng nấm men cố định trên lê cắt miếng .
Tất cả các lần lên men đều bắt đầu với 0Be của dịch nho trong khoảng 10.5-12.4. Rượu vang tạo thành có chứa lượng cồn tương tự độ cồn trong rượu vang khô (9.5-12.2% v/v). Chu trình lên men được tiến hành trong khoảng 7 tháng mà không có sự mất mát đáng kể nào của chất xúc tác sinh học đang dùng. Ở 80C, quá trình lên men kết thúc sau 15 ngày, còn ở 30C quá trình lên men sẽ kết thúc sau 33 ngày. Cả năng suất tạo rượu vang và cồn đều cao gấp vài lần so với quá trình lên men truyền thống (sử dụng nấm men tự do) và bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ.
Năng suất tạo rượu vang và cồn giảm nhiều sau 3 lần lên men tĩnh đầu tiên, có thể là do sự khó khăn trong việc chuyển chất dinh dưỡng do sự giảm thể tích của chất xúc tác sinh học cố định trên lê. Do đó, tế bào nấm men không phân tán rộng ra trên toàn bộ khối dịch nho.
1.2.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng acid tổng và acid dễ bay hơi:
Bảng 15: Các thông số của quá trình lên men tĩnh rượu vang ở nhiệt độ thấp sử dụng nấm men AXAZ-1 cố định trên chất mang táo khi sử dụng dịch nho có nồng độ chất khô ban đầu là 120Be.
Hàm lượng acid tổng và acid dễ bay hơi tương tự như trong rượu vang khô. Hàm lượng acid tổng trong sản phẩm tăng nhẹ do sự trích ly các acid trong táo vào trong sản phẩm hoặc do sự tạo thành acid trong quá trình lên men nhưng hàm lượng của nó vẫn nằm trong giới hạn của rượu vang khô (4-6g/l). Hàm lượng acid tổng trong khoảng từ 4.5-5,5g/l khi tiến hành lên men ở nhiệt độ 25-120C, nhưng hàm lượng acid tổng sẽ giảm nhẹ khi nhiệt độ lên men giảm xuống 9-10C. Việc giảm này có thể là do sự tăng số tinh thể muối tartrate khi nhiệt độ giảm.
Bảng 16: Các thông số của quá trình lên men liên tục nước nho ở những nhiệt độ khác nhau sử dụng nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên chất mang táo cắt miếng.
Hàm lượng acid tổng của sản phẩm tăng nhẹ vì một số acid trong táo được trích ly vào rượu vang thành phẩm trong giai đoạn đầu của quá trình lên men liên tục hoặc do sự hình thành các acid trong quá trình lên men. Không cần thiết xử lý các miếng táo để trích ly các acid trước khi sử dụng chúng làm chất mang vì hầu hết các acid trong táo là những thành phần thường thấy trong rượu vang và có thể đóng góp tích cực vào hương vị của sản phẩm. Lượng acid tổng trong khoảng 3.6-6.6g/l tính theo acid tartaric khi lên men ở 30 đến 150C và giảm nhẹ khi nhiệt độ lên men giảm từ 10 đến 50C. Sự giảm này có thể do sự tăng hình thành tinh thể muối tartrat khi nhiệt độ giảm. Thêm nữa hệ vi sinh vật của táo không ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng của sản phẩm cuối cùng bởi vì nấm men cố định chiếm ưu thế ở pH thấp, nồng độ cồn cao, acid tổng trong rượu vang cao và sinh khối nấm men cố định cao.
1.2.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng các cấu tử dễ bay hơi:
Bảng 17: Sự tạo thành các sản phẩm phụ dễ bay hơi trong các thí nghiệm lên men tĩnh nước nho có nồng độ chất khô ban đầu là 120Be, sử dụng tế bào nấm men cố định trên chất mang táo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các sản phẩm phụ dễ bay hơi:
Rượu cao phân tử: hàm lượng rượu cao phân tử (propanol-1 và isobutyl alcohol) thì thấp, thấp hơn 32 ppm.
Khi lên men ở nhiệt độ thấp thì hàm lượng của propanol-1 và isobutyl alcohol cực kì thấp. Nhìn chung, nhiệt độ thấp sẽ làm giảm hàm lượng của các rượu cao phân tử. Kết quả này cho thấy sản phẩm được cải thiện chất lượng do hàm lượng của rượu cao phân tử thấp. Việc giảm lượng rượu amylic ở nhiệt độ thấp khi sử dụng nấm men cố định trên táo thì cũng giống kết quả nghiên cứu trên các chất mang khác; nhưng đối với chất mang táo hàm lượng này giảm nhiều hơn.
Ethyl acetate:
Hàm lượng etyl acetate tăng khi nhiệt độ giảm. Mặc dù giá trị của nồng độ ethyl acetate cao nhất tới 154 mg/l cho hương trái cây và vị tốt.
Các chất dễ bay hơi khác:
Nồng độ của acetaldehyde trong rượu vang có thể đạt tới 53 mg/l.
Metanol được hình thành từ quá trình thủy phân pectin với enzim thủy phân pectin trong thực vật và vi sinh vật. Nồng độ của metanol trong rượu vang tạo thành từ các quá trình lên men tĩnh bởi nấm men cố định trên táo là <100 mg/l. Đối với rượu vang lên men truyền thống hàm lượng này khoảng 0.1-0.2 g/l.
Các chất tạo hương cho rượu vang trong bảng sau.
Bảng 18: Các hợp chất dễ bay hơi được tìm thấy trong rượu vang bằng kĩ thuật trích ly.
Bảng 19 : Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến các sản phẩm phụ dễ bay hơi khi tiến hành lên men liên tục để tạo rượu vang, sử dụng nấm men S.cerevisiae cố định trên chất mang táo cắt miếng.
Đối với các sản phẩm phụ dễ bay hơi:
Mặc dù hàm lượng rượu cao phân tử (propano-1, isobutanol) và rượu amylic đều ở mức rất thấp tại tất cả nhiệt độ khảo sát nhưng nhiệt độ lên men có ảnh hưởng quan trọng đến sự tạo thành của chúng trong cả hai quá trình lên men: liên tục và tĩnh. Ngược lại, sự cố định chỉ có ảnh hưởng quan trọng đến hàm lượng propanol-1, isobutanol mà không ảnh hưởng lớn đối với rượu amylic. Thông thường, rượu vang tạo ra bởi nấm men tự do có chứa ít propanol- 1 và isobutanol. Trong quá trình lên men tĩnh, nhiệt độ thấp (30C) dẫn đến sự giảm hàm lượng các rượu cao phân tử, điều này được coi như là một nhân tố tích cực đối với chất lượng rượu vang vì những rượu cao phân tử này được xem là những nhân tố làm rượu vang mất mùi. Ngược lại, trong quá trình lên men liên tục có sự tăng lên hàm lượng các rượu cao phân tử trong rượu vang khi lên men ở nhiệt độ 10 và 150C so với vang tạo thành ở 300C, nhưng hàm lượng của chúng vẫn ở mức thấp. Như vậy trong quá trình lên men liên tục không có sự giảm hàm lượng các rượu cao phân tử khi nhiệt độ lên men thấp có thể là do sự tăng hoạt động của tế bào trong quá trình lên men liên tục, khi đó sự tăng tốc độ dòng chảy sẽ làm hình thành các rượu cao phân tử nhiều hơn.
Etyl acetat: hàm lượng etyl acetat trong rượu vang tạo thành do nấm men cố định trên lê cắt miếng trong khoảng 8-118ppm.
Bảng 20: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành các cấu tử dễ bay hơi trong các thí nghiệm lên men tĩnh nước nho sử dụng nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên lê cắt miếng.
Bảng 21 : Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành các cấu tử dễ bay hơi trong các thí nghiệm lên men liên tục nước nho sử dụng nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên lê cắt miếng.
Hàm lượng etyl acetat trong quá trình lên men vang bị ảnh hưởng lớn bởi nấm men cố định. Nhiệt độ lên men cũng ảnh hưởng đến hàm lượng chất này trong cả hai phương pháp lên men. Nhìn chung, rượu vang được tạo thành bởi những tế bào được cố định thì có lượng etyl acetat cao hơn. Ở quá trình lên men liên tục, nhiệt độ thấp hơn sẽ cho lượng chất này cao hơn, trong khi ở quá trình lên men tĩnh có sự ảnh hưởng ngược lại. Mặc dù rượu vang tạo thành bởi sự lên men liên tục ở nhiệt độ thấp (10 và 150C) có chứa lượng rượu cao phân tử và rượu amylic cao hơn nhưng chúng cũng chứa lượng etyl acetat cao hơn, do đó tăng tỉ lệ phần trăm etyl acetat, ảnh hưởng tốt đến chất lượng của rượu vang. Ở phương pháp lên men tĩnh ở nhiệt độ thấp thì lượng rượu cao phân tử và rượu amylic thấp hơn, do đó tỉ lệ phần trăm este tăng dẫn đến chất lượng sản phẩm được cải thiện.
. Bảng 22: Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự tạo thành các hợp chất dễ bay hơi trong quá trình lên men nước nho sử dụng nấm men cố định trên mộc qua cắt miếng
Rượu cao phân tử:
Hàm lượng rượu cao phân tử (propanol-1, isobutanol) đặc biệt thấp ở nhiệt độ 0-50C và giá trị cực đại là 48ppm. Hàm lượng rượu amylic giảm theo chiều giảm của nhiệt độ. Ở 00C thì lượng rượu amylic trong vang mười lần thấp hơn so với quá trình lên men ở 300C. Nhiệt độ thấp làm giảm hàm lượng rượu cao phân tử, làm chất lượng sản phẩm được cải thiện hơn.
Etyl acetat:
Hàm lượng cao nhất là 113mg/l nhưng trong hầu hết các trường hợp đều nhỏ hơn con số này. Mặc dù giá trị hàm lượng etyl acetat không có mùi dấm. Do đó sản phẩm có hương trái cây và vị tốt.
Những chất bay hơi khác:
Bảng 23: Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự tạo thành những hợp chất dễ bay hơi trong thí nghiệm lên men liên tục sử dụng mộc qua với nấm men cố định.
Hàm lượng rượu cao phân tử (propanol-1, isobutanol) thì thấp: 11-41ppm và 15- 32ppm.
Hàm lượng rượu amylic cũng thấp (<100ppm) tại tất cả các nhiệt độ lên men được khảo sát.
Hàm lượng etyl acetat từ 14-90ppm, làm cho rượu vang có hương vị được cải thiện. 1.2.1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng đường sót:
Hình 23: Sự thay đổi lưu lượng và nồng độ chất khô của nước nho khi nhiệt độ lên men thay đổi từ 5 -300C.
1.2.2 Sự thay đổi thể tích chất mang trong quá trình lên men:
Không cần thiết phải có bước tiền xử lý để làm giảm lượng acid trong mộc qua trước khi sử dụng nó làm chất mang. Hầu hết các acid trong mộc qua là các thành phần của rượu vang và sẽ đóng góp vào mùi vị cho sản phẩm. Hàm lượng acid tartaric là 4- 6g/l, nằm trong khoảng thường hay xuất trong rượu vang khô. Hệ vi sinh vật của mộc qua không có ảnh hưởng quan trọng do pH lên men thấp, nồng độ cồn cao, lượng acid tổng cao và mật độ nấm men cố định cao sẽ không cho phép sự phát triển của bất kì vi khuẩn hoặc nầm men nào khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 26: Sự giảm thể tích của chất mang táo qua các thí nghiệm lên men tĩnh.
Sau quá trình cố định, thể tích của các miếng táo bằng 94.4% thể tích ban đầu. Thể tích táo giảm nhiều sau lần lên men đầu tiên. Có lẽ đó là do sự chuyển đường thành etanol hoặc do nấm men sử dụng đường trong táo. Sau giai đoạn trên, thể tích chất mang không đổi cho đến khi kết thúc thí nghiệm (trong vòng bảy tháng) do lượng cellulose còn dư và những thành phần không lên men được khác có trong táo.
Thể tích của khối chất xúc tác sinh học trên lê giảm chủ yếu là trong ba đến bốn lần lên men tĩnh đầu. Do đó quá trình lên men tĩnh lần thứ nhất và thứ hai với thể tích chất mang lần lượt là 400 và 300ml, những lần lên men tĩnh tiếp theo với thể tích chất mang là 250ml. Sự giảm này có thể là do chuyển hóa các đường trong lê bởi nấm men. Thể tích của lê vẫn ổn định sau lần lên men thứ sáu hay bảy và cho đến khi kết thúc thí nghiệm (thời gian gần bảy tháng), chủ yếu là do lượng cellulose trong đó còn lại do không lên men được. So với các chất xúc tác sinh học táo hay mộc qua thì sự giảm thể tích của xúc tác lê nhiều hơn. Trong các quá trình lên men công nghiệp, vấn đề trên có thể được giải quyết bằng cách cho lê cắt miếng vào bình phản ứng sau 4-5 lần lên men tĩnh đầu tiên.
Hình 27: Sự giảm thể tích của lê theo số lần lên men tĩnh.
Mặc dù có sự mất mát lớn về thể tích của lê và những thành phần trong lê có thể chuyển vào trong rượu vang nhưng việc xử lý lê trước khi nó được sử dụng làm chất mang là không cần thiết vì hai nguyên nhân: thứ nhất, hầu hết các thành phần hóa học trong lê (gồm glucose, fructose, acid hữu cơ, hợp chất phenol...) đều là những thành phần thường có trong rượu vang; thứ hai, các thành phần trong lê có thể đóng góp vào hương vị của sản phẩm. Do đó, chất chiết ra từ lê sẽ rất có lợi trong việc tạo ra rượu vang. Hàm lượng acid