2/
2.2.1 Cơ sở khoa học của quá trình lên men rượu
Cơ chế của quá trình lên men rượu đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu từ vài thế kỷ trước như:
Năm 1789 Lavoisier bằng các thí nghiệm của mình đã chứng tỏ được rằng bên cạnh sản phẩm chính của quá trình lên men rượu là C2H5OH và CO2 cịn cĩ một số sản phẩm phụ khác.
Đến năm 1810, Gay-Lussac nghiên cứu sâu hơn và tìm ra rằng: trong quá trình lên men rượu thì 45% glucose tạo ra 23% C2H5OH và 22% CO2.
Dựa trên cơ sở đĩ ơng đã đưa ra phương trình tổng quát như sau: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 27Kcal
Năm 1857, Louis Pastuer đã cơng bố kết quả nghiên cứu của ơng “sự phân giải đường thành rượu và CO2 là sự hơ hấp của nấm men trong điều kiện yếm khí” và kết luận: Cứ 100%glucose tạo ra 51,1% C2H5OH; 49,4% CO2; 3,2% acid succinic và khống, 1% các sản phẩm khác.
Vào khoảng 1871-1872, Manaxeni thử nghiền tế bào nấm men với cát và thạch anh rồi mới cho vào dịch đường thì hiện tượng lên men vẫn xảy ra. Đến năm 1879, Bucher tiến hành nghiền nát tế bào nấm men rồi chiết lấy dịch trong khơng chứa xác nấm men và cho vào dịch đường thì nhận thấy dịch đường này vẫn cĩ khả năng lên men. Từ đĩ người ta gọi các chất chứa trong dịch tế bào nấm men là zymase. Đây chính là tập hợp của nhiều enzyme chuyển hĩa đường thành rượu và CO2 [3].
Về sau các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu về cơ chế lên men, vi sinh vật và
phẩm tích tụ chiếm ưu thế, ngồi ra cịn cĩ rất nhiều các sản phẩm khác như các acid, ester, aldehyde và các rượu cao phân tử. Bằng phương pháp sắc ký người ta cĩ thể xác định được trên 500 chất khác nhau. Nhưng về cơ bản cĩ thể chia thành 4 nhĩm là alcol, aldehyde, acid và ester.
Nấm men là tác nhân chính của quá trình lên men rượu, với đường là cơ chất chính. Quá trình chuyển hĩa đường thành rượu qua một chuỗi phản ứng rất phức tạp liên quan mật thiết đến quá trình phosphoryl hĩa các hợp chất hữu cơ.
Phương trình chuyển hĩa như sau:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP Đường cùng các chất dinh dưỡng khác của mơi trường lên men đưa vào trong tế bào nấm men, chỉ nhữn chất dinh dưỡng cần thiết qua màng tế bào và được cơ thể nấm men giữ lại. Tại đây, qua những hiện tượng trao đổi chất của tế bào, một cơ chế phức tạp bao gồm một chuỗi các phản ứng hĩa sinh, biến đổi đường glucose thành acid pyruvic. Sau đĩ acid pyruvic trong điều kiện yếm khí dưới tác dụng của enzyme pyruvac decarboxylase sẽ chuyển thành acetaldehyde. Cuối cùng acetaldehyde dưới tác dụng của enzyme alcohol dehydrogenase biến đổi thành rượu etylic [2].
Phương trình tổng quát:
Chuổi phản ứng:
quá trình EMP
C6H12O6 CH3COCOOH
Glucose acid pyruvic
Enzyme pyruvat dercarboxylase
CH3COCOOH CH3CHO + CO2
Enzyme alcohol dehydrogenase
CH3CHO + NAD.H+ + H+ CH3CH2OH + NAD+
Acetaldehyde ethanol
Dựa vào mục đích và những biến đổi chính diễn ra trong quá trình lên men, ta chia quá trình lên men rượu vang thành 2 giai đoạn [12].
Lên men chính: Ở giai đoạn này diễn ra biến đổi quan trọng nhất là đường dưới tác dụng của nấm men chuyển hĩa thành rượu tạo cho vang một độ rượu thích hợp. Đồng thời trong quá trình trao đổi chất của nấm men sẽ hình thành nên một số sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ như: rượu cao phân tử, aldehyde, acid hữu cơ và một số ester.
Lên men phụ: Ở giai đoạn này lượng đường cịn sĩt lại sau giai đoạn lên men chính sẽ tiếp tục chuyển hĩa thành rượu. Tuy nhiên, các biến đổi quan trọng trong giai đoạn này là việc khử các aldehyde làm giảm nồng độ của chúng, sự hình thành nên một số ester, sự tạo thành tủa của một số loại protein và tannin…sẽ gĩp phần làm tăng giá trị cảm quan cho rượu vang thành phẩm sau này.