.0 rf 2 N A D H . H + 2 N A D + 2 f o ^ V . 2 | Ql_l Alcohol dehydrogenase CH2 OH Acetaldehyde Etanol
2.5.2 Động học của quá trình lên men
Tốc độ của quá trình lên men có thế xác định trục tiếp bằng lượng đường được lên men, hoặc gián tiếp xác định lượng rượu tạo thành và lượng C02 thoát ra trong một đơn vị thời gian. Cũng có thế xác định nhanh tốc độ lên men bằng cách đo nồng độ biếu kiến của dịch lên men. Để theo dõi quá trình lên men được rõ ràng, Lêbêđép đã dùng tỉ lệ men giống rất ít, theo dõi lượng đượng giảm trong từng giờ và biểu diễn theo % so với tổng lượng đường có trong dịch thí nghiệm.
Hình 7. Đường bicu diễn lên men theo (theo Lêbêđcp)
Theo hình trên ta nhận thấy lên men được chia làm ba giai đoạn: lên men sơ bộ, lên men chính và lên men phụ.
C
Thơ! , ytõ
Luận vãn tỏt nghiệp khỏa 33 năm 2010 Trường Đại Hoc cần Tỉur
Trong giai đoạn đầu, thời gian kéo dài gần 60 giời đặc trưng cho thời kỳ tiềm phát, lượng đường lên men rất ít. Giai đoạn hai kéo dài khoảng từ giời thứ 60 đến giờ thứ 120, sinh trưởng của nấm men và lên men tăng nhanh, đạt tới cực đại - đặc trưng chothời kỳ lên men chính. Giai đoạn ba đặc trưng cho lên men phụ kéo dài, tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch còn rất ít, các dextrin chưa kịp biến thành đường.
(Nguyễn Đình Thưởng và Nguyễn Thanh Hằng, 2007)
2.5.3 Các yếu to ảnh hưởng đến quá trình lên men2.5.3. ì Anh hưởng của nhiệt độ 2.5.3. ì Anh hưởng của nhiệt độ
Mỗi vi sinh vật đều có nhiệt độ tối ưu cho sự phát triến của chúng. Đối với nấm men saccharomyces, nhiệt độ tối ưu nằm trong giới hạn 28 - 32°c. Tuy nhiên, nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn. Mặt khác, nếu có điều kiện làm lạnh dịch đường tới 20 - 22°c sẽ hạn chế được sự phát triển của tạp khuẩn. Sau 8 đến 10 giờ nhiệt độ lên men sẽ tăng đến 28 - 30°c, tiếp đó cần làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giới hạn tối ưu. Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men sẽ giảm nhanh nhưng chủ yếu là dễ bị nhiểm lactic và nấm men hoang dại.
2.53.2 Anh hưởng của pH
pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của nấm men. Chúng có khả năng làm thay đổi điện tích các chất cúa vỏ tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm thấu của các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men.
Trong điều kiện lên men rượu, pH tối thích đế tạo alcol etylic là 4,5 - 5. Neu tăng pH thì dễ bị nhiểm khuẩn, glyxerin sè tạo ra nhiều hơn và do đó làm giảm hiệu suất lên men.
2.5.3.3 Anh hưởng của nong độ dịch lên men
Nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất và làm mất cân bằng trạng thái sinh lí của nấm men. Mặt khác đường nhiều sè dẫn đến tổn thất và kéo dài thời gian lên men. Ngược lại nếu nồng độ dịch đường thấp sẽ không kinh tế vì sẽ làm giãm năng suất thiết bị lên men, mặt khác sẽ tốn hơi khi chưng cất và tăng tổn thất rượu trong bã rượu và nước thải.
(Nguyên Đình Thưởng và Nguyên Thanh Hằng, 2007)
2.53.4 Anh hưởng của ánh sáng
Ánh sáng là yếu tố kìm hãm hoạt động của nấm men, đặc biệt tia cực tím trong ánh sáng sẽ giết chết tế bào nấm men, vì vậy quá trình lên men phụ thuộc thời tiết từng mùa.
2.53.5 Anh hưởng của nòng độ rượu
Quá trình nuôi cấy nấm men chủ yếu là tạo môi trường thích hợp cho nấm men phát triến sinh khối, đạt số lượng theo yêu cầu. Song nấm men cũng thực hiện một quá trình lên men rượu đáng kê. Thường trong dịch nấm men có khoảng 4-6% rượu. Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men. điều này còn phụ thuộc vào thời gian, môi trường nuôi cấy, số lượng tế bào nấm men cho vào bằng nhau, điều kiện nuôi cấy giống
Luận vãn tỏt nghiệp khỏa 33 năm 2010 Trường Đại Hoc cần Tỉur
nhau thì nồng độ rượu 1% có ảnh hưởng tốt đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men, từ 4-6% có ảnh hưởng xấu. Sản phẩm chủ yếu của quá trình kỵ khí là ethanol, ethanol kìm hãm hoạt động của tế bào nấm men, tuy nhiên mức độ kìm hãm khác nhau đối với chủng, nòi nấm men khác nhau.
2.53.6 Anh hưởng của C02
Hàm lượng CƠ2 hình thành trong quá trình lên men thường hạn chế mạnh sự sinh sản của nấm men vang
Hàm lượng CƠ2 trong rượu vang đạt 0,25% trọng lượng thì việc sinh sản của nấm men đình trệ
Hàm lượng CO2 trong rượu vang đạt 1,5% trọng lượng thì nấm men không còn sinh sản được nữa
Với hàm lượng CO2 như trên, ở nhiệt độ 15°c thùng lên men sẽ có áp suất 7,7atm, nấm men vẫn sống và tiếp tục lên men kỵ khí.
(Bùi Ái, 2003)
2.53.7 Anh hưởng của oxy
Oxy rất cần cho lên men ở một vài giai đoạn, đặc biệt ở giai đoạn sinh trưởng logarit đưa không khí vào môi trường sè nâng cao được nồng độ tế bào và phần trăm đường đầu lên men, thậm chí chỉ cần thêm một lượng nhỏ cũng đã ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ lên men và tăng sinh khối đáng kể. Trong lên men khi đã sinh ra một lượng lớn rượu, thì hiệu quả không khí đưa vào không làm tăng sinh sản mặc dù nấm men vẫn sử dụng không khí như giai đoạn đầu lên men. Vai trò của oxy đặc biệt quan trọng và cần thiết và quan trọng trong giai đoạn nhân giống và giai đoạn đầu của lên men.
(Lương Đức Phẩm, 2006)
2.5.4 Sản phẩm phụ trong quá trình lên men
Trong quá trình lên men ngoài hai sản phấm chính là rượu etylic và C02. Ngoài ra còn có các sản phấm phụ là các chất thứ cấp hay là các sản phấm bậc hai. Các sản phấm được tạo thành từ protein cũng như các acid amin với các chất phân giải trung gian của đường tạo thành là các loại rượu bậc cao, ngoài ra còn có glycerin, acid acetic, este.
2.5.4.1 Sự tạo thành glycerin
Glycerin được tạo thành trong lên men khi acetaldehyde liên kết với bisulíĩt natri hoặc lên men ở môi trường kềm. Glycerin được tạo thành mạnh mẽ từ khi bắt đầu lên men.
Luận vãn tỏt nghiệp khỏa 33 năm 2010 Trường Đại Hoc cần Tỉur
Nhờ có vị ngọt và sánh như dầu glycerin có vai trò nhất định trong sự làm hài hòa vị của rượu.
2.5.4.2 Sự tạo thành acid
Trong quá trình lên men rượu luôn tào các acid hữu cơ bao gồm: acetic, lactic, xitric, pyrovit và succinic nhung nhiều nhất hơn cả là acetic và lactic.
Acid axetic có thế được tạo thành từ phản ứng oxy hóa khử hai aldehyt acetic một phân tử bị oxy hóa, phân tử thứ hai sẽ bị khử.
CH3CHO + CH3CH0 + h2o -> CH3COOH + C2H5OH Acid lactic được tạo bởi pyrovat dehyronaza theo phản ứng.
CH3COCOOH + NAD.H2 -h. CH3CHOHCOOH + NAD
Acid xitric theo Lapphon được tạo ra từ aldehyt acetic phản ứng này được biểu diễn tổng quát như sau.
9CH3OH + 4H2o -> (CH2COOH)2(OH)2COOH + 6C2H5OH
Acid succinic được tạo thành có thể theo hai con đường: dehydro và trùng họp hai phân tử acid acetic với một aldehyt acetic.
2CH3COOH + CH3CHO -H. coohch2cooh + C2H3OH
2.5.4.3 Sự tạo thành cilcol cao phân tử
Một trong những sản phâm phụ quan trọng được tạo thành quá trình lên men rượu là các rượu có số nguyên tử carbon lớn hơn hai (gọi chung là alcol cao phân tử). Các alcol này tuy ít nhưng lẫn vào cồn atiylic sẽ gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm. Đó là alcol probylic, izoamylic, amylic.... hàm lượng của chúng chỉ vào khoảng 0,4 - 0,5% so với cồn etylic nhưng gây cho sản phẩm mùi hôi khó chịu. Các alcol này có tên chung là dầu fusel và chỉ có mùi hôi khó chịu nên gọi là dầu khét.
2.5.4.4 Sự tạo thành ester
Song song với việc tạo thành acid và alcol, dưới tác dụng của enzyme esterase của nấm men, các acid và alcol sè tác dụng lẫn nhau để tạo ra những ester tương ứng. Có thể viết dưới dạng tổng quát sau:
R,CH2OH + RoCOOH -> R2COO-CH2R, + H20
Ví dụ: khi alcol etylic kết hựp với acid acetic là sẽ nhận đưực ester etylic hay acetat etyl:
C2H5OH + CH3COOH ->■ CH3COOC2H5 + h2o Sự tạo thành ester sè dễ dàng hơn khi các cấu tử thanh gia phản ứng là các aldehyt:
R,CHO + R2CHO R,COOCH2R2
Khi đó cả biến đối của aldehyt sẽ được thực hiện mà không cần tiêu tốn năng lượng. Các aldehyt cũng có thế ngưng tụ với nhau đế tạo ra chất mới, vừa chứa nhóm -CHO vừa chứa nhóm -OH.
Luán vãn tôt nghiệp khỏa 33 năm 2010 Trường Đại Hoc Cân Tỉuĩ
CH3CHO + CH3CHO -> CH3CHOHCH2CHO
Khi tác dụng với etylic, andehyt acetic sẽ biến thành dietyl acetat:
CH3CHO + 2C2H5OH -> CH3CH(OC2H5)2 + h2o
Dựa vào các kết quả thu được trong phòng thí nghiệm cũng như trên thực tế sản xuất, người ta nhận thấy rằng, lượng sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian tạo thành trong các quá trình lên men, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, chúng thay đối theo nhiệt độ, pH, mức độ sục khí cũng như chủng nấm men và nguồn nguyên liệu.
(Nguyền Đình Thưởng và Nguyên Thanh Hằng, 2007)
2.5.4.5 Sự tạo thành accetcildehyd
Aldehyd hay gặp ở trong vang là aldehyd acetic, propionic, butyric,.. .các aldehyd này có mùi rất gắt. Các aldehyd là sản phẩm của quá trình trao đối chất ở nấm men và cũng có thế được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu. Chủ yếu là hàm lượng acetaldehyd.
Decacboxyl hóa Acid pyruvic ► accetaldehyd
2.5.4.6 Sự tạo thành metcmol
Trong quá trình nấu nguyên liệu, các chat pectin este của acid polygalacturonic bị thủy phân tạo thành acid pectic và alcol metylic.
2.5.4.7 Sự tạo thành furfurol
Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccarose, glucose, fructose và một ít maltose được tạo thành trong thời gian nấu. Ớ nhiệt độ cao các đường sè bị phân hủy và mât nước đê tạo thành caramen, fufurol, oxymetyl fufurol và melanoidin. Đường pentose bị mất ba phân tử nước tạo thành fufurol.
ịLương Đức Phàm, 2006)
2.6 Chưng cất và tinh luyện
Quá trình chưng cất rượu nhằm tách hồn hợp rượu và nước có nhiệt độ sôi khác nhau. Ỏ áp suất thường, rượu sôi và bốc hơi ở 78°c, còn nước là 100°c. Khi chưng cất rượu được tách ra khỏi nước nhờ bay hơi dễ hơn nước. Quá trình chưng cất được tiến hành
Luán vãn tôt nghiệp khỏa 33 năm 2010 Trường Đại Hoc Cân Tỉuĩ
bằng cách đun sôi hồn họp lên men, hơi bay lên được dẫn qua ống dẫn và được làm lạnh bằng cách cho qua hệ thống làm lạnh ngược để ngưng tụ rượu. Dung dịch rượu thu được trong suốt có mùi thơm đặc trưng và nồng độ rượu sê giảm dần theo thời gian chưng cất. Tùy theo yêu cầu của khách hàng mà ta có thế tiến hành pha trộn các loại rượu thu được ở các khoảng thời gian chưng cất khác nhau để tạo ra rượu có nồng độ cao thấp khác nhau.
2.6.1 Lý thuyết về chung cất rượu
Trong giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như: rượu, aldehyde, ester, và một sổ alcol có số cacbon lớn hơn hai, các alcol này ta quen gọi là rượu cao phân thử hay dầu fusel.
Ngoài các chất kể trên, trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn họp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước, vì thế khi nghiêm cún người ta xem giấm chín như hỗn hợp hai cấu tử.
2.6.2 Lý thuyết về tinh chế cồn
Cồn nhận được sau chưng cất còn chứa rất nhiều tạp chất, có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các chất như: aldehyt, ester, alcol cao phân tử, các acid hữu cơ.
Phân loại tạp chất
Theo quan điểm tinh chế cồn người ta chia tạp chất thành ba loại: tạp chất đầu, tạp chất trung gian, tạp chất cuối
Tạp chất đầu gồm những chất dễ bay hơi hơn alcol etylic ở nồng độ bất kỳ, nghĩa là hệ số bay hơi lớn hơn hệ số bay hơi của rượu. Các chất có nhiệt độ sôi thấp hon nhiệt độ sôi của etylic gồm: alderhyt axetic, axetat etyl, axetatmetyl, alderhyt butyric.
Tạp chất cuối gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic, propylic. ơ khu vực nồng độ cao của acol etylic, các tạp chất cuối có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của alcol etylic. Ở khu vực nồng độ etylic thấp, độ bay hơi của tạp chất cuối có thể nhiều hơn so với alcol etylic. Tạp chất cuối điển hình nhất là axit axetic, vì rằng nồng độ bay hơi của nó kém hơn alcol etylic ở cả mọi nồng độ.
Tạp chất trung gian: có hai tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu, vừa có thể là tạp chất cuối. Ỏ nồng độ cao của alcol etylic nó là tạp chất cuối, ớ nồng độ thấp của alcol etylic nó có thể trở thành tạp chất đầu.
Do đó, tạp chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, còn tạp chất trung gian tương đối khó tách.
(Nguyễn Đình Thưởng và Nguyễn Thanh Hằng, 2007)
Chưotig 3