Đề tài Công nghệ sinh học trong sản xuất nấm men sử dụng trong sản xuất rượu vang

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM bd - ca Tiểu luận môn: Công Nghệ Sinh Học Thực Phẩm Đề tài: Công Nghệ Sinh Học Trong Sản Xuất Nấm Men Sử Dụng Trong Sản Xuất Rượu Vang GVHD:TS Đàm Sao Mai Lớp DHTP4 Danh sách nhóm: 9 1.Nguyễn Thanh Hải 08102311 2.Nguyễn Đắc Vinh 08106921 3.Phạm Xuân Quang 08107051 4.Kỷ Nhật Trung 08106851 5.Nguyễn Văn Phương 08107671 TPHCM, Tháng 1/2011 MỤC LỤC I. SƠ LƯỢC VỀ NẤM MEN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM. 1.1 Sơ lược về Nấm Men: Nấm men là tên chung chỉ nhóm nấm men có cấu tạo và sinh sản bằng cách nảy chồi và phân cắt. Chúng phân bố rộng rãi khắp nơi. Đặc biệt chúng có mặt nhiều ở đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả. Ngoài ra thấy chúng có mặt trên trái cây chín, trong nhụy hoa, trong không khí và cả nơi sản xuất rượu vang. 1.1.1. Hình dạng và kích thước ð Hình dạng tế bào nấm men: Nấm men thường có hình dạng khác nhau, thường có hình cầu, hình elip, hình trứng, hình bầu dục và cả hình dài. Một số loài nấm men có tế bào hình dài nối với nhau thành những dạng sợi gọi là khuẩn ty (Mycelium) hay khuẩn ty giả (Pseudo mycelium). Tuy nhiên hình dạng của chúng không ổn định, phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy. ð Kích thước tế bào nấm men Tế bào nấm men thường có kích thước rất lớn gấp từ 5 – 10 lần tế bào vi khuẩn. Kích thước trung bình: - Chiều dài: 9 – 10 μ m - Chiều rộng: 2 – 7 μ m Kích thước cũng thay đổi, không đồng đều ở các loài khác nhau, ở các lứa tuổi khác nhau và điều kiện nuôi cấy khác nhau. 1.1.2. Cấu tạo tế bào nấm men Tế bào nấm men cũng như nhiều loại tế bào khác được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản như sau: - Thành tế bào: cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau. Trong đó chủ yếu là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin, volutin,… - Màng nguyên sinh chất: gồm các hợp chất phức tạp như protein, phospholipit enzyme permeaza… - Chất nguyên sinh: thành phần cấu tạo chủ yếu là nước, protit, gluxit, lipit và các muối khoáng, enzyme và có các cơ quan trong đó. - Nhân tế bào - Những thành phần – cơ quan con khác: không bào, ty lạp thể, riboxom,… 1.1.3.Sự sinh sản của nấm men Nấm men có một số hình thức sinh sản sau: - Sinh sản bằng cách nảy chồi. - Sinh sản bằng cách phân đôi. - Sinh sản bằng bào tử và sự hình thành bào tử. + Tiếp hợp đẳng giao + Tiếp hợp dị giao + Sinh sản đơn tính 1.1.4. Phân loại nấm men Chủ yếu có hai lớp: nấm men thật (Ascomyces) và lợp nấm men giả (Fungi imporfecti) - Lớp nấm men thật (lớp Ascomyces – lợp nấm túi): + Phần lớn nấm men dùng trong công nghiệp thuộc lớp Ascomyces, đa số thuộc giống Saccharomyces. + Giống Endomyces + Giống Schizosaccharomyces - Lớp nấm men giả (Fungi imporfecti – nấm men bất toàn) : + Crytococus (toscula, tornlopsis) + Mycoderma + Eandida + Geotrichum (đã được xếp vào lớp nấm mốc) + Rhodotorula 1.1.5. Các quá trình sinh lí của tế bào nấm men: * Sinh dưỡng của nấm men Cấu tạo của tế bào nấm men thay đổi khác nhau tùy theo loài, độ tuổi và môi trường sống, nhưng nhìn chung bao gồm: - Nước: 75 – 85% - Chất khô: 15 – 25% . Trong đó chất khoáng chiếm 2 – 14% hàm lượng chất khô. Nấm men cũng như các sinh vật sống khác cần oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho, kali, magiê,… - Dinh dưỡng Cacbon Nguồn Cacbon cung cấp là các loại đường khác nhau: saccarose, maltose, lactose, glucose… Hô hấp hiếu khí: C6H12O6 + 6 O2 à 6CO2 + 6H2O + 674 cal Hô hấp kị khí C6H12O6 à 2CH3CH2OH + 2 CO2 + 33 cal - Dinh dưỡng oxy, hydro: được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường nuôi cấy hay dịch. - Dinh dưỡng Nitơ: Nấm men không có men ngoại bào để phân giải protid, nên không thể phân cắt albumin của môi trường mà phải cung cấp nitơ ở dạng hòa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc vô cơ. Dạng hữu cơ thường dùng là acid amin, pepton, amid, urê. Đạm vô cơ là các muối amon khử nitrat, sulfat… - Các vitamin và chất khoáng: Chất khoáng có ảnh hưởng to lớn đến hoạt động sống của nấm men: + Phospho: có trong thành phần nucleoprotein, polyphosphat của nhiều enzyme của sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu, chúng tạo ra liên kết có năng lượng lớn. + Lưu huỳnh: tham gia vào thành phần một số acid amin, albumin, vitamin và enzyme. + Magiê: tham gia vào nhiều phản ứng trung gian của sự lên men. + Sắt: tham gia vào các thành phần enzyme, sự hô hấp và các quá trình khác. + Kali: chứa nhiều trong nấm men, nó thúc đẩy sự phát triển của nấm men, tham gia vào sự lên men rượu, tạo điều kiện phục hồi phosphorin hóa của acid pyruvic. + Mangan: đóng vai trò tương tự như magiê. * Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng vào trong tế bào nấm men Nấm men hoàn toàn không có cơ quan dinh dưỡng riêng biệt, các chất dinh dưỡng mà nó sử dụng chủ yếu được vận chuyển qua thành tế bào theo hai con đường cơ bản: - Thẩm thấu bị động: trên thành tế bào nấm men có những lỗ nhỏ, những lỗ này có tác dụng làm cho chất dinh dưỡng vận chuyển vào trong tế bào từ môi trường bên ngoài nhờ áp suất thẩm thấu, ngược lại chất thải trong quá trình trao đổi cũng được thải ra theo con đường này. - Hấp thu chủ động: các thành phần dinh dưỡng không có khả năng xâm nhập vào tế bào theo con đường thứ nhất thì lập tức có hệ permeaza hoạt hóa. Permeaza là một protid hoạt động, chúng liên kết với chất dinh dưỡng tạo thành hợp chất và hợp chất này chui qua thành tế bào trong, tại đây chúng lại tách ra và permeaza lại tiếp tục vận chuyển tiếp. * Quá trình sinh trưởng và phát triển - Sự sinh trưởng Trong quá trình nuôi cấy, trong điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, tế bào nấm men tăng nhanh về kích thước và đồng thời sinh khối được tích lũy nhiều. - Sự phát triển Các nấm men sinh sản bằng phương pháp nhân đôi thường cho lượng sinh khối rất lớn sau một thời gian ngắn. Trong trường hợp sinh sản theo phương pháp này thì trong dịch nuôi cấy sẽ không có tế bào già. Vì rằng tế bào được phân chia thành hai cứ như vậy tế bào lúc nào cũng ở trạng thái đang phát triển. Tế bào chỉ già khi môi trường thiếu chất dinh dưỡng và tế bào không có khả năng sinh sản nữa. Tuy nhiên đa số nấm men sinh sản bằng phương pháp nảy chồi nên hiện tượng phát hiện tế bào già rất rõ. Khi chồi non tách khỏi tế bào mẹ để sống độc lập thì nơi tách đó trên tế bào mẹ tạo thành một vết sẹo. Vết sẹo này sẽ không có khả năng tạo ra chồi mới. Cứ như vậy tế bào mẹ sẽ chuyển thành tế bào già theo thời gian. Để xác định số lượng tế bào nấm men phát triển theo thời gian hiện nay người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như: + Xác định số lượng tế bào bằng phương pháp đếm trực tiếp trên kính hiển vi hay gián tiếp trên mặt thạch. + Đo độ đục của tế bào trong dung dịch nuôi cấy trên cơ sở xây dựng một đồ thị chuẩn của mật độ tế bào… Quá trình sinh trưởng của nấm men trong dịch lên men tĩnh có thể chia làm 5 giai đoạn: H1.1.Quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm men • Giai đoạn tiềm phát: giai đoạn này tế bào làm quen với môi trường, sinh khối chưa tăng nhiều. • Giai đoạn logarit: đây là giai đoạn phát triển rất nhanh, sinh khối tăng ào ạt, kèm theo sự thay đổi mạnh mẽ của dịch lên men. • Giai đoạn chậm dần: tốc độ sinh trưởng nấm men giảm dần, thành phần dịch lên men còn lại ít, các sản phẩm lên men được tích tụ nhiều. • Giai đoạn ổn định: số lượng tế bào nấm men không tăng nữa, tốc độ sinh sản bằng tốc độ chết. • Giai đoạn chết: tốc độ chết tăng nhanh, tốc độ sinh sản rất ít do đó số lượng tế bào nấm men giảm dần. 1.1.6. Các hình thức hô hấp của nấm men Ở nấm men hô hấp là quá trình hô hấp khá phức tạp, nó xảy ra theo hai chiều hướng khác nhau. Vì thế người ta phân thành 2 loại hô hấp : hô hấp hiếu khí và hô hấp yếm khí. 1.2. Ứng dụng của nấm men trong công nghệ thực phẩm: - nấm men có vai trò rất to lớn trong sự phát triển của nghành công nghệ sinh học nói chung và công nghệ thực phẩm nói riêng. Từ lúc con người bắt đầu ứng dụng nấm men trong sản xuất thực phẩm, đã có rất nhiều các thực phẩm có giá trị ra đời đáp ứng nhu cầu tiêu dùng thực phẩm phong phú và đa dạng của đời sống. nấm men được ứng dụng trong công nghiệp nước giải khát, trong sản xuất bánh mì, trong sản xuất rượu bia. Chỉ tính riêng công nghiệp nước giải khát đã có hàng trăm ngàn sản phẩm lên men từ nước quả, từ thực vật với hàng trăm cách lên men với những liều lượng nấm men và những chủng loại nấm men khác nhau. II. NẤM MEN TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG. 2.1Khái quát rượu vang 2.1.1. Lịch sử rượu vang Ảnh hưởng của khoa học và xã hội có tác động lên lịch sử rượu vang. Chặng đường của rượu vang đã kế thừa sự phát triển của kỹ thuật trồng nho và kỹ thuật sản xuất. Ngoài ra nó còn phát triển dựa trên sự mở rộng của ngành thương mại rượu, thêm vào đó là sự ảnh hưởng nhỏ từ phong tục, thổ nhưỡng… Hình ảnh thần rượu vang Dinoysus trong Thần thoại Hy Lạp trên một chiếc bình cổ Nguồn gốc ban đầu từ Trung Đông Truyền thuyết Ba Tư kể rằng một công chúa trong cung điện đã khám phá ra rượu vang. Vị công chúa này không được vua cha yêu mến nên đã cố tự vẫn bằng cách ăn những quả nho đã bị thối rữa. Nàng bị say, choáng và ngủ thiếp đi. Khi thức giấc, công chúa thấy không còn căng thẳng, thay đổi cách cư xử và lại được sự yêu mến của vua cha. Sau đó nhà vua đã loan truyền khám phá này của công chúa ra khắp cung điện và ra lệnh ra tăng sản xuất ra những quả nho “hỏng” kia. Như vậy rượu vang được hình thành là do sự lên men của các quả nho và được phát hiện một cách tình cờ. Việc trồng nho và uống rượu vang đã bắt nguồn từ khoảng 4000 năm trước công nguyên. Những phát hiện này bắt nguồn từ vùng biển Caspian và Lưỡng Hà, ngày nay là Iran. Những người Ai Cập đã nhận ra sự khác nhau trong chất lượng rượu vang. Các nhà khảo cổ khai quật được một số nơi chứa những hũ rượu vang chìm dưới đất, người xưa đã phát hiện ra việc cất trữ rượu trong hầm với nhiệt độ khác nhau có ảnh hưởng đến chất lượng rượu. Bắt nguồn với sự đóng góp của Hy Lạp – La Mã Rượu vang đến với châu Âu cùng với sự phát triển của văn minh Hy Lạp từ khoảng năm 1600 trước công nguyên. Trong thiên anh hùng ca Iliad và Odyssey của Homer cũng có những đoạn mô tả đặc sắc về rượu vang. Người La Mã có những đóng góp quan trọng trong việc lựa chọn ra các loại nho và màu nho, đặc điểm của các loại nho khi chín, nhận biết được bệnh của nho, các loại đất thích hợp để trồng. Họ trở nên thông thạo hơn trong việc cắt tỉa chăm sóc, tặng năng suất và chất lượng. 2.1.2.Phân loại rượu vang: Theo truyền thống, rượu vang được định nghĩa là sản phẩm lên men từ dịch nước nho có chứa cồn không qua chưng cất. Tuy nhiên, gần đây người ta đã mở rộng khái niệm này để chỉ các loại rượu lên men từ các loại quả khác như táo, dâu, dứa, lê, đào.. Hiện nay, tùy thuộc vào mục đích của nhà sản xuất mà dịch quả có thể là đối tượng của nhiều quá trình lên men khác nhau. Lên men rượu: đây là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất rượu vang, cho phép biến đổi các loại đường trong dịch nước quả thành cồn, khí CO2, và rất nhiều sản phẩm rượu khác góp phần tạo ra hương vị đặc trưng của vang. Lên men malolactic: cho tới nay quá trình này đã được nghiên cứu một cách rất hệ thống. Nó thực hiện quá trình chuển hóa di-axit malic thành monoaxit, làm hạ pH của môi trường. D(iều này cho phép thu được rượu vang có vị chua dịu hơn. Lên men malolactic được áp dụng rất phổ biến trong quá trình sản xuất các loại rượu vang cảu Pháp như Bordeaux đỏ hay các loại rượu champagne. Lên men rượu lần thứ hai trên cơ sở rượu vang đã lên men có bổ sung thêm đường sacaroza của mía hoặc củ cải: hay còn gọi là quá trình tạo bọt, đóng vai trò rất quan trọng để sản xuất các loại vang nổ. Quá trình này được thực hiện dưới điều kiện áp suất cao hoặc là trong thùng gỗ sồi, hoặc trong chai ( phương pháp sản xuất rượu champagne ) Qua đó , chúng ta có thể chia rượu vang thành nhiều loại khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng cồn, đường sót và hàm lượng CO2. Bên cạnh đó, rượu vang cũng có thể được phân loại theo màu sắc như vang đỏ, vang trắng, vang hồng… Trong mỗi nhóm lại chia thành nhiều loại nhỏ khác nhau tùy thuộc vào hương, vị đặc trưng của chúng. Điều này được trình bày cụ thể trong bảng 1.1 Bảng 1.1 – Phân loại rượu vang Trên thế giới có Trên thế giới có tới hàng trăm loại rượu vang khác nhau. Mỗi loại được đặc trưng bởi một phương thức riêng, tùy theo đặc điệm của rượu và tính chất của công nghệ. Trong phương thức có hai cách chế biến rượu vang phổ biến nhất. Đó là cách chế biến rượu vang trắng và rượu vang đỏ. Rượu vang đỏ: Khi lên men nước quả nho có lẫn với xác quả riêng gọi là vang đỏ. Trong vỏ quả có nhiều chất màu, chất tannin, chất gây mùi thơm những chất này khi bị phân hủy làm tăng lượng chất hòa tan có trong rượu và tạo hương vị phong phú cho rượu, tạo màu sắc đẹp cho rượu. khi lên men cùng với xác quả, kéo theo cả quần thể men bám trên vỏ quả. Trong vỏ quả giàu thức ăn về đạm, về khoáng nên quá trình lên men đễ dàng hơn. Lên men cả xác quả thường được tiến hành ở nhiệt độ cao hơn để trích ly được các chất màu, chất thơm và tannin có thể hòa tan trong rượu. Kết thúc lên men, cần tiến hành tách xác quả ra rượu. Trong sản xuất lớn trước hết người ta cho rượu chảy qua một tấm lưới để giữ các tạp chất lại. Rượu này có chất lượng cao nhất và được gọi là rượu vang giọt, vang chảy. khi rượu ngừng chảy thì đưa vào máy ép. Rượu vang ép chiếm khoảng 15% tổng số rượu chế được, có thể đem trộn với vang chảy để chế biến. Bã có thể đem ép lần nữa hoặc qua xử lý, sấy khô làm thức ăn cho gia súc. Rượu vang đỏ do lên men cả xác quả nên chứa nhiều tannin hơn rượu vang trắng, có vị chát hơn. Do đó cần lên men malomalic để chuyển hóa axit malic sang axit lactic tạo cho rượu vị chua dịu cân đối với vị chát của tannin. Để lên men malomalic tốt không nên tiệt trùng rượu trẻ vì lên men malomalic xảy ra sau vài ngày, hoặc vài tuần sau lên men, vi khuẩn Lactic hoặc một lượng nhỏ nấm men Schizosaccharomyces để có khả năng lên men malolactic nhanh và triệt để. Rượu vang trắng: Khác với rượu vang đỏ, rượu vang trắng được lên men từ nước quả đã được tách bã quả. Vì nước quả thường không có màu nên được gọi là vang trắng. Hương vị của rượu vang trắng chủ yếu là do nước quả. Rượu vang trắng thường được lên men ở nhiệt độ thấp hơn rượu vang đỏ để giữ hương cho rượu. Rượu vang trắng thường có ít vị chát, có độ chua cao hơn, độ cồn cao hơn vang đỏ. Nói chung hiện nay người ta dùng phương pháp cấy men thuần chủng vào dịch lên men. Trước khi lên men cần tiến hành nhân giống từ hai, ba đến nhiều cấp trên môi trường tương tự như dịch lên men nhưng có nồng độ đường thấp hơn và bổ sung đủ chất dinh dưỡng, cung cấp đủ oxy. Men giống sau khi nhận được cấy vào dịch lên men với tỷ lệ 4-10% thể tích. Lên men rượu vang trắng tiền hành ở nhiệt độ thấp hơn so với rượu vang đỏ, khoảng 15-200C. Rượu vang trắng rất cần giữ hương nên nhiệt thấp sẽ tốt hơn. Thời gian lên men là từ 6-7 ngày hoặc lâu hơn tùy theo nhiệt độ và yêu cầu công nghệ. Kết thúc quá trình lên men khi nhận thấy rượu không còn sủi bọt lên nữa, cặn và xác men đọng xuống đáy thùng. Khi có tiến hành gạn cặn, thay thùng. Rượu trẻ được chuyển sang thùng mới, tiếp tục để lắng cặn rồi đưa vào tang trữ. 2.1.3 Các thành phần chính của rượu vang: Như đã trình bày ở trên, rượu vang là sản phẩm lên men từ nước quả, do vậy ngoài sản phẩm chính như etanol, CO2 còn có các sản phẩm phụ khác của quá trình lên men như rượu bậc cao, glyxerin, aldehit, axit, chất thơm .. và các thành phần khác của dịch quả, chẳng hạn như polyphenol, mono, di và polysacarit, axit béo, acit amin... Tất cả những thành phần này đều góp phần làm nên hương, vị đặc trưng của vang. Thành phần của rượu vang Hàm lượng các chất bay hơi tính theog/l do các chủng nấm men sinh ra Tác dụng của rượu vang. Rượu vang không chỉ vai trò làm nền cho bữa tiệc hay làm cho món ăn ngon hơn, mà còn có lợi cho sức khỏe. Uống rượu vang giúp cho quá trình tiêu hóa, chống đầy hơi, đặc biệt rất tốt cho những người nghiện thuốc lá. Tuy vậy, nên uống rượu vang có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng, tốt nhất là các hãng rượu nổi tiếng như các dòng rượu vang Pháp, Ý, Chile, Australia,... Nên tránh xa các loại vang làm thủ công trong nước nhé các bạn. Bạn vẫn được khuyến cáo: Rượu không tốt cho sức khoẻ. Đối với rượu vang, điều đó hoàn toàn ngược lại. Nhiều nghiên cứu khoa học trên thế giới đã chứng minh, rượu vang là loại thức uống hấp dẫn và tốt cho sức khoẻ con người. Nồng độ cồn trong rượu vang chỉ vào khoảng 11-14%, thấp hơn khoảng 4-5 lần so với rượu mạnh, có nồng độ từ 40-75. Rượu vang, đặc biệt là vang đỏ, mang lại nhiều lợi ích cho sức khoẻ nếu bạn uống điều độ, khoảng 100-200ml/ngày. Tránh nguy cơ mắc bệnh về tim mạch và các chứng đột quỵ Thực tế đã chứng minh, tỷ lệ người Pháp mắc bệnh mạch vành và đột quỵ chỉ bằng 1/2 so với người Mỹ, mặc dù người dân ở hai quốc gia này có chế độ và sở thích ăn gần giống nhau. Vì sao?Một nguyên nhân rất đơn giản nhưng ít ai để ý đến, đó là n gười Pháp có thói quen uống rượu vang, nhất là vang đỏ, điều độ trong bữa ăn hơn so với người Mỹ. Chống lại một số tác nhân gây lão hoá Vài thành phần trong rượu vang có khả năng chống lại quá trình lão hoá của tế bào. Đặc biệt, chất chống oxy hoá flavonoid trong vang đỏ cao gấp 10-20 lần so với rau quả. Một chất chống lão hoá khác đáng lưu ý resveratrol. Chất này có nhiều trong vỏ quả nho, nhất là nho chín đỏ vì hấp thụ nhiều ánh nắng mặt trời. Ngoài ra, resveratrol còn có khả năng chống nhiễm khuẩn. Giảm quá trình xơ vữa động mạchNguyên nhân hình thành các mảng xơ vữa động mạch là do quá trình oxy hoá của lipoprotein trong thành động mạch.Rượu vang sẽ giúp tăng hàm lượng HDL cholesterol (một loại cholesterol có lợi cho cơ thể) và ngăn chặn LDL (cholesterol xấu) từ lúc bắt đầu hình thành. Nhờ vậy, có thể ngăn chặn được sự tắc nghẽn mạch máu. Liệu pháp mới để chữa bệnh phổiTheo nghiên cứu khoa học được tiến hành tại Anh và Mỹ, hợp chất chống ôxy hoá resveratrol trong rượu vang đỏ có khả năng giúp chữa trị bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính. Kích thích ăn uống và tiêu hoá tốt Chỉ cần nhấm nháp 100ml rượu vang trong bữa ăn, bạn sẽ cảm thấy ngon miệng hơn.Rượu vang có khả năng trung hoà lượng chất béo, giúp bạn không bị đầy bụng và cảm thấy dễ chịu hơn sau khi ăn. Những lợi ích khác của rượu vang. Sự tổng hợp các vitamin C, B1, B3, B5, B6, kẽm, axit lipoic... trong vang đỏ có tác dụng ngăn bệnh tiểu đường. Ngoài ra, uống rượu vang đỏ điều độ còn là một cách giúp bạn giảm nguy cơ bị các bệnh như: Ung thư, Alzheimer, parkinson... 2.2. Các loại nấm men trong sản xuất rượu vang: 2.2.1. Nấm mem rượu vang tự nhiên : Khi phân loại nấm men tìm thấy trong nước quả lên men tự nhiên, người ta thấy có nhiều loài, nhưng phổ biến hơn cả là một số loài như Saccharomyces ellipsoideus có thể cho độ rượu cao, Kloeckera apiculata có khả năng lên men từ 4 – 5 độ rượu. Một vài nấm men sinh màng khác có tên Schizosaccharomyces pombe có khả năng phân giả axit malic thành axit lactic và cồn làm cho rượu có vị chát. Ngoài ra còn có các loài khác như Hancelnula, Pichia…. Tạo màng trắng trên mặt rượu. Ở một số nơi người ta sản xuất rượu vang bằng cách lên men tự nhiên dịch quả tươi cùng với xác quả. Lúc đó nấm mem tốt ức chế nấm mem không tốt và thực hiện quá trình lên men. Ở Việt Nam, lên men tự nhiên chỉ được ứng dụng tại các cơ sở vang quy mô gia đình ở vùng nho Ninh Thuận . Để ổn định chất lượng vang , thay vì để quá trình lên men rượu vang diễn ra một cách tự nhiên , người ta đã điều khiển quá trình lên men theo ý muốn bằng chủng nấm nem được tuyển chọn cẩn thận. 2.2.2. Nấm men rượu vang nuôi cấy thuần chủng. Nấm men có thể dùng trong sản xuất rượu vang rất phong phú và đa dạng. Do đó khi sản xuất cần tiến hành tuyển chọn chủng phù hợp nhằm đạt được hiệu quả cao và chất lượng rượu tốt. Để chọn chủng hoàn toàn thích hợp, người ta cấy chủng đó lên môi trường dịch quả định dùng và đánh giá các chỉ tiêu sau: Lên men tốt trong môi trường đường nồng độ cao, cho độ cồn cao Có thể lên men kiệt đường Chịu được độ cồn cao, lên men tốt trong những khoảng pH nhất định. Có khả năng kết lắng tốt, làm rượu trong nhanh. Tạo cho rượu hương vị thơm ngon, không nhiễm mùi lạ , không tạo váng trên mặt rượu. Lên men tự nhiên thường có độ cồn không cao, nhỏ hơn 10% theo thể tích và rấ dễ bị nhiễm. Trái lại men nuôi cấy thuần khiết có nhiều ưu điểm như lên men nhanh,cho độ cồn cao, hương vị vang khanh khiết hơn, màu sắc đẹp, dễ lắng và dễ tách cặn men hơn. Nấm men thuần chủng dùng trong sản xuất rượu vang thuộc giống Saccharomyces – Lớp Ascomycetes – Họ Sacchromyceteae Giống Saccharomyces có tới 18 loài trong đó chỉ có một số loài hay dùng để sản xuất rượu vang như: Saccharomyces cerevisiae Nấm men này phổ biến trong quá trình lên men nước quả chiếm tới 80% trong tổng số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men. Khả năng kết lắng của nó phụ thuộc vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hoặc dạng bông. Nguồn dinh dưỡng cacbon của loại này là đường, cồn và acid hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là acid pantotinic, biotin, mezoinozit, thiamin và piridoxin. Đa số các tế bào của loài này hình ovan có kích thước (3 – 8) x (5 – 12) μ m, sinh sản theo lối nẩy chồi và tạo thành bào tử. Saccharomyces cerevisiae sinh ra enzyme invectara có khả năng khử đường sacaroza thành fructoza và glucoza, vì vậy trong lên men ta có thể bổ sung loại đường này vào dung dịch quả. Nấm men chịu được độ cồn từ 18 – 20% v/v. Hình 2.1:: Saccharomyces cerevisiae Ở giai đoạn cuối lên men Saccharomyces cerevisiae kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu. Ở nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sunfit, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt. Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men các tế bào Saccharomyces cerevisiae thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh. Saccharomyces uvarum Men này được tách từ nước nho, rượu len men tự nhiên. Về hình thái nó không khác với các loài khác. Khả năng sinh bào tử khá mạnh trên môi trường thạch – malt. Các nòi của loài này có thể lên men 12 – 130 cồn trong dung dịch nước nho. Một vài nòi được dùng trong sản xuất rượu vang. Saccharomyces chevalieri Theo Lodder là Saccharomyces chevalieri Guilliermond. Nấm men này được tách từ nước nho lên men tự nhiên, từ rượu vang non được gây men nước dừa hoặc nước cọ. Saccharomyces chevalieri thuần chủng lên men nước nho có thể tạo 160 cồn. Nó thường lẫn với Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces oviformics Được tách ra từ nước nho tự lên men, nhưng loại nấm men này ít hơn so với Sacch. 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 kiệt đường và tạo thành tới 180 cồn. Các yếu tố sinh trưởng của loại này giống như Sacch. vini và có khả năng chịu được cồn cao. Dùng các nòi thuần chủng của giống này lên men dịch quả có hàm lượng đường cao. Có hình dáng giống như Saccharomyces cerevisiae và có thể tạo thành 18% rượu trong quá trình lên men, giống này tạo thành màng trên dịch quả. S. oviformis lên men được glucose, fructose, mantose, saccarose, maltose và 1/3 rafinose, không lên men được lactose, pentose. Điều khác nhau cơ bản của S. oviformis với S. vini là: S. oviformis không lên men được galactose và men nổi lên bề mặt dịch lên men tạo thành màng. Hai giống sản xuất rượu vang này (S. vini và S. oviformis) có nhiều nòi được dùng trong sản xuất. Hanseniaspora apiculate – Kloeckera apiculata Kloeckera apiculata: kích thước tương đối nhỏ, có hình ovan – elip hoặc hình quả chanh, tế bào có một đầu nhỏ người ta thường gọi là men hình chùy. Sinh sản bằng nảy chồi, rất phổ biến ở vỏ quả và nhiễm vào nước quả chiếm đến 90% tổng số men khi bắt đầu lên men. Nó có thể lên men tạo thành 6 – 70 cồn, nhưng tạo ra một loạt các acid bay hơi cũng như các este của chúng làm cho dịch có mùi tạp và nó còn kìm hãm các loài nấm men chính trong lên men, K. apiculata nhạy cảm với SO2. Trong nghề làm rượu vang người ta không mong muốn loài men này phát triển, nếu có thì chỉ cần có trong giai đoạn đầu tạo được 3 – 40 cồn. Hình2.2: Kloeckeraapiculata 2.3 Các chủng nấm men gây hư hỏng rượu vang: 2.3.1. Saccharomyces lugwigii. Kích thước của tế bào lớn nhất của loài nấm men hình thoi này có thể đạt tới 25 μm và nẩy chồi ở hai đầu. Chúng có mặt với một số lượng rất nhỏ trên vỏ quả nho, thỉnh thoảng gặp ở dịch nước nho đã được slffit hóa. Nó có thể lên men dịch đường để tạo ra được 16,8%v/v cồn và chịu được hàm lượng SO2 khoảng 6000mg/l. Chúng có khả năng tạo axeton rất mạnh và có thể sinh ra 200 mg/l axetandehit trong quá trình lên men kị khí. Đây là vi sinh vật gây hư hỏng rượu nguy hiểm nhất. Sau vài tuần, chúng tạo ra kết tủa và lắng xuống đáy chai và kết tủa này rất khó bị phá vỡ làm cho CO2 không thể thoát ra được. 2.3.2 Brettanomyces vini( B.intermedius, B.schanderlii) : Tế bào kéo dài có xu hướng kết thành chuỗi. Nó được tìm thấy trên lớp ván của rượu hỏng, rượu hoa quả và rượu vang có gas và trên thành của thùng rượu. B.vini chịu được môi trường có độ cồn lên tới 15%v/v nhưng lại không có khả năng song sót khi hàm lượng SO2 vượt quá 176mg/l. Khi lên men trong mội trường hiếu khí nó tạo ra một lượng lớn rượu isobutylic, caproic, isovaloric và ethy axetat ( hàm lượng este và đặc biệt trong điều kiện hiếu khí, lớn hơn 76mg/l). Sự phát triển của các chủng nấm men thuộc loài này làm cho rượu vang có mùi tương tự như acxetamit và được Ribereaau Gayon gọi là mùi chuột. Nó là một trong những chủng nấm men thường gây hư hỏng rượu cần được quan tâm giải quyết. 2.3.3 Zygosaccharomyces (S.bailii, S.acidofilus, S.elegans) Chủng nấm men này được phân lập từ quả nho, nhưng nó được tìm thấy chủ yếu trên tường của các hầm rượu. Khả năng chịu cồn và SO2 cao làm cho chủng nấm men này là nguyên nhân chính gây ra quá trình lên men lại các loại rượu vang ngọt. Các chủng nấm men có hoạt tình fructoza mạnh nên có khả năng lên men fructoza mạnh hơn glucoza. Ribereau Gayon cho rằng đây chính là một số chủng nấm men gây hư hỏng rượu vang mặc dù chúng không sinh ra các hợp chất dễ bay hơi không mong muốn. 2.3.4 Turulopsis stellata (T.bacillaris) Có thể phân biệt các chủng nấm men này trong môi trường lỏng nhờ sự xuất hiện của hiều chồi mọc xung quanh tế bào mẹ tạo thành hình sao và trên môi trường rắn chúng có dạng hình que của nó. Đôi khi người ta có thể tìm thấy chúng trên vỏ quả nho, đặc biệt là nho chín nơi chịu sự thống trị của các chủng thuộc loài Botrytis cinerea. 70% số chủng thuộc loài T.stellata được Domercq phân lập ở Gronde và chúng còn được tìm thấy trong các vườn nho của Italia. T.stellata và Hanseniaspra uvarum hay xuất hiện trong những ngày đầu tiên của quá trình lên men tự nhiên và có khả năng tạo cồn yếu (trung bình 10%v/v), thường biến mất ở cuối quá trình lên men do chúng không có khả năng chịu cồn cao. Loài nấm men có khả năng chịu nhiệt rất tốt (30-350) và có khả năng lên men đường fructoza nhanh hơn glucoza. 2.3.5. Haseniapora uvarum và dạng bất toàn của nó là Kloecketa qpiculata: Các tế bào thuộc loài này đều rất nhỏ và có hình tròn như quả chanh và cũng được nhân ra bằng chồi ở hai đầu. Loài này chiếm 15% khu hệ vi sinh vật trên vỏ quả nho. Cho dù các chủng nấm men này chịu trách nhiệm chính cho quá trình lên men tự nhiên dịch nước nho ép nhưng do chỉ chịu được độ cồn thấp từ 3,7-6,4%v/v nên chúng nhanh chóng bị thay thế bởi các chủng nấm men khác trong quá trình lên men. Chúng tạo ra nhiều axit axetic, trung bình là 1g/l và ethy axetat là 125-374mg/l cũng như là amyl axetat và glyxerol. Một số tác giả cho rằng nó tạo hương quả trong rượu vang, theo một số khác thì do tạo ra nhiều ethy axetat nên nó gây ra mùi khó chịu cho vang. Các đặc tính khác nhau của một số chủng nấm men rượu 2.4. Hệ Vi Sinh Vật Trong Lên Men Rượu Vang Tự Nhiên Hệ vi sinh vật trong lên me rượu vang tự nhiên tương đối phức tạp và không đồng nhất trong các giai đoạn của quá trình lên men. Trong nước nho tươi có những nhóm vi sinh vật khác nhau rơi từ môi trường xung quanh, chủ yếu ở vỏ quả, thân, cuống và thiết bị. Phần lớn trong hệ này là nấm mốc: botrytis, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Alternaria, Ucinula và Cladosporium chiếm (79 – 90%), nấm men: chủ yếu là Kloeckera/Hanseniaspora, một lượng ít Candida, Metchnikowia, Cryptococcus, Pichia, Kluyveromyces và một lượng nhỏ Saccharomyces cerevisiae… chiếm (9- 22%), số còn lại chiếm tỷ lệ thấp là vi khuẩn không sinh bào tử hoặc có bào tử, xạ khuẩn và Microbacter. Cả nấm men và vi khuẩn đều có thể đóng vai trò tiêu cực và tích cực trong sản xuất. Khi phân loại nấm men tìm thấy trong nước quả lên men tự nhiên, người ta thấy rất có nhiều loài. Hệ nấm men trong giai đoạn đầu (một vài ngày đầu) lên men nước nho là Kloeckera – nấm men có dạng hình chùy, chiếm ưu thế (70 – 80% trong tổng số nấm men) và hoạt động tích tụ được 2 – 4 độ cồn rồi ngừng hoạt động và chết dần, sau đó nấm men hình elip và ovan (Saccharromyces ellipsoideus) nhanh chóng phát triển gây len men mạnh, lượng đường tiêu hao nhanh và tích tụ cồn etylic. Khi độ cồn tương đối cao (8-12%) thì nấm men hình elip S.ellipsoideus hay là S.vini ngừng phát triển và hoạt động. Khi ấy nấm men Saccharromyces oviformis tiếp tục lên men cho đến khi kết thúc. Một vài nấm men sinh màng khác có tên Schizosaccharomyces pombe có khả năng phân giải axit malic thành axit lactic và cồn làm cho rượu có vị chát. Ngoài ra còn có các loại khác như Hancelnula, Pichia… tạo màng trắng trên mặt rượu. 2.5. Dinh Dưỡng Nấm Men Và Chất Lượng Rượu Vang Trong các nguồn dinh dưỡng thì nguồn cacbon và nitơ được quan tâm hàng đầu 2.5.1. Nguồn dinh dưỡng cacbon Nguồn dinh dưỡng đối với nấm men gồm có: đường và dẫn xuất, các loại rượu, axit hữu cơ, axit amin, pectin, hydratcacbon và v.v… Song mỗi loài nấm men có quan hệ riêng biệt với từng loại đường. Đa số các loài men rượu vang lên men được glucoza, fructoza, sacaroza và galactoza. Rafinoza được sử dụng một phần. Còn lactoza, melibioza, pentoza, dextrin và tinh bột không được đồng hóa. Theo cường độ sử dụng glucoza và fructoza (đến thời điểm mà nấm men đã lên men được 50% fructoza) người ta chia nấm men làm 3 nhóm: 1) Nhóm thích glucoza lên men glucoza từ 80 – 85%, phần lớn là các loài thuộc giống Saccharomyces, cũng như giống Saccharomycodes và Brettanomyces. 2) Nhóm thích fructoza trong giai đoạn này chỉ sử dụng có 5 – 10% glucoza (S.baili, S.rouxii, T.stella). 3) Nấm men ưa thích cả hai loại đường và đến khi sử dụng được 50% thì glucoza cũng thấy tiêu hóa được 40 – 60% fructoza (S.rosei, Pitria membranaefacien). Các axit hữu cơ chiếm vị trí quan trọng trong trao đổi chất của nấm men: chúng có thể kích thích hoặc ức chế sinh trưởng, cũng có thể là nguồn cacbon và năng lượng duy nhất trong hoạt động sống của nấm men. Trong môi trường với các axit hữu cơ khác nhau làm nguồn cacbon thì chất CO2 là chất hoạt động sinh học liên keetsvowis các hợp chất trung gian với men. Hô hấp hiếu khí: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 674 cal Hô hấp kị khí C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 33 cal 2.5.2. Dinh dưỡng nitơ. Nguồn dinh dưỡng nitơ cần thiết cho các cấu tử của tế bào chứa nitơ, như axit amin, protein, các nucleotit purin và pyrimidin và một số vitamin. Phần lớn nấm men không đồng hóa được nitrat. Nấm men cũng có thể đồng hóa được ure và pepton. Nitơ – amoniac (N – NH3) có trong dịch nho (từ 25 – 100 mg/l) được nấm men đồng hóa trong vài giờ đầu để phục vụ sinh sản. Theo giá trị dinh dưỡng của axit amin người ta chia chúng thành: - Các axit amin được nấm men đồng hóa dễ dàng là izolơxin, triptophan, arginin, valin, histidin, axit asparatic. - Các axit amin được đồng hóa kém – treonin, phenylalanin, tirozin, methionin, rerin, lizin, histidin, axit glutamic, lơxin, và prolin hoàn toàn không được nấm men đồng hóa. Những nguồn nitơ rất cần thiết cho cấu tạo tế bào, sinh sản, sinh trưởng của nấm men. Thực nghiệm đã cho thấy, thừa oxy cũng như thừa CO2 sẽ làm thay đổi lớn về trao đổi chất nitơ.Trong lên men rượu vang cần lưu ý đến trao đổi chất cacbon và nitơ. Các cấu tử này đều có ảnh hưởng đến các tiêu chí cảm quan của vang. Thừa các chất chứa nitơ trong điều kiện lên men đủ oxy sẽ cho vang những tông mùi không thích hợp. Để khắc phục hiện tượng này người ta chó thể lên men nhiều lần. 2.5.3. Dinh dưỡng oxy, hydro. Được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường nuôi cấy hay dịch. 2.5.4. Dinh dưỡng các nguyên tố vô cơ. Men rượu vang cũng cần các nguyên tố khoáng dinh dưỡng như phospho, lưu huỳnh, kali, canxi v.v… Phospho: có trong thành phần những hợp chất quan trọng nhất của tế bào. Hợp chất đóng vai trò quan trọng trong các chuyển hóa vật chất đặc biệt là trong trao đổi chất cacbon và vận chuyển năng lượng. Nấm men sử dụng tốt nguồn phospho vô cơ là ortophosphat. Lưu huỳnh: những hợp chất đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của nấm men. Trong dịch nho có nguồn S tự nhiên là các gốc sulfat. Một lượng nhỏ S cũng làm tăng lực nảy chồi của nấm men. Canxi và kali cần thiết cho sự hoạt động của một số enzym. Các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng đến sinh trưởng và lên men. 2.5.5. Các nhân tố sinh trưởng. Đây là các chất kích thích sinh trưởng, gồm có vitamin, các axit amin, các bazơ purin và pyrimidin. Các vitamin nhóm B thuộc nhóm chất xúc tác sinh học có hoạt tính sinh học mạnh hơn cả. Trong nấm men có thể có những loài tổng hợp được một, hai, ba… hoặc một vài chất trong các vitamin này. Vitamin cùng với axit amin có trong môi trường có tác dụng rất lớn đến sinh trưởng và trao đổi chất của tế bào nấm men. Với đặc ddiemr nước quả giàu dinh dưỡng thích hợp với nhiều loại vi sinh vật nên nước quả dễ bị lên men tự nhiên khó điều khiển được, cũng dễ bị oxi hóa làm sẫm màu. Muốn hạn chế, người ta cho thêm SO2 cho nước quả sáng. Với nước quả sau khi ép thường bổ sung thêm đường, điều chỉnh pH bằng amoni kali tactarat, bổ sung thêm nguồn nitơ. Dùng Na2SO3 ngoài tác dụng bảo quản, nó còn tác dụng lên men tạo thành glyxerin nhiều hơn để tăng thêm hương vị đặc trưng của vang. 2.6 Sản xuất vang Ngày nay, nhiều nước trên thế giới, sản xuất rượu vang vẫn gắn liền với kinh tế nông trại, có nghĩa là các gia đình trồng nho thường có một xưởng sản xuất rượu vang quy mô nhỏ ngay nông trại của mình, nhưng rượu được tồn trữ rất cẩn thận trong các đường hầm qua thời gian dài, có khi hàng trăm năm. Nho được thu hoạch vào mùa thu. Quả hái về được rửa sạch, ép lấy nước hoặc nghiền nhỏ rồi cho vào thùng lên men sơ bộ ờ các thùng hở. nhiều xưởng vẫn dùng thùng gỗ để lên men. Dịch quả được tiếp 2% giống nấm men từ dịch lên men hoặc cặn men ở những mẻ trước và cho lên men ở 20 – 22oC, không nên để quá 25 – 28oC. Thời gian lên men sơ bộ từ 1 đến 2 ngày hoặc 3 đến 4 ngày, sau đó ép qua máy thủy lực hoặc vít ép. Nếu lấy rượu vang có màu thì không qua lọc ép mà để cả khối dịch lẫn vỏ nghiền cho vào lên men. Nếu là loại quả hạt to khó ép, ta có thể đem ngâm đường. trường hợp giữ dịch làm nguyên liệu để len men dần sau này thì dịch quả ép không cho lên men sơ bộ mà bảo quản bằng sulfit với liều lượng là 30 – 120 mg /l. trước khi lên men cần khử thành rồi dùng kết tủa . Chuẩn bị dịch lên men: các loại nước quả thường có đỗ acid cao và đường thấp hơn so với nước nho. Trước khi cho lên men cần điều chỉnh về pH 3.2 – 3.5 và bổ sung thêm dịch đường vào nước ép quả. Trường hợp là dịch xiro (dịch quả ngâm đường) thì pha gấp 2 đến 3 lần để dịch quả có khoảng 16 – 18% đường. có thể trong quá trình lên men còn bổ sung thêm đường. nếu chọn được loại quả có hàm lượng đường cao, phù hợp với nhu cầu lên men là tốt nhất, như vậy sản phẩm thu được giữ gần như nguyên vẹn các chất chiết từ quả hoặc những sản phẩm chuyển hóa của chúng. 2.6.1 Men giống trong sản xuất vang. Trong sản xuất rượu vang ở quy mô nông trại (chủ yếu ở Âu Mỹ ) hoặc ở các xí nghiệp công nghiệp lớn, người ta thường dùng các nguồn giống như sau: Giống ban đầu hay giống khởi động dùng ở quy mô nông trại thường được lưu trữ từ các mẻ lên men truyền thống từ nhiều năm. Qua sàng lọc và tuyển chọn nhiều nông trại đã có giống ban đầu tương đối thuần khiết của một hổn hợp chủng saccharomyces vini và saccharomices oviformis. Hỗn hợp giống này được giữ ở dạng sữa đặc hoặc bánh khô, ở nhiệt độ lạnh khoảng 0 - 2. Trước khi sử dụng làm giống khởi động cần phải hoạt hóa. Loại giống này thường được dùng ở quy mô trang trại, nhưng những sản phẩm vang nổi tiếng thường là khu vực này làm ra. Hoạt hóa đơn giản nhất là nuôi cấy trong môi trường nước nho có nồng độ đường 10% hoặc môi trường nước dịch quả với dịch đường – malt. Nếu thấy men phát triển kém nên thêm vào dịch nước quả một hỗn hợp sau: amoni sulfat – 100 g/l; vitamin - 0.25 g/l; canxi pantotenat – 0.25 g/l; biotin – 0.002 g/l theo tỉ lệ 0.2 ml hỗn hợp cho vào một lít dịch quả. Cũng có thể dùng cao nấm men thay cho hỗn hợp này. Nhân giống từ giống thuần chủng. Giống thuần chủng được giữ ở các ống thạch nghiêng ( có thể dưới lớp dầu parafin) hoặc các ống đông khô. Giống men được cấy chuyền vào môi trường lỏng là dịch quả như trên vài lần, rồi nhân tăng dần 1 : 10… để có đủ lượng giống đưa vào sản xuất. Cũng có thể dùng lại giống sau thời gian lên men chính. Các tế bào nấm men lắng xuống đáy thùng được lấy ra và xử lý ( giống như dùng lại giống men bia). Giống thuần chủng thường được dùng trong các nhà máy lớn ở quy mô công nghiệp, đặc biệt là các nước Đông Âu. Có thể dùng giống thuần chủng hỗn hợp hai loài s. vini và oviformis. Dùng hệ nấm men tự nhiên bám vào vỏ quả khi thu hoạch để lên men. Quả thu hái về , giữ sạch sẽ, không rửa, ép lấy dịch và đặc biệt với nho tím đỏ, giữ cả xác quả và dịch, đưa vào lên men. Trước khi lên men cần sulfit hóa dịch quả để lên men dại, nấm mốc và các tạp khuẩn khác. Trong điều kiện thích hợp, giống men rượu vang sẽ phát triển vượt trội và cho các mẻ lên men tốt. ở các nước có truyền thống làm rượu vang truyền thống từ lâu đời hệ vi sinh vật rượu vang rất phong phú, nhất là các men rượu vang có thể phát tán rất rộng, bám vào bề mặt vỏ quả, lưu trữ trong đất, cũng như trên bề mặt dụng cụ chứa đựng và thiết bị sản xuất. côn trùng (nhất là ruồi dấm) cùng với gió làm phát tán nấm men. Tuy vậy, dòng nấm men tự nhiên này chỉ có ờ các vùng có truyền thống sản xuất vang lâu đời mới có thể làm ra sản phẩm chất lượng cao. thực tế cũng cho hay, các sản phẩm rượu vang tuyệt hảo trên thế giới lại chính ở khu vực này. Nhưng, với giống nấm men tự nhiên hay bị tạp chủng lên men cho độ rượu thấp và có thể chất lượng sản phẩm không đạt như ý muốn. 2.6.2 Quá trình lên men. a. Các điều kiện của quá trình lên men: Nồng độ đường: thích hợp nhất là 20 – 28%, nếu cao hơn thì năng lực lên men giảm và ngược lại nếu thấp sẽ không tạo được điều kiện cho quá trình lên men. Trên thực tế, ở nồng độ đường 30 – 35% thì sự lên men bị đình chỉ. Oxy: nấm men là loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện và chỉ trong điều kiện yếm khí nó mới tiến hành lên men rượu, nếu trong môi trường chứa nhiều oxy nó sẽ oxy hoá đường, CO2 và nước đồng thời sinh sản rất mạnh, do đó khi muốn có rượu cần tạo điều kiện yếm khí, còn muốn sản xuất sinh khối nấm men thì phải tạo điều kiện hiếu khí. pH môi trường: Trong thực tế lên men những dịch quả chua thường được rượu vang ngon. Đối với dịch quả thường có độ pH từ 2,8 – 3,8. Khoảng pH này nấm men vẫn hoạt động được. Vùng pH tối thích của nấm men là 4 – 6. Trong sản xuất rượu vang người ta thường chuẩn bị môi trường nước quả có độ pH bằng 3,0 – 3,5. Nhiệt độ: Nấm men bền vững trong nhiệt độ thấp và rất nhạy cảm với nhiệt độ cao. Nhiệt độ tối ưu 28 – 30oC, khoảng 50oC và dưới OoC thì lên men bị đình chỉ. Trong thực tế người ta lên men ở nhiệt độ 4 – 28oC. Nồng độ rượu và CO2 : có tác dụng kiềm hãm sự sinh sản cũng như khả năng lên men của nấm men,ức chế hoạt động của vi khuẩn acetic và chống oxy hóa. Tuy nhiên việc sử dụng SO 2 như thế nào cho hộp lí không phải là điều đơn giản, nếu quá ít sẽ không sử lí được như mong muốn còn quá nhiều sẽ ảnh hưởng dến sức khỏe người sử dụng và còn tạo nên hương vị không tốt cho vang . Đa số nấm men chỉ lên men được tới nồng độ rượu 12 – 14%, việc thoát khí CO2 có tác dụng tốt đến quá trình lên men. Sự thoát khí CO2 sẽ làm cho môi trường lên men luôn luôn bị khuấy động, kéo dài được trạng thái lơ lửng của nấm men do đó làm tăng nhanh sự lên men. b. Các giai đoạn của quá trình lên men : Quá trình lên men rượu vang trải qua 2 giai đoạn: ðQuá trình lên men chính - Quá trình lên men rưọu vang nho có thể tiến hành ở trong các bồn gỗ sồi , bêtông cốt thép hoặc thùng kim loại với nhiều kích thước, hình dạng khác nhau. Thông thường, sau khi tiếp giống men thuần vào bồn lên men khoảng vài giờ thì xuất hiện những dấu hiệu đầu tiên của quá trình lên men đó là những bọt khí CO2 xuất hiện bám ở xung quanh thành bồn lên men và từ từ hình thành những ốc đảo bởi bề mặt nước nhỏ lớn dần lên và bao phủ các bề mặt. - Quá trình này sẽ mạnh dần ở các giờ tiếp theo. Thông qua việc theo dõi biến động của nhiệt độ, lượng CO2 thoát ra, độ dày và màu sắc của lớp bọt và nhất là tốc độ giảm dần của hàm lượng đường ta sẽ xác định được thời điểm cực đại của quá trình lên men vang. Sau đó quá trình lên men vang sẽ yếu dần đi đến khi kết thúc quá trình lên men chính. Một chu trình lên men chính có thể kéo dài từ 5 – 18 ngày.Tùy thuộc vào từng loại rượu vang được tiến hành bởi nấm men như : Saccharomyces ellipsoideus , Saccharomyces cervisiae … Quá trình lên men chính là giai đoạn tạo độ cồn cho rượu vang ð Quá trình lên men phụ: Khi kết thúc quá trình lên men chính sẽ tiếp tục quá trình lên men phụ hay còn gọi là lên men malolactic được thực hiện bởi vi khuẩn lactic nhằm tạo hương cho sản phẩm rượu vang Ở thời kỳ lên men phụ, lượng đường sót tiếp tục chuyển hoá thành CO2 và C2H5OH dù rất yếu và chậm chạp. Quá trình lên men phụ kéo dài từ 2 – 3 tuần, có khi dài hơn tùy thuộc vào hàm lượng đường có trong dịch nho và hoạt độ của nấm men thuần mạnh hay yếu. Ở quá trình lên men phụ được tiến hành bởi vi khuẩn lactic như : Lactobacillus , Pediococcus, Leuconostoc oenos…. Trong quá trình lên men phụ các acid hữu cơ có trong quả cũng như được tạo ra trong giai đoạn lên men rượu sẽ được chuyển hóa tiếp tục như acid malic sẽ được chuyển hóa thành CO2 và acid lactic, làm cho vị của rượu vang trở nên chua dịu và đậm. Còn acid citric và đường quả ( glucoseza , frutoseza ) được chuyển hóa thành dyaxetyl, axetoin, 2-3 butylenglicol là những chất tiền thân trong việc tạo hương thơm đặc trưng cho vang đồng thời quá trình này còn tạo ra axit acetic và axit lactic. Các arginin được chuyển thành ornitim. Cuối giai đoạn này, rượu vang được hình thành, CO2 được bảo hòa , các hạt lơ lửng trong vang, các tanat và muối tartrat được lắng xuống làm cho vang trở nên trong. Việc kéo dài thời gian lên men phụ của vang nho không phải bao giờ cũng cho kết quả tốt hơn, ngược lại đôi khi lượng đường sót lại là nguồn thức ăn tốt cho vi sinh vật gây hại. Đây chính là nguyên nhân dẫn tới một số bệnh thường gặp ở rượu vang. Một sản phẩm được coi là đã lên men hoàn toàn khoẻ mạnh, nếu hàm lượng còn sót lại ít hơn 1 – 2g /l 2.7. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men vang: 2.7.1. Ảnh hưởng của oxy: Hầu hết các chủng nấm men trong lên men rượu vang thuộc giống Saccharomyces. Chúng là nhóm vi sinh vật kỵ khí tùy tiện. Khi trong môi trường đủ lượng oxy nấm men phân hủy đường dùng làm nguồn năng lượng và cấu tạo tế bào tăng sinh khối. Trường hợp thiếu oxy (kỵ khí) nấm men sử dụng phần oxy hòa tan trong môi trường để sinh trưởng và chủ yếu là lên men. Trong quá trình lên men giai đoạn đầu yêu cầu oxy cao nhất để nấm men sinh sản, phát triển tăng sinh khối. Nếu có giai đoạn nhân giống thì cũng cần phải cung cấp oxy bằng cách lắc hoặc sục khí. 2.7.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ lên men có ảnh hưởng đến đời sống của nấm men, đến quá trình lên men và chất lượng của sản phẩm. Nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất rượu vang đã xác định được khoảng nhiệt độ lên men rượu vang trắng thích hợp là 15 – 300C, nếu lên men ở những thang độ thấp hơn thì càng tốt. Còn lên men rượu vang đỏ (nước quả lẫn với xác quả) phải chiết xuất các chất thơm và polyphenol từ vỏ quả nên cần thang độ cao hơn, thường là 250C. Nhiệt độ lên men cao, thời gian của quá trình lên men ngắn, độ cồn có thể thấp, đường sót còn nhiều và hương vị của sản phẩm có khi không tốt. 2.7.3. Ảnh hưởng của đường: Trong nước quả thường có hàm lượng đường không đều do vậy người ta thường bổ sung thêm đường saccharose. Đa số các loại nấm men hoạt động bình thường trong môi trường đường dưới 20%. Có một số chủng hoạt động ở môi trường có đường cao hơn. Khi nhân giống thường dùng môi trường có đường thấp dưới 10%. 2.7.4. Ảnh hưởng của pH môi trường. - Trong thực tế lên men những dịch quả chua thường được rượu vang ngon. Đối với dịch quả thường có độ pH từ 2,8 – 3,8. Khoảng pH này nấm men vẫn hoạt động được. Vùng pH tối thích của nấm men là 4 – 6. - Trong sản xuất rượu vang người ta thường chuẩn bị môi trường nước quả có độ pH bằng 3,0 – 3,5 ( Lương Đức Phẩm, 1998). 2.7.5. Ảnh hưởng của ánh sáng. Ánh sáng là yếu tố kiềm hãm hoạt động của nấm men vang. Đặc biệt là các tia cực tím sẽ giết chết tế bào nấm men, vì vậy quá trình lên men có ổn định hay không phụ thuộc vào thời tiết của từng thời vụ. 2.7.6. Ảnh hưởng của nồng độ rượu. Quá trình nuôi cấy nấm men chủ yếu là tạo điều kiện cho nấm men phát triển sinh khối, đạt số lượng mong muốn. Song, nấm men cũng thực hiện một quá trình lên men rượu đáng kể (còn phụ thuộc vào chế độ thông không khí). 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. Nồng độ rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của nấm men còn phụ thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và môi trường chuẩn bị nuôi cấy. Cùng một môi trường nuôi cấy, số lượng tế bào nấm men cho vào là như nhau, điều kiện cấy giống nhau thì nồng độ rượu 1% chưa có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men, từ 4 – 6% đã có ảnh hưởng xấu. 2.7.7. Ảnh hưởng của nguồn nitơ. Đa số trong nước quả có các hợp chất nitơ đủ cung cấp cho nấm men. Tuy nhiên cũng có trường hợp không đủ nguồn nitơ, do đó cần bổ sung thêm nguồn nitơ. Trong trường hợp này người ta thường dùng amon sulphat (NH4)2SO4. Cũng có thể dùng men tự phân cho thêm vào môi trường. Nếu dịch quả quá chua dùng tartrat amon-kali hay amon hydroxy trung hòa bớt acid. Đối với dịch nhân giống hoặc hoạt hóa giống thì hỗn hợp các nguồn nitơ và các chất sinh trưởng rất có ý nghĩa. 2.7.8. Ảnh hưởng của mật độ tế bào nấm men. Số lượng tế bào cho bào cho vào dịch lên men có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men. Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào là thích hợp thì quá trình lên men tốt và hiệu suất thu hồi cao, chất lượng sản phẩm tốt. Nếu lượng tế bào nấm men cho vào quá ít thì quá trình lên men chậm, sinh khối tế bào nấm men thấp tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển. Nếu lượng nấm men cho vào là quá nhiều thì lượng dịch lên men không đủ cho tế bào nấm men phát triển, tế bào nấm men sẽ chết dần, sản phẩm sinh ra sẽ có mùi lạ đồng thời phí đi một lượng nấm men. 2.7.9. Ảnh hưởng của chất sát trùng. Các chất sát trùng dùng trong sản xuất như: formon, Na2SiF6, NaF, CaOCl2..., các muối kim loại nặng hay tia cực tím đều có ảnh hưởng đến hoạt động của nấm men. Tuy nhiên, mỗi một chất có một ảnh hương khác nhau trong từng môi trường và từng chủng nấm men khác nhau. Chất sát trùng được dùng phổ biến nhất trong sản xuất rượu vang trên nhiều nước trên thế giới là SO2, nó có tác dụng nhiều mặt như: chống oxi hóa, làm giảm hoặc tiêu diệt các loại vi khuẩn trong đó có vi khuẩn lactic. Lượng SO2 thường dùng là 30 – 120mg/l, SO2 có tác dụng làm tê liệt các enzim oxi hóa khử. Nếu dùng quá liều lượng cho phép sẽ làm cho rượu vang có mùi khó chịu và diệt một số vi khuẩn có ích. Nguồn SO2 sử dụng phổ biến trong ủ rượu vang là hợp chất Na2SO3. 2.7.10. Ảnh hưởng của hàm lượng CO2. Hàm lượng CO2 hình thành trong quá trình lên men thường hạn chế mạnh sự sinh sản của nấm men. Theo nghiên cứu của Muiler-Thurrau, khi: Hàm lượng CO2 trong rượu vang đạt đến 0.25% trọng lượng thì việc sinh sản nấm men ngừng trệ. Hàm lượng CO2 trong rượu vang đạt 1.5% trọng lượng thì nấm men không còn sinh sản nữa. Với hàm lượng CO2 như trên, ở nhiệt độ 150C, áp suất 7.7 atm, nấm men vẫn sống và tiếp tục lên men kỵ khí. III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Thông qua tìm hiểu về nấm men và ứng dụng của chúng trong sản phẩm rượu vang, đề tài nhằm nghiên cứu tổng quan về nấm men và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, bên cạnh đó trọng tâm đề tài đi sâu vào nghiên cứu về nấm men trong lên men các sản phẩm rượu vang, về các chủng loại, đặc điểm sinh học của chúng để từ đó rút ra cách bảo tồn và phát triển cũng như sử dụng một cách tốt nhất các chủng nấm men trong từng trường hợp lên men cụ thể để đem lại hiệu quả lên men tốt nhất. Nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh lý và khả năng tạo bào tử của các chủng nấm men rượu vang, chúng tôi nhận thấy môi trường acetat là thích hợp cho sự tạo bào tử ở nhiệt độ 25oC. Nghiên cứu khả năng lên men và tạo cồn của các 18 chủng nấm men, chúng tôi rút ra một số chủng nấm men thường được dùng trong công nghệ lên men vang là: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces chevalieri, Saccharomyces oviformics, Hanseniaspora apiculate – Kloeckera apiculata. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghiên cứu công nghệ và thiết bị sản xuất rượu vang chất lượng cao – Chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước PGS.TS Trương Thị Hòa. Báo cáo đề tài Quy trình sản xuất rượu vang – GVHD: PGS.TS Trần Thị Xô. Nấm men công nghiệp – Lương Đức Phẩm. Vi sinh vật công nghiệp – Lê Xuân Phương. www.nhasinhhoctre.com