Luận Văn Công nghệ làm rượu vang

1. Đặt vấn đề
Rượu vang là một loại rượu nhẹ được lên men từ dịch ép trái cây, là một thức uống có giá trị dinh dưỡng cao, hương vị thơm ngon và có lợi cho sức khỏe con người khi dùng một cách điều độ.
Trên thế giới, nhất là ở các nước Châu Âu, rượu vang đã có từ lâu đời và được dùng rất phổ biến. Nhưng ở nước ta, sản phẩm rượu vang vẫn chưa được quan tâm nhiều, qui mô sản xuất chủ yếu dưới dạng thủ công, lên men tự nhiên chưa có cơ sở khoa học cũng như phương pháp hợp lí dẫn đến năng suất cũng như chất lượng sản phẩm chưa cao.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất rượu bia cũng đã có sự phát triển mạnh mẽ. Trong quá trình sản xuất rượu truyền thống, rượu nho được lên men tự nhiên do nhiều chúng nấm men có sẳn trên trái nho. Để sản phẩm ổn định và đạt chất lượng cao, các nghiên cứu cần phải được tiến hành nhằm phân lập và chọn những giống nâm men tối ưu. Phân lập một vi sinh vật là quá trình tách riêng từng vi sinh vật đó từ mẫu vật hoặc quần thể vi sinh vật ban đầu để thu nhận giống ở dạng thuần khiết. Sau đó các giống này được cho lên men trong dịch nho và khảo sát đặc tính và tốc độ phát triển trong điều kiện khác nhau.
Từ trước đến nay, nhiều nghiên cứu sản xuất rượu nho từ nấm men thuần chủng Saccharomyces.cerevisiaeelà loại nấm men được bán ngoài thị trường để sản xuất bánh mì. Do đó đề tài chọn loài này để nghiến cứu và so sánh tốc độ lên men cũng như chất lượng sản phẩm rượu thu được từ nấm men Saccharomyces.cerevisiaeevà nấm men phân lập giống Saccharomyces sp từ tự nhiên (trên vỏ trái nho).
Việc nghiên cứu xem trong 2 giống nấm men trên giống nào có hoạt lực lên men mạnh nhất, chất lượng cao nhất, có thể tạo ra một rượu có chất lượng tốt hơn, đang là một nhu cầu thiết thực nhằm nâng cao hiệu suất len men cũng như chất lượng sản phẩm.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Từ những điều trình bày ở trên, mục tiêu của đề tài là:
2.1 Khảo sát tốc độ phát triển của nấm men, độ cồn tạo thành cùng sự thay đổi pH của dịch quả nho theo thời gian khi tiến hành lên men dịch quả bằng giống nấm men Saccharomyces sp được phân lập từ tự nhiên (trên vỏ trái nho) và Saccharomyces cerevisiae.
2.2 So sánh tốc độ phát triển, độ cồn tạo thành đối với hai giống nấm men khảo sát ở trên. Qua đó khảo sát ảnh hưởng của yếu tố pH ban đâu của dịch quả đến tốc độ của từng giống nấm men và so sánh.


CHƯƠNG II
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1. Nguyên liệu
1.1 Nho
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 Mĩ. 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 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.
Quả nho ép được 85 – 95% dịch quả. Nước nho lên men tạo ra một loại rượu vang có giá trị dinh dưỡng cao, hương vị đặc trưng, thơm ngon và màu sắc rất đẹp.
Nho có thành phần hóa học trung bình như sau:

Nước : 70 – 80%
Đường : 10 – 25% (trong đó chủ yếu là glucose, fructose và saccharose)
Acid hữu cơ : 0,5 – 1,7% (chủ yếu là acid malic và factoric)
Protein : 0,1 – 0,9%
Pectin : 0,1 – 0,3%
Khoáng : 0,1 – 0,5%
Vitamin : C, B[SUB]1[/SUB], B[SUB]2[/SUB], PP
Các hợp chất màu: màu chính là anthocyanin.
Các hợp chất thơm và một số hợp chất khác.
Nho là loại quả lí tưởng nhất để lên men chế biến rượu vang vì:

Quả nho có chất lượng, giá trị dinh dưỡng cao, tạo hương vị đậm đà, đặc trưng.
Thành phần hóa học trong dịch nho rất thích hợp cho nấm men phát triển.
Tỉ lệ dịch nước ép được cao.
1.2. 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.
1.2.1 Hình dạng và kích thước
- 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.
- 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 – 10m
Chiều rộng: 2 – 7m
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.
1.2.2. 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,
1.2.3.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
1.2.4. 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
1.2.5. 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.
Bảng I.1. Thành phần hóa học của nấm men[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Các chất
[/TD]
[TD]Thành phần (% chất khô)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cacbon
CaO
Nitro
Hydro
P­­­[SUB]2[/SUB]O[SUB]5[/SUB]
K[SUB]2[/SUB]O
SO[SUB]3[/SUB]
MgO
Fe[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB]
SiO
[/TD]
[TD]49,8
12,4
6,7
3,54
2,34
0,04
0,42
0,38
0,035
0,09
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Nguồn: Lượng, Nguyễn Đức, 1996
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:
C[SUB]6[/SUB]H[SUB]12[/SUB]O[SUB]6[/SUB] + 6O[SUB]2[/SUB] 6CO[SUB]2[/SUB] + 6H[SUB]­2[/SUB]O + 674 cal
Hô hấp kị khí
C[SUB]6[/SUB]H[SUB]12[/SUB]O[SUB]6[/SUB] 2CH[SUB]3[/SUB]CH[SUB]2[/SUB]OH + 2CO[SUB]2[/SUB] + 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:

[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


N



t
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.
1.2.6. 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.

2. Khái quát về quá trình lên men rượu
Lên men là một quá trình trao đổi chất dưới tác dụng của các enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học. Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men mà người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau. Tuy nhiên có hai hình thức lên men chính là lên men yếm khí và lên men hiếu khí.
Lên men rượu là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men, chúng sẽ chuyển hóa đường lên men thành ethanol và CO[SUB]2[/SUB].
Quá trình lên men rượu chia làm hai thời kỳ chính:
- Thời kỳ phát triển sinh khối: giai đoạn này với sự có mặt của oxy, tế bào nấm men phát triển sinh khối.
- Thời kỳ lên men chuyển đường thành rượu và CO­[SUB]2[/SUB]: giai đoạn này nấm men hấp thụ các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình thực hiện xúc tác sinh học trong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống, tạo thành rượu và CO[SUB]2[/SUB].


3. Cơ chế của quá trình lên men

Glucose
Hexokinaza
Glucose – 6 – phosphat
Photphoglucoza isomeraza
Fructose – 6 – phosphat
PhosphoFructokinaza
Fructose – 1,6 – diphosphat
Aldolaza
Triophosphat izomeraza
Glyceraldehyd – 3 – phosphat Dihydro aceton phosphat
Glyceraldehyd phosphatdehydrogenaza
Acid – 1,3 – diphosphoglyceric
Phosphoglyceratkinaza
Acid – 3 – phosphoglyceric
Phosphoglycerat-mutaza
Acid – 2 – phosphoglyceric
Enoiaza
Acid phosphoenolpyruvic
Pyruvat kinaza
Acid – enol – pyruvic

[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


Acid pyruvic
Pyruvate – decarboxylaza
Ethanal
Aldodeshydrogenaza
Ethanol
Hình II.1. Cơ chế phân hủy đường trong tế bào nấm men
4. Khái quát về rượu vang
Sản xuất rượu vang dựa trên cơ sở về hóa sinh xảy ra trong quá trình lên men các loại nước quả dưới tác dụng của enzyme của nấm men.
Trong nước quả (nho, mận, dâu, dứa, mơ ) có chứa đường glucose, fructose, các chất pectin, các acid hữu cơ (acid tartric, malic, succinic) và muối của những acid này, các chất màu, hợp chất chứa nitơ (protein, acid amin), vitamin cũng như các muối khoáng
Trong quá trình lên men đường trong dịch quả được nấm men sử dụng để tăng sinh khối và tổng hợp một số sản phẩm (rượu, khí CO[SUB]2[/SUB] và glycerin, acid acetic, acid lactic, este etylacetat). Các alcol bậc cao, aldehyd acetic được tạo thành từ các acid amin. Các chất pectin bị thủy phân kéo theo sự tạo thành một lượng nhỏ metanol.
Lên men rượu vang thường chia thành các giai đoạn: lên men chính ở nhiệt độ từ 20 – 30[SUP]0[/SUP]C khoảng 10 ngày hoặc dài hơn. Ở cuối giai đoạn lên men chính dịch lên men trong dần vì protein và pectin lắng xuống. Lên men phụ ở nhiệt độ từ 15 – 18[SUP]0[/SUP]C. Khi lắng cặn hoàn toàn, dịch trong thì gạn, lọc xong sẽ được rượu vang có thể uống được, nhưng chưa ngon, cần phải tàng trữ ở nhiệt độ 4 – 10[SUP]0[/SUP]C để rượu vang hoàn thiện hương vị đặc trưng. Thời gian tàng trữ có thể là vài tháng, vài năm, thậm chí hàng chục hoặc hàng trăm năm.
Người ta chia rượu vang theo màu sắc, theo hàm lượng đường có trong rượu hoặc theo độ cồn:
Theo màu sắc: có vang trắng, vang đỏ.
Theo lượng đường còn lại trong rượu có: vang chát hay vang khô (hết đường) và