Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng tới quá trình lên men vang táo mèo

Xu hướng chung thì vang được phân thành hai nhóm chính: là vang không có ga tức là trong vang thành phẩm không có CO2 và vang có ga: trong vang thành phẩm có CO2 [9]. 1.1.3. Nguyên liệu sản xuất rượu vang Nguyên liệu làm rượu vang là các loại quả. Quả chín (có thể chưa thật chín) sau khi thu hoạch chọn loại quả tươi, chất lượng tốt đem ép lấy nước hoặc ngâm với đường để thu được dịch nước quả dùng cho lên men. Tất cả các loại quả đều có đường, nhiều vitamin, nhiều axit hữu cơ, trong đó có nhiều vitamin C, có đầy đủ chất khoáng và có một lượng protêin đáng kể. Ngoài ra, nước quả còn chứa tanin, pectin. Trong các loại quả dùng làm rượu vang trước hết phải kể đến nho. Nho: thành phần hoá học của nho có (%): 10-30 đường (glucose, fructose, saccharose); 0,5-0,7 axit hữu cơ (axit tactaric, axit malic); 0,1-0,9 các chất protêin; 0,1-0,3 pectin; 0,1-0,5 chất khoáng; có các vitamin C, B1, B2, PP cùng các chất thơm. Ngoài nho các loại quả khác như: dâu, dứa, mơ, mận, táo cũng là nguyên liêu để sản xuất rượu vang [10]. 1.2. Một số đặc tính của tế bào nấm men S. cereciviae 1.2.1. Khái quát về nấm men Nấm men (yeast) là tên chung chỉ nhóm nấm có cấu tạo tế bào, sinh sản chủ yếu bằng phương pháp nảy chồi. Chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên như trong đất, trong nước, không khí và đặc biệt có nhiều trên bề mặt các loại quả. Nấm men có khả năng sinh sản nhanh chóng. Sinh khối của chúng rất giàu protêin, vitamin và lipit. Nấm men có khả năng lên men các loại đường để tạo thành rượu trong điều kiện yếm khí, còn trong điều kiện hiếu khí thì chúng lại có khả năng tạo sinh khối tế bào. Vì thế nấm men được sử dụng 11 rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men, sản xuất men bánh mì…Tuy nhiên một số nấm men dại có hại cho sản xuất, làm nhiễm các quy trình công nghệ và gây hư hỏng sản phẩm [1]. 1.2.2. Hình thái và cấu trúc của tế bào nấm men S. cereciviae Hình thái: có dạng hình ovan hoặc hình trứng. Hình dạng này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường, điều kiện nuôi cấy và tuổi tế bào. Kích thước: 2-8 μm x 4-10 μm. Nấm men có màu trắng đục, vàng hoặc hồng nhạt, bề mặt tế bào thường khô và căng, có thể đứng riêng lẻ hoặc dính nhau thành chuỗi. 1.2.3. Cấu tạo của tế bào nấm men Mặc dù có cấu tạo đơn bào nhưng nấm men cũng mang đầy đủ tính chất của một cơ thể sống. Chúng có cấu tạo gồm màng, chất nguyên sinh và nhân. 1.2.3.1. Màng Có cấu tạo 2 lớp với tỷ lệ glucan và mannan tương đương nhau. Màng tế bào có cấu tạo chủ yếu là hemixenlulozo chiếm khoảng 70% trọng lượng khô của tế bào (31% mannan + 29% glucan), 6-7% protêin và thường protêin của nó có liên kết vững chắc với các hidratcacbon, tạo thành một phức chất giàu lưu huỳnh, tồn tại dưới dạng disunfit (-S-S-) hoặc sulfidrin (-SH-). Ngoài ra màng tế bào còn chứa lipit, đường khử, nitơ, các axit amin và các chất khoáng. Trên thành tế bào nấm men có các lỗ nhỏ, qua các lỗ này chất dinh dưỡng được đưa vào trong các tế bào và các sản phẩm trao đổi chất được thải ra ngoài môi trường xung quanh. Chức năng của màng tế bào: bảo vệ hình thái tế bào, duy trì áp suất thẩm thấu bên trong tế bào và điều hoà các quá trình trao đổi chất. 12 1.2.3.2. Chất nguyên sinh Màng nguyên sinh chất: nằm ngay dưới lớp thành tế bào. Chức năng chủ yếu là điều hoà hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào, và nhờ có hệ enzyme pecmeaza mà chất dinh dưỡng được hấp thụ và tích luỹ lại trong tế bào. Chất nguyên sinh của tế bào nấm men: Riboxom: gồm 2 loại là riboxom 80S (tồn tại trong tế bào chất) và riboxom 70S (có trong ty thể). Ty thể: có hình bầu dục dài, kích thước 0,2-0,5nm x 0,4-1,0nm. Kích thước và hình dáng có thể thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường nuôi cấy và trạng thái sinh lý của tế bào. DNA của nấm men là một phân tử dạng vòng có khối lượng phân tử là 50x106 Da ( gấp 5 lần so với DNA ty thể động vật bậc cao) DNA nấm men chiếm 15-23% tổng lượng DNA của toàn thể tế bào nấm men. Phức hệ gôlgi: nơi giải phóng sản phẩm của quá trình dị hoá, đồng thời tổng hợp oligosacarit từ monosacarit cho màng tế bào. Lizoxom: chứa nhiều loại enzyme có khả năng phân giải protein, lipit, polysacarit. Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào. Trong không bào có chứa các enzyme thuỷ phân, polyphotphat, lipit, ion kim loại, các sản phẩm trao đổi chất trung gian. Ngoài tác dụng là một kho dự trữ, không bào còn có chức năng điều hoà áp suất thẩm thấu của tế bào. 1.2.3.3. Nhân Tế bào nấm men có nhân thật hình tròn hoặc hình ovan, được bao bọc bởi lớp màng nhân. Nhân có kích thước khá lớn 1-2,4 μm x 2-8 μm cấu tạo bởi protein, DNA, RNA và nhiều enzyme. Nhân quyết định đặc tính di truyền và tham gia điều khiển tất cả các hoạt động sống của tế bào nấm men. 13 1.2.4. Sinh sản của tế bào nấm men Nấm men sinh sản dưới hai hình thức: vô tính và hữu tính. Sinh sản vô tính bao gồm: sinh sản bằng hình thức nảy chồi và sinh sản bằng hình thức phân chia. Trong đó sinh sản bằng hình thức nảy chồi là hình thức phổ biến nhất. Khi tế bào phát triển đến một mức nhất định thì cơ thể của nó đâm ra một chồi nhỏ gọi là mầm (hay chồi). Mầm sinh ra ở vị trí lệch tâm ở trên đầu tế bào mẹ. Cùng một lúc tế bào có thể đâm ra nhiều chồi, ở mỗi chồi sẽ nhận được một phần chất nhân và chất nguyên sinh của tế bào mẹ, sau đó nó tách ra khỏi tế bào mẹ sống độc lập hoặc không tách khỏi mà tạo thành những chồi nhỏ liên kết với nhau tạo thành chuỗi khuẩn ty giả. Sinh sản hữu tính bằng bào tử túi. Bào tử túi của nấm men là những bào tử được sinh ra trong những túi nhỏ gọi là túi hay mang. Mỗi túi chứa từ 4-8 bào tử túi. Nấm men được tạo thành theo phương thức sinh sản đơn tính, là quá trình tạo thành bào tử trực tiếp từ một tế bào riêng rẽ, không qua tiếp hợp. Bào tử túi sau khi ra khỏi túi gặp điều kiện thích hợp sẽ phát triển thành một tế bào nấm men. Sự hình thành bào tử túi có 2 ý nghĩa: vừa sinh sản vừa tạo dạng bền vững vì bào tử túi có vỏ dày, chịu được điều kiện không thuận lợi của môi trường, chịu được nhiệt độ cao và khô hạn [1], [2]. 1.3. Vai trò của chủng nấm men S.cereciviae tới quá trình lên men rƣợu Nấm men có thể sử dụng đường glucose và fructose trong dịch quả và chuyển hoá chúng theo con đường đường phân thành pyruvat. Quá trình này cung cấp năng lượng và chất khử phục vụ sinh tổng hợp cho tế bào. Trong điều kiện kỵ khí, nấm men loại CO2 khỏi pyruvat trong phản ứng xúc tác bởi enzyme pyruvat decarboxylase tạo ra acetalđehyt và CO2. 14 Bước tiếp theo, acetalđehyt khử thành ethanol dưới tác động của enzyme alcohol đehydrogenase và NADH. Quá trình chuyển hoá glucose thành ethanol bởi S. cereciviae có thể được diễn giải trong phương trình sau: C6H12O6 + 2Pi + 2ADP + 2H+ 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP Ngoài ethanol và CO2, còn một sản phẩm quan trọng nữa của quá trình lên men là glycerol. Nồng độ glycerol trong rượu vang có thể thay đổi trong khoảng từ 2-10g/l tuỳ thuộc vào chủng loại nấm men và điều kiện lên men. Glycerol được tạo ra trong các phản ứng sau: NADH – H+ Dihydroxyacetone phosphat (DHAP) NAD+ Glycerol 3 - phosphat DHAP reductase glycerol phosphatase Pi Glycerol [13]. 1.4. Vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men vang, bệnh vang 1.4.1. Nấm men Nấm men: căn cứ vào cấu tạo, đặc điểm sinh lý, khả năng lên men tạo cồn và hương vị đặc trưng của nấm men khi lên men vang, người ta thường phân loại nấm men trong quá trình sản xuất rượu vang thành một số loài sau: Saccharomyces vini, S. cerevisiae, Saccharomyces oviormis… Trong đó, chủng nấm men S. cerevisiae là chủng được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất. S. cerevisiae: có khả năng lên men dịch có hàm lượng đường cao và tạo được 18-20%V cồn, khả năng kết lắng tạo hương, vị đặc trưng cho vang tốt. 15 Vì vậy, trong sản xuất vang có độ cồn cao người ta thường sử dụng chủng này để lên men [9]. 1.4.2. Nấm mốc Phát triển ở quả, chất bã của quá trình sản xuất rượu vang, thùng chứa thiết bị hoặc không khí đưa đến. Đại diện: chi Rhizopus, Aspergillus. 1.4.3. Vi khuẩn lactic Trong dịch quả cũng như trong vang thường gặp khá nhiều loài vi khuẩn lactic, trong đó có rất nhiều loài rất cần thiết cho quá trình sản xuất vang từ các loại quả giàu axit malic, ví dụ các chủng vi khuẩn lên men lactic thuộc các giống Pediococus và Leuconostoc. Ngày nay, người ta đã xác định cả vi khuẩn lactic lên men đồng hình như: Lactobacillus plantarum, Lactobacilus casie và vi khuẩn lactic lên men dị hình như: Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Leuconostoc vini đều có thể lên men malolactic. Trong số các vi khuẩn lactic thì chủng Leuconostoc oenos được đánh giá là phát triển tốt trong môi trường rượu vang có độ cồn cao, pH thấp ≤ 3,5 và có khả năng lên men axit malic thành axit lactic có thể đạt từ 75-96% [9]. 1.4.4. Vi sinh vật làm hỏng vang Có không ít các loại vi khuẩn làm cho vang bị đục, có vị chua gắt, mùi khó chịu, làm cho vang bị hỏng như: Vi khuẩn yếm khí: các vi khuẩn lactic như: L.brevis, L. pastorianus, L.buchneri... làm cho vang bị vẩn đục, có mùi dưa muối, hương và vị của vang bị thay đổi đáng kể, khó chấp nhận. Các vi khuẩn hiếu khí: một số loại nấm men tạo màng trên bề mặt vang như Pichia, Candida, Zygopichia...phân giải đường thành những axit hữu cơ: xitric, axetic... làm cho vang bị đục, độ chua tăng cao, vị không ngon. Một số nấm men giống Torulopsis, Brettanomyces... lên men đường thành rượu và nhiều loại axit bay hơi, làm hỏng vang hoặc vang bị hoá nhầy; 16