Tài liệu Luận văn Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến động học quá trình lên men rượu vang nho sử dụng nấm men cố định

Luaän vaên toát nghieäp MUÏC LUÏC Chöông 1: Chöông 2: GIÔÙI THIEÄU...........................................................................................................................1 TOÅNG QUAN............................................................................................................................3 2.1 TOÅNG QUAN VEÀ RÖÔÏU VANG, NHO VAØ NAÁM MEN DUØNG TRONG SAÛN XUAÁT RÖÔÏU VANG.............................................................................................3 2.1.1 Röôïu vang..............................................................................................................3 2.1.2 Nho..........................................................................................................................4 2.1.3 Naám men................................................................................................................8 2.2 COÁ ÑÒNH NAÁM MEN..........................................................................................11 2.2.1 Sô löôïc moät soá vaán ñeà veà kyõ thuaät coá ñònh teá baøo.............................11 2.2.2 Caùc chaát mang coá ñònh naám men trong saûn xuaát röôïu vang.....................13 2.2.3 Coá ñònh naám men trong gel alginate.................................................................18 2.2.4 Moät soá tính chaát cuûa naám men coá ñònh......................................................24 2.3 AÛNH HÖÔÛNG CUÛA CAÙC YEÁU TOÁ COÂNG NGHEÄ ÑEÁN ÑOÄNG HOÏC QUAÙ TRÌNH LEÂN MEN RÖÔÏU VANG............................................................30 2.3.1 AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng..............................................................30 2.3.2 AÛnh höôûng cuûa pH..........................................................................................34 2.3.3 AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng SO2...................................................................36 2.3.4 AÛnh höôûng cuûa tannin.....................................................................................38 2.3.5 AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä..............................................................................39 2.4 ÖÙNG DUÏNG CUÛA KYÕ THUAÄT COÁ ÑÒNH TRONG SAÛN XUAÁT RÖÔÏU VANG......................................................................................................................42 2.4.1 Duøng kyõ thuaät coá ñònh ñeå khaéc phuïc moät soá vaán ñeà trong saûn xuaát röôïu vang.........................................................................................................................42 2.4.2 Duøng kyõ thuaät coá ñònh trong moät soá phöông phaùp leân men...................45 2.4.3 Duøng kyõ thuaät coá ñònh trong saûn xuaát moät soá loaïi röôïu vang..............48 Chöông 3: NGUYEÂN LIEÄU vaø PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU.............................................51 3.1 NGUYEÂN LIEÄU.....................................................................................................51 3.1.1 Nho........................................................................................................................51 3.1.2 Naám men..............................................................................................................52 3.1.3 Alginate.................................................................................................................52 3.2 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU.......................................................................52 3.2.1 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu.................................................................52 3.2.2 Phöông phaùp coá ñònh naám men trong gel alginate..........................................54 3.2.3 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men röôïu vang nho söû duïng naám men coá ñònh trong gel alginate. .55 3.2.4 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men röôïu vang nho, söû duïng naám men coá ñònh trong gel alginate. 56 3.2.5 Xöû lyù keát quaû..................................................................................................56 3.3 PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH..............................................................................58 3.3.1 pH..........................................................................................................................58 3.3.2 Noàng ñoä chaát khoâ...........................................................................................58 3.3.3 Haøm löôïng ñöôøng khöû....................................................................................58 3.3.4 Haøm löôïng nitô amin töï do................................................................................59 3.3.5 Haøm löôïng nitô ammonium................................................................................61 3.3.6 Haøm löôïng tannin...............................................................................................62 3.3.7 Haøm löôïng sulfur dioxide...................................................................................62 3.3.8 Haøm löôïng ethanol.............................................................................................63 i Luaän vaên toát nghieäp 3.3.9 Haøm löôïng acid toång........................................................................................65 3.3.10 Haøm löôïng acid deã bay hôi...............................................................................65 3.3.11 Maät ñoä teá baøo..................................................................................................65 Chöông 4: KEÁT QUAÛ vaø BAØN LUAÄN...........................................................................................66 4.1 KHAÛO SAÙT AÛNH HÖÔÛNG CUÛA HAØM LÖÔÏNG ÑÖÔØNG ÑEÁN ÑOÄNG HOÏC QUAÙ TRÌNH LEÂN MEN RÖÔÏU VANG SÖÛ DUÏNG NAÁM MEN COÁ ÑÒNH TRONG GEL ALGINATE.............................................................................66 4.1.1 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ñeán ñoäng hoïc quaù trình sinh tröôûng cuûa naám men............................................................................................66 4.1.2 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ñeán ñoäng hoïc quaù trình söû duïng cô chaát trong quaù trình leân men..................................................................70 4.1.3 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ñeán ñoäng hoïc quaù trình taïo saûn phaåm................................................................................................................80 4.1.4 Keát luaän chung...................................................................................................89 4.2 KHAÛO SAÙT AÛNH HÖÔÛNG CUÛA HAØM LÖÔÏNG TANNIN ÑEÁN ÑOÄNG HOÏC QUAÙ TRÌNH LEÂN MEN RÖÔÏU VANG SÖÛ DUÏNG NAÁM MEN COÁ ÑÒNH TRONG GEL ALGINATE.............................................................................90 4.2.1 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ñeán ñoäng hoïc quaù trình sinh tröôûng cuûa naám men............................................................................................90 4.2.2 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ñeán ñoäng hoïc quaù trình söû duïng cô chaát trong quaù trình leân men........................................................................94 4.2.3 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ñeán ñoäng hoïc quaù trình taïo saûn phaåm..............................................................................................................102 4.2.4 Keát luaän chung.................................................................................................109 Chöông 5: KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ......................................................................................110 5.1 KEÁT LUAÄN..........................................................................................................110 5.2 KIEÁN NGHÒ...........................................................................................................110 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO.............................................................................................................................111 ii Luaän vaên toát nghieäp Danh muïc caùc baûng Chöông 2: TOÅNG QUAN.................................................................................................3 Baûng 2.1: Thaønh phaàn cuûa dòch nho vaø röôïu vang thoâng thöôøng.............................................................3 Baûng 2.2: Thaønh phaàn caùc moät soá acid höõu cô chính trong dòch nho ñoû vaø röôïu vang ñoû..................6 Baûng 2.3: Caùc ñaëc tính mong muoán cuûa naám men vang.............................................................................10 Baûng 2.4: So saùnh caùc kyõ thuaät coá ñònh teá baøo.......................................................................................12 Baûng 2.5: Moät soá chaát mang söû duïng ñeå coá ñònh naám men trong saûn xuaát röôïu vang.....................14 Baûng 2.6: Toác ñoä söû duïng cô chaát vaø hình thaønh saûn phaåm cuûa naám men coá ñònh trong gel alginate vaø naám men töï do..................................................................................................................................26 Baûng 2.7: Caùc hôïp chaát höông chính cuûa röôïu vang taïo bôûi naám men coá ñònh vaø naám men töï do trong khoaûng nhieät ñoä 15 – 20oC.......................................................................................................................29 Baûng 2.8: Thaønh phaàn cuûa röôïu vang traéng leân men baèng 4 loaïi naám men coá ñònh trong gel alginate vaø naám men töï do...............................................................................................................................................30 Baûng 2.9: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men trong quaù trình leân men tónh röôïu vang ôû 30 oC bôûi teá baøo coá ñònh saáy thaêng hoa (freeze-dried gluten supported biocatalyst – FGB), teá baøo töï do saáy thaêng hoa (freef reeze-dried cells – ffdc) vaø teá baøo coá ñònh chöa qua saáy (wet gluten supported biocatalyst – WGB)..............................................................................................33 Baûng 2.10: Caùc nguyeân nhaân cô baûn gaây ra hieän töôïng keùo daøi thôøi gian leân men hoaëc quaù trình leân men keát thuùc khi haøm löôïng ñöôøng soùt coøn raát cao..........................................................................44 Baûng 2.11: Naêng suaát sinh coàn trong quaù trình leân men dòch nho bôûi naám men coá ñònh treân kissiris, -alumina vaø alginate taïi 7, 13 vaø 27oC..............................................................................................................47 Baûng 2.12: Caùc hôïp chaát deã bay hôi taïo thaønh trong suoát quaù trình leân men lieân tuïc röôïu vang söû duïng naám men coá ñònh treân mieáng taùo vaø quaù trình leân men tónh söû duïng naám men töï do. Quaù trình leân men ñöôïc thöïc hieän ôû 30oC...............................................................................................................48 Chöông 3: NGUYEÂN LIEÄU vaø PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU.............................................51 Baûng 3.1: Thaønh phaàn cuûa dòch nho sau khi eùp...........................................................................................52 Baûng 3.2: Caùc chaát boå sung vaøo dòch nho khi khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán quaù trình leân men........................................................................................................................................56 Baûng 3.3: Caùc chaát boå sung vaøo dòch nho khi khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán quaù trình leân men........................................................................................................................................56 Chöông 4: KEÁT QUAÛ vaø BAØN LUAÄN...........................................................................................66 Baûng 4.1: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh tröôûng rieâng cöïc ñaïi cuûa naám men trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....................................................................................................................................................................69 Baûng 4.2: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán haøm löôïng ñöôøng soùt trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate..............................72 Baûng 4.3: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng cöïc ñaïi cuûa naám men trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....................................................................................................................................................................74 Baûng 4.4: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng cöïc ñaïi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....74 Baûng 4.5: Ñoä leân men öùng vôùi haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu khaùc nhau.................................................75 Baûng 4.6: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán thôøi gian leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.................................................................................75 iii Luaän vaên toát nghieäp Baûng 4.7: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............76 Baûng 4.8: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán haøm löôïng coàn ñaït ñöôïc trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate...............................81 Baûng 4.9: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn cöïc ñaïi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............82 Baûng 4.10: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng cöïc ñaïi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate. .................................................................................................................................................................................83 Baûng 4.11: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn trung bình cuûa naám men trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate..............................................................................................................................................................84 Baûng 4.12: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán hieäu suaát sinh toång hôïp coàn trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate......................86 Baûng 4.13: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh tröôûng rieâng cöïc ñaïi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............93 Baûng 4.14: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán haøm löôïng ñöôøng soùt trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate...............................96 Baûng 4.15: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng cöïc ñaïi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............96 Baûng 4.16: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng cöïc ñaïi (chæ xeùt cho giaù trò cöïc ñaïi ñaàu tieân) trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....................................................................................................................97 Baûng 4.17: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán thôøi gian leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.................................................................................99 Baûng 4.18: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............99 Baûng 4.19: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn cöïc ñaïi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate...........103 Baûng 4.20: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng cöïc ñaïitrong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate. ...............................................................................................................................................................................104 Baûng 4.21: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate..105 Baûng 4.22: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán hieäu suaát sinh toång hôïp coàn trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....................106 iv Luaän vaên toát nghieäp Danh muïc caùc hình veõ Chöông 2: TOÅNG QUAN.................................................................................................3 Hình 2.1: Nho xanh vaø nho ñoû .............................................................................................................................4 Hình 2.2: Cô cheá cuûa quaù trình bieán ñoåi caùc hôïp chaát nitô bôûi naám men...............................................6 Hình 2.3: Caùc acid khoâng bay hôi trong röôïu vang............................................................................................6 Hình 2.4: Caáu truùc phaân töû cuûa acid tannic.....................................................................................................8 Hình 2.5: Caùc kyõ thuaät cô baûn ñeå coá ñònh teá baøo....................................................................................11 Hình 2.6: Caáu truùc cuûa alginate........................................................................................................................18 Hình 2.7: Cô cheá taïo gel cuûa alginate theo phöông phaùp taïo gel töø beân ngoaøi.........................................19 Hình 2.8: Cô cheá taïo gel cuûa alginate theo phöông phaùp taïo gel töø beân trong...........................................20 Hình 2.9: Con ñöôøng hình thaønh caùc chaát taïo höông vò cho röôïu vang......................................................28 Hình 2.10: Haøm löôïng ethanol (P) thay ñoåi theo thôøi gian öùng vôùi caùc noàng ñoä cô chaát khaùc nhau. 31 Hình 2.11: Toác ñoä söû duïng glucose cöïc ñaïi vaø toác ñoä taïo thaønh ethanol cöïc ñaïi khi haøm löôïng ñöôøng thay ñoåi.....................................................................................................................................................31 Hình 2.12: Söï thay ñoåi haøm löôïng ñöôøng theo thôøi gian..............................................................................32 Hình 2.13: Söï söû duïng glucose trong suoát quaù trình leân men.......................................................................33 Hình 2.14: Khaû naêng taïo coàn cuûa naám men trong suoát quaù trình leân men.............................................33 Hình 2.15: Aûnh höôûng cuûa pH ñeán toác ñoä leân men cuûa naám men coá ñònh vaø naám men töï do......35 Hình 2.16: Aûnh höôûng cuûa pH ñeán khaû naêng soáng soùt cuûa naám men coá ñònh.................................35 Hình 2.17: Aûnh höôûng cuûa pH ñeán haøm löôïng coàn taïo thaønh trong suoát quaù trình leân men.............36 Hình 2.18: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng SO2 ñeán quaù trình leân men röôïu vang traéng.............................37 Hình 2.19: Aûnh höôûng cuûa SO2 ñeán haøm löôïng coàn taïo thaønh trong suoát quaù trình leân men............38 Hình 2.20: Aûnh höôûng cuûa tannin ñeán haøm löôïng coàn taïo thaønh trong suoát quaù trình leân men........39 Hình 2.21: Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân men ñeán haøm löôïng coàn taïo thaønh trong suoát quaù trình leân men..................................................................................................................................................................40 Hình 2.22: Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men coá ñònh treân DCM vaø naám men töï do.............................................................................................................41 Hình 2.23: Söï chuyeån hoùa acid malic bôûi naám men töï do vaø naám men Schizosaccharomyces pombe coá ñònh khi söû duïng caùc haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu khaùc nhau.....................................................................43 Hình 2.24: Ñoäng hoïc cuûa quaù trình leân men röôïu vang ôû nhöõng nhieät ñoä khaùc nhau söû duïng naám men coá ñònh treân gluten......................................................................................................................................46 Chöông 3: NGUYEÂN LIEÄU vaø PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU.............................................51 Hình 3.1: Quy trình eùp nho...................................................................................................................................51 Hình 3.2: Sô ñoà nghieân cöùu...............................................................................................................................53 Hình 3.3: Quy trình coá ñònh naám men trong gel alginate baèng phöông phaùp taïo gel töø beân ngoaøi.........54 Chöông 4: KEÁT QUAÛ vaø BAØN LUAÄN...........................................................................................66 Hình 4.1: Söï thay ñoåi maät ñoä teá baøo naám men trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................67 Hình 4.2: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh tröôûng rieâng cuûa naám men trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)..................................................................................................................................68 v Luaän vaên toát nghieäp Hình 4.3: Söï thay ñoåi noàng ñoä chaát khoâ trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................70 Hình 4.4: Söï thay ñoåi haøm löôïng ñöôøng trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................71 Hình 4.5: Söï thay ñoåi toác ñoä söû duïng ñöôøng trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................72 Hình 4.6: Söï thay ñoåi toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)..........................................................................................................................................................73 Hình 4.7: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............76 Hình 4.8: Söï thay ñoåi haøm löôïng nitô amin töï do trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................78 Hình 4.9: Söï thay ñoåi haøm löôïng nitô ammonium trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................79 Hình 4.10: Söï thay ñoåi haøm löôïng coàn trong trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)....................................................................................................................................................................80 Hình 4.11: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh toång hôïp coàn trong trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)...........................................................................................................................................82 Hình 4.12: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng trong trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)..................................................................................................................................83 Hình 4.13: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....84 Hình 4.14: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu ñeán hieäu suaát sinh toång hôïp coàn trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate......................85 Hình 4.15: Söï thay ñoåi pH trong trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)...........86 Hình 4.16: Söï thay ñoåi haøm löôïng acid toång trong trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)..........................................................................................................................................................87 Hình 4.17: Söï thay ñoåi haøm löôïng acid deã bay hôi trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng ñöôøng ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 200 – 360g/L)..........................................................................................................................................................88 Hình 4.18: Söï thay ñoåi maät ñoä teá baøo naám men trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)................................................................................................................................................................91 Hình 4.19: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh tröôûng rieâng cuûa naám men trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 9,8g/L).............................................................................................................................................92 Hình 4.20: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh tröôûng rieâng cuûa naám men trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate khi haøm löôïng tannin ban ñaàu laø 17,8g/L. .................................................................................................................................................................................93 vi Luaän vaên toát nghieäp Hình 4.21: Söï thay ñoåi noàng ñoä chaát khoâ trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)...................................................................................................................................................................94 Hình 4.22: Söï thay ñoåi haøm löôïng ñöôøng trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)...................................................................................................................................................................95 Hình 4.23: Söï thay ñoåi toác ñoä söû duïng ñöôøng trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)...................................................................................................................................................................96 Hình 4.24: Söï thay ñoåi toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)...........................................................................................................................................97 Hình 4.25: AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä söû duïng ñöôøng trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate.............99 Hình 4.26: Söï thay ñoåi haøm löôïng nitô amin töï do trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)..............................................................................................................................................................100 Hình 4.27: Söï thay ñoåi haøm löôïng nitô ammonium trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)..............................................................................................................................................................101 Hình 4.28: Söï thay ñoåi haøm löôïng coàn trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L). 102 Hình 4.29: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh toång hôïp coàn trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate khi haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L.........................................................................................................................................................103 Hình 4.30: Söï thay ñoåi toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L).........................................................................................................................................104 Hình 4.31: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán toác ñoä sinh toång hôïp coàn trung bình trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate...........105 Hình 4.32: Aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán hieäu suaát sinh toång hôïp coàn trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate....................106 Hình 4.33: Söï thay ñoåi pH trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)...................107 Hình 4.34: Söï thay ñoåi haøm löôïng acid toång trong quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L).................................................................................................................................................................108 Hình 4.35: Söï thay ñoåi haøm löôïng acid deã bay hôi trong quaù trình leân men röôïu vang, söû duïng naám men töï do vaø naám men coá ñònh trong gel alginate (haøm löôïng tannin ban ñaàu thay ñoåi trong khoaûng 1,8 – 17,8g/L)..............................................................................................................................................................109 vii Luaän vaên toát nghieäp Danh muïc moät soá thuaät ngöõ vaø chöõ vieát taét  ADH : enzyme alcohol dehydrogenase  CD : Naám men coá ñònh  DCM : Delignified Cellulosic Material  DEAE-cellulose : diethylaminoethyl-cellulose  EEFA : ethyl ester fatty acid  FGB : freeze-dried gluten supported biocatalyst, laø teá baøo coá ñònh saáy thaêng hoa.  Ffdc : free freeze-dried cells, laø teá baøo töï do saáy thaêng hoa.  NS : non-Saccharomyces, laø nhöõng loaøi naám men khoâng thuoäc gioáng Saccharomyces.  TD : Naám men töï do  WGB : wet gluten supported biocatalyst, laø teá baøo coá ñònh chöa qua saáy   : Toác ñoä sinh tröôûng rieâng töùc thôøi cuûa teá baøo, laø toác ñoä sinh tröôûng tính treân moät ñôn vò teá baøo taïi moät thôøi ñieåm nhaát ñònh. Ñôn vò: h-1  max : Toác ñoä sinh tröôûng rieâng cöïc ñaïi cuûa teá baøo, laø toác ñoä sinh tröôûng rieâng lôùn nhaát trong toaøn boä quaù trình leân men. Ñôn vò: h-1  gS : Toác ñoä söû duïng ñöôøng töùc thôøi cuûa naám men, laø haøm löôïng ñöôøng maø naám men söû duïng trong moät ñôn vò thôøi gian. Ñôn vò: g/L/h  gSmax : Toác ñoä söû duïng ñöôøng cöïc ñaïi cuûa naám men, laø toác ñoä söû duïng ñöôøng lôùn nhaát trong toaøn boä quaù trình leân men. Ñôn vò: g/L/h  S : Toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng töùc thôøi cuûa naám men, laø toác ñoä söû duïng ñöôøng tính treân moät ñôn vò teá baøo taïi moät thôøi ñieåm nhaát ñònh. Ñôn vò: g/h/1012 teá baøo  Smax : Toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng cöïc ñaïi cuûa naám men, laø toác ñoä söû duïng ñöôøng rieâng lôùn nhaát trong toaøn boä quaù trình leân men. Ñôn vò: g/h/10 12 teá baøo   : Toång thôøi gian leân men, ñöôïc xaùc ñònh töø ñoä leân men. Ñôn vò: h  KS : Toác ñoä söû duïng ñöôøng trung bình, laø haøm löôïng ñöôøng trung bình ñöôïc naám men söû duïng trong moät ñôn vò thôøi gian leân men. Ñôn vò: g/L/h  gP : Toác ñoä sinh toång hôïp coàn töùc thôøi cuûa naám men, laø haøm löôïng coàn maø naám men sinh toång hôïp ñöôïc trong moät ñôn vò thôøi gian. Ñôn vò: g/L/h  gpmax : Toác ñoä sinh toång hôïp coàn cöïc ñaïi cuûa naám men, laø toác ñoä sinh toång hôïp coàn lôùn nhaát trong toaøn boä quaù trình leân men. Ñôn vò: g/L/h  P : Toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng töùc thôøi cuûa naám men, laø toác ñoä sinh toång hôïp coàn tính treân moät ñôn vò teá baøo taïi moät thôøi ñieåm nhaát ñònh. Ñôn vò: g/h/1012 teá baøo  Pmax : Toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng cöïc ñaïi cuûa naám men, laø toác ñoä sinh toång hôïp coàn rieâng lôùn nhaát trong toaøn boä quaù trình leân men. Ñôn vò: g/h/1012 teá baøo  KP : Toác ñoä sinh toång hôïp coàn trung bình, laø haøm löôïng coàn trung bình ñöôïc naám men sinh toång hôïp trong moät ñôn vò thôøi gian leân men. Ñôn vò: g/L/h viii Luaän vaên toát nghieäp   : Hieäu suaát sinh toång hôïp coàn, laø soá mol ethanol ñöôïc taïo thaønh töø moät mol glucose ñöôïc naám men söû duïng. Ñôn vò: mol ethanol/ mol glucose. ix Chöông 1: Giôùi thieäu Chöông 1: GIÔÙI THIEÄU Nhö chuùng ta ñaõ bieát, röôïu vang laø moät trong nhöõng saûn phaåm leân men coù lòch söû laâu ñôøi nhaát. Theo caùc taøi lieäu coå, röôïu vang coù xuaát xöù töø caùc nöôùc AÛ Raäp vaøo khoaûng theá kyû 18 hay 19 tröôùc Coâng nguyeân vaø cho ñeán nay, röôïu vang ñaõ trôû neân phoå bieán khaép nôi treân theá giôùi. Röôïu vang ñöôïc öa thích tröôùc heát laø do höông vò heát söùc ñaëc tröng maø khoâng loaïi saûn phaåm naøo coù theå thay theá, sau ñoù laø do noù ñem laïi caûm giaùc saûng khoaùi vaø söùc khoûe cho ngöôøi uoáng. Ñaàu tieân, röôïu vang ñöôïc taïo ra baèng quaù trình leân men töï phaùt. Sau ñoù, ngöôøi ta ñaõ tieán haønh phaân laäp caùc chuûng naám men vaø caáy vaøo dòch leân men loaøi Saccharomyces cerevisiae thuaàn thieát ñeå thuùc ñaåy quaù trình leân men vaø taêng chaát löôïng cuûa röôïu vang. Tuy nhieân, vieäc söû duïng naám men töï do ñeå leân men coù khaù nhieàu nhöôïc ñieåm:  Thôøi gian leân men daøi, naêng suaát leân men thaáp.  Tieâu toán nhieàu naêng löôïng ñeå taùch naám men ra khoûi röôïu vang sau quaù trình leân men.  Khaû naêng taùi söû duïng naám men raát thaáp.  Khoù töï ñoäng hoùa quaù trình leân men. Ñeå khaéc phuïc caùc nhöôïc ñieåm naøy, nhieàu nghieân cöùu veà vieäc söû duïng naám men coá ñònh trong saûn xuaát röôïu vang ñaõ ñöôïc thöïc hieän. Caùc nghieân cöùu naøy ñeàu cho thaáy naám men coá ñònh coù nhieàu öu ñieåm hôn haún so vôùi naám men töï do:  Taêng toác ñoä söû duïng cô chaát, ruùt ngaén thôøi gian leân men.  OÅn ñònh hoaït tính cuûa naám men. Caùc chaát mang coá ñònh coù taùc duïng nhö laø moät taùc nhaân baûo veä teá baøo choáng laïi nhöõng aûnh höôûng baát lôïi cuûa pH, nhieät ñoä, dung moâi vaø ngay caû caùc kim loaïi naëng.  Deã daøng taùch naám men ra khoûi saûn phaåm sau quaù trình leân men, do ñoù laøm giaûm chi phí veà thieát bò vaø naêng löôïng.  Coù theå taùi söû duïng naám men nhieàu laàn.  Taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc toái öu hoùa vaø töï ñoäng hoùa quaù trình leân men. Caùc nghieân cöùu tröôùc ñaây veà öùng duïng naám men coá ñònh trong saûn xuaát röôïu vang chuû yeáu khaûo saùt quaù trình söû duïng ñöôøng, quaù trình sinh toång hôïp coàn vaø söï hình thaønh caùc hôïp chaát höông maø ít ñeà caäp ñeán ñoäng hoïc quaù trình sinh tröôûng cuûa naám men, quaù trình söû duïng caùc hôïp chaát nitô cuõng nhö söï chuyeån hoùa cuûa caùc acid höõu cô trong suoát quaù trình leân men chính. Chuùng toâi cuõng tìm thaáy raát ít caùc nghieân cöùu veà aûnh höôûng cuûa moät soá yeáu toá coâng ngheä trong quaù trình saûn xuaát ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men röôïu vang söû duïng naám men coá ñònh nhö aûnh höôûng cuûa haøm löôïng tannin, haøm löôïng SO 2 trong dòch nho ban ñaàu. Tuy nhieân, caùc nghieân cöùu naøy cuõng chæ khaûo saùt quaù trình sinh toång hôïp coàn maø chöa khaûo saùt moät caùch toaøn dieän aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá naøy ñeán taát caû caùc maët trong quaù trình leân men chính. Treân cô sôû ñoù, chuùng toâi ñeà xuaát ñeà taøi nghieân cöùu “Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá coâng ngheä ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men röôïu vang nho söû duïng naám men coá ñònh”. Chuùng toâi tieán haønh khaûo saùt aûnh höôûng cuûa 4 yeáu toá Trang 1 Chöông 1: Giôùi thieäu coâng ngheä, bao goàm: pH, haøm löôïng ñöôøng, haøm löôïng SO 2 vaø haøm löôïng tannin ban ñaàu. Tuy nhieân, trong phaïm vi baøi luaän vaên naøy, toâi chæ xin trình baøy sö aûnh höôûng cuûa 2 yeáu toá laø haøm löôïng ñöôøng vaø haøm löôïng tannin ban ñaàu. Keát quaû veà söï aûnh höôûng cuûa pH vaø haøm löôïng SO 2 trong dòch nho ñeán quaù trình leân men seõ do moät baïn khaùc trình baøy. Trong nghieân cöùu naøy, chuùng toâi söû duïng chaát mang laø alginate - moät polysaccharide thu ñöôïc töø rong mô phaân boá doïc theo bôø bieån mieàn Trung cuûa Vieät Nam. Chuùng toâi laàn löôït khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng ñöôøng vaø haøm löôïng tannin ban ñaàu ñeán caùc vaán ñeà sau:  Ñoäng hoïc quaù trình sinh tröôûng cuûa naám men.  Ñoäng hoïc quaù trình söû duïng cô chaát: ñöôøng khöû, nitô amin vaø nitô voâ vô.  Ñoäng hoïc quaù trình hình thaønh saûn phaåm: do thôøi gian haïn heïp vaø chöa coù ñieàu kieän veà kinh phí neân trong phaïm vi baøi luaän vaên naøy, chuùng toâi chæ trình baøy saûn phaåm quan troïng nhaát cuûa quaù trình leân men laø coàn maø chöa trình baøy caùc hôïp chaát höông. Vaø chuùng toâi cuõng khaûo saùt theâm söï chuyeån hoùa cuûa caùc acid höõu cô trong suoát quaù trình leân men chính. Trang 2 Chöông 2: Toång quan Chöông 2: TOÅNG QUAN 2.1 TOÅNG QUAN VEÀ RÖÔÏU VANG, NHO VAØ NAÁM MEN DUØNG TRONG SAÛN XUAÁT RÖÔÏU VANG 2.1.1 Röôïu vang Röôïu vang nho laø saûn phaåm thu ñöôïc baèng con ñöôøng leân men coàn töø dòch nho. Röôïu vang nho coù theå ñöôïc saûn xuaát töø moät gioáng nho rieâng bieät, hoaëc töø hoãn hôïp hai hay ba gioáng nho khaùc nhau. Vì vaäy saûn phaåm vang nho coù soá löôïng vaø chuûng loaïi raát phong phuù, ña daïng. Veà maët coâng ngheä, saûn phaåm vang nho ñöôïc chia ra thaønh hai nhoùm lôùn [1]:  Nhoùm röôïu vang khoâng coù gas  Nhoùm röôïu vang coù gas Do quaù trình leân men, thaønh phaàn cuûa röôïu vang khaùc vôùi thaønh phaàn cuûa dòch nho ban ñaàu (baûng 2.1) [199]. Baûng 2.1: Thaønh phaàn cuûa dòch nho vaø röôïu vang thoâng thöôøng [199] Hôïp chaát Nöôùc Ñöôøng (fructose, glucose vaø moät ít saccharose) Alcohols (ethanol vaø haøm löôïng veát cuûa terpenes, glycerols vaø röôïu baäc cao) Acid höõu cô (tartaric, malic vaø moät ít lactic, succinic, oxalic,…) Khoaùng (potassium, calcium vaø moät ít sodium, magnesium, iron,…) Phenols (caùc flavonoid nhö laø caùc chaát maøu cuøng vôùi caùc nonflavonoid nhö laø cinnamic acid vaø vanillin) Caùc hôïp chaát chöùa nitô (protein, amino acid, humin, amide, ammonia,…) Caùc hôïp chaát höông (caùc ester nhö laø ethyl caproate, ethyl butyrate,…) TOÅNG 2.1.2 Nho 2.1.2.1 Phaân loaïi Phaân loaïi khoa hoïc cuûa nho [217]:  Giôùi (regnum) : Plantae Trang 3 % trong dòch nho 75,0 22,0 % trong röôïu vang 86,0 0,3 0,1 11,2 0,9 0,6 0,5 0,5 0,3 0,3 0,2 0,1 Veát Veát 100,0 100,0 Chöông 2: Toång quan  Ngaønh (divisio) : Magnoliophyta  Lôùp (class) : Magnoliopsida  Boä (ordo) : Vitales  Hoï (familia) : Vitaceae  Chi (genus) : Vitis Trong ñoù, loaøi Vitis vinifera laø thích hôïp nhaát ñeå saûn xuaát röôïu vang vì loaøi naøy chöùa [216]:  Haøm löôïng caùc chaát dinh döôõng cao, caàn thieát cho söï phaùt trieån cuûa naám men vang.  Haøm löôïng acid khaù cao, ñuû ñeå öùc cheá söï phaùt trieån cuûa caùc vi sinh vaät khoâng mong muoán trong vaø sau quaù trình leân men.  Haøm löôïng ñöôøng ñuû ñeå taïo ra haøm löôïng coàn cao, nhôø ñoù öùc cheá ñöôïc caùc vi sinh vaät gaây hö hoûng trong röôïu vang.  Caùc hôïp chaát höông vôùi thaønh phaàn vaø löôïng thích hôïp, vì theá röôïu vang taïo thaønh coù tính chaát caûm quan toát. Döïa vaøo nguoàn goác gioáng nho, coù theå chia thaønh 2 nhoùm cô baûn laø [1] :  Nho traéng: traùi nho khi chín voû khoâng coù maøu hoaëc maøu vaøng luïc nhaït.  Nho ñoû: traùi nho khi chín voû coù maøu ñoû – tím ôû nhöõng möùc ñoä khaùc nhau (Hình 2 .1). Trang 4 Chöông 2: Toång quan a) 2.1.2.2 b) Hình 2.1: Nho xanh (a) vaø nho ñoû (b, c) c) Thaønh phaàn hoùa hoïc Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa nho thay ñoåi theo gioáng, ñoä chín, thôøi vuï thu hoaïch, ñieàu kieän ñaát ñai, khí haäu, kyõ thuaät canh taùc …. Thaønh phaàn cô baûn cuûa nho ñöôïc neâu ra nhö trong baûng 2.1. Moät soá caùc hôïp chaát quan troïng trong nho vaø röôïu vang: Trang 5 Chöông 2: Toång quan Ñöôøng Thoâng thöôøng dòch nho ñeå saûn xuaát röôïu vang chöùa 16 – 26% (w/v) ñöôøng. Trong nho khoâ vaø trong nho thu hoaïch treã, haøm löôïng ñöôøng coù theå leân tôùi treân 30% (w/v). Dòch nho coâ ñaëc vôùi haøm löôïng ñöôøng 35 oBx ñöôïc söû duïng ñeå saûn xuaát röôïu vang coù haøm löôïng coàn cao (Buescher vaø coäng söï, 2001). Khi ñoù ñoä leân men ñaït khoaûng 86 – 87%. Haøm löôïng ñöôøng cao coù theå aûnh höôûng ñeán khaû naêng leân men cuûa naám men [129]. Dòch nho tröôùc khi leân men thöôøng chöùa tyû leä caân baèng cuûa glucose vaø fructose. Trong suoát quaù trình leân men, taát caû caùc chuûng Saccharomyces cerevisiae ñeàu öu tieân söû duïng glucose hôn laø fructose. Haøm löôïng ethanol cao coù taùc ñoäng öùc cheá maïnh söï söû duïng fructose hôn laø glucose. Trong khi ñoù, boå sung nitô vaøo dòch nho seõ kích thích söï söû duïng fructose hôn laø glucose [26, 49]. Nitô Caùc hôïp chaát nitô raát caàn cho söï phaùt trieån vaø trao ñoåi chaát cuûa naám men. Trong soá caùc chaát dinh döôõng maø naám men coù theå söû duïng ñöôïc trong suoát quaù trình leân men dòch nho, veà soá löôïng, nitô laø thaønh phaàn quan troïng thöù hai sau caùc hôïp chaát carbon. Coù nhieàu hôïp chaát chöùa nitô coù maët trong dòch nho, vôùi haøm löôïng thay ñoåi töø 60 – 2400mg/L [85]. Saccharomyces cerevisiae coù khaû naêng söû duïng caùc nguoàn nitô khaùc nhau ñeå phaùt trieån, nhöng khoâng phaûi taát caû caùc nguoàn nitô ñeàu hoã trôï phaùt trieån toát nhö nhau. Caùc nguoàn nitô toát laø ammonium, glutamine vaø asparagine, trong khi ñoù proline vaø urea ñöôïc xem nhö laø nhöõng nguoàn nitô keùm chaát löôïng [24, 85]. Taát caû caùc hôïp chaát chöùa nitô tích luõy trong dòch nho bò bieán ñoåi thaønh moät trong hai saûn phaåm cuoái laø ammonium hoaëc glutamate (Hình 2 .2). Glutamate cuøng vôùi glutamine ñoùng moät vai troø quan troïng trong quaù trình trao ñoåi nitô cuûa naám men. Töø 2 amino acid naøy taát caû caùc hôïp chaát chöùa nitô trong teá baøo ñöôïc taïo ra [85]. Acid höõu cô Trong nho vaø röôïu vang, 6 acid chieám thaønh phaàn chính laø acid tartaric, acid malic, acid citric, acid lactic, acid succinic vaø acid acetic (Hình 2 .3, baûng 2.2). Trong ñoù, acid acetic laø hôïp chaát deã bay hôi coøn caùc acid khaùc laø acid khoâng bay hôi. Ñoä phaân ly cuûa caùc acid naøy giaûm theo thöù töï sau: acid citric, acid tartaric, acid malic, acid succinic, acid lactic, vaø acid acetic. Trang 6 Chöông 2: Toång quan Hình 2.2: Cô cheá cuûa quaù trình bieán ñoåi caùc hôïp chaát nitô bôûi naám men [85] a) b) d) c) e) Hình 2.3: Caùc acid khoâng bay hôi trong röôïu vang: a) acid citric, b) acid tartaric, c) acid malic, d) acid succinic, e) acid lactic Trang 7 Chöông 2: Toång quan Baûng 2.2: Thaønh phaàn caùc moät soá acid höõu cô chính trong dòch nho ñoû vaø röôïu vang ñoû [167] Acid höõu cô Acid citric Acid tartaric Acid malic Acid succinic Acid lactic Acid acetic Dòch nho ñoû 0,25 – 0,35g/L 4,07 – 7,65g/L 1,99 – 2,91g/L Raát ít Raát ít Raát ít Röôïu vang ñoû 0,17 – 0,40g/L 2,60 – 5,7g/L 0,06 – 3,13g/L 0,48 – 1,22g/L 0,07 – 4,89g/L 0,30 – 1,44g/L SO2 Sulfur dioxide ñöôïc söû duïng roäng raõi trong röôïu vang nhö laø moät chaát choáng oxy hoùa, taùc nhaân khaùng khuaån vaø ñoàng thôøi cuõng laø taùc nhaân cho vieäc choïn loïc caùc loaøi hoaëc chuûng coù theå phaùt trieån vaø ñoùng goùp vaøo quaù trình leân men. Trong röôïu vang, SO2 toàn taïi ôû 2 daïng: töï do vaø lieân keát. Nhöng chæ SO 2 töï do môùi coù tính khöû vaø dieät khuaån. Maëc duø vaäy, moät vaøi daïng SO 2 lieân keát coù theå chuyeån hoùa thaønh SO2 töï do vaø coù theå buø laïi cho löôïng SO 2 bò giaûm trong quaù trình leân men. Vì theá, SO2 laø moät thoâng soá quan troïng aûnh höôûng ñeán ñoäng hoïc quaù trình leân men vaø chaát löôïng röôïu vang [22, 30, 48, 58, 63, 79, 90, 143]. Beân caïnh ñoù, SO2 coøn coù aûnh höôûng xaáu ñeán quaù trình leân men röôïu vang: daãn tôùi keùo daøi thôøi gian leân men hoaëc quaù trình leân men keát thuùc khi haøm löôïng ñöôøng soùt coøn cao, vaø aûnh höôûng ñeán tính chaát caûm quan cuûa röôïu vang [48, 81]. Tannin Trong caùc thaäp kyû qua, thaønh phaàn polyphenolic ñöôïc quan taâm do noù aûnh höôûng ñeán giaù trò caûm quan cuûa röôïu vang (maøu saéc vaø muøi vò) vaø caùc giaù trò dinh döôõng khaùc (theo quan ñieåm veà y hoïc, tannin ñöôïc xem laø chaát choáng oxi hoùa, choáng khoái u vaø beänh maïch vaønh) [64, 31, 51, 165, 80, 174, 29, 99, 157]. Tannin xuaát phaùt töø chöõ “tanning” coù nghóa laø thuoäc da vì tannin coù khaû naêng phaûn öùng vaø keát tuûa vôùi caùc protein coù trong da ñoäng vaät [87]. Tannin coù ôû 2 daïng laø tannin ngöng tuï vaø tannin thuûy phaân [216]:  Tannin thuûy phaân: coù nguoàn goác töø caùc acid phenolic nhö laø acid gallic vaø acid ellagic.  Tannin ngöng tuï: laø polymer cuûa flavan-3-ol (epicatechin, catechin vaø gallocatechin) vaø flavan-3,4diol. Tannin coù ôû trong nho vaø röôïu vang chuû yeáu laø caùc tannin ngöng tuï [216]. Tannin coù theå ñöôïc theâm vaøo röôïu vang döôùi daïng acid tannic (Hình 2 .4) ñeå phaûn öùng vaø keát tuûa vôùi protein vaø ñeå caûi thieän ñoä trong cuûa röôïu vang. Trong suoát quaù trình uû, söï thay ñoåi haøm löôïng tannin ngöng tuï seõ aûnh höôûng ñeán maøu saéc vaø tính chaát caûm quan cuûa röôïu vang, vaø khi ñoù, khoái löôïng phaân töû cuûa tannin coù theå taêng leân [216]. 2.1.2.3 Tình hình troàng nho treân theá giôùi vaø ôû Vieät Nam Theo soá lieäu cuûa FAO , 75.866km² ñaát treân theá giôùi ñöôïc duøng ñeå troàng nho. Khoaûng 71% saûn löôïng nho ñöôïc duøng saûn xuaát röôïu vang, 27% ñöôïc duøng ñeå aên döôùi daïng quaû töôi vaø 2% ñöôïc söû duïng laøm nho khoâ [217]. Khaùc vôùi caùc loaïi traùi caây khaùc cuûa Vieät Nam, nho laø loaïi traùi caây ñöôïc du nhaäp töø caùc nöôùc treân theá giôùi vaøo Vieät Nam töø nhöõng naêm 1960. Nho troàng Trang 8 Chöông 2: Toång quan taäp trung chuû yeáu ôû Ninh Thuaän vaø Baéc Bình Thuaän vôùi dieän tích khoaûng 2.500 – 7.000 ha. Ñaëc bieät taïi vuøng Ninh Thuaän, caây nho raát coù tieàm naêng, naêng suaát khaù cao, treân moät hecta coù theå thu ñöôïc 30 - 40 taán moãi naêm. Gioáng nho ñaàu tieân ñöôïc troàng laø gioáng nho ñoû aên töôi Red Cardinal. Cho tôùi baây giôø, ñaây vaãn laø gioáng nho chuû löïc do saûn löôïng töông ñoái cao. Gioáng naøy toàn taïi treân 30 naêm. Tröôùc naêm 2000, gioáng naøy chieám 100% dieän tích troàng nho taïi Vieät Nam, nhöng hieän nay chæ chieám khoaûng 80%. Gioáng nho xanh NH01 – 48 ñöôïc nhaäp töø Thaùi Lan töø naêm 1997 chieám gaàn 20% dieän tích troàng nho hieän nay. Ngoaøi ra, chuùng ta cuõng coù moät soá gioáng môùi nhaäp khaùc nhöng chæ chieám moät dieän tích troàng raát nhoû [215]. Hình 2.4: Caáu truùc phaân töû cuûa acid tannic 2.1.3 Naá m men Naám men laø vi sinh vaät quan troïng, kieåm soaùt quaù trình leân men coàn trong saûn xuaát röôïu vang. Naám men trong quaù trình leân men röôïu vang coù theå coù töø 3 nguoàn goác khaùc nhau: beà maët traùi nho, beà maët thieát bò vaø töø canh tröôøng ñöôïc caáy vaøo. Thaønh phaàn vaø chaát löôïng cuûa röôïu vang coù lieân quan chaët cheõ ñeán naám men. Trong quaù trình leân men, beân caïnh caùc saûn phaåm chính laø ethanol vaø CO 2, naám men taïo thaønh nhieàu saûn phaåm phuï, ví duï nhö glycerol, acid acetic, acid succinic vaø ñaëc bieät laø caùc hôïp chaát höông, goùp phaàn ñaùng keå vaøo chaát löôïng cuûa röôïu vang [9, 89, 92, 151, 163]. 2.1.3.1 Phaân loaïi Naám men coù theå ñöôïc phaân thaønh 2 nhoùm:  Thöù nhaát goïi laø non-Saccharomyces (NS – laø nhöõng loaøi naám men khoâng thuoäc gioáng Saccharomyces), thöôøng xuaát hieän treân beà maët cuûa traùi nho cuøng vôùi nhieàu loaïi vi sinh vaät khaùc. Haàu heát caùc loaøi NS khoâng coù khaû naêng toàn taïi khi noàng ñoä coàn cao hôn 6%v/v (ngoaïi tröø Brettanomyces bruxellensis coù theå phaùt trieån trong moâi tröôøng coù noàng ñoä coàn leân ñeán 12%). Tröôùc ñaây, naám men NS ñöôïc xem laø caùc vi sinh vaät gaây hö hoûng. Tuy nhieân, nhöõng nghieân cöùu gaàn ñaây cho thaáy raèng, moät soá loaøi naám men NS coù lôïi cho chaát löôïng röôïu vang, giuùp taêng cöôøng höông vò cuûa röôïu vang [23, 41, 42, 45, 149, 166, 207]. Trang 9 Chöông 2: Toång quan  Nhoùm khaùc goùp phaàn vaøo höông vò röôïu vang, cuõng laø nhaân toá chính cuûa quaù trình leân men coàn laø caùc loaøi thuoäc gioáng Saccharomyces. Saccharomyces coù khaû naêng chòu ñöïng söï thay ñoåi cuûa ñieàu kieän moâi tröôøng vôùi noàng ñoä ethanol vaø acid höõu cô taêng vaø söï caïn kieät chaát dinh döôõng (Pretorius, 2000). Nhö vaäy, maëc duø coù nhieàu gioáng vaø loaøi naám men trong dòch nho, nhöng gioáng Saccharomyces, maø chuû yeáu laø loaøi Saccharomyces cerevisiae môùi laø loaøi ñaûm nhieäm vieäc thöïc hieän caùc quaù trình chuyeån hoùa sinh hoïc quan troïng trong leân men vang. Chính vì theá, Saccharomyces cerevisiae coøn ñöôïc goïi laø “naám men vang” [58, 85, 92, 149, 166, 199]. 2.1.3.2 Trình töï leân men cuûa caùc gioáng naám men trong quaù trình leân men vang Quaù trình leân men röôïu vang coù theå ñöôïc tieán haønh moät caùch töï nhieân maø khoâng caàn caáy gioáng hoaëc baèng caùch caáy vaøo dòch nho caùc naám men vang choïn loïc. Vieäc leân men dòch nho ñöôïc thöïc hieän bôûi moät heä vi sinh vaät phöùc taïp, trong ñoù caùc chuûng naám men phaùt trieån vaø cheát tuøy theo söï thích nghi cuûa chuùng ñoái vôùi moâi tröôøng. Töông taùc naám men-naám men xaûy ra trong suoát quaù trình saûn xuaát röôïu vang ngay töø khi baét ñaàu quaù trình leân men coàn. Trong quaù trình leân men töï nhieân, caùc naám men coù maët trong nho nguyeân lieäu nhö laø Kloeckera apiculata, Hansenula, Hanseniaspora uvarum, Pichia vaø Candida spp. khôûi ñaàu quaù trình leân men coàn töø dòch nho. Caùc naám men naøy cheát daàn khi haøm löôïng coàn taêng, chæ coøn laïi Saccharomyces cerevisiae coù khaû naêng chòu ñöôïc haøm löôïng coàn cao tieáp tuïc quaù trình leân men cho ñeán khi keát thuùc. Söï chuyeån bieán naøy raát quan troïng vì caùc chuûng non-Saccharomyces thöôøng taïo ra caùc hôïp chaát khoâng mong muoán nhö röôïu baäc cao, acid acetic vaø acetaldehyde. Söï bieán maát hoaëc giaûm maät ñoä cuûa gioáng non-Saccharomyces coù theå laø do khaû naêng chòu ñöïng coàn thaáp, hoaëc bò öùc cheá bôûi caùc chaát dieät men (acid beùo maïch ngaén vaø trung bình, glycoprotein,…) hoaëc do haøm löôïng oxy vaø nitrogen coøn laïi thaáp. Caùc quaù trình leân men coù kieåm soaùt thöôøng ñöôïc thöïc hieän baèng caùch caáy canh tröôøng Saccharomyces cerevisiae thuaàn khieát, nhôø ñoù quaù trình leân men dieãn ra nhanh hôn vaø coù theå taïo ra röôïu vang vôùi höông vò ñaëc tröng [25, 42, 44, 46, 48, 61, 84, 85, 89, 90, 92, 122, 139, 149, 151, 161, 163, 166]. Tuy nhieân, theo nhieàu taùc giaû thì khi coù caùc loaøi naám men non-Saccharomyces phaùt trieån trong röôïu vang vôùi moät möùc ñoä vöøa phaûi, höông vò cuûa röôïu vang seõ phong phuù hôn vaø ñöôïc öa thích nhieàu hôn so vôùi röôïu vang chæ ñöôïc leân men töø gioáng Saccharomyces [90]. 2.1.3.3 Chæ tieâu choïn löïa naám men vang Ngoaøi vai troø quan troïng cuûa naám men vang laø xuùc taùc vieäc chuyeån hoùa hoaøn toaøn vaø coù hieäu quaû ñöôøng thaønh coàn maø khoâng taïo ra caùc höông vò khoâng mong muoán thì ngaøy nay, do yeâu caàu ngaøy caøng cao, canh tröôøng Saccharomyces cerevisiae caàn phaûi coù nhieàu ñaëc tính khaùc, nhö lieät keâ trong baûng 2.3 [85]. Tuy nhieân, ñeå coù theå kieåm tra heát taát caû caùc chæ tieâu naøy thì toán raát nhieàu thôøi gian. Regodon vaø coäng söï (1997) ñaõ ñöa ra moät phöông phaùp ñôn giaûn vaø hieäu quaû ñeå choïn löïa naám men vang duøng trong saûn xuaát coâng nghieäp döïa treân caùc tính chaát coâng ngheä cuûa naám men vang. Phöông phaùp naøy chæ bao goàm 2 böôùc [164]:  Böôùc thöù nhaát laø böôùc choïn loïc sô boä döïa treân khaû naêng chòu ñöïng ñoái vôùi SO 2, caùc loaøi coù haïi, khaû naêng phaùt trieån taïi nhieät ñoä cao vaø söï taïo boït thaáp. Trang 10 Chöông 2: Toång quan  Böôùc thöù hai laø böôùc choïn loïc chính thöùc döïa treân haøm löôïng acid deã bay hôi vaø ethanol taïo thaønh cuõng nhö haøm löôïng ñöôøng soùt coøn laïi trong röôïu vang. Baûng 2.3: Caùc ñaëc tính mong muoán cuûa naám men vang [85] Ñaëc tính leân men Thích nghi vôùi quaù trình leân men nhanh Toác ñoä söû duïng cô chaát vaø toác ñoä hình thaønh saûn phaåm cao Khaû naêng chòu coàn cao Khaû naêng chòu aùp suaát thaåm thaáu cao Sinh khoái taïo thaønh vöøa phaûi Caùc tính chaát veà höông vò Taïo thaønh ít sulphite/DMS/thiol Taïo thaønh ít acid deã bay hôi Taïo thaønh ít röôïu baäc cao Giaûi phoùng ra caùc tieàn chaát höông glycosylate Hoaït tính esterase thaáp Ñaëc tính coâng ngheä Tính oån ñònh cao veà maët di truyeàn Khaû naêng chòu sulphite cao Ít lieân keát vôùi sulphite Ít taïo boït Coù khaû naêng keát boâng Keát laéng caën nhanh Nhu caàu nitô thaáp Caùc ñaëc tính trao ñoåi chaát coù lieân quan ñeán söùc khoûe con ngöôøi Taïo thaønh ít sulphite Taïo thaønh ít biogenic amine Taïo thaønh ít ethyl carbamate (urea) 2.1.3.4 Keát hôïp caùc gioáng naám men vaø söû duïng kyõ thuaät di truyeàn trong saûn xuaát röôïu vang Theo nghieân cöùu cuûa Renouf vaø coäng söï (2006), vieäc söû duïng keát hôïp Saccharomyces cerevisiae vaø Brettanomyces bruxellensis seõ ruùt ngaén thôøi gian leân men do Brettanomyces bruxellensis coù khaû naêng chuyeån hoùa glucose vaø fructose thaønh ethanol vaø chòu ñöôïc haøm löôïng coàn cao. Coøn keát hôïp giöõa Saccharomyces cerevisiae vaø Candida stellata seõ laøm taêng haøm löôïng glycerol, taêng toác ñoä leân men vaø chaát löôïng röôïu vang [41, 42, 44, 166, 194]. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, kyõ thuaät di truyeàn ñaõ ñöôïc öùng duïng ñeå caûi thieän caùc ñaëc tính cuûa naám men vang:  Shinohara vaø coäng söï (1994) ñaõ nghieân cöùu vieäc choïn loïc vaø lai gioáng caùc chuûng naám men vang ñeå caûi thieän toác ñoä leân men, taêng khaû naêng chòu ñöïng ñoái vôùi SO 2 vaø laøm taêng chaát löôïng röôïu vang [178].  Serra vaø coäng söï (2005) ñaõ nghieân cöùu vieäc lai taïo giöõa Saccharomyces cerevisiae vaø Saccharomyces bayanus var. uvarum ñeå keát hôïp öu ñieåm cuûa 2 loaøi naøy, laøm taêng chaát löôïng saûn phaåm trong saûn xuaát röôïu vang coù haøm löôïng acid thaáp (pH cao) [175]. 2.2 COÁ ÑÒNH NAÁM MEN 2.2.1 Sô löôïc moät soá vaán ñeà veà kyõ thuaät coá ñònh teá baøo 2.2.1.1 Khaùi nieäm Kyõ thuaät coá ñònh teá baøo ñöôïc ñònh nghóa laø: “Kyõ thuaät bao boïc hoaëc ñònh vò caùc teá baøo coøn nguyeân veïn leân moät “vuøng khoâng gian nhaát ñònh” nhaèm baûo veä caùc hoaït tính xuùc taùc mong muoán” (Karel vaø coäng söï, 1985) [113]. Coá ñònh thöôøng laø söï baét chöôùc caùc hieän töôïng xaûy ra trong töï nhieân do caùc teá baøo coù theå phaùt trieån treân beà maët hoaëc beân trong caùc caáu truùc cuûa nguyeân lieäu coù trong töï nhieân [113]. Trang 11