Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men – Tài liệu text

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.16 MB, 71 trang )

Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng
18 Lên men rượu, bia đều là q trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men.
Nấm men chuyển hóa đường thành rượu etylic và CO
2
. Người ta còn gọi lên men là q trình cồn hóa, rượu hóa. Trong quá trình lên men rượu người ta chia làm hai
thời kì chính: – Thời kì phát triển sinh khối: giai đoạn này với sự có mặt của O
2
tế bào nấm men phát triển sinh khối gia tăng kích thước và số lượng.
– Thời kì lên men chuyển đường thành rượu và CO
2
: giai đoạn này, nấm men hấp thụ các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình để thực hiện xúc
tác sinh hóa trong q trình trao đổi chất để duy trì sự sống tạo thành rượu và CO
2
. 2.5.3.2 Cơ chế của q trình lên men
Nấm men là lồi kị khí khơng bắt buộc. Nhưng đặc điểm của q trình lên men bởi nấm men là sự lên men khơng có sự hiện diện của oxygen. Các nấm men sử dụng
đường đơn từ trái, mật hoặc từ tinh bột, hạt ngũ cốc đã trải qua giai đoạn thủy phân thành đường đơn. Tất cả các nấm men đều sử dụng đường hexose theo lộ trình
đường phân. Cơ chế của quá trình lên men rượu xảy ra như sau: Đường và chất dinh dưỡng của quá trình lên men được hấp thụ khuếch tán vào
trong tế bào nấm men, qua màng tế bào. Trong khi nước ra vào tự do vào trong tế bào nấm men thì đường và các chất dinh dưỡng khác được màng tế bào chỉ cho đi
vào mà không cho quay ra. Trong tế bào nấm men, nhờ hoạt động sống của tế bào, nhờ sự xúc tác của hàng loạt các men, mà những phản ứng sinh hóa rất phức tạp xảy
ra và dẫn đến tổng hợp chất này, phân hủy chất kia. Rượu etylic và CO
2
tạo thành liền thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán rất nhanh vào môi trường xung quanh. Rượu
tan tốt trong nước do vậy nó khuếch tán rất nhanh vào mơi trường. CO
2
thốt ra, bám vào tế bào nấm men, khi bọt khí CO
2
đạt đến độ lớn nào đó thì lực nâng của chúng vượt q trọng lượng tế bào nấm men, và thế là bọt khí mang tế
bào nấm men nổi lên bề mặt dịch lên men, khi gặp khơng khí, CO
2
thốt ra đi vào khơng khí, còn tế bào nấm men bị chìm xuống … và CO
2
lại bám vào,… Cứ như vậy, tế bào nấm men vốn dĩ không chuyển động mà thành chuyển động trong mơi
trường. Đây là điều có lợi, tạo điều kiện lên men tốt do liên tục khuấy trộn được mơi trường. Q trình lên men cứ diễn ra như vậy, đến khi bọt khí CO
2
khơng còn sủi lên bề mặt của dịch lên men thì có thể xem như q trình lên men kết thúc. Sau
quá trình lên men, ta thu được sản phẩm rượu vang.

2.5.4 Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men

2.5.4.1 Sự tạo thành acid Trong q trình lên men rượu ln tạo các acid hữu cơ bao gồm: acid acetic, acid
lactic, acid citric, acid pyrovic và acid succinic nhưng nhiều hơn cả là acid acetic và
Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng
19 acid latic. Acid acetic có thể được tạo thành từ phản ứng oxy hoá khử giữa hai
aldehyde acetic trong đó 1 phân tử bị oxy hố, phân tử thứ hai sẽ bị khử: CH
3
CHO + CH
3
CHO + H
2
O = CH
3
COOH + C
2
H
5
OH Acid lactic được tạo bởi pyrovat dehydronase theo phản ứng:
CH
3
CO-COOH + NAD.H
2
= CH
3
CHOHCOOH + NAD Hoặc
CH
2
OH
2
PO
3
CHOHCHO + H
2
O = CH
3
CHOHCOOH + H
3
PO
4
Acid citric theo Laphon được tạo từ aldehyde acetic. Phản ứng được biểu diễn tổng quát như sau:
9CH
3
CHO + 4H
2
O = CH
2
COOH
2
COHCOOH + 6CH
3
CH
2
OH Acid succinic được tạo thành có thể theo hai con đường: dehydro và trùng hợp hai
phân tử acid acetic với một phân tử aldehyde acetic: 2CH
3
-COOH + CH
3
CHO = COOHCH
2
CH
2
COOH + C
2
H
5
OH Hoặc được tạo thành do deamin acid glutamic. Trường hợp này aldehyde glyceric
tiếp nhận hydro và tạo ra cả glycerin. Phương trình tổng quát tạo acid succinic cùng với glycerin từ acid glutamic được biểu diễn như sau:
C
6
H
12
O
6
+ COOH-CH
2
-CH
2
-CHNH
2
COOH + 2H
2
O = COOH-CH
2
CH
2
COOH + 2C
3
H
8
O
3
+NH
3
+ CO
2
. Glycerin và aldehyde đều là sản phẩm trung gian của lên men rượu. Trong điều kiện
lên men nhằm mục đích chỉ thu rượu etylic, người ta khống chế pH dịch lên men trong giới hạn 4,5 – 5,2. Với điều kiện ấy lượng glycerin tạo thành chỉ chiếm 0,3 –
0,45 dịch giấm chín, tương ứng tiêu tốn đường 2 – 3 so với lượng đưa vào. Nếu tăng pH tới kiềm thì lượng đường tham gia tạo glycerin tăng tới 23,4 và đường
tạo aldehyde nhưng chưa chuyển thành rượu đạt 11,9. Lên men đường xảy ra theo phương trình:
2C
6
H
12
O
6
+ H
2
O = 2C
3
H
8
O
3
+ CO
2
+ CH
3
COOH + CH
3
CH
2
OH 2.5.4.2 Sự tạo thành rượu bậc cao
Một trong những sản phẩm phụ quan trọng được tạo thành trong quá trình lên men rượu, là các rượu có số nguyên tử carbon lớn hơn hai. Các alcol này tuy ít nhưng
nếu lẫn vào etylic sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Đó là các alcol propylic, izobutylic, izoamylic, amylic… Hàm lượng của chúng chỉ khoảng 0,4 –
0,5 so với cồn etylic nhưng gây cho sản phẩm có mùi khó chịu. Các alcol này có
Ngành Cơng nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng
20 tên chung là dầu fusel là do nấm men sử dụng nitơ của các acid amin. Phương trình
tổng quát q trình tạo thành alcol có phân tử cao được đơn giản theo phản ứng: R-CHNH
2
-COOH + H
2
O = RCH
2
OH + NH
3
+ CO
2
. Như vậy việc tạo thành alcol cao phân tử gắn liền với sự biến đổi của acid amin xảy
ra trong điều kiện yếm khí chỉ có thể đồng thời với lên men rượu, sự tạo thành alcol cao phân tử khi lên men là do axit amin bị mất NH
3
, sau đó mất CO
2
và cuối cùng aldehyde bị khử để tạo ra alcol. Bằng con đường tương tự, nhiều acid amin cũng
được tạo thành như valin và izolơxin… chúng là tiền đề để tạo ra các alcol bậc cao sau này. Thực ra q trình amin hố acid pyrovic xảy ra rất phức tạp, qua nhiều giai
đoạn có liên hệ chặt chẽ với nhau. Acid acetic tạo thành có hoạt tính cao lại tác động cho các quá trình khác tiếp theo.
2.5.4.3 Sự tạo thành ester và các sản phẩm phụ khác – Sự tạo thành ester
Song song với việc tạo ra acid và alcol, dưới tác dụng của enzyme trong nấm men, các acid và alcol sẽ tác dụng lẫn nhau để tạo ra những ester tương ứng. Phương
trình tổng quát: R
1
CH
2
OH + R
2
COOH = R
2
COO-CH
2
R
1
+ H
2
O Ester etylic có thể được tạo thành do rượu etylic kết hợp với acid acetic hoặc do sự
tham gia phản ứng của các aldehyde. – Sự tạo thành methanol
Trong quá trình nấu nguyên liệu, các chất pectin ester của acid polygalacturonic bị thủy phân tạo thành acid pectic và rượu metylic.
– Sự tạo thành fufurol Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccarose, glucose, fructose và một ít
maltose được tạo thành trong thời gian nấu. Ở nhiệt độ cao các đường sẽ bị phân hủy và mất nước để tạo thành caramen, fufurol, oxymetyl fufurol và melanoidin.
Đường pentose bị mất ba phân tử nước tạo thành fufurol. – Sự tạo thành aldehyde
Là sản phẩm của quá trình trao đổi chất ở nấm men và cũng có thể được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu. Chủ yếu là hàm lượng acetaldehyde, acid
pyruvic acetaldehyde. Lượng sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Chúng thay đổi theo nhiệt độ, pH,
mức độ sục khí cũng như chủng giống nấm men và cả nguồn nguyên liệu.
Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng
21

2.6 NHỮNG YẾU TỐ CHỦ YẾU ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU

2.5.4.1 Sự tạo thành acid Trong q trình lên men rượu ln tạo các acid hữu cơ bao gồm: acid acetic, acidlactic, acid citric, acid pyrovic và acid succinic nhưng nhiều hơn cả là acid acetic vàNgành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng19 acid latic. Acid acetic có thể được tạo thành từ phản ứng oxy hoá khử giữa haialdehyde acetic trong đó 1 phân tử bị oxy hố, phân tử thứ hai sẽ bị khử: CHCHO + CHCHO + HO = CHCOOH + COH Acid lactic được tạo bởi pyrovat dehydronase theo phản ứng:CHCO-COOH + NAD.H= CHCHOHCOOH + NAD HoặcCHOHPOCHOHCHO + HO = CHCHOHCOOH + HPOAcid citric theo Laphon được tạo từ aldehyde acetic. Phản ứng được biểu diễn tổng quát như sau:9CHCHO + 4HO = CHCOOHCOHCOOH + 6CHCHOH Acid succinic được tạo thành có thể theo hai con đường: dehydro và trùng hợp haiphân tử acid acetic với một phân tử aldehyde acetic: 2CH-COOH + CHCHO = COOHCHCHCOOH + COH Hoặc được tạo thành do deamin acid glutamic. Trường hợp này aldehyde glycerictiếp nhận hydro và tạo ra cả glycerin. Phương trình tổng quát tạo acid succinic cùng với glycerin từ acid glutamic được biểu diễn như sau:12+ COOH-CH-CH-CHNHCOOH + 2HO = COOH-CHCHCOOH + 2C+NH+ CO. Glycerin và aldehyde đều là sản phẩm trung gian của lên men rượu. Trong điều kiệnlên men nhằm mục đích chỉ thu rượu etylic, người ta khống chế pH dịch lên men trong giới hạn 4,5 – 5,2. Với điều kiện ấy lượng glycerin tạo thành chỉ chiếm 0,3 –0,45 dịch giấm chín, tương ứng tiêu tốn đường 2 – 3 so với lượng đưa vào. Nếu tăng pH tới kiềm thì lượng đường tham gia tạo glycerin tăng tới 23,4 và đườngtạo aldehyde nhưng chưa chuyển thành rượu đạt 11,9. Lên men đường xảy ra theo phương trình:2C12+ HO = 2C+ CO+ CHCOOH + CHCHOH 2.5.4.2 Sự tạo thành rượu bậc caoMột trong những sản phẩm phụ quan trọng được tạo thành trong quá trình lên men rượu, là các rượu có số nguyên tử carbon lớn hơn hai. Các alcol này tuy ít nhưngnếu lẫn vào etylic sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Đó là các alcol propylic, izobutylic, izoamylic, amylic… Hàm lượng của chúng chỉ khoảng 0,4 –0,5 so với cồn etylic nhưng gây cho sản phẩm có mùi khó chịu. Các alcol này cóNgành Cơng nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng20 tên chung là dầu fusel là do nấm men sử dụng nitơ của các acid amin. Phương trìnhtổng quát q trình tạo thành alcol có phân tử cao được đơn giản theo phản ứng: R-CHNH-COOH + HO = RCHOH + NH+ CO. Như vậy việc tạo thành alcol cao phân tử gắn liền với sự biến đổi của acid amin xảyra trong điều kiện yếm khí chỉ có thể đồng thời với lên men rượu, sự tạo thành alcol cao phân tử khi lên men là do axit amin bị mất NH, sau đó mất COvà cuối cùng aldehyde bị khử để tạo ra alcol. Bằng con đường tương tự, nhiều acid amin cũngđược tạo thành như valin và izolơxin… chúng là tiền đề để tạo ra các alcol bậc cao sau này. Thực ra q trình amin hố acid pyrovic xảy ra rất phức tạp, qua nhiều giaiđoạn có liên hệ chặt chẽ với nhau. Acid acetic tạo thành có hoạt tính cao lại tác động cho các quá trình khác tiếp theo.2.5.4.3 Sự tạo thành ester và các sản phẩm phụ khác – Sự tạo thành esterSong song với việc tạo ra acid và alcol, dưới tác dụng của enzyme trong nấm men, các acid và alcol sẽ tác dụng lẫn nhau để tạo ra những ester tương ứng. Phươngtrình tổng quát: RCHOH + RCOOH = RCOO-CH+ HO Ester etylic có thể được tạo thành do rượu etylic kết hợp với acid acetic hoặc do sựtham gia phản ứng của các aldehyde. – Sự tạo thành methanolTrong quá trình nấu nguyên liệu, các chất pectin ester của acid polygalacturonic bị thủy phân tạo thành acid pectic và rượu metylic.- Sự tạo thành fufurol Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccarose, glucose, fructose và một ítmaltose được tạo thành trong thời gian nấu. Ở nhiệt độ cao các đường sẽ bị phân hủy và mất nước để tạo thành caramen, fufurol, oxymetyl fufurol và melanoidin.Đường pentose bị mất ba phân tử nước tạo thành fufurol. – Sự tạo thành aldehydeLà sản phẩm của quá trình trao đổi chất ở nấm men và cũng có thể được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu. Chủ yếu là hàm lượng acetaldehyde, acidpyruvic acetaldehyde. Lượng sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Chúng thay đổi theo nhiệt độ, pH,mức độ sục khí cũng như chủng giống nấm men và cả nguồn nguyên liệu.Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng21