Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.3. CÁC CÔNG ĐOẠN TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN SIRÔ BƯỞI CÓ CỒN
2.4.5. Các y ếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của nấm men
Nhiệt độ là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính của nấm men. Đối với sinh trưởng của đa số nấm men, nhiệt độ tối thích vào khoảng 28 320C. Lên men rượu etylic để sản xuất rượu trắng (cồn thực phẩm, rượu Vodka, rượu trắng truyền thống) nhiệt độ thích hợp là 30 350C, lên mên rượu vang là 20 250C, lên men bia là 6 100C hoặc 8 120C…
Nhiệt độ lên men cao vào khoảng 30 350C, rượu etylic tích tụ càng sớm, tốc độ lên men cao và kết thúc sớm nhưng lượng đường còn sót lại kha lớn. Điều này nguy
S. oviformis S. vini S. uvarum
Hình 2.5: Một số loại nấm menthường gặp
làm chua dịch lên men, ảnh hưởng đến vị của sản phẩm. Lên men ở nhiệt độ cao cũng làm cho các vi khuẩn tạp nhiễm phát triển nhanh gây ra các biến đổi xấu về chất lượng.
Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến cường độ lên men và sinh trưởng của nấm menmà còn ảnh hưởng đến sự sinh các sản phẩm phụ và thứ cấp. Nhiệt độ cao dễ tích tụ nhiều rượu bậc cao cùng như acetaldehyde, nhiệt độ tăng từ 10 250C kéo theo tăng hàm lượng acetaldehyde từ 1,25 lên 21,5 mg/l.
Nhiệt độ và độ hiếu khí có liên quan chặt chẽ với nhau. Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, dịch lên men có một lượng oxy hòa tan và nhiệt độ 25 300C rất thích hợp cho nấm mensinh trưởng và phát triển. Hoạt tính hô hấp của nấm menbị giảm khi nhiệt độ xuống thấp. Cường độ hô hấp của nấm menở 5oC có thể chỉ bằng 1/5 so với ở 300C.
Nấm men cũng có loài chịu nhiệt và chịu lạnh. Những loài chịu nhiệt ở 40 420C có lực lên men cao nhưng năng lượng hô hấp giảm đáng kể. Trong công nghiệp rượu cồn, ta cần chọn chủng nấm men thích hợp cho từng quá trình sản xuất. Đặc biệt, vùng khí hậu nhiệt đới như ở nước ta nếu chọn được chủng lên men ở nhiệt độ 36 380C mà vẫn không làm giảm chất lượng sản phẩm.
2.4.5.2. Oxy hòa tan (độ hiếu khí)
Độ hiếu khí biểu hiện bằng lượng Oxy (O2) hòa tan trong môi trường, đơn vị tính là mg O2/1 lít môi trường. Nhiệt độ càng cao, lượng O2 hòa tan trong dịch càng thấp.
O2 hòa tan vào môi trường lỏng ở dạng bọt khí nhỏ làm kích thích sự sinh sản của nấm menvà tạo điều kiện cho tế bào nấm menhô hấp. Trong môi trường có khuấy trộn và thổi khí làm cho bọt khí càng phân tán và đều hơn. Do đó, tế bào nấm mencàng được tiếp xúc với chất dinh dưỡng và O2 tốt hơn. Bình thường O2 hòa tan tối đa trong nước đến 9 mg/l, nồng độ giảm còn 1 mg/lít nấm menngừng sinh sản.
O2 cũng gây ảnh hưởng mạnh đến hoạt tính của nấm menvà đặc biệt đến sự phát triển của nấm men. Một số enzyme của nấm menchỉ phản ứng với O2 mà không gây phản ứng với bất kỳ một chất nhận hydro nào khác. Chúng ta, thấy hiện tượng này ở enzyme oxygenaza – các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp các axit béo không no và sterol.
Theo Louis Pasteur, nấm men cần O2 để sinh sản và phát triển. Tuy nhiên, nếu hàm lượng O2 quá cao trong môi trường thì khi lên men sẽ kéo dài pha sinh trưởng, giảm tốc độ lên men của tế bào nấm men và tăng hàm lượng đường còn sót lại trong sản phẩm.
2.4.5.2. pH của môi trường
- pH của môi trường lên men hay môi trường nuôi cấy vi sinh vật nói chung có ảnh hưởng lớn đến đời song vi sinh vật. Mỗi chủng hay nhóm vi sinh vật có khoảng pH thích hợp hay tối thích cho sinh trưởng và phát triển.
- Ở nấm men, với các giống men rượu Saccharomyces cũng có những pH tối thích khác nhau. Đối với men rượu và bia thuộc giống Saccharomyces pH ban đầu thích hợp cho lên men là khoảng 5,5. Đối với men vang có thể lên men ở pH 2,8 3,8.
- Nâng cao độ acid của môi trường làm cho nấm menthay đổi hình dáng: tế bào nhỏ hơn, dạng hình tròn nhiều hơn, trong tế bào chất tích tụ nhiều chất béo.
2.4.5.3. Khí CO2
Dưới áp lực khí quyển CO2 hoàn toàn không ảnh hưởng ức chế đến sinh trưởng của nấm men. Khi khí quyển trên bề mặt dịch lên men được thay bằng CO2 thì lực lên men của giống men bia có thể tăng 3 4 lần. Khi bơm CO2 vào môi trường với các chủng nấm mencó lực lên men mạnh kích thước tế bào sẽ tăng lên , ngược lại chủng nấm mencó lực len men yếu sẽ nhỏ hơn. Nói chung, dưới áp suất dư của CO2 tế bào nấm mentăng lên đáng kể và có dạng hình tròn nhiều hơn.
Ở một nồng độ xác định, khí CO2 sẽ kìm hãm hoặc đình chỉ sinh sản nấm men. CO2
làm cho quá trình hô hấp của nhiều vi sinh vật chậm lại và được áp dụng trong các quá trình công nghệ như: bảo quản nước quả, trái cây, đồ uống có gas.. Theo nghiên cứu của Miuler – Thurau, khi:
+ Hàm lượng CO2 trong rượu đạt đến 0,25% trọng lượng CO2 thì việc sinh sản của nấm menbị đình trệ.
+ Hàm lượng CO2 trong rượu đạt đến 1,5% trọng lượng CO2 thì nấm men không còn sinh sản được.
2.4.5.4. Ảnh hưởng của đường
Trong môi trường lên men có hàm lượng đường từ 10 25%, nấm men hoạt động bình thường.
Trong môi trường lên men có hàm lượng đường từ > 25%, nấm men hoạt động chậm lại.
Trong môi trường lên men có hàm lượng đường từ 35%, nấm men hoạt động rất yếu và chậm chạp.
2.4.5.5. Acid hữu cơ: Theo nghiên cứu của M.A.Geraximop thì nấm mencó thể giữ được hoạt tính ở 10 20 g/l axit tự do (axit tactric, axit malic, axit citric). Chúng có thể hoạt động tốt trong môi trường có 8 10 g/l axit.
2.4.5.6. Rượu etylic
NM khi gieo cấy vào môi trường lên men sau một thời gian sẽ phát triển theo cấp số nhân và tích tụ etylic. Hàm lượng rượu cao dần sẽ làm cho nấm mensinh trưởng chậm và đến nồng độ nào đó sẽ làm cho nấm mengiảm hoạt tính hoặc ngừng hẳn hoạt động của nấm men.
Khả năng chịu đựng nồng độ rượu nào đó của các chủng nấm menlà không giống nhau. Nó phụ thuộc vào khả năng thích ứng và trao đổi chất của tế bào của từng chủng. Một chủng nấm mencó khả năng tạo thành và tích tụ nhiều rượu etylic trong môi trường có nghĩa là chủng ấy có khả năng chịu đựng được nồng độ rượu cao.
2.4.5.7. Thành phần môi trường
Thành phần môi trường nuôi cấy và lên men có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng và trao đổi chất trong tế bào nấm men, đặc biệt có thể quyết định cả hiệu suất lên men hoặc chuyển hướng lên men từ sản phẩm này sang sản phẩm khác.
Trong môi trường có thể chia làm 4 nhóm thành phần:
- Nguồn dinh dưỡng cacbon:
Nguồn dinh dưỡng cacbon đối với nấm mengồm có: đường và dẫn xuất, các loại rượu, axit hữu cơ, axit amin…Đa số, loài lên men rượu lên men được glucose, fructose, saccarose và galactose. Rafinose được sử dụng một phần. Còn lactose, melibiose, pentose, dextrin và tinh bột hoàn toàn không được đồng hóa. Theo cường độ sử dụng glucose và fructose, người ta chia nấm menthành 3 nhóm:
+ Nhóm thích glucose (glucosophyle) lên men glucose từ 80 ÷ 85%. Phần lớn là các loài thuộc giống Saccharomyces, Saccharomycodes và Brettanomyces.
+ Nhóm thích fructose (fructosophyle) chỉ sử dụng 5 ÷ 10% glucose (S. baili, S.
rouxii, T. stella)
+ nấm menưa thích cả 2 loại đường và sử dụng được 50% glucose, 40 ÷ 60%
fructose (S. rosei, Pitria membranaefacien)
Các chủng nấm mennhạy cảm với glucose thì quá trình hô hấp bị ức chế ngay cả khi có mặt glucose với hàm lượng thấp (0,4%). Trong lên men bia nếu dich malt chứa 1% glucose cũng ức chế hô hấp của nấm men. Trong trường hợp glucose chưa đủ để ức chế hô hấp thì khi có mặt của oxy glucose sẽ bị đốt chấy hoàn toàn thành CO2
và H2O theo con đường glycoliz và qua vòng Krebs.
- Nguồn các chất sinh trưởng
Bao gồm các vitamin, các acid amin, peptit.. Trong sản xuất, người ta có thể dung nguồn chất sinh trưởng là cao ngô, cao nấm men, dịch chiết từ rau quả..có mặt các
acid amin, peptit, vitamin, chất khoáng… Các nguồn này có sự ảnh hưởng khác biệt lên các dạng lên men khác nhau.
Vitamin cùng với các acid amin trong môi trường có tác dụng rất lớn đến sinh trưởng và trao đổi chat của tế bào nấm men. Thiếu một vitamin nào đó mà nấm menkhông sinh trưởng được thì chỉ cần bổ sung vitamin đó vào.
Có 6 nhóm vitamin nhóm B là nhân tố cơ bản kích thích sinh trưởng các nấm menkhông màu: inozit (B8), biotin (B7), axit pantotenic (B3), tiamin (B1), pyridoxine (B6), axit nicotinic (B5). Liều lượng tối thiểu cho các vitamin này có tác dụng dương tính đến sự phát triển của nấm men: inozit – 5, biotin – 0,0001, axit pantotenic – 0,25, tiamin – 1, pyridoxine – 0,25, axit nicotinic – 0,5 àg/ml mụi trường.
Đối với các loài nấm mensinh sắc tố Rhodotorula trong 6 vitamin trên thì tiamin được thay thế bằng axit paraaminobenzoic.
- Các nguồn chất khoáng đa lượng, trung lượng và vi lượng
Trong số này, phospho, kali, magie được coi là đa lượng và magie là quan trọng nhất. Hàm lượng phospho cần đủ cho sinh trưởng, nếu phospho cao sẽ kéo dài quả trình sinh trưởng ảnh hưởng đến hiệu suất lên men. Các nguyên tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các enzyme hoặc hoạt hóa các ezym của tế bào nấm men.
- Nguồn nitơ dinh dưỡng
Nguồn dinh dưỡng nito cần thiết cho các cấu tử của tế bào có chứ nito như axit amin, protein, purine, pyrimidine..cần phải có mặt trong môi trường ở dạng vô cơ và hữu cơ. Những nguồn dinh dưỡng nito rất cần thiết cho cấu tạo tế bào, sinh trưởng và sinh sản của nấm men.
Phần lớn nấm menkhông đồng hóa được nitrate. Song giống Hansenula và một vài loài thuộc giống Brettanomyces lại sử dụng được nitrate. Các nguồn nito vô cơ ddocwj nấm menđồng hóa tốt: amoni sulfat, phosphate, axetat, lactate, malat, xucxinat và nước ammoniac. Các axit amin được nấm menđồng hóa trước hết, đặc biệt là giống Nitơ – ammoniac có trong dịch quả từ 25 100mg/l được nấm menđồng hóa nhanh để phục vụ cho sinh sản. Do đó, khi dịch quả không đủ lượng nitơ – ammoniac cần phải bổ sung muối amoni để đẩy mạnh nấm mensinh trưởng.
Ở cuối quá trình lên men thường xuất hiện ở trong môi trường một lượng đáng kể amin do trao đổi chất của tế bào nấm mentạo ra cũng như một số nấm menbị tự phân. Các axit amin này cùng với amoni sulfat là các tác nhân làm tăng hoạt tính các ezym. Hoạt tính của asparatat-amonitransferaza tăng từ 3,1đ.v/mg protein ở giữa giai đoạn lên men đến 47,7 đ.v/mg protein ở cuối giai đoạn lên men; hoạt tính
amonitransferaza ở giữa lên men chỉ thấy vết và ở cuối lên men tìm thấy là 2,64 đ.v/mg protein.