1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀINGUYÊN
MÔN: VI SINH VẬT MÔI
TRƯỜNG
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT RƯỢU
VANG
GV: ThS NGUYỄN NGỌC TÂM HUYÊN
NHÓM: LỚP
DH10QM
1/ LÊ VĂN ĐỒNG
(10149045)
2/ NGUYỄN VŨ LINH
(10149099)
3/ HỒNG HẢI VINH
(10149248)
4/ LÊ THỊ HỘI
(10149070)
5/ BÙI KIM THÀNH
(10149175)
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang1
2
MỤC LỤC TRANG
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 3
I.1.Tình hình chung 3
I.2. Lịch sử hình thành và phát triển của rượu vang 3
I.3. Giới thiệu về công nghệ lên men 4
I.4. Mục tiêu 4
CHƯƠNG II ỨNG DỤNG VSV TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG 12
biến rượu vang từ nho được thực hiện rất lâu đời ở nhiều nơi trên thế giới
nhất là các nước Châu Âu đặc biệt là Pháp. 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.
I.2. Lịch sử hình thành và phát triển của rượu vang
•Các nhà khảo cổ học cho rằng, rượu vang có xuất xứ từ khu vực
Capcazơ và Trung Đông khoảng 8000 năm về trước.
•Khoảng năm 2000 TCN, sản xuất rượu vang du nhập tới Hy Lạp và sau
đó truyền bá khắp Địa Trung Hải bởi đế chế La Mã.
•Đầu thế kỉ XVI, các nhà thám hiểm Châu Âu đã mang nho tới Châu Mỹ.
• Năm 1530, những người Tây Ban Nha xâm chiếm Trung và
Nam Mỹ bắt đầu trồng nho ở Mexico, Argentina, Peru và Chile.
• Năm 1655, nho được người Hà Lan trồng trọt trên thuộc địa của
mình tại Mũi Hảo Vọng (Nam Phi).
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang3
4
• Việc trồng nho ở Úc và New Zealand được tiến hành vào năm
1813.
Ngành sản xuất rượu vang được phát triển ở tất cả các nơi mà thực
dân Châu Âu đặt chân tới.
Danh từ rượu vang được dùng để chỉ loại rượu lên men từ dịch ép trái
cây (nho, dâu, thơm, táo, lê,…) với một số chủng nấm men. Rượu vang thu
được không qua chưng cất, có hương vị thơm ngon của trái cây tự nhiên, có
độ cồn nhẹ (10-15%) là loại nước giải khát thơm ngon giàu chất bổ dưỡng.
Rượu vang là loại rượu không chưng cất có truyền thống lâu đời được
sản xuất nhờ sự lên men bởi chủng tự nhiên S.cerevisiae hay do các loại nấm
men tự nhiên như Saccharomyces sp, Zygosaccharomyces sp,…
Ngoài ra còn có các loại rượu khác như sake, rượu cần, rượu cognac,
rượu đế,rượu nếp than …
8/ Sản xuất Metabolite sơ cấp
9/Sản xuất thuốc kháng sinh
10/Sản xuất các biopolymer và biosurfeactan
11/Công nghệ sinh học khai khoáng
12/Sản xuất các biopolymer và biosurfeactant
13/Công nghiệp rượu bia và cồn nhiên liệu
Hình 1: Nhà máy sản xuất ethanol quy mô nhỏ.
I.4. Mục tiêu
Thông qua chuyên đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát về công
nghệ lên men, cơ chế của quá trình lên men, những ứng dụng trong thực tế
đời sống,… Qua đó, hiểu rõ hơn về rượu vang, quá trình sản xuất cũng như
thành phần và giá trị dinh dưỡng của rượu vang - một trong những ứng dụng
của công nghệ lên men.
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang5
6
CHƯƠNG II ỨNG DỤNG VSV TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG
II.1. Sơ lược về quá trình lên men
a/Khái niệm
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.
b/Quá trình lên men.
Các giai đoạn chính trong quá trình lên men
Một số khâu chính trong quy trình
Giống vi sinh vật
Trong lên men công nghệ, bên cạnh có một quy trình hợp lý, thì vấn
đề giống là khâu quan trọng, quyết định giá trị kinh tế của quy trình sản
xuất. Người ta sử dụng rộng rãi một phổ rộng gồm nhiều loại vi sinh vật
(nuôi cấy chìm).
- Giống là bào tử (đối với xạ khuẩn và nấm mốc): Thông thường
người ta thực hiện nhân giống thu bào tử trên môi trường đặc (nuôi cấy bán
rắn có cám, bột bắp, thóc, trấu,…).
Lên men
Đây là khâu quyết định kết quả của một quá trình lên men. Để thực
hiện lên men, người ta thường sử dụng hai phương pháp chủ yếu sau: lên
men bề mặt và lên men chìm.
- Lên men bề mặt: thực hiện nuôi cấy vi sinh vật trên bề mặt môi
trường dịch thể hoặc môi trường bán rắn.
+ Nuôi cấy bề mặt sử dụng môi trường dịch thể (dùng cho vi sinh
vật hiếu khí): Phương pháp lên men này yêu cầu thiết bị đơn giản, nhưng đòi
hỏi diện tích sử dụng lớn, khó tự động hóa quy trình sản xuất nên ít được sử
dụng.
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang7
8
+ Nuôi cấy bề mặt sử dụng môi trường bán rắn hay lên men bán rắn
(có thề dùng cho vi sinh vật hiếu khí và kị khí). Phương pháp này được các
nước đang phát triển sử dụng nhiều.
Nguyên liệu: các loại hạt, các loại phế liệu,…
Phương pháp này sử dụng để: sản xuất kháng sinh, sản xuất
enzym từ nấm mốc, đường hóa tinh bột để sản xuất rượu ethanol từ nấm
men.
- Lên men chìm
+ Dùng cho cả vi sinh vật hiếu khí và kị khí.
+ Trong quá trình lên men, liên tục theo dõi và thực hiện một số
công việc sau
Thực hiện quá trình khuấy đảo và sục khí.
Theo dõi sự tạo bọt trong lên men và có biện pháp phá bọt.
Điều chỉnh pH của môi trường lên men.
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
Acid pyruvic
Pyruvate – decarboxylaza
Ethanal
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang9
10
Aldodeshydrogenaza
Ethanol
Hình 2: Cơ chế phân hủy đường trong tế bào nấm men
d/Quá trình sản xuất rượu vang
Hình 3: Công nghệ lên men rượu vang
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang10
- 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.
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang12
13
Bảng 1: Thành phần chủ chốt trong dịch quả nho
Thành phần Nồng độ, đặc điểm
Nguồn cacbon
Glucose
Fructose
Sucrose
Pentose
Pectins
75 – 150 g/l
75 – 150 g/l
Vết
Không lên men được bởi Saccharomyces cerevisiae
Lượng nhỏ
Nguồn nitơ
Acid amin tư do
Ion ammoni
Protein
0,2 – 2,5 g/l
Lượng nhỏ thường thiếu cho nấm men
Lượng nhỏ
Acid hữu cơ
Vitamin Nước nho
Rượu vang
Trắng, lên men
không xác quả
Đỏ, lên men
có xác quả
Thiamine (B1) – microgram
Riboflavine (B2) – microgram
Acid pantothenic – miligram
Pyridoxine (B6) – miligram
Nicotinamide (PP) – miligram
Biotin (H) – microgram
Cobalamine (B12) – microgram
Acid P-aminobenzoic – microgram
Cholin - miligram
160 – 450
3 – 60
0,5 – 1,4
0,16 – 0,5
0,68 – 2,6
1,5 – 4,2
0
15 – 92
19 – 39
2 – 58
8 – 133
0,55 – 1,2
0,12 – 0,67
0,44 – 1,3
1 – 3,6
- 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,…
c. 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
d. Phân loại nấm men
Chủ yếu có hai lớp: nấm men thật (Ascomyces) và lợp nấm men giả
(Fungi imporfecti)
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang15
16
- 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)
Hình: 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.( pha lag)
- 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.(log)
- 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.
II.3. Vi Sinh Vật Trong Quá Trình Sản Xuất Rượu Vang
II.3.1.Khái quát về vi sinh vật trong quá trình sản xuất rượi Vang
Trong nước nho tươi có những nhóm vi sinh vật khác nhau từ môi
trường xung quanh, có chủ yếu ở vỏ quả, thân, cuống và thiết bị. Phần lớn
trong phức hệ này là nấm mốc (76 – 90%), nấm men (9 – 22%), số còn lại
chiếm tỷ lệ thấp là vi khuẩn không sinh bào tử hoặc có bào tử, xạ khuẩn và
Micobacter.
Độ acid của nước nho khá cao (pH = 2,7 – 3,8) là điều kiện không
thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển.
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang17
18
Ở môi trường có độ chua lớn thường chỉ thích hợp với nấm mốc và
nấm men. Nấm men trong nước quả tươi thường ít hơn nấm mốc, nhưng
nấm men lại có khả năng phát triển và tăng sinh khối nhanh trong điều kiện
thiếu oxy hoặc kỵ khí, đồng thời lên men tích tụ cồn. Điều kiện kỵ khí và
trong dung dịch có cồn làm ức chế nấm mốc. Chính trong điều kiện này nấm
men đã cạnh tranh và phát triển chiếm ưu thế trong quá trình lên men tự
nhiên.
Trong các loài nấm men cũng cạnh tranh nhau chỉ có các loài có khả
+ Nấm mốc: Botrytis, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Rhizopus,
Alternaria, Ucinula và Cladosporium.
Dạng đưa vào:
Để lên men rượu vang, người ta có thể sử dụng hai nguồn giống sau:
- Nguồn giống đã được chuẩn bị sẵn dưới các dạng sau
+ Dịch men giống: cấy từ ống giống thuần khiết qua khâu nhân
giống các cấp, cấy vào dịch men với tỉ lệ giống cấy từ 3 – 10%.
+ Bánh men khô: cấy vào dịch men với tỉ lệ 15 – 20g/l dịch lên
men.
+ Dịch lên men đang ở giai đoạn lên men mạnh tỉ lệ 1/3 – 1/5 thể
tích nồi lên men (lấy từ lần lên men truớc).
Ví dụ: lên men dịch đường từ tinh bột thường dùng nòi khác với khi
lên men rỉ đường.
Các nòi lên men rượu có những tính chất sau:
+ Có sức phát triển mạnh trong dịch đường lên men.
+ Có khả năng tiết ra hệ enzym zyma để lên men nhanh chóng và hoàn
toàn.
+ Có thể lên men được ở nhiệt độ tương đối cao.
+ Có khả năng chịu được độ cồn cao trong quá trình lên men.
+ Chịu được môi trường có độ axit cao.
- Hình dạng: nhiều hình dạng. Kích thước: dài 9 - 10 µm, rộng 2 - 7
µm
Nhiệt độ thích hợp đối với sinh trưởng của nấm men trong khoảng 25
0
C –
30
0
C, còn nhiệt tối thiểu khoảng 2
0
C – 3
enzym
α
-galactozidaza nên có thể dùng hoàn toàn đường rafinoza cho lên
men, còn các nòi men nổi chỉ có một số là đồng hoá được 1/3 rafinoza thành
rượu và CO
2
. Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc
cặp đôi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu.
Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên
men các loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có
enzym có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi
chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza.
Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi
chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của
nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi
xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được
nhiều hơn nấm men chìm.Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm
men nổi. Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn
nấm men nổi.
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang20
21
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae phổ biến trong quá trình lên men nước quả
chiếm tới 80% trong tổng số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men.
Khả năng kết lắng của nó phụ thuộc vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hoặc
dạng bông. Nguồn dinh dưỡng cacbon của loại này là đường, cồn và acid
hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là acid pantotinic, biotin, mezoinozit,
thiamin và piridoxin.
Chúng chuyển hoá glucose thành ethanol có thể được diễn giải trong
phương trình sau:
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang21
22
Glycerol 3-phosphate Glycerol
Glycerol
phosphatase
Mặc dù glycolysis là quá trình cơ bản trong đồng hoá nguồn carbon, một số
chu trình khác cũng xảy ra trong quá trình lên men dịch nho. Trong số đó
phải nhắc tới con đường pentose phosphate và chu trình acid citric. Hoạt
động tương đối hạn chế của chu trình acid citric cũng tạo ra một nồng độ
đáng kể acid succinic trong rượu vang (khoảng 0,5g/l). Quá trình đồng hóa
các hợp chất chứa nitơ,lưu huỳnh cùng với các quá trình cơ bản kể trên tạo
ra hàng trăm những hợp chất bay hơi, không bay hơi và sản phẩm phụ. Tổng
thể tác dụng của những chất này tạo nên hương vị của rượu vang. Chúng bao
gồm những nhóm:
- Cồn bậc cao: isoamy alcohol, amyl alcohol, isobutanol, propanol, 2-
phenylethanol.
- Ester: ethyl acetate, ethyl lactate, phenylethyl acetate, isoamyl
acetate, ethyl octanoate, ethyl hexanotate.
- Acid hữu cơ: succinic, tartaric, malic, lactic, acetic, citric.
- Aldehyde và ketone: acetaldehyde, diacetyl, acetoin.
- Hợp chất chứa lưu huỳnh: H
2
S, SO
2
, dimethyl sulphide.
Nồng độ tương đối của những thành phần kể trên phụ thuộc vào
chủng giống nâm men sử dụng và điều kiện lên men, đặc biệt là nhiệt độ.
Lên men vang trắng thông thường đuợc tiến hành ở nhiệt độ 10 – 18
o
C
được dùng trong sản xuất.
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang23
24
Saccharomyces uvarum
Saccharomyces uvarum được tách từ nước nho, rượu lên men tự
nhiên. Về hình thái nó không khác với các loài khác. Khả năng sinh bào tử
khá mạnh trên môi trường thạch – malt. Các nòi của loài này có thể lên men
12 – 13
0
cồn trong dung dịch nước nho. Một vài nòi được dùng trong sản
xuất rượu vang.
Saccharomyces chevalieri
Theo Lodder là Saccharomyces chevalieri Guilliermond. Nấm men
này được tách từ nước nho lên men tự nhiên, từ rượu vang non được gây
men nước dừa hoặc nước cọ. Saccharomyces chevalieri thuần chủng lên
men nước nho có thể tạo 16
0
cồn. Nó thường lẫn với Saccharomyces
cerevisiae.
Hanseniaspora apiculate – Kloeckera apiculata
Kloeckera apiculata có kích thước tương đối nhỏ, có hình ovan – elip
hoặc hình quả chanh, tế bào có một đầu nhỏ người ta thường gọi là men hình
chùy. Sinh sản bằng nảy chồi, rất phổ biến ở vỏ quả và nhiễm vào nước quả
chiếm đến 90% tổng số men khi bắt đầu lên men. Nó có thể lên men tạo
thành 6 – 7
0
cồn, nhưng tạo ra một loạt các acid bay hơi cũng như các este
của chúng làm cho dịch có mùi tạp và nó còn kìm hãm các loài nấm men
chính trong lên men, K.apiculata nhạy cảm với SO
2
Nấm men chịu áp suất thẩm thấu cao, gây đục
rượu bảo quản.
Tái lên men đưòng sót
DH10QM Ứng dụng của vsv trong sản xuất rượu vang25
Copyright: Tài liệu đại học ©