Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về cây cacao 1. Đặc điểm của cây cacao [4] Cacao thuộc họ Sterculiaceae, giống Theobroma, loài Cacao, có nguồn gốc từ miền nam châu Phi. Cacao là cây công nghiệp dài ngày, trồng thích hợp ở vùng nhiệt đới, thân gỗ, cao 5 – 7 m (thường phát triển dưới tán).
Sau khi trồng 3 – 4 năm, cây bắt đầu ra trái, sau 10 năm thì cây phát triển hoàn thiện. Cây ca cao có thể cho thu hoạch quả đến 50 năm. Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có màu vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài. Hoa mọc trực tiếp từ thân và cành, thuộc loại lưỡng tính và thụ phấn chủ yếu là nhờ côn trùng.
Có khoảng 0,5% hoa nở tạo quả, trong đó 90% quả non sẽ bị khô và rụng. Điều kiện canh tác: t0 = 20 – 300C, lượng mưa 1500 – 2000 mm/năm, pH của đất: 6,5 – 6,7, phân bón: đạm, kali và các khoáng vi lượng. Các giống cây cacao Cây cacao (Theobroma Cacao L.) thuộc họ Sterculiceae và còn được chia ra làm nhiều loại khác nhau, quan trọng nhất là các loại Criollo, Forastero và Trinitario [15]. Giống Criollo [4] Xuất xứ: Trung Mỹ.
Đặc điểm trái: ‒ Nhị lép có màu hồng nhạt. ‒ Trái có màu nâu hoặc xanh trước khi chín. ‒ Trái có dạng dài và có đỉnh nhọn rất rõ ở cuối trái, mang mười rãnh đều nhau đôi khi chia thành hai dãy. Ta có thể phân biệt được hai nhóm do một trong năm rãnh không rõ nét.
‒ Vỏ thường sần sùi, mỏng, dễ cắt, lớp trong mỏng và ít mô gỗ. Ngành Công nghệ Kĩ thuật Hóa học 3 Khoa Hóa học & CNTP Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT 1. Vị trí của lên men malolactic trong quy trình sản xuất rượu vang cacao [1] Trong công nghiệp sản xuất rượu vang, quá trình lên men malolactic được tiến hành sau khi lên men chính, dịch lên men thu được gọi là “vang non” được tiến hành lắng gạn cặn và được chuyển sang bồn chứa để sang giai đoạn lên men tiếp theo. Quá trình này lên men rất chậm nhằm phân giải những gram đường cuối cùng, song song với quá trình này vi khuẩn lactic sẽ phân giải acid malic thành acid lactic làm cho rượu vang chuyển từ vị chua gắt sang vị chua nhẹ dễ chịu, CO2 tiếp tục được giải phóng nhưng có xu hướng giảm dần, hương vị rượu vang dần được hoàn thiện.
Dung dịch lên men ở trạng thái tĩnh lặng, xác nấm men lắng xuống đáy bồn lên men. Tiếp theo, dịch vang được lắng gạn tiếp vài lần, mỗi lần từ 20 đến 30 ngày để ổn định thành phần của rượu vang rồi tiếp tục vào giai đoạn ủ chín. Mục đích và ứng dụng của quá trình lên men malolactic [1] 1. Mục đích Lên men malolactic là một quá trình rất quan trọng trong sản xuất các loại rượu vang đỏ hoặc các loại rượu vang có độ chua cao.
Quá trình này hoàn toàn không gây nguy hiểm đối với chất lượng vang vì quá trình lên men vi khuẩn lactic chỉ sử dụng acid malic là chính mà không tác động gì tới các cấu tử và thành phần có trong rượu vang. Peymand (2002) đã xếp mức độ nguy hiểm cho chất lượng rượu vang do tác động của vi khuẩn lactic theo chiều tăng dần lên như sau: ‒ Lên men đường arabinose, acid citric và đường xylose tạo thành một lượng không lớn lắm các acid bay hơi và làm giảm chất lượng rượu vang không đáng kể. ‒ Lên men acid tartaric, glycerin, glucose, fructose làm thay đổi khá rõ các hợp phần có trong vang và làm giảm chất lượng của vang. Mức độ gây xấu hay ảnh hưởng không tốt chất lượng rượu vang phụ thuộc và đặc tính của chủng vi khuẩn lactic và đặc điểm của vang.
Quá trình lên men malolactic có ba ý nghĩa quan trọng với rượu vang: a. Làm giảm độ acid của dịch vang lên men Trước hết, về mặt hóa học, quá trình lên men malolactic làm cho pH của môi trường lên men tăng lên khoảng từ 0,1- 0,3 đơn vị và làm giảm độ acid tổng xuống Ngành Công nghệ Kĩ thuật Hóa học 7 Khoa Hóa học & CNTP Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT khoảng 0,01 đến 0,03 g/L (tính theo acid tartaric) bởi quá trình decarboxyl hóa một gốc acid và chuyển acid malic thành acid lactic có độ acid yếu hơn. Tuy nhiên, không phải tất cả các acid malic đều được chuyển hóa thành acid lactic mà chỉ 2/3 chúng được chuyển hóa, còn lại bị phân giải hoặc bị oxi hóa thành CO2 thoát khỏi dịch men. Điều chỉnh hương vị đặc trưng cho vang Sự chuyển hóa acid malic thường đi kèm với quá trình lên men các loại đường còn lại để tạo ra rất nhiều sản phẩm là những hợp chất dễ bay hơi như acetandehyde, diacetyl, acetoin, acid acetic, 2-3 butadiol, ethyl lactate và các rượu bậc cao… Tất cả các hợp chất này tạo nên một tổ hợp các hương vị đặc trưng góp phần tạo nên chất lượng của rượu vang thành phẩm.
Làm ổn định về mặt vi sinh cho rượu vang thành phẩm Cuối cùng, về mặt bảo quản, quá trình lên men malolactic góp phần tạo nên tính ổn định về chất lượng cảm quan và vi sinh. Điều này có ý nghĩa là sự hiện diện của quá trình lên men malolactic có khả năng ức chế sự sinh trưởng của các vi sinh vật khác. Sự ức chế này được giải thích bởi các nguyên nhân sau: ‒ Một số vi khuẩn không mong muốn có khả năng sử dụng acid malic làm nguồn chất dinh dưỡng. Vì thế, việc giảm hàm lượng acid malic trong dịch lên men sẽ đem lại kết quả tốt để giảm thiểu rủi ro về mặt vi sinh.
‒ Vi khuẩn lactic sinh trưởng trước trong môi trường pH thấp và chúng sử dụng các chất dinh dưỡng như: amino acid, các base nitơ, vitamin làm cho môi trường ngày càng nghèo nàn những chất này. Từ đó giới hạn được sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật khác. ‒ Một số vi khẩn malolactic có thể sản sinh ra độc tố (bacteriocin) có thể ức chế sinh trưởng của những vi sinh vật khác mà không gây ảnh hưởng gì về mặt cảm quan và sức khỏe con người. Người ta nhận thấy rằng những loại rượu vang không có quá trình lên men malolactic hay quá trình này không được kiểm soát chặt chẽ thì sau một thời gian đóng chai và bảo quản thường xảy ra hiện tượng bị đục dịch vang hay đôi khi hình thành nên cặn lắng hay sủi bọt nhẹ và có khi kèm theo mùi lạ gần giống với mùi món Ngành Công nghệ Kĩ thuật Hóa học 8 Khoa Hóa học & CNTP Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT dưa cải bắp truyền thống của Đức.
Dù ít hay nhiều thì điều này cũng làm ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của rượu vang thành phẩm. Vì vậy, nếu quá trình lên men malolactic được thực hiện một các có kiểm soát thì những rủi ro này có thể bị loại trừ. Ứng dụng Hiện nay, quá trình lên men malolactic được xem như một công nghệ quan trọng nhằm cải thiện chất lượng của rượu vang. Người ta cho rằng, hầu hết các loại rượu vang đỏ và khoảng 20% rượu vang trắng trên thế giới đều trải qua quá trình lên men này.
Đứng trên phương diện thành phần hóa học, lên men malolactic chỉ thích hợp cho sản xuất các loại rượu vang có độ pH thấp, tức là có hàm lượng acid cao. Hầu hết các loại rượu vang đỏ trên thế giới đều được nâng cao chất lượng thông qua quá trình lên men malolactic. Ví dụ các loại rượu vang đỏ: Pinot Noir, Merlot và Cabernet đều được tiến hành lên men malolactic gần như hoàn toàn. Quá trình lên men malolactic xảy ra hầu hết ở vang đỏ bởi vì ở các vang này có hàm lượng acid malic khá cao.
Acid malic có thể bị phân giải bởi vi khuẩn lactic thành acid lactic làm giảm vị chua gắt khó chịu cho vang. Hàm lượng acid malic trong dịch quả còn tùy thuộc vào từng loại quả, điều kiện trồng trọt và thời tiết. Đối với những loại rượu vang được sản xuất ở vùng khí hậu lạnh, đặc biệt là Đức, Pháp và miền đông nước Mỹ, thường có hàm lượng acid malic khá cao nên cần thực hiện quá trình lên men malolactic. Ở vùng có khí hậu ấm áp hơn thì ngược lại.
Hầu như hàm lượng acid malic sẽ giảm cùng với quá trình chín của quả. Do đó, thông thường, ở các vùng này, không cần quá trình lên men malolactic. Các kiểu lên men malolactic [2] 1. Lên men tự nhiên Sản xuất rượu vang theo truyền thống thì lên men malolactic diễn ra tự phát trong suốt quá trình bảo quản vang non trong vài tháng hoặc vài năm.
Vi khuẩn có nguồn gốc trên vỏ quả nho hoặc thùng gỗ. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất vang hiện đại với quá trình chế biến sạch hơn và thời gian bảo quản cần giảm thối thiểu thì Ngành Công nghệ Kĩ thuật Hóa học 9 Khoa Hóa học & CNTP Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT quá trình lên men như vậy là quá chậm và không đủ độ tin cậy. Leuconostoc oenos sinh trưởng cực kì chậm chạp và đôi khi không phát triển ở vang có pH từ 3.8; cồn 10 – 14%V; 10 – 100ppm SO2 và hàm lượng đường sót thấp. Ngoài ra trong lên men malolactic tự phát ngoài tác nhân là vi khuẩn Leuconostoc oenos còn rất nhiều vi khuẩn lactic khác vì thế luôn có nhửng rủi ro do việc trao đổi không hoàn toàn của acid malic hay các sản phẩm có mùi lạ hoặc sự hình thành các amin do vi khuẩn lactic decarboxyl hóa các amino acid.
Đặc biệt Pediococcus được coi là yếu tố quan trọng nhất sinh ra hitsamine. Do đó vang có độ pH cao thúc đẩy sự sinh trưởng của các giống này trong quá trình lên men malolactic thì chắc chắn chứa lượng hitsamine không mong muốn. Biện pháp lên men tự nhiên cũng có những ưu điểm là thuận lợi và không đắt tiền, nó được áp dụng khá rộng rãi ở Pháp. Nhiều năm kinh nghiệm đã chỉ ra rằng thành phần vang và điều kiện môi trường đã thúc đẩy sự sinh trưởng của Leuconostoc oenos có mặt tự nhiên trong vang vùng Bordeaux của Pháp và thông thường lên men malolactic bắt đầu trong vòng 1 – 4 tuần sau khi lên men rượu kết thúc.
Thành phần và điều kiện đó bao gồm: SO2 tổng thấp (<40 – 50mg/l); duy trì pH > 3.3; duy trì nhiệt độ của vang khoảng 16 – 250C.
