Nghiên Cứu Quá Trình Lên Men Malolactic Rượu Vang Chanh Dây

• Tác giả: Hoàng Thị Kim Thoa
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thúy Hương
• Trường học: tp hcm
• Chuyên ngành: công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Lên Men Malolactic Rượu Vang Chanh Dây
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: tp hồ chí minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Giới thiệu về chanh dây
• 2.1.1. Nguồn gốc
• 2.1.2. Đặc điểm sinh học
• 2.1.3. Thành phần hóa học
• 2.1.4. Ứng dụng
• 2.2. Lên men rượu vang
• 2.2.1. Giới thiệu sơ lược về rượu vang
• 2.2.2. Tác nhân vi sinh vật
• 2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men
• 2.2.4. Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu
• 2.3. Lên men malolactic
• 2.3.1. Định nghĩa lên men malolactic
• 2.3.2. Vị trí của lên men malolactic trong sản xuất rượu vang
• 2.3.3. Phân loại vi khuẩn lên men malolactic
• 2.3.4. Vai trò của quá trình lên men malolactic
• 2.3.5. Các biến đổi diễn ra trong quá trình lên men malolactic
• 2.4. Kỹ thuật cố định
• 2.4.1. Lịch sử phát triển
• 2.4.2. Phương pháp cố định
• 2.4.3. Ưu nhược điểm của cố định tế bào
• 2.4.4. Yêu cầu đối với vi sinh vật cố định
• 2.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cố định vi sinh vật
• 2.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về hướng của đề tài
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1. Giống vi sinh vật
• 3.2. Môi trường nuôi cấy
• 3.3. Vật liệu, hóa chất
• 3.4. Thiết bị và dụng cụ
• 3.5. Phương pháp thí nghiệm
• 3.5.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
• 3.5.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.5.3. Phương pháp phân tích thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Kiểm tra đặc điểm giống vi sinh vật
• 4.2. Lên men tạo BC
• 4.2.1. Lên men thu nhận BC
• 4.2.2. Xử lý chế phẩm BC thô
• 4.3. Khảo sát quá trình lên men malolactic bằng chủng Oenococcus oeni tự do
• 4.3.1. Khảo sát tỉ lệ giống Oenococcus oeni thích hợp để lên men malolactic
• 4.3.2. Khảo sát thời điểm thích hợp để bổ sung giống Oenococcus oeni trong lên men malolactic
• 4.3.3. Khảo sát thời gian lên men malolactic
• 4.3.4. Khảo sát các phương pháp cố định Oenococcus oeni trên chất mang BC
• 4.3.4.1. Phương pháp bẫy- hấp phụ
• 4.3.4.2. Phương pháp nhốt chủ động
• 4.4. Lên men malolactic sử dụng chế phẩm Oenococcus oeni cố định trên chất mang BC
• 4.4.1. Lên men rượu sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae tự do và lên men malolactic sử dụng vi khuẩn Oenococcus oeni cố định
• 4.4.2. Lên men rượu sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae cố định và lên men malolactic sử dụng vi khuẩn Oenococcus oeni cố định
• 4.5. Kết quả cảm quan
• 4.6. Kết quả kiểm tra vi sinh
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Lên Men Malolactic Rượu Chanh Dây

Rượu vang chanh dây, sau quá trình lên men rượu, thường chứa lượng lớn acid malic, tạo vị chua gắt. Lên men malolactic (MLF) là quá trình chuyển hóa acid malic thành acid lactic, cải thiện đáng kể chất lượng cảm quan của rượu. Nghiên cứu này tập trung vào quá trình MLF ở rượu vang chanh dây, sử dụng vi khuẩn Oenococcus oeni ở dạng tự do và cố định trên chất mang cellulose vi khuẩn (BC). Mục tiêu là tối ưu hóa quá trình MLF, giảm vị chua, tăng hương vị đặc trưng và ổn định chất lượng rượu. Quá trình này đặc biệt quan trọng với các loại rượu vang có hàm lượng acid cao, giúp cân bằng hương vị và tạo ra sản phẩm hấp dẫn hơn cho người tiêu dùng. Kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật trên chất mang cũng được quan tâm để chủ động điều khiển quá trình lên men và tái sử dụng tế bào.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Quá Trình Lên Men Malolactic

Lên men malolactic (MLF) là quá trình sinh học quan trọng trong sản xuất rượu vang, đặc biệt là rượu vang đỏ và một số loại rượu vang trắng. Quá trình này được thực hiện bởi vi khuẩn lactic, chủ yếu là Oenococcus oeni, chuyển đổi acid malic (vị chua gắt) thành acid lactic (vị chua dịu hơn) và CO2. MLF giúp giảm độ chua của rượu, làm mềm cấu trúc và tăng cường hương vị phức tạp. Theo Steinkraus (1992), MLF đặc biệt cần thiết cho các loại quả có hàm lượng acid malic cao. Quá trình này có thể xảy ra tự phát hoặc được kiểm soát bằng cách cấy vi khuẩn chọn lọc.

1.2. Tầm Quan Trọng Của MLF Trong Sản Xuất Rượu Vang

MLF đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện chất lượng và ổn định rượu vang. Quá trình này không chỉ giảm độ chua mà còn tạo ra các hợp chất hương vị mới, góp phần vào sự phức tạp của rượu. Vi khuẩn lactic cũng có thể sản xuất diacetyl, một hợp chất tạo hương vị bơ hoặc caramel. Ngoài ra, MLF giúp ổn định sinh học rượu vang bằng cách tiêu thụ acid malic, ngăn ngừa quá trình lên men không mong muốn trong chai. Bozoğlu và Yurdugül (2000) nhấn mạnh rằng MLF cải thiện hương vị đặc trưng và ổn định hệ vi sinh vật trong rượu vang.

II. Thách Thức Kiểm Soát Lên Men Malolactic Rượu Chanh Dây

Quá trình lên men malolactic (MLF) trong sản xuất rượu vang chanh dây đối mặt với nhiều thách thức. Kiểm soát MLF tự nhiên rất khó khăn do sự biến động của các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, nồng độ SO2 và sự cạnh tranh của các vi sinh vật khác. Việc lựa chọn chủng vi khuẩn Oenococcus oeni phù hợp cũng quan trọng để đảm bảo quá trình MLF diễn ra hiệu quả và không tạo ra các hợp chất không mong muốn. Ngoài ra, việc duy trì điều kiện tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn lactic, như cung cấp đủ chất dinh dưỡng và kiểm soát pH, cũng là một thách thức. Việc thiếu MLF có thể làm hạn chế chất lượng và mùi vị của sản phẩm, đặc biệt là đối với những loại quả có hàm lượng acid malic cao.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Lên Men MLF

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của MLF, bao gồm pH, nồng độ cồn, nhiệt độ, nồng độ SO2 và sự hiện diện của các chất ức chế. pH thấp có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn lactic, trong khi nồng độ cồn cao có thể gây độc. SO2, một chất bảo quản thường được sử dụng trong sản xuất rượu vang, cũng có thể ức chế MLF. Nhiệt độ tối ưu cho MLF thường nằm trong khoảng 18-25°C. Sự hiện diện của các vi sinh vật cạnh tranh, như nấm men dại, cũng có thể cản trở MLF. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo MLF diễn ra thành công.

2.2. Vấn Đề Kiểm Soát Chất Lượng Vi Sinh Vật Trong MLF

Kiểm soát chất lượng vi sinh vật là một thách thức lớn trong MLF. Sự hiện diện của các vi khuẩn không mong muốn có thể dẫn đến sự hình thành các hợp chất gây hại, làm hỏng hương vị và mùi của rượu vang. Việc sử dụng các chủng vi khuẩn Oenococcus oeni thuần khiết và kiểm soát chặt chẽ điều kiện lên men là rất quan trọng để ngăn ngừa sự phát triển của các vi sinh vật gây hại. Các phương pháp kiểm tra vi sinh vật thường xuyên cũng cần thiết để đảm bảo chất lượng và an toàn của sản phẩm.

III. Phương Pháp Lên Men Malolactic Bằng Vi Khuẩn Tự Do

Nghiên cứu này khảo sát quá trình lên men malolactic (MLF) bằng chủng Oenococcus oeni tự do. Tỷ lệ giống vi khuẩn thích hợp được xác định là 7%, bổ sung ngay sau khi kết thúc quá trình lên men rượu (ngày thứ 7). Thời gian MLF thích hợp cho rượu chanh dây là 4 ngày. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, nhưng khó kiểm soát hoàn toàn do sự biến động của môi trường. Việc theo dõi pH, nồng độ acid malic và acid lactic là cần thiết để đánh giá hiệu quả MLF. Kết quả cho thấy, việc bổ sung đúng thời điểm và tỷ lệ giống giúp giảm đáng kể vị chua gắt và cải thiện hương vị của rượu chanh dây.

3.1. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ Giống Vi Khuẩn Oenococcus Oeni

Việc tối ưu hóa tỷ lệ giống vi khuẩn Oenococcus oeni là yếu tố then chốt để đảm bảo MLF diễn ra hiệu quả. Tỷ lệ giống quá thấp có thể dẫn đến quá trình MLF chậm hoặc không hoàn toàn, trong khi tỷ lệ giống quá cao có thể gây ra các vấn đề về hương vị. Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ giống 7% là tối ưu cho rượu chanh dây, giúp đạt được sự chuyển đổi acid malic thành acid lactic hiệu quả mà không ảnh hưởng đến hương vị của rượu. Việc xác định tỷ lệ giống tối ưu cần được thực hiện cụ thể cho từng loại rượu và điều kiện lên men.

3.2. Xác Định Thời Điểm Bổ Sung Giống Thích Hợp

Thời điểm bổ sung giống Oenococcus oeni cũng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả MLF. Bổ sung giống quá sớm có thể dẫn đến sự cạnh tranh với nấm men trong quá trình lên men rượu, trong khi bổ sung giống quá muộn có thể làm chậm quá trình MLF. Nghiên cứu cho thấy thời điểm bổ sung giống thích hợp nhất là ngay sau khi kết thúc quá trình lên men rượu (ngày thứ 7), khi nồng độ đường đã giảm và điều kiện môi trường phù hợp hơn cho sự phát triển của vi khuẩn lactic. Việc xác định thời điểm bổ sung giống tối ưu cần được thực hiện dựa trên đặc điểm của từng loại rượu và quá trình lên men.

IV. Cố Định Vi Khuẩn MLF Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả

Kỹ thuật cố định tế bào Oenococcus oeni trên chất mang cellulose vi khuẩn (BC) mở ra hướng đi mới trong kiểm soát lên men malolactic (MLF). Nghiên cứu đã cố định thành công vi khuẩn bằng hai phương pháp: bẫy – hấp phụ và nhốt chủ động. Chế phẩm vi khuẩn cố định bằng phương pháp bẫy – hấp phụ (mật độ 7.1 x 10^9 CFU/cm3) cho thấy hiệu quả MLF ổn định sau 8 lần tái sử dụng. Việc sử dụng đồng thời nấm men Saccharomyces cerevisiae (lên men rượu) và vi khuẩn Oenococcus oeni (MLF) cố định trên BC cũng cho kết quả khả quan, thể hiện qua độ cồn và nồng độ acid malic chuyển hóa được. Kỹ thuật này giúp chủ động điều khiển quá trình lên men, tái sử dụng tế bào và giảm thiểu ô nhiễm.

4.1. Phương Pháp Cố Định Tế Bào Bẫy Hấp Phụ

Phương pháp cố định tế bào bẫy - hấp phụ là một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả để cố định vi khuẩn Oenococcus oeni trên chất mang BC. Phương pháp này dựa trên khả năng của BC tạo thành một mạng lưới ba chiều, bẫy và hấp phụ các tế bào vi khuẩn bên trong. Các tế bào vi khuẩn được giữ lại trong cấu trúc của BC, cho phép chúng tiếp tục hoạt động và thực hiện quá trình MLF. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện và không đòi hỏi các hóa chất độc hại. Tuy nhiên, hiệu quả cố định có thể bị ảnh hưởng bởi kích thước lỗ của BC và điều kiện môi trường.

4.2. Phương Pháp Cố Định Tế Bào Nhốt Chủ Động

Phương pháp cố định tế bào nhốt chủ động là một kỹ thuật phức tạp hơn, nhưng có thể mang lại hiệu quả cố định cao hơn. Phương pháp này liên quan đến việc nhốt các tế bào vi khuẩn Oenococcus oeni trong một ma trận polymer, chẳng hạn như alginate hoặc carrageenan. Các tế bào vi khuẩn được trộn với dung dịch polymer, sau đó được nhỏ giọt vào dung dịch làm cứng để tạo thành các hạt chứa tế bào. Ưu điểm của phương pháp này là bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố môi trường khắc nghiệt và cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của các hạt cố định. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi các hóa chất và thiết bị chuyên dụng.

4.3. Ưu Điểm Của Việc Tái Sử Dụng Vi Khuẩn Cố Định

Việc tái sử dụng vi khuẩn cố định mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Vi khuẩn cố định có thể được sử dụng nhiều lần để thực hiện quá trình MLF, giảm chi phí sản xuất và giảm lượng chất thải sinh học. Ngoài ra, vi khuẩn cố định có thể dễ dàng tách ra khỏi sản phẩm sau khi quá trình MLF hoàn tất, giảm nguy cơ ô nhiễm và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy chế phẩm vi khuẩn Oenococcus oeni cố định trên chất mang BC có thể tái sử dụng đến 8 lần mà vẫn đảm bảo hiệu quả MLF.

V. Đánh Giá Cảm Quan Rượu Chanh Dây Sau Lên Men Malolactic

Sau khi tối ưu hóa các điều kiện, rượu chanh dây được lên men rượu, lên men malolactic và tàng trữ. Đánh giá cảm quan cho thấy chất lượng cảm quan của rượu được cải thiện đáng kể, đặc biệt về mùi vị. Rượu sau MLF có vị chua hài hòa hơn, vẫn giữ được hương vị đặc trưng của chanh dây. Điều này chứng tỏ MLF không chỉ giảm vị chua gắt mà còn tăng cường hương vị phức tạp và hấp dẫn của rượu. Kết quả này khẳng định vai trò quan trọng của MLF trong việc nâng cao chất lượng rượu chanh dây.

5.1. Cải Thiện Hương Vị Và Mùi Thơm Của Rượu

MLF có thể cải thiện hương vị và mùi thơm của rượu vang bằng cách tạo ra các hợp chất hương vị mới và giảm các hợp chất không mong muốn. Vi khuẩn lactic có thể sản xuất diacetyl, một hợp chất tạo hương vị bơ hoặc caramel, và este, các hợp chất tạo hương vị trái cây. Ngoài ra, MLF có thể giảm nồng độ các hợp chất gây mùi khó chịu, như acid acetic và ethyl acetate. Đánh giá cảm quan cho thấy rượu chanh dây sau MLF có hương vị phức tạp hơn, với sự cân bằng giữa vị chua, ngọt và hương thơm trái cây.

5.2. Tăng Tính Ổn Định Của Rượu Về Mặt Cảm Quan

MLF có thể tăng tính ổn định của rượu vang về mặt cảm quan bằng cách giảm nguy cơ phát triển của các vi sinh vật gây hại và ngăn ngừa sự hình thành các hợp chất không mong muốn. Bằng cách tiêu thụ acid malic, vi khuẩn lactic loại bỏ nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật khác, giảm nguy cơ ô nhiễm và làm hỏng rượu. Ngoài ra, MLF có thể giảm nồng độ các hợp chất gây đục và kết tủa, giúp rượu trong và ổn định hơn về mặt cảm quan.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu MLF Rượu Chanh Dây

Nghiên cứu đã thành công trong việc khảo sát và tối ưu hóa quá trình lên men malolactic (MLF) cho rượu vang chanh dây. Việc sử dụng vi khuẩn Oenococcus oeni tự do và cố định trên chất mang BC đều mang lại kết quả khả quan, cải thiện chất lượng cảm quan của rượu. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của vi khuẩn lactic trong quá trình MLF, tìm kiếm các chủng vi khuẩn có khả năng chịu đựng tốt hơn các điều kiện khắc nghiệt, và phát triển các phương pháp cố định tế bào hiệu quả hơn. Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của MLF đến các thành phần hóa học và hương vị của rượu chanh dây để tạo ra sản phẩm chất lượng cao và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

6.1. Đề Xuất Các Nghiên Cứu Tiếp Theo Về MLF

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc khám phá các chủng vi khuẩn lactic mới có khả năng chịu đựng tốt hơn các điều kiện khắc nghiệt, như pH thấp và nồng độ cồn cao. Nghiên cứu về cơ chế hoạt động của vi khuẩn lactic trong quá trình MLF cũng cần được đẩy mạnh để hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả MLF. Ngoài ra, cần nghiên cứu về ảnh hưởng của MLF đến các thành phần hóa học và hương vị của rượu chanh dây để tạo ra sản phẩm chất lượng cao và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

6.2. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Vào Sản Xuất Thực Tế

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng vào sản xuất thực tế bằng cách xây dựng quy trình MLF chuẩn cho rượu chanh dây, bao gồm việc lựa chọn chủng vi khuẩn phù hợp, tối ưu hóa điều kiện lên men và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng vi khuẩn cố định có thể giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tính ổn định của quá trình MLF. Ngoài ra, cần đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các nhà sản xuất rượu chanh dây để họ có thể áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất.