Lên men rượu là một quá trình sinh hóa học xảy ra khi nấm men chuyển hóa đường thành rượu Etylic (Ethanol) và khí Carbon Dioxide (CO2). Quá trình này diễn ra trong môi trường yếm khí (không có oxy), với nhiệt độ và độ pH thích hợp. Nếu bạn đang tìm hiểu về quy trình lên men rượu như thế nào thì hãy cùng Wine tìm hiểu chi tiết quá trình lên men rượu trong bài viết sau đây!
1. Lên men rượu là gì?
Lên men rượu là một quá trình chuyển đổi sinh hóa, trong đó đường được chuyển hóa thành rượu etylic (ethanol) và carbon dioxide bởi các chủng nấm men. Quá trình này diễn ra trong điều kiện yếm khí (thiếu oxy) và thường được ứng dụng để sản xuất các loại rượu vang, bia, rượu gạo và nhiều loại đồ uống có cồn khác. Tùy vào quy trình sản xuất, người ta sẽ áp dụng phương pháp lên men tự nhiên hoặc nhân tạo.
Theo các chuyên gia, quá trình lên men rượu càng lâu dài thì sẽ hình thàm thêm một số chất như Ester (chất thơm) và kết tủa của một số Protein, tannin, pectin,… Qua đó, chúng giúp rượu tăng thêm giá trị, thơm, ngon và thơm hơn.
2. Nguồn gốc của phương pháp lên men
Khoảng 9500 năm TCN, nhiều tài liệu ghi nhận về việc con người có thể đã lên men rượu từ ngũ cốc. Và đến khoảng 5000 năm TCN, các nhà khảo cổ học còn phát hiện các dấu vết sản xuất bia từ nấm men trên các lọ gốm tại Ai Cập. Bên cạnh đó, các hình vẽ trên vách có niên đại 4500 năm TCN và các dấu vết của nho nghiền cũng đã được tìm thấy vào thời điểm này.
Trong thế kỷ 17, Johan Baptist van Helmont đã quan sát và đề xuất việc sử dụng cặn của rượu vang để lên men rượu. Sau đó, nhờ sự phát triển của kính hiển vi quang học mà nhà khoa học Antonie Philips van Leeuwenhoek có thể nghiên cứu các sinh vật vi mô và hoạt động của chúng. Tuy nhiên, mãi đến năm 1836, Theodore Schwann mới phát hiện ra nấm men là nguyên nhân chính dẫn đến xảy ra quá trình lên men rượu.
Công nghệ sinh học bắt đầu phát triển mạnh mẽ vào thời kỳ Thế chiến thứ nhất, khi khả năng cung cấp nguyên liệu và thực phẩm giảm sút do chiến tranh. Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều ứng dụng lên men từ sản xuất bia đến axit và kháng sinh. Từ những năm 1960, với sự phát triển của sinh học phân tử và kỹ thuật gen, công nghệ lên men đã tiếp tục phát triển mạnh mẽ, mở ra nhiều ứng dụng và sản phẩm mới.
3. Các giai đoạn hóa học của quá trình lên men rượu
Về mặt hóa học, quá trình lên men rượu thường được chia thành hai giai đoạn chính bao gồm:
- Giai đoạn cảm hứng: Đây là giai đoạn ban đầu của phản ứng, trong đó sản phẩm chính được hình thành là Glycerol. Trong đó, hàm lượng Acetaldehyde (CH3CHO) còn ít, không đủ để Alcol Dehydrogenase tiếp nhận Hydrogen. Do đó, Hydrogen được chuyển đến Phosphoglyceraldehyde để tạo thành Phospho Glyceryl, sau đó bị thủy phân thành Acid Phosphoric và Glyceryl.
- Giai đoạn tĩnh: Lượng Acetaldehyde tăng lên khiến Hydrogen từ Alcol Dehydrogenase được chuyển thành Acetaldehyde (CH3CHO). Điều này giúp tạo ra sản phẩm chủ yếu là Ethanol và CO2.
4. Diễn biến quá trình lên men rượu
Tế bào nấm men hấp thu đường cùng các chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh trong giai đoạn đầu của quá trình lên men rượu. Sau đó, những chất này sẽ khuếch tán qua màng bán thấm của tế bào và đi vào sâu bên trong.
Trong phần nội sinh của tế bào nấm men, đường được chuyển hóa thành Ethanol và CO2. Tiếp theo, CO2 sẽ thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán vào môi trường xung quanh, trong khi Ethanol hòa tan một cách không giới hạn trong nước.
5. Các phương pháp lên men phổ biến
Với sự phát triển của công nghệ sinh học, nhiều phương pháp lên men khác nhau ra đời. Mỗi phương pháp sẽ có quá trình hoạt động khác nhau, tùy loại vi sinh vật tham gia. Dưới đây là 3 phương pháp lên men được sử dụng phổ biến nhất mà bạn có thể tham khảo:
5.1. Lên men Ethanol
Quá trình được thực hiện bởi các vi sinh vật trong một môi trường yếu khí để chuyển hóa đường thành Ethanol. Do đó, lên men Ethanol còn được gọi là quá trình lên men yếm khí. Quá trình này xảy ra hàng loạt phản ứng với nhiều loại enzyme khác nhau trong tế bào chất của nấm men, tạo ra ethanol và carbon dioxide – được ví như chất thải của vi sinh vật.
Lên men Ethanol được áp dụng trong việc sản xuất các loại thực phẩm như: bánh mì, bia, rượu,… đặc biệt là rượu vang. Tuy nhiên, nếu không kiểm soát tốt, quá trình này có thể tạo ra một lượng lớn pectin, gây hại cho sức khỏe của người tiêu dùng.
5.2. Lên men Lactic
Lên men Lactic là quá trình chuyển hóa Carbohydrate thành Axit Lactic trong điều kiện yếm khí nhờ hoạt động của các vi sinh vật như vi khuẩn Lactic. Quá trình này diễn ra dưới hai dạng chính là đồng hình và dị hình.
Theo đó, đường Lactose sẽ được chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật trong quá trình lên men Lactic thông qua các cơ chế chuyên biệt. Sau đó, chúng sẽ bị phân hủy và chuyển hóa thành các axit. Quy trình lên men này thường được ứng dụng trong các ngành sản xuất như: sữa chua, phô mai, bơ,…
5.3. Lên men Propionic
Lên men propionic là quy trình chuyển hóa axit Lactic với muối Lactate thành axit propionic. Quá trình này có sự tham gia của các vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn Bacterium Acidipropionic, đồng thời sinh ra Axit Acetic, Cacbonic và nước.
Trong quá trình lên men Propionic, Axit Propionic được tạo ra ở dạng lỏng, có mùi hăng để làm chất bảo quản và giúp tạo hương vị cho sản phẩm. Do đó, Axit này thường được sử dụng vào quá trình lên men để tạo ra các lỗ thoáng khí trong các miếng pho mát, đồng thời sản xuất axit propionic và Vitamin B12.
6. Hương vị của rượu vang khi được lên men tự nhiên
Rượu vang trắng và rượu vang hồng thường yêu cầu thời gian lên men tự nhiên dài hơn. Do đó, nhà sản xuất thường chọn phương pháp ủ rượu trong các thùng lớn. Kết quả là dòng rượu vang được tạo ra mang lại sự đa dạng về hương vị như: mùi bơ và kem béo.
Trong khi đó, quá trình lên men tự nhiên của rượu vang đỏ ngắn hơn nên tạo sự kích thích giác quan của người thưởng thức. Những dòng rượu vang này có hương vị đa dạng và phòng phú bao gồm: hương trái cây, gia vị, thuốc lá và vani. Đây chính là điểm độc đáo giúp thu hút sự yêu thích và mong đợi của nhiều người khi thưởng thức rượu vang đỏ.
7. Điều kiện quá trình lên men rượu
Quá trình lên men rượu diễn ra nhờ hoạt động của các loại vi sinh vật. Tuy nhiên, quá trình này có thể không xảy ra hoặc với tốc độ chậm nếu không thỏa các điều kiện sau:
7.1. Điều kiện yếm khí PH 4 – 5
Mặc dù quá trình lên men rượu diễn ra trong môi trường yếm khí, nhưng sự phát triển của nấm men bị hạn chế nên cần thu năng lượng để duy trì hoạt động sống. Vì vậy, sự hiện diện của O2 sẽ ngăn chặn quá trình này gọi là hiệu ứng Pasteur (ức chế oxy trong quá trình lên men).
Do đó, trong môi trường yếm khí và có độ pH từ 4 đến 5, quá trình lên men rượu sẽ diễn ra theo cơ chế nuôi ngược dương. Trong trường hợp có hiệu ứng pasteur, quá trình này sẽ diễn ra theo cơ chế nuôi ngược âm. Điều này cho thấy rằng quá trình lên men cần phải được thực hiện trong môi trường yếm khí.
7.2. Nhiệt độ và nồng độ đường
Nhiệt độ và nồng độ đường cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men rượu. Theo đó, nhiệt độ lý tưởng nhất vào khoảng 29-32 độ C và mức độ đường phù hợp từ 10 đến 18%. Mặc dù nấm men có thể lên men rượu trong dung dịch có nồng độ đường lên đến 30% nhưng quá trình này sẽ diễn ra với tốc độ chậm hơn.
Bên cạnh đó, nếu nồng độ đường quá cao, áp suất thẩm thấu sẽ tăng lên, gây hỏng trạng thái sinh lý bình thường của nấm men. Điều này dẫn đến thời gian lên men kéo dài, đồng thời tích tụ lượng Ethanol lớn, gây ức chế hoạt động của nấm men. Ngược lại, nếu nồng độ đường quá thấp, sẽ không mang lại lợi ích kinh tế, gây lãng phí chi phí trang thiết bị và nhân công.
7.3. Ảnh hưởng của nồng độ Ethanol và CO2
Nồng độ Ethanol có tác động đáng kể đến hoạt động của nấm men và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lên men. Theo các kết của nghiên cứu cho thấy rằng khả năng lên men của nấm men bị chậm lại khi nồng độ ethanol trong môi trường đạt đến 2%. Bên cạnh đó, quá trình này hoàn toàn ngừng lại khi nồng độ ethanol đạt 5%.
Ngoài ra, khí CO2 được tạo ra trong quá trình lên men rượu nếu không thoát kịp ra ngoài môi trường có thể ức chế quá trình lên men rượu. Sự thoát khí CO2 làm cho môi trường trở nên kích thích, giữ cho nấm men ở trạng thái lơ lửng và tăng cường tốc độ lên men.
Trên đây là những thông tin về quá trình lên men rượu mà bạn nên biết. Quá trình này được ứng dụng trong sản xuất các loại đồ uống như: rượu vang, rượu gạo, rượu sake, bia,… Đặc biệt, thời gian lên men có ảnh hưởng đến độ ngọt, độ cồn và hương vị của rượu. Hãy liên hệ với Wine VN qua hotline 0977.898.007 hoặc 0942.660.369 để được chuyên viên tư vấn hỗ trợ đặt hàng và các vấn đề liên quan.
Khám phá thêm kiến thức rượu vang cơ bản:
- Rượu vang là gì
- Rượu vang có vị gì
- Các giống nho làm rượu vang
- Quy trình sản xuất rượu vang
- Thuật ngữ rượu vang
- Màu rượu vang
- Nút bần là gì
- Quốc gia sản xuất nhiều rượu vang nhất thế giới
Cố vấn kiêm nhà biên tập sản xuất nội dung tại Wine VN. Với hơn 9 năm kinh nghiệm kinh doanh rượu vang và rượu mạnh, tôi đã nghiên cứu và thử nhiều loại rượu hàng đầu thế giới như vang Ý, Champagne, Whisky, Chivas, Vodka,…Bằng kiến thức và hiểu biết của mình, tôi muốn truyền cảm hứng cho những ai yêu thích rượu thông qua các chia trẻ trên website.
