Lên men trong sản xuất rượu vang

Quá trình lên men trong sản xuất rượu vang biến nước ép nho thành đồ uống có cồn. Trong quá trình lên men, nấm men chuyển hóa đường có trong nước ép thành ethanol và carbon dioxide (như một sản phẩm phụ). Trong sản xuất rượu vang, nhiệt độ và tốc độ lên men là những yếu tố quan trọng cần xem xét, cũng như nồng độ oxy có trong nước ép nho khi bắt đầu quá trình lên men. Nguy cơ lên ​​men bị đình trệ và sự phát triển của một số lỗi trong rượu vang cũng có thể xảy ra trong giai đoạn này, có thể kéo dài từ 5 đến 14 ngày đối với quá trình lên men thứ cấp và có thể thêm 5 đến 10 ngày nữa đối với quá trình lên men thứ cấp. Quá trình lên men có thể được thực hiện trong các bể thép không gỉ, điều này phổ biến với nhiều loại rượu vang trắng như Riesling, trong thùng gỗ hở, bên trong thùng rượu vang và bên trong chính chai rượu vang như trong sản xuất nhiều loại rượu vang sủi bọt.

Lịch sử 

Sự xuất hiện tự nhiên của quá trình lên men có nghĩa là nó có lẽ đã được con người quan sát lần đầu tiên từ rất lâu trước đây. Những lần sử dụng sớm nhất của từ "lên men" liên quan đến sản xuất rượu vang là để chỉ hiện tượng "sôi" rõ rệt trong nước nho do phản ứng kỵ khí của nấm men với đường trong nước nho và sự giải phóng khí carbon dioxide. Từ Latinh fervere, theo nghĩa đen, có nghĩa là sôi. Vào giữa thế kỷ 19, Louis Pasteur đã ghi nhận mối liên hệ giữa nấm men và quá trình lên men, trong đó nấm men đóng vai trò là chất xúc tác và chất trung gian thông qua một loạt phản ứng chuyển hóa đường thành rượu. Việc phát hiện ra con đường Embden–Meyerhof–Parnas của Gustav Embden, Otto Fritz Meyerhof và Jakub Karol Parnas vào đầu thế kỷ 20 đã góp phần hiểu rõ hơn về các quá trình hóa học phức tạp liên quan đến việc chuyển hóa đường thành rượu.

Quá trình 

Trong sản xuất rượu vang, có sự phân biệt giữa nấm men tự nhiên có sẵn trong hầm rượu, vườn nho và trên chính quả nho (đôi khi được gọi là "lớp phủ" hoặc "lớp hồng" của nho) và nấm men nuôi cấy được phân lập và cấy ghép đặc biệt để sử dụng trong sản xuất rượu vang. Các chi nấm men hoang dã phổ biến nhất được tìm thấy trong sản xuất rượu vang bao gồm Candida, Klöckera/Hanseniaspora, Metschnikowiaceae, Pichia và Zygosaccharomyces. Nấm men hoang dã có thể tạo ra rượu vang chất lượng cao, hương vị độc đáo; tuy nhiên, chúng thường khó dự đoán và có thể mang lại những đặc điểm không mong muốn cho rượu vang, thậm chí có thể góp phần làm hỏng rượu. Rất ít nấm men, và các khuẩn lạc vi khuẩn lactic và axit axetic sống tự nhiên trên bề mặt nho, nhưng các nhà sản xuất rượu vang truyền thống, đặc biệt là ở Châu Âu, ủng hộ việc sử dụng nấm men tự nhiên như một đặc điểm của thổ nhưỡng vùng; tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất rượu vang thích kiểm soát quá trình lên men bằng nấm men nuôi cấy có thể dự đoán được. Các loại nấm men nuôi cấy được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất rượu vang thuộc loài Saccharomyces cerevisiae (còn được gọi là "nấm men đường"). Trong loài này có hàng trăm chủng nấm men khác nhau có thể được sử dụng trong quá trình lên men để ảnh hưởng đến nhiệt độ hoặc cường độ của quá trình và tăng cường hoặc ức chế một số đặc điểm hương vị nhất định của giống nho. Việc sử dụng các chủng nấm men khác nhau là một yếu tố chính góp phần tạo nên sự đa dạng của rượu vang, ngay cả trong cùng một giống nho. Các loại nấm men thay thế, không phải Saccharomyces cerevisiae, đang được sử dụng phổ biến hơn trong ngành công nghiệp để tăng thêm độ phức tạp cho rượu vang. Sau khi một nhà máy rượu vang hoạt động trong một số năm, chỉ còn một vài chủng nấm men tham gia tích cực vào quá trình lên men. Việc sử dụng nấm men khô hoạt tính làm giảm sự đa dạng của các chủng xuất hiện trong quá trình lên men tự phát bằng cách cạnh tranh với các chủng có sẵn một cách tự nhiên.

Việc bổ sung nấm men nuôi cấy thường diễn ra khi nấm men ở trạng thái khô hoặc "không hoạt động" trước tiên và được kích hoạt lại trong nước ấm hoặc nước ép nho pha loãng trước khi được thêm vào nước nho. Để phát triển mạnh và hoạt động tích cực trong quá trình lên men, nấm men cần được cung cấp liên tục carbon, nitơ, lưu huỳnh, phốt pho cũng như các loại vitamin và khoáng chất khác nhau. Các thành phần này có sẵn trong nước ép nho nhưng lượng của chúng có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung chất dinh dưỡng vào rượu vang, nhằm tạo ra môi trường thuận lợi hơn cho nấm men. Các chất dinh dưỡng giải phóng chậm mới được điều chế, được sản xuất đặc biệt cho quá trình lên men rượu vang, mang lại điều kiện thuận lợi nhất cho nấm men. Oxy cũng cần thiết, nhưng trong sản xuất rượu vang, nguy cơ oxy hóa và việc thiếu sản xuất rượu từ nấm men được cung cấp oxy đòi hỏi phải giữ mức độ tiếp xúc với oxy ở mức tối thiểu.

Khi men hoạt động được đưa vào nước ép nho, phosphat sẽ gắn vào đường và các phân tử đường sáu carbon bắt đầu bị phân tách thành các mảnh ba carbon và trải qua một loạt các phản ứng sắp xếp lại. Trong quá trình này, nguyên tử carbon carboxylic được giải phóng dưới dạng carbon dioxide, các thành phần còn lại trở thành acetaldehyde. Sự thiếu oxy trong quá trình kỵ khí này cho phép acetaldehyde cuối cùng được chuyển hóa, bằng cách khử, thành ethanol. Trong quá trình chuyển hóa acetaldehyde, một lượng nhỏ được chuyển hóa, bằng quá trình oxy hóa, thành axit axetic, nếu dư thừa có thể góp phần gây ra lỗi rượu vang được gọi là độ axit dễ bay hơi (mùi giấm). Sau khi men hoàn thành vòng đời của mình, chúng lắng xuống đáy bể lên men dưới dạng cặn được gọi là bã men. Men ngừng hoạt động khi tất cả đường trong nước ép nho đã được chuyển hóa thành các chất hóa học khác hoặc khi nồng độ cồn đạt 15% cồn trên một đơn vị thể tích; một nồng độ đủ mạnh để ngăn chặn hoạt động enzym của hầu hết các chủng men.

Các hợp chất khác liên quan 
Quá trình chuyển hóa axit amin và phân giải đường bởi nấm men tạo ra các hợp chất sinh hóa khác góp phần tạo nên hương vị và mùi thơm của rượu vang. Các hợp chất này có thể được coi là "dễ bay hơi" như aldehyd, etyl axetat, este, axit béo, dầu fusel, hydro sunfua, xeton và mercaptan hoặc "không dễ bay hơi" như glycerol, axit axetic và axit succinic. Nấm men cũng có tác dụng trong quá trình lên men là giải phóng glycoside hydrolase, có thể thủy phân các tiền chất tạo hương vị của các hợp chất béo mạch thẳng (một thành phần tạo hương vị phản ứng với gỗ sồi), dẫn xuất benzen, monoterpen (chịu trách nhiệm cho hương thơm hoa từ các loại nho như Muscat và Traminer), norisoprenoid (chịu trách nhiệm cho một số nốt hương gia vị trong Chardonnay) và phenol.

Một số chủng nấm men có thể tạo ra các thiol dễ bay hơi, góp phần tạo nên hương thơm trái cây trong nhiều loại rượu vang, chẳng hạn như mùi quả lý gai thường thấy ở Sauvignon blanc.

Nấm men Brettanomyces chịu trách nhiệm tạo ra "mùi chuồng trại" đặc trưng trong một số loại rượu vang đỏ như Burgundy và Pinot noir.

Methanol không phải là thành phần chính của rượu vang. Nồng độ thông thường nằm trong khoảng từ 0,1 g/lít đến 0,2 g/lít. Những lượng nhỏ này không gây ảnh hưởng xấu đến con người và không ảnh hưởng trực tiếp đến các giác quan.

Những cân nhắc trong sản xuất rượu vang 

Trong quá trình lên men, có một số yếu tố mà các nhà sản xuất rượu vang cần xem xét, trong đó yếu tố ảnh hưởng nhất đến quá trình sản xuất ethanol là hàm lượng đường trong nước nho, chủng men được sử dụng và nhiệt độ lên men. Quá trình sinh hóa của quá trình lên men tạo ra rất nhiều nhiệt dư, có thể khiến nước nho vượt ra khỏi phạm vi nhiệt độ lý tưởng cho rượu vang. Thông thường, rượu vang trắng được lên men ở nhiệt độ từ 18–20 °C (64–68 °F), mặc dù nhà sản xuất rượu vang có thể chọn sử dụng nhiệt độ cao hơn để làm nổi bật một số hương vị phức tạp của rượu. Rượu vang đỏ thường được lên men ở nhiệt độ cao hơn, từ 20–30 °C (68–86 °F). Quá trình lên men ở nhiệt độ cao hơn có thể gây ảnh hưởng xấu đến rượu, làm cho men bị tê liệt và thậm chí làm "bay hơi" một số hương vị của rượu. Một số nhà sản xuất rượu vang có thể lên men rượu vang đỏ của họ ở nhiệt độ mát hơn, thường thấy ở rượu vang trắng, để làm nổi bật hương vị trái cây hơn.

Để kiểm soát nhiệt lượng sinh ra trong quá trình lên men, nhà sản xuất rượu vang phải chọn kích thước thùng chứa phù hợp hoặc sử dụng thiết bị làm mát. Có nhiều loại thiết bị làm mát khác nhau, từ phương pháp cổ xưa của Bordeaux là đặt thùng lên men lên trên các khối băng cho đến các bể lên men tinh vi có vòng làm mát tích hợp.

Một yếu tố rủi ro liên quan đến quá trình lên men là sự phát triển của cặn hóa học và hư hỏng, có thể được khắc phục bằng cách thêm sulfur dioxide (SO2), mặc dù lượng SO2 dư thừa có thể dẫn đến rượu bị lỗi. Một nhà sản xuất rượu muốn làm rượu có hàm lượng đường dư cao (như rượu tráng miệng) có thể dừng quá trình lên men sớm bằng cách giảm nhiệt độ của nước nho để làm tê liệt men hoặc bằng cách thêm một lượng lớn rượu (như rượu brandy) vào nước nho để tiêu diệt men và tạo ra rượu vang cường hóa.

Ethanol được tạo ra thông qua quá trình lên men đóng vai trò là chất đồng dung môi quan trọng cho các hợp chất không phân cực mà nước không thể hòa tan, chẳng hạn như sắc tố từ vỏ nho, tạo cho các loại rượu vang màu sắc đặc trưng và các chất thơm khác. Ethanol và độ axit của rượu vang hoạt động như một chất ức chế sự phát triển của vi khuẩn, cho phép rượu vang được bảo quản an toàn trong nhiều năm mà không cần tiếp xúc với không khí.

Các loại lên men khác 

Trong sản xuất rượu vang, có nhiều quy trình khác nhau thuộc nhóm "Lên men" nhưng có thể không tuân theo cùng một quy trình thường được liên kết với quá trình lên men rượu vang.

Lên men trong chai 
Lên men trong chai là một phương pháp sản xuất rượu vang sủi bọt, có nguồn gốc từ vùng Champagne, nơi sau khi hỗn hợp rượu trải qua quá trình lên men men sơ cấp, rượu được đóng chai và trải qua quá trình lên men thứ cấp, trong đó đường và men bổ sung được gọi là liqueur de tirage được thêm vào rượu. Quá trình lên men thứ cấp này tạo ra các bọt khí carbon dioxide mà rượu vang sủi bọt nổi tiếng.

Ngâm cacbonic 
Quá trình ngâm cacbonic còn được gọi là lên men toàn bộ nho, trong đó thay vì thêm men, quá trình lên men của nho được khuyến khích diễn ra bên trong từng quả nho riêng lẻ. Phương pháp này phổ biến trong việc sản xuất rượu Beaujolais và bao gồm việc bảo quản toàn bộ chùm nho trong một thùng kín, trong đó oxy trong thùng được thay thế bằng carbon dioxide. Không giống như quá trình lên men thông thường, nơi men chuyển hóa đường thành rượu, ngâm cacbonic hoạt động bằng cách các enzyme bên trong nho phân hủy chất tế bào để tạo thành ethanol và các đặc tính hóa học khác. Các loại rượu vang thu được thường mềm mại và có vị trái cây.

Quá trình lên men malolactic 
Thay vì nấm men, vi khuẩn đóng vai trò cơ bản trong quá trình lên men malolactic, về cơ bản là chuyển đổi axit malic thành axit lactic. Điều này có lợi ích là làm giảm độ chua và làm cho rượu vang thành phẩm có vị mềm mại hơn. Tùy thuộc vào phong cách rượu vang mà nhà sản xuất rượu đang cố gắng tạo ra, quá trình lên men malolactic có thể diễn ra cùng lúc với quá trình lên men bằng nấm men. Ngoài ra, một số chủng nấm men có thể được phát triển để chuyển đổi L-malate thành L-lactate trong quá trình lên men rượu. Ví dụ, chủng Saccharomyces cerevisiae ML01 (S. cerevisiae strain ML01), mang gen mã hóa enzyme malolactic từ Oenococcus oeni và gen mã hóa malate permease từ Schizosaccharomyces pombe. Chủng S. cerevisiae ML01 đã được phê duyệt theo quy định ở cả Canada và Hoa Kỳ.

Xem thêm 

 Lên men đồng thời

Tham khảo 

Sản xuất rượu vang