NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH SACCHAROMYCES CEREVISIAE TRÊN TÁO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU DÂU TẰM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH
SACCHAROMYCES CEREVISIAE TRÊN TÁO
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG SẢN
XUẤT RƯỢU DÂU TẰM

CBHD: PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG
SVTH: ĐẶNG THỊ XUÂN THÙY
MSSV: 60604406


TP HCM, 1/2011


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến:
PGS. TS. Nguyễn Đức Lượng – Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Trường Đại
Học Bách Khoa TpHCM – đã gợi ý đề tài và hướng dẫn tận tình, động viên và giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã truyền đạt cho tôi những
kiến thức quý báu có liên quan đến đề tài.
Các bạn sinh viên lớp HC06BSH – Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM –
đã cùng học tập, trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận
văn.

iii

Tóm tắt
Quá trình lên men rượu dâu tằm thu được độ cồn trung bình là khoảng 1111,17%V trong điều kiện tối ưu là: dịch lên men có độ Brix=20, pH 4;Tỉ lệ giống nấm
men sử dụng là 5%, tương ứng với mật độ tế bào là 1,17.107 tb/ml dịch lên men. Khả
năng cố định nấm men Saccharomyces cerevisiae của chất mang táo là khá tốt. Điều
kiện cố định: kích thước táo là 1x1x2cm, tốc độ lắc 150rpm/phút, thời gian 24h. Chế
phẩm thu được là những miếng táo có kích thước 1x1x2cm với mật độ tế bào cố định
là khoảng 2,9.108 tb/1g táo. Khả năng tái sử dụng chế phẩm để lên men rượu dâu tằm
là 3 chu kì. Kết quả đánh giá cảm cho 2 sản phẩm rượu lên men bằng nấm men tự do
rượu lên men bằng nấm men cố định cho thấy: nhìn chung không có sự khác biệt về
màu sắc giữa 2 sản phẩm, sản phẩm có màu đỏ đặc trưng của dâu tằm, thích hợp làm
rượu vang. So với mẫu rượu lên men bằng nấm men tự do, mẫu rượu lên men bằng
nấm men cố định có mùi và vị tốt hơn, hài hòa hơn.

iv


Mục lục
Danh mục bảng .......................................................................................................... viii
Danh mục hình ..............................................................................................................ix
Chương 1: Mở đầu ........................................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1
1.2 Tên đề tài ...............................................................................................................2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................2
1.4 Nội dung đề tài ......................................................................................................2
Chương 2: Tổng quan tài liệu.......................................................................................3
2.1 Kĩ thuật cố định tế bào...........................................................................................3
2.1.1 Định nghĩa kĩ thuật cố định tế bào vi sinh vật ................................................3
2.1.2 Chất mang trong kĩ thuật cố định tế bào vi sinh vật .......................................3

2.1.3 Các phương pháp cố định vi sinh vật .............................................................4
2.1.4 Ưu nhược điểm của vi sinh vật cố định so với vi sinh vật tự do ....................7
2.1.5 Chất mang táo .................................................................................................8
2.2 Công nghệ sản xuất rượu vang ............................................................................12
2.2.1 Dâu tằm ........................................................................................................12
2.2.2 Công nghệ sản xuất rượu vang .....................................................................14
2.3 Một số nghiên cứu có liên quan đến đề tài ..........................................................31
2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................31
2.3.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...............................................................32
Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu .....................................................36
3.1 Vật liệu ................................................................................................................36
3.1.1 Dâu tằm ........................................................................................................36
3.1.2 Táo ................................................................................................................36
v


3.1.3 Giống vi sinh vật ..........................................................................................36
3.1.4 Môi trường nuôi cấy .....................................................................................36
3.1.5 Hóa chất- dụng cụ .........................................................................................36
3.2 Phương pháp thí nghiệm......................................................................................37
3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm...........................................................................................37
3.2.2 Phương pháp thí nghiệm...............................................................................37
3.3 Phương pháp phân tích ........................................................................................40
3.3.1 Phương pháp xác định mật độ tế bào cố định trên táo .................................40
3.3.2 Phương pháp xác định pH ............................................................................40
3.3.3 Phương pháp xác định độ Brix .....................................................................40
3.3.4 Xác định độ cồn ............................................................................................40
3.3.5 Phương pháp cảm quan ................................................................................41
Chương 4: Kết quả ......................................................................................................43
4.1 Khảo sát giống vi sinh vật ...................................................................................43

4.1.1 Quan sát đại thể ............................................................................................43
4.1.2 Quan sát vi thể ..............................................................................................43
4.1.3 Đường chuẩn S.cerevisise.............................................................................44
4.1.4 Đường cong sinh trưởng S.cerevisiae ..........................................................45
4.2 Lên men rượu bằng nấm men tự do ....................................................................46
4.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ giống ..............................................................46
4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của độ Brix ..................................................................47
4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH .........................................................................48
4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men ..................................................49
4.3 Cố định nấm men trên chất mang táo ..................................................................51
4.3.1 Khảo sát loại táo thích hợp để làm chất mang..............................................51
vi


4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ lắc đến khả năng cố định ...........................52
4.4 Lên men rượu bằng chế phẩm cố định ................................................................54
4.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm ............................................................................57
Chương 5: Kết luận và kiến nghị ...............................................................................58
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................60

vii


Danh mục bảng
Bảng 2. 1 Sản lượng táo (theo tấn) ở các quốc gia trên thế giới .....................................9
Bảng 2. 2 Thành phần các chất có trong 100g táo ........................................................10
Bảng 2. 3 Một số đặc tính của táo Granny Smith .........................................................11
Bảng 2. 4 Thành phần của quả dâu tằm ........................................................................14
Bảng 2. 5 Thành phần vitamin trong quả dâu ...............................................................14
Bảng 2. 6 Giới hạn nồng độ cồn của một số loại nấm men ..........................................24

Bảng 4. 1 Kết quả lập đường chuẩn của nấm men S.cerevisiae ...................................44
Bảng 4. 2 Mật độ tế bào S.cerevisiae thay đổi theo thời gian .......................................45
Bảng 4. 3 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến khả năng lên men rượu dâu tằm..................46
Bảng 4. 4 Ảnh hưởng của độ Brix đến khả năng lên men rượu dâu tằm ......................47
Bảng 4. 5 Ảnh hưởng của pH đến khả năng lên men rượu dâu tằm .............................48
Bảng 4. 6 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng lên men rượu dâu tằm....................49
Bảng 4. 7 Mật độ tế bào nấm men cố định trên một số loại táo và cấu trúc của táo sau
cố định ...........................................................................................................................51
Bảng 4. 8 Ảnh hưởng của chế độ lắc đến mật độ tế bào cố định ..................................53
Bảng 4. 9 Kết quả lên men rượu bằng nấm men cố định và so sánh với lên men bằng
nấm men tự do ...............................................................................................................54
Bảng 4. 10 Kết quả đánh giá cảm quan.........................................................................57

viii


Danh mục hình
Hình 2. 2 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trên bề mặt chất mang .....................5
Hình 2. 1 Sơ đồ các phương pháp cố định tế bào ...........................................................5
Hình 2. 3 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong chất mang ...............................6
Hình 2. 4 Phương pháp cố định bằng liên kết chéo giữa các tế bào vi sinh vật .............6
Hình 2. 5 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật không mang chất mang ...................7
Hình 2. 6 Một số loại dâu tằm ......................................................................................12
Hình 2. 7 Quá trình đường phân ...................................................................................19
Hình 2. 8 Quá trình lên men rượu .................................................................................20
Hình 2. 9 Sự tạo thành các sản phẩm phụ .....................................................................21
Hình 3. 1 Sơ đồ nghiên cứu ..........................................................................................37
Hình 4. 1 Khuẩn lạc S.cerevisiae ..................................................................................43
Hình 4. 2 Tế bào S.cerevisiae quan sát dưới kính hiển vi ............................................43
Hình 4. 3 Đường chuẩn S.cerevisiae ............................................................................44

Hình 4. 4 Đường cong sinh trưởng S.cerevisiae ...........................................................45
Hình 4. 5 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến khả năng lên men rượu dâu tằm ..................46
Hình 4. 6 Ảnh hưởng của độ Brix đến khả năng lên men rượu dâu tằm ......................47
Hình 4. 7 Ảnh hưởng của pH đến khả năng lên men rượu dâu tằm ............................48
Hình 4. 8 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng lên men rượu dâu tằm ....................50
Hình 4. 9 Mẫu táo cố định ............................................................................................51
Hình 4. 10 Mật độ tế bào nấm men cố định trên một số loại táo ..................................52
Hình 4. 11 Ảnh hưởng của chế độ lắc đến mật độ tế bào cố định ................................53
ix


Hình 4. 12 Kết quả lên men rượu bằng nấm men cố định và so sánh với lên men bằng
nấm men tự do ...............................................................................................................55
Hình 4. 13 Chế phẩm cố định sau các lần tái sử dụng ..................................................55

x


Chương 1: Mở đầu

Chương 1: Mở đầu
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Từ xưa, ‘Wine’ hay ‘Rượu Vang’ được dùng để chỉ các sản phẩm lên men cồn
từ dịch chiết của nho bằng nấm men. Theo định nghĩa trong từ điển Oxford, rượu vang
được định nghĩa ngắn gọn là thức uống lên men từ quả nho. Rượu vang đóng một vai
trò quan trọng trong nền văn minh của nhân loại.
Ngành sản xuất rượu vang đã có từ lâu đời, kỹ thuật sản xuất lúc này chủ yếu là
lên men tự nhiên nước quả và sử dụng chính hệ vi sinh vật trong quả nho để lên men.
Đến thế kỷ thứ mười chín, ngành sản xuất rượu vang mới được đưa vào sản xuất ở quy
mô công nghiệp. Hiện nay có hai phương pháp lên men rượu vang cơ bản là: lên men

tự nhiên và lên men nhờ các chủng nấm men thuần khiết. Theo tài liệu của tổ chức
quốc tế về nghề trồng nho và làm rượu vang, nhiều quốc gia trên thế giới như Pháp,
Italia, Mexico, Bồ Đào Nha,…chỉ dùng nấm men có sẵn trong nước quả để lên men.
Tuy nhiên phương pháp sử dụng nấm men thuần khiết để sản xuất rượu vang được
đánh giá có rất nhiều ưu điểm hơn: thời gian lên men nhanh, hàm lượng đường trong
dịch quả được lên men triệt để, nồng độ cồn thu được trong vang cao hơn lên men tự
nhiên từ 0,1 ÷1, vang sáng màu nhanh hơn, có thể cho hương vị thanh khiết hơn. Nấm
men thuần khiết được bổ sung vào lên rượu thường ở dạng tự do, nhưng hiện nay với
những ưu điểm về mặt kĩ thuật cũng như về mặt kinh tế, việc sử dụng nấm men cố
định đang rất được quan tâm. Đã có rất nhiều các nghiên cứu cố định nấm men thuần
khiết trên các loại chất mang khác nhau để ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất rượu
vang.
Phần lớn các nghiên cứu đã thực hiện theo hướng tìm ra một loại chất mang
thích hợp để cố định nấm men và có khả năng ứng dụng trong lên men rượu. Đã có
những chất mang được nghiên cứu như kissiris, các vật liệu polymer như
polysaccharide, alginate, cellulose, carregeenan, agar, v.v…. Chất mang thích hợp là
nguyên liệu vừa rẻ vừa cho mùi vị thơm ngon cho rượu vang, đồng thời kỹ thuật cố
định đơn giản. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng chất mang từ nguyên liệu trái cây
đáp ứng được các yêu cầu trên và rất có tiềm năng trong công nghiệp sản xuất rượu.
Trong đó táo vừa là nguyên liệu rẻ tiền, có sẵn trong tự nhiên, đã được sử dụng để làm
sản phẩm cider nổi tiếng cho hương vị thơm ngon. Do đó táo hoàn toàn có thể ứng
dụng làm chất mang cố định.
Ở nước ta, cây dâu tằm được trồng ở khu cực sông Hồng, sông Đáy, sông Thái
Bình, tỉnh Lâm Đồng. Sản lượng dâu tằm hằng năm khá lớn. Trái dâu tằm được xem là
1


Chương 1: Mở đầu

một trái cây quý, không chỉ có hương vị thơm ngon mà còn có tốt cho sức khỏe, chữa

được một số bệnh, bổ thận dưỡng huyết, tăng cường sinh lực. Bên cạnh các sản phẩm
nước cốt dâu tằm, hiện nay dâu tằm còn được sử dụng cùng với nho để tạo nên sản
phẩm rượu vang hỗn hợp. Nhưng việc tạo ra sản phẩm rượu vang có thành phần
nguyên liệu hoàn toàn từ dâu tằm vẫn chưa thực hiện được theo quy mô công nghiệp.
Từ đó, có thể thấy rằng việc nghiên cứu ứng dụng táo làm chất mang cố định
nấm men và ứng dụng trong sản xuất rượu dâu tằm là rất cần thiết.
1.2 Tên đề tài
Đề tài nghiên cứu khả năng cố định nấm men Saccharomyces cerevisiae trên
táo và ứng dụng trong sản xuất rượu vang dâu tằm.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu quá trình cố định nấm men Saccharomyces cerevisiae trên táo và
khả năng ứng dụng trong sản xuất rượu dâu tằm.
1.4 Nội dung đề tài
Đề tài này tập trung làm rõ những nội dung sau:
Khảo sát quá trình cố định nấm men Saccharomyces cerevisiae trên táo .
Khảo sát quá trình lên men rượu vang dâu tằm.
Khảo sát khả năng ứng dụng chế phẩm nấm men cố định trong sản xuất rượu
vang dâu tằm.

2


Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Tổng quan tài liệu
2.1 Kĩ thuật cố định tế bào
2.1.1 Định nghĩa kĩ thuật cố định tế bào vi sinh vật
Kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật được định nghĩa là kĩ thuật bao bọc
hoặc định vị các tế bào nguyên vẹn vào một vùng không gian nhất định nhằm
bảo vệ các hoạt tính xúc tác mong muốn [28]. Hiện tượng cố định thường là sự

bắt chước các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên khi các tế bào có thể phát triển
trên bề mặt và bên trong các cấu trúc tự nhiên [39].
Cố định tế bào còn được định nghĩa là việc gắn tế bào vi sinh vật vào chất
mang không hòa tan trong nước, tế bào sau khi sử dụng có thể được tái sử dụng
nhiều lần, không bị lẫn vào sản phẩm và có thể chủ động ngừng phản ứng mong
muốn [2].
2.1.2 Chất mang trong kĩ thuật cố định tế bào vi sinh vật
2.1.2.1 Yêu cầu đối với chất mang
Chất mang dùng để cố định tế bào vi sinh vật phải đạt các yêu cầu
sau:
 Phải có diện tích bề mặt lớn và có các nhóm chức để vi sinh vật
bám vào.
 Dễ sử dụng và tái sử dụng nhiều lần.
 Khả năng sống của tế bào và họat tính sinh học của chế phẩm
cố định phải cao và duy trì trong một thời gian dài.
 Hoạt tính sinh học của các tế bào cố định không bị ảnh hưởng
bất lợi bởi quá trình cố định.
 Cấu trúc xốp của chất mang phải đồng nhất và dễ kiểm soát để
cơ chất, sản phẩm, dễ dàng trao đổi.
 Chất mang phải có tính bền về mặt vật liệu lý, hóa học và cơ
học, chịu nhiệt và ổn định sinh học. Không bị phá hủy một cách dễ
dàng bởi enzyme, dung môi, sự thay đổi áp suất.
 Chất mang có kĩ thuật cố định dễ dàng, chi phí thấp, có thể
nâng cấp lên qui mô lớn.
 Phải có độ an toàn thực phẩm cao, không ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm và được sự chấp nhận của người tiêu dùng
[21,35].
3

Chương 2: Tổng quan tài liệu
2.1.2.2 Các chất mang sử dụng để cố định tế bào vi sinh vật
a . Chất mang vô cơ
Thông dụng là vật liệu thủy tinh xốp, vật liệu oxit kim loại
(nhôm oxit, mangan oxit, magie oxit, titan oxit), diatomite (celit) và gốm.
Đặc điểm: cấu trúc lỗ xốp, kích thước các lỗ này có thể điều
chỉnh được. Có khả năng hấp thụ tốt các enzyme và tế bào.
b.Chất mang hữu cơ
Polymer tổng hợp: gồm một số polymer như polystyren,
polyvinylalcol, polyacrylamide, polyvinylacetate, polyacrylic...thường
được dùng cố định enzyme và tế bào bằng phương pháp nhốt trong lòng
chất mang.
Polymer sinh học: chất mang protein: gellatin, keratin, albumin.
Thường được dùng để cố định tế bào bằng phương pháp nhốt trong cấu
trúc gel.
Chất mang polysaccharide: cellulose, agarose, sephadex, và dẫn
xuất của chúng.
Ngoài ra, còn có nhiều vật liệu khác như tinh bột, chitin, chitosan,
alginate, carrageenan.
c. Chất mang tự nhiên
Bên cạnh các chất mang là deligninfied cellulosic material (DMC)
và gluten pellets (GC), hiện nay một số nghiên cứu tập trung sử dụng các
chất mang là các loại trái cây ở dạng cắt lát để cố định vi sinh vật.
2.1.3 Các phương pháp cố định vi sinh vật
Có nhiều cách để phân loại các phương pháp cố định tế bào vi sinh vật.
Tuy nhiên các phương pháp cố định vi sinh vật có thể tóm tắt như sơ đồ sau đây.

4

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Cố định tế bào vi sinh vật

Trên bề mặt chất

Trong lòng chất mang

Không mang chất
mang

Liên
kết

Hấp phụ

Nhốt
trong
cấu trúc
hệ sợi

Nhốt
trong cấu
trúc gel

Liên

Màng

kết

Membrance

chéo

Hình 2. 1 Sơ đồ các phương pháp cố định tế bào [23].

2.1.3.1 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trên bề mặt chất mang
Tế bào cố định trên chất mang rắn được thực hiện bởi hiện tượng hấp
phụ vật lý dựa trên lực tương tác tĩnh điện hoặc bằng liên kết cộng hóa trị
giữa màng tế bào và chất mang. Chiều dày hấp phụ chỉ khoảng một lớp tế
bào đến 1mm hoặc hơn nữa. Phương pháp sử dụng tế bào nấm men cố định
trên bề mặt khá phổ biến do tương đối dễ thực hiện phương pháp cố định
này. Do không có rào cản giữa các tế bào và môi trường, do đó tế bào có thể
tách rời và di chuyển vào môi trường [39].

Hình 2. 2 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trên bề mặt chất mang.[39]

2.1.3.2 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong chất mang
Trong phương pháp cố định này, các tế bào thâm nhập vào trong cấu
trúc xốp chất mang cho đến khi sự di chuyển của chúng bị cản trở bởi sự
hiện diện của các tế bào khác, hoặc vật liệu có cấu trúc xốp tạo thành dạng
có thể bao bọc các tế bào bên trong. Mạng lưới này có lỗ nhỏ tới mức đủ để
tế bào không chui ra ngoài, nhưng vẫn đủ lớn để vận chuyển cơ chất và sản
phẩm trao đổi chất của tế bào ra vào [39].

5


Chương 2: Tổng quan tài liệu

Hình 2. 3 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong chất mang [39].

2.1.3.3 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật không mang chất mang
a. Phương pháp cố định bằng liên kết chéo giữa các tế bào vi sinh vật (sự
kết bông):
Theo đó, các tế bào liên kết với nhau thành một khối tế bào. Sự
liên kết giữa các tế bào được xem như một phương pháp cố định tế bào
do sự kết tụ lại của các tế bào làm cho chúng có thể được sử dụng trong
các thiết bị phản ứng. Phương pháp này được xem xét là có thể xảy ra ở
các loại nấm men, nấm mốc và tế bào thực vật. Sự kết tụ của các tế bào
nấm men là một ứng dụng quan trọng trong ngành sản xuất rượu vang do
sự ảnh hưởng tới quá trình lên men và tách tế bào nấm men ra khỏi sản
phẩm [39].

Hình 2.4 Phương pháp cố định bằng liên kết chéo giữa các tế bào vi sinh vật
[39]

b. Phương pháp cố định bằng màng chắn membrane
Trong đó, tế bào được chứa trong một lớp màng lọc hoặc trong vi
bao. Kỹ thuật cố định vi sinh vật bằng vi bao đã được ứng dụng rộng rãi
đặc biệt là vào ngành sản xuất rượu, một ví dụ là sản phẩm “Milispark”,
được nâng cao từ “Milipore”. Nhược điểm của phương pháp cố định tế
bào bằng phương pháp vi bao là sự hạn chế của hoạt động trao đổi chất
và có thể bị tắc nghẽn do tế bào tăng sinh, cũng như tính chuyên biệt đối
với mỗi loại vi sinh vật [39].
6


Chương 2: Tổng quan tài liệu

Hình 2. 5 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật không mang chất mang [39.]

2.1.4 Ưu nhược điểm của vi sinh vật cố định so với vi sinh vật tự do
2.1.4.1 Ưu điểm
Việc sử dụng tế bào vi sinh vật cố định vào sản xuất thức uống có cồn
có nhiều thuận lợi hơn việc sử dụng tế bào tự do ở những điểm sau:
 Kéo dài thời gian hoạt động và ổn định của các tế bào. Đồng
thời chất mang cố định cũng được xem như nhân tố bảo vệ tế bào chống
lại các tác nhân ảnh hưởng như pH, nhiệt độ, dung môi, kim loại nặng,..
 Mật độ tế bào tính trên 1 đơn vị thể tích thiết bị phản ứng cao
hơn, điều đó cho phép tăng năng suất thể tích, rút ngắn thời gian lên
men và hạn chế phase sinh trưởng không tạo ra sản phẩm của tế bào.
 Tăng hấp thu cơ chất và cải thiện năng suất.
 Có khả năng lên men liên tục.
 Tăng sức chịu đựng với nồng độ cơ chất cao, giảm sự ức chế
của sản phẩm cuối.
 Có khả năng lên men nhiệt độ thấp nâng cao chất lượng sản
phẩm.
 Sản phẩm được thu hồi dễ dàng hơn do giảm bớt quá trình tách
chiết và lọc do đó làm giảm chi phí yêu cầu về thiết bị và năng lượng.
 Có khả năng tái sử dụng trong quá trình lên men mà không cần
loại bỏ khỏi môi trường.
 Giảm khả năng nhiễm vi khuẩn do mật độ tế bào cao.
 Có khả năng sử dụng các thiết bị phản ứng đơn giản, nhỏ do đó
làm giảm chi phí.
 Giảm thời gian tạo thành sản phẩm [39].

7

Chương 2: Tổng quan tài liệu
2.1.4.2 Nhược điểm
Bên cạnh đó, các tế bào cố định cũng có những hạn chế như:
 Hoạt lực thấp hơn tế bào tự do
 pH hoạt động tối ưu bị chuyển dịch sang kiềm hay acid so với
tế bào bình thường
 Cơ chất muốn vào trong tế bào để thực hiện trao đổi chất tạo
sản phẩm phải qua chất mang, thành tế bào, màng tế bào … chính chất
mang sẽ ảnh hưởng đến sự thẩm thấu vào ra của cơ chất và sản phẩm.
Vì thế phải lựa chọn chất mang phù hợp với kỹ thuật cố định tế bào để
giảm trở lực của quá trình thẩm thấu.
2.1.5 Chất mang táo
2.1.5.1 Giới thiệu
Trái táo, tên khoa học Malus domestica, là một loại trái cây khá phổ
biến, được trồng ở các vùng địa lý giữa vĩ độ 30 và 60 ở cả bắc bán câu và
nam bán cầu. Táo thuộc họ Rosacea. Chúng thích nghi tốt với khí hậu ôn đới,
những nơi mà có ít nhất 2 tháng khí hậu lạnh. Việc ra quả bắt đầu vào cuối
mùa xuân, khi cây bắt đầu ra hoa nhìn giống như bông hồng nhỏ. Hoa tạo
thành phấn hoa và mật hoa hấp hẫn ong và những loại côn trùng khác thụ
phấn cho hoa, trái chín trong khoảng 140-170 ngày. Một cây táo có thể cho
trái từ 6-8 năm [40]. Do những thuận lợi trong sản xuất, bảo quản, phát triển
sản phẩm, giá trị thương mại nên trái táo được sử dụng phổ biến vào công
nghiệp sản xuất, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất cider.
Mặc dù nhiều giống táo đều có thể được thu hoạch trong tháng 8 và
đầu tháng 9, nhưng phần lớn táo ở Mỹ đều được thu hoạch vào cuối tháng 9
và suốt tháng 10. Táo được bảo quản ở nhiệt độ 0oC hoặc -1oC với độ ẩm từ
92-95% thì giữ được trong một thời gian ngắn. Với điều kiện bảo quản thích
hợp, sau khi thu hoạch táo có thể để được 12 tháng.
Táo được trồng nhiều ở các nước ôn đới, khả năng thích nghi của

chúng khá cao, từ những nới có khí hậu khắc nghiệt như Siberia, bắc Trung
Quốc cho đến những vùng có khí hậu ấm như Columbia và Indonesia. Có
trên 60 quốc gia trên thế giới sản xuất trên 1000 tấn mỗi năm như Trung
Quốc, Mỹ, Thổ Nhĩ Kỳ, Iran, Pháp, Ý, Ba Lan và Nga, …Trái táo là một
trong những loại trái cây có sản lượng dẫn đầu trên thế giới. Theo Food and
Agriculture Organization (FAO), tổng sản lượng của trái táo trên thế giới vào

8


Chương 2: Tổng quan tài liệu
năm 2004 ước tính khoảng 57 triệu tấn, và Hoa Kì và Trung Quốc dẫn đầu
về sản lượng vào khoảng 36% và 7% sản lượng của thế giới [40].
Bảng 2. 1 Sản lượng táo (theo tấn) ở các quốc gia trên thế giới [40].

Năng suất (tấn/ha)
1997

1998

1999

2000

2001

2002

1

China

6.07

7.43

8.53

9.06

9.69

8.17

2

U.S.A.

24.72

27.92

25.86

26.92

25.37

23.54

3

Turkey

23.81

23.01

23.40

22.30

22.60

23.02

4

France

31.71

28.33

27.77

27.65

30.73

31.77

5

Poland

12.72

10.69

9.71

8.78

14.63

12.77

6

Iran

14.17

12.31

14.81

14.54

15.83

15.83

7

Italy

30.26

33.37

36.85

35.70

37.18

36.33

8

Russia

3.57

3.20

2.52

4.31

3.91

4.14

9

Germany

24.57

25.51

25.20

44.81

27.55

22.86

10

India

5.88

5.80

5.97

4.52

5.13

5.68

11

Argentina

25.23

22.80

24.80

18.12

29.77

18.87

12

Chile

21.18

25.39

31.42

22.49

32.35

30.00

13

Japan

21.32

19.32

20.80

18.21

21.53

21.51

14

Brazil

30.04

30.07

32.84

38.39

23.14

27.61

15

Spain

19.83

14.93

21.30

18.03

20.69

13.88

35.89

34.87

37.59

43.93

34.36

38.05

9.30

9.70

10.22

10.82

11.07

10.06

16 New Zealand
Thế giới
17
(Tổng cộng)

9

Chương 2: Tổng quan tài liệu
2.1.5.2 Thành phần hóa học
Bảng 2. 2 Thành phần các chất có trong 100g táo [40].

Thành phần

Hàm

Thành phần

lượng/100g

Hàm
lượng/100g

Nước

85,56g

Sắt

0,12ng

Protein

0,26g

Magie

5,0ng

Lipids

0,17g

Photpho

11,0mg

Tro

0,19g

Kali

107mg

Carbohydrate

13,81g

Natri

1,0mg

Sucrose

10,39g

Kẽm

0,04mg

Glucose

2,07g

Vitamin C

4,60mg

Fructose

2,43g

Vitamin A

54,0UI

Tinh bột

0,05g

Cholesterol

0,0mg

Dietary Fiber

2,40g

Calo

52,0Kcal

Calcium

6,00mg

Táo chứa khoảng 85% nước, 12-14% carbohydrate, khoảng 0,3%
protein, chất béo < 0,1%, chất khoáng và vitamin. Thành phần này còn thay
đổi tùy theo giống, vị trí trồng trọt, điều kiện khí hậu, thời điểm thu hoạch.
Mùi thơm và vị ngon của từng loại táo rất khác nhau, còn phụ thuộc
vào điều kiện khí hậu trồng trọt, các biến đổi, chuyển hóa trong quá trình
chín, bảo quản,…Các chất tạo mùi có trong trái táo chủ yếu là ethyl acetate,
ethyl propionate, propyl acetate , 2-methyl butyl acetate, butyl isomyl, hexyl
hexanoates,…
Táo là nguồn quan trọng cung cấp các flavonoid thực vật, hợp chất
thứ cấp có khả năng chống oxy hóa, chúng giúp chống lại sự lão hóa, các tế
bào ung thư, bệnh tim động mạch vành. Táo và các sản phẩm từ táo chứa các
flavonol, quercetin glucosides, catechins, và hydroxycinnamic acid. Các
Flavonol có nhiều trong vỏ hơn là trong thịt táo, trong khi đó các
10


Chương 2: Tổng quan tài liệu
hydroxycinnamic như chlorogenic acid thì lại hiện diện trong thịt nhiều hơn
trong vỏ. Hàm lượng flavonoid tùy thuộc vào từng loại táo [40].
2.5.1.3 Cấu tạo tế bào thịt quả
Trong các thành phần của trái táo đã kể trên thì carbohydrate đóng vai

trò là quan trọng, chiếm khoảng 15% hàm lượng chất khô, gồm tinh bột, các
loại đường, pectin, cellulose và hemicelluloses. Khoảng 80% lượng
carbohydrate trong trái táo là đường sucrose (khoảng 2%), glucose (2,4%),
và fructose (6,0%). Tổng chất xơ khoảng 2%, và 0,2% sorbitol có trong nước
táo. Hàm lượng acid malic có trong táo là 0,3-1,0%. Còn pectin chiếm
khoảng 0,5- 1,6% . Các hàm lượng này khác nhau tùy thuộc vào giống táo
[40].
Thành tế bào của trái táo gồm có các thành phần sau: bộ khung
cellulose và hemicelluloses được bao bọc bởi pectin. Chúng được mô tả bởi
mô hình của Carpital và Gibeaut: thành tế bào thực vật gồm 3 cấu trúc chính
độc lập nhưng tương tác lẫn nhau. Cấu trúc 1: bộ khung cellulose và
xyloglucan (chiếm 50% trọng lượng khô) được bao bọc xung quanh bởi lớp
cấu trúc thứ 2 là polysaccharide peptin (chiếm 25-40% trọng lượng khô).
Cấu trúc 3 là cấu trúc độc lập của protein (chiếm khoảng 1%). Đối với thành
của trái táo, chủ yếu là cellulose chiếm 25-30% trọng lượng khô), pectin
chiếm 25-30% và fucogalactoxyloglucan chiếm 15-20%, còn protein ước
tính khoảng < 2% [17,18].
2.1.5.4 Táo Granny Smith
Được trồng bởi một người phụ nữ Australia là Maria Ann Smith, có
mùa vụ dài, không thể chín trước mùa đông, thu hoạch vào tháng 10 đến gần
tháng 11.
Trái táo có màu xanh, kích thước lớn từ 2.5- 3.5 inch, là loại táo cứng,
có vị chua nhẹ, thịt dòn và màu trắng. Loại táo này có thể dùng ăn trực tiếp,
nguyên liệu chế biến thức ăn, làm nước sốt, salad, nước trái cây.
Bảng 2. 3 Một số đặc tính của táo Granny Smith [39]

Đặc tính

1993–1994

1994–1995

Brix

11.8 ± 0.2

10.3 ± 0.3

Acid (% malic acid)

0.93 ± 0.7

1.0 ± 0.13

Cấu trúc (kg/cm2)

7.3 ± 0.4

7.8 ± 0.3

11


Chương 2: Tổng quan tài liệu
2.2 Công nghệ sản xuất rượu vang
2.2.1 Dâu tằm
Cây dâu tằm có tên chung là Mulberry, chúng có nhiều giống khác nhau
như: White Mulberry (Morus alba L.), Black Mulberry (Morus nigra L.),
American Mulberry, Red Mulberry (Morus rubra L.). Chúng có họ hàng gần với
giống Korean Mulberry (Morus australis), Himalayan Mulberry (Morus

laevigata).

Hình 2. 6 Một số loại dâu tằm [41]

2.2.1.1 Nguồn gốc
Morus alba L. hay còn gọi là dâu trắng có nguồn gốc từ miền đông và
miền trung Trung Quốc. Chúng được du nhập sang châu Âu từ những thế kỷ
trước và được đưa sang châu Mỹ vào thời thực dân xâm chiếm thuộc địa
nhằm mục đích phát triển nghề nuôi tằm tự nhiên. Morus alba L. được đưa
đến đây và được nhân lên một cách tự nhiên, ngoài ra chúng còn được lai với
giống Morus rubra L. có sẵn ở các thuộc địa.
Morus rubra L. có nguồn gốc từ miền đông nước Mỹ.
Morus nigra L. có nguồn gốc từ châu Á và được trồng ở châu Âu từ
trước thời La Mã cổ đại.
2.1.1.2 Đặc điểm sinh lý
a. Khả năng thích nghi
Morus alba L. và với một chừng mực nhất định Morus rubra L.
đều chịu được điều kiện khô hạn, ô nhiễm và đất bạc màu, trong khi
Morus nigra L. cần phải có điều kiện thuận lợi mới phát triển tốt, còn
12


Chương 2: Tổng quan tài liệu
trong điều kiện khí hậu lạnh hoặc nóng ẩm thì chúng phát triển chậm.
Morus alba L. là một giống cây chịu lạnh tốt nhất trong các giống cây
dâu thông dụng. Cụ thể chịu đựng lượng mưa hàng năm là 4,4 - 40,3 dm ,
nhiệt độ hàng năm là 5,9-27,5 ° C , và độ pH của 4,9-8,0. Dâu tằm trắng
phát triển tốt trên nhiều loại đất.
Giống Morus nigra L. là một trong những giống chịu lạnh kém
nhất.

b. Quá trình sinh trưởng và phát triển
Cây dâu tằm thuộc loại cây rụng lá theo mùa. Morus alba L. có thể
cao đến 30 ft, thường phát triển theo dạng hình chóp hoặc dạng tán.
Trong điều kiện đất đai màu mỡ thì Morus rubra L. có thể cao 70 ft.
Morus nigra L. là giống thấp nhất trong ba giống dâu tằm, chúng chỉ cao
khoảng 30 ft, chúng có khuynh hướng phát triển theo dạng bụi nếu không
được chăm sóc từ nhỏ. Các loại dâu tằm có tuổi thọ rất khác nhau, Morus
rubra L. có thể sống trên hơn 75 năm, trong khi Morus alba L. và Morus
nigra L. sống trên 100 năm.
c. Hình thái
Dâu tằm có quả không phải hoàn toàn giống quả mọng mà chỉ là
tập hợp bề ngoài tương tự quả mâm xôi. Khi hoa đã được thụ phấn chúng
bắt đầu phình to, cuối cùng chúng thay đổi hoàn toàn kết cấu, màu sắc và
trở nên mọng, nhiều nước hơn. Màu sắc của quả không đồng nhất hóa với
giống dâu, chẳng hạn Morus alba L. có thể cho quả màu trắng, xanh nhạt
hơi phai đỏ hoặc đen. Nhìn chung Morus alba L. thường cho quả ngọt
nhưng lại thiếu vị chua cần thiết. Morus rubra L. cho quả màu đỏ thẫm
gần như đen, dòng vô tính của loài này có thể cho quả có hương vị ngang
bằng với giống Morus nigra L., giống này cho quả lớn nhiều nước với sự
kết hợp hài hòa giữa vị ngọt và chua làm cho chúng có hương vị thơm
ngon nhất trong tất cả các loài dâu tằm.
2.1.1.3 Thành phần hóa học
Thành phần của quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, điều kiện
trồng trọt, thời tiết…dưới đây là thành phần trung bình của giống Morus alba
L. trong điều kiện trồng trọt bình thường:

13


Chương 2: Tổng quan tài liệu

Bảng 2. 4 Thành phần của quả dâu tằm (trong 100g quả) [3].

Thành phần

Hàm lượng

Thành phần

Hàm lượng

Nước
Protein
Chất béo

87,5%
1,5%
0,49%

Tro
Ca
P

0,9%
80mg
40mg

Carbohydrate
Xơ

8,3%

1,4%

Fe

1,9mg

Ngoài ra trong quả dâu còn chứa một lượng vitamin tương đối lớn,
với thành phần như trong bảng 2.5
Bảng 2. 5 Thành phần vitamin trong quả dâu [3].

Vitamin

Hàm lượng

Vitamin

Hàm lượng

Vitamin A
Thiamine

174IU

Nicotinic acid
Ascorbic acid

0,8mg
13mg

Riboflavin

184g

9g

2.1.1.4 Các công dụng của trái dâu tằm
Trong y học dân gian: nước từ trái cây dâu tằm được sử dụng trong
các phương thuốc dân gian để chữa các bệnh khối u. Dâu tằm được cho là có
tác dụng tiêu độc, chống viêm, chống ho, diệt khuẩn, làm toát mồ hôi, chữa
bệnh loét da, thuốc trừ nấm, nhuận tràng, bổ thần kinh, thuốc an thần, và
thuốc trừ giun. Ngoài ra dâu tằm còn là một phương thuốc dân gian chữa các
bệnh aphtha, armache, hen suyễn, viêm phế quản, táo bón, tiêu chảy, khó
tiêu, phù nề, động kinh, sốt, nhức đầu, tăng đường huyết, tăng huyết áp,
viêm, mất ngủ, sầu muộn, chứng rong kinh, rắn cắn, viêm miệng, chóng mặt,
và vết thương.
Trái dâu có thể ăn sống hoặc nấu chín. Quả có thể sử dụng để sản xuất
thức uống.
2.2.2 Công nghệ sản xuất rượu vang
2.2.2.1 Giới thiệu về rượu vang
Khác với rượu trắng và các loại rượu pha chế, rượu vang là loại thức
uống lên men trực tiếp từ nước quả. Khi quá trình lên men kết thúc, không
chưng cất rượu mà để lắng trong tự nhiên, gạn lọc và hoàn thành sản phẩm.
14


Chương 2: Tổng quan tài liệu
Rượu vang vốn có nguồn gốc từ quả nho, nên có tên gọi là Vin hoặc Wine.
Ngày nay rượu vang còn được mở rộng ý nghĩa là rượu không chưng cất từ
các loại nước quả. Ở Việt Nam, rượu lên men từ gạo nếp không chưng cất,
như rượu nếp hoặc nếp cẩm cũng là rượu vang.

Trên thế giới việc sản xuất rượu vang đã có rất lâu đời nhưng mãi đến
đầu thế kỉ 19, ngành sản xuất rượu vang mới được phát triển mạnh và chuyển
sang sản xuất với quy mô công nghiệp. Ngày nay ngành sản xuất rượu vang
đã phát triển mạnh mẽ ở các nước trên thế giới như: Pháp là nước nổi tiếng
nhất về sản xuất rượu vang, kế đó là các nước Ý, Tây Ban Nha, Algeria,
Rumani, Argentina, Nga, Hungari, Hoa Kì, Đức,… và một số nước khác.
Phân loại rượu vang
 Phân loại theo độ ngọt: Rượu vang khô (dry wine), Rượu vang bán
ngọt (semi-dry wine), Rượu vang ngọt (sweet wine)
 Phân loại theo quá trình lên men:Rượu vang tự nhiên (Natural wine),
Rượu vang cao độ (Fortified wine)
 Phân loại theo lượng CO2:
- Rượu vang không có gas (table wine).
- Rượu vang có gas (sparkling wine): 2 loại
+ Rượu vang có gas tự nhiên: Champagne.
+ Rượu vang có gas nhân tạo: Carbonated wine
 Phân loại theo màu
- Rượu vang trắng (White wine): Chablis, Chardonnay, Pinot Blanc,
Rhine wine, Riesling.
- Rượu vang hồng (Rose wine): Rose, Vonorosso.
- Rượu vang đỏ (Red wine): Barbera, Cabernet Sauvignon, Claret,
Carnelian, Gamay, George.
 Phân loại theo nơi sản xuất
- Phân loại theo quốc gia:Rượu vang Pháp, Rượu vang Úc, Rượu vang
Tây Ban Nha. . .
- Phân loại theo vùng: Bordeaux, Burgandy, California, Chablis. . .
2.2.2.2 Nguyên liệu sản xuất rượu vang
Trong sản xuất rượu vang, nho là một nguyên liệu truyền thống, rất
được ưa thích và có giá trị dinh dưỡng cao. Nho được trồng nhiều ở các nước
Châu Âu nhất là ở Pháp và ở Mỹ. Ở nước ta nho cũng đã được trồng ở một

số tỉnh miền Trung và đang phát triển nghề trồng nho với đầy triển vọng phía
15