14 Tháng Bảy 2022

Các loại men rượu: phả hệ và đặc tính

Nấm men được sử dụng trong sản xuất nước giải khát hầu hết thuộc chi Saccharomyces. Có nhiều lọai Saccharomyces khác nhau S.bayanus, S.cariocanus, S.cerevisiae, S.eubayanus, S.kudriavzevii, S.mikitae, S.paradoxus, S.pastorianus và ở một số nguồn S.uvarum, thường là được coi như một loài phụ của S.bayanus. Danh pháp và phân loại của các loài thay đổi gần như mỗi ngày và do đó không phải lúc nào cũng thống nhất như trong các nguồn tài liệu. Loại này có thể được phân loại thành các chủng loại khác nhau và hiện có hàng nghìn chủng loại S.cerevisiae. Sự lai ghép là phổ biến giữa các loại men thuần hóa được sử dụng trong sản xuất rượu. Các loại  được sử dụng trong ngành công nghiệp rượu whisky chủ yếu là S.cerevisiae, mặc dù nhiều loài thứ cấp khác nhau đã được sử dụng với nó.

Men làm bánh thường là S.cerevisiae, men Lager là S.pastorianus, men bia thường là S.cerevisiae và một số loại nấm men S.bayanus, men làm rượu rum thường là S.cerevisiae và Schizosaccharomyces và ngành công nghiệp rượu vang chủ yếu sử dụng S.cerevisiae hoặc S.bayanus, cùng với loại nấm men tự nhiên khác nhau như Kloeckera, Saccharomycodes, Schizosaccharomyces, Hansenula, Canadida, Pichia và Torulopsis. 

Saccharomyces là một nấm men đơn bào, chứa 16 nhiễm sắc thể khác nhau và do bộ gen của nó là lưỡng bội nên có chứa 32 nhiễm sắc thể chứa bộ gen DNA. Nó có thể sinh sản bằng cách nảy chồi (tạo ra một bản sao của bộ gen và các cơ quan tế bào được phân chia thành hai) hoặc giao phối bằng bào tử. Trong quá trình phát triển của các loại nấm men được sử dụng trong việc sản xuất đồ uống, các loại nấm men hoặc ít sinh bào tử được lựa chọn, bởi vì tính nhất quán của quá trình lên men. Do đó, các chủng được sử dụng trong việc sản xuất nước giải khát hầu như chỉ sinh sản bằng cách nảy chồi và do đó bộ gen của chúng sẽ thay đổi do đột biến tự phát, hiếm khi bằng cách giao phối và lai ghép. Ngoài ra, một số loại nấm men tạo ra bộ gen đa bội (nhiều bộ nhiễm sắc thê) hoặc dị bội (nhiều bộ nhiễm sắc thể đơn) điều này cải thiện hơn nữa tính nhất quán vì nhiều hơn hai bộ nhiễm sắc thể trong trường hợp xảy ra đột biến có hai và khả năng sinh bào tử kém hơn. Các nhiễm sắc thể phụ tiếp tục phân chia hoặc tích hợp với các nhiễm sắc thể khác. Nói một cách đơn giản: nó khá phức tạp. 

Ví dụ loại S.pastorianus (trước đây gọi là S.carlsbergensis, S.uvarum hoặc S.cerevisiae var Hansen,...) được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bia có lẽ được hình thành bằng việc lai ghép giữa loại nấm men S.cerevisiae và loại nấm men tự nhiên S.eubavanus và bằng cách trộn thêm vật chất di truyền (Các bộ phận nhiễm sắc thể) với S.bayanus, bản thân nó là sự lai ghép của S.cerevisiae, S.eubayanus và S.uvarum (cùng một dòng của S.bayanus). Do cấu trúc nhiễm sắc thể phức tạp và khả năng sinh sản hạn chế của các loài nấm men thuần hóa nên việc nhân giống nấm men rất khó ngay cả với các kĩ thuật di truyền hiện đại.


Việc phân loại men được thực hiện theo mục đích của nó (nướng, ủ ale/lager, chưng cất) và người ta thường đặt tên như là WH301 hoặc WL001. Nhiều phòng thí nghiệm men khác nhau có thể bán cùng một loại men (hoặc rất giống) bằng một cái tên khác. Các chủng nấm men được sử dụng trong ngành công nghiệp đồ uống có thể được phân loại theo khả năng lên men của chúng. Các đặc tính quan trọng của một loại nấm men sản xuất là sự keo tụ, làm suy giảm, sử dụng đường, khả năng hoạt động ở nồng độ đường cao, khả năng chịu đựng, nhiệt độ và các yếu tố khác nhau,...

Keo tụ là khả năng kết tụ của nấm men với nhau, men ale kết tụ ở mặt trên của quá trình lên men và men lager ở dưới cùng. Các chất keo tụ kết tụ sớm (khỏang 3-5 ngày) trong quá trình lên men, có thể dẫn đến sự giảm độ đậm, tức là một phần đường không được chuyển hóa thành rượu. Các nhà chưng cất rượu whisky thường thích chất keo tụ thấp, vì men keo tụ có nhiều khả năng bám vào cuộn dây nóng hoặc trên bề mặt nồi chưng cất (đặc biệt khi đun nóng trực tiếp) tạo ra hương vị cháy. Các chất keo tụ thấp thường mang lại độ đậm nhạt tốt hơn (sử dụng đường) và do đó rượu tạo ra nhiều hơn. Lọc nước rửa trước khi chưng cất có thể là một lựa chọn khi sử dụng các chất keo tụ trung bình-cao, nhưng nó dường như không được sử dụng ở Scotland. Quá trình chưng cất "on the lees" (tức là nước rửa có chứa các tế bào nấm men) được coi là để tăng cường hương vị rượu mạnh trong cả ngũ cốc và rượu mạnh, rất có thể là do nồng độ este axit béo và metylketone tăng lên tạo ra hương thơm dầu, rancio và trái cây.


Wort chứa nhiều loại đường khác nhau, chủ yếu là Maltose và các oligosaccharide (maltotriose, maltotetraose, maltopentaose,...) nhưng cũng có Glucoso, fructose và sucrose. Các oligo- và disaccharide (glucose, fructose, sucrose và maltose) được nấm men rất thích (như hình trên) và được vận chuyển chuyển vào bên trong tế bào bằng việc khuyếch tán, nhưng việc sử dụng Maltotriose phụ thuộc vào khả năng của nấm men trong việc vận chuyển maltotriose vào tế bào bằng một Enzym đặc hiệu. Sự hấp thụ Maltotriose hiệu quả của men rượu whisky là rất quan trọng để có được sản lượng rượu tối ưu. Rõ ràng là hầu hết các loại men rượu whisky (và men bia) được sử dụng chứa một số gen cho Enzym tranport maltotriose, có thể là kết quả của một số phép lai và thay đổi nhiễm sắc thể.

Khả năng chịu được nồng độ cồn của nấm men phụ thuộc vào chủng và loài. Hầu hết các loại men đồ uống thuần hóa hoặc nuôi cấy đều chịu được nồng độ ethanol trên 10% ABV vì hầu hết các loại nấm men tự nhiên saccharomyces ngừng hoạt động hiệu quả trong 1-5% ABV và chết ở nồng độ cồn 10%. Một số loại nấm men được sử dụng để sản xuất cồn nhiên liệu công nghiệp có thể lên đến 23% ABV. Trong quá trình lên men rượu whisky, yếu tố hạn chế sản lượng rượu cuối cùng thường là lượng đường trong rượu vì sự suy giảm men rượu whisk và các loại men chính chịu được tốt 5-8% ABV của quá trình lên men rượu whisky. 

Các yếu tố độc hại là độc tố mà nấm men tạo ra để chống lại các chủng nấm men khác. Các chủng cũng phát triển khả năm chịu đựng những độc tố này và cũng có nhiều độc tố trong quá trình lên men nấm men tự nhiên. Dù sao thì một số loại nấm men tự nhiên đã tạo ra độc tố thì sẽ không được sử dụng trong quá trình chưng cất, bởi nó thể làm hỏng cả mẻ bằng cách tạo ra một quá trình lên men tắc nghẽn hoặc mùi vị không phù hợp. 

Quá trình lên men rượu whisky mạch nha Scotch thường được kiểm soát nhiệt độ (ngoài nhiệt độ ban đầu, được điều chỉnh theo nhiệt độ môi trường), mặc dù thực tế tất cả các nhà sản xuất bia lager và hầu kết các nhà sản xuất rượu đều sử dụng thiết bị lên men được kiểm soát nhiệt độ. Quá trình trao đổi chất của nấm men sinh ra nhiều nhiệt, đặc biệt khi kỵ khí tạo ra rượu. Do đó men rượu whisky phải chịu được các nhiệt độ khác nhau, thường từ 18-20 độ C hoặc hơn 33 độ C. Các loại men chưng cất rượu whisky điển hình chịu được khoảng từ 32-34 độ C tùy thuộc vào nồng độ etanol. Mặc dù các chủng nấm men chưng cất có thể chịu được nhiệt độ lên đến 46 độ C (một dòng Vodka Phần Lan), hầu hết các loại men chưng cất đều tạo ra sản lượng rượu tốt nhất ở 20-30 độ C. Sự hình thành hợp chất hương vị bị ảnh hưởng khá nhiều bởi nhiệt độ lên men, nhiệt độ lên men cao hơn sẽ tạo ra ít este hơn và nồng độ cồn sẽ cao hơn.  

Men của nhà máy chưng cất rượu whisky được sử dụng nhiều nhất vào cuối thế kỷ 20 là chủng S.cerevisiae được gọi là DCL, M, M-chủng, Quest M, Rasse M, M-1, D1 hoặc WH301, trước đây được sản xuất bởi DCL Yeast ltd và bây giờ là Kerry Biosciences (Tập đoàn Kerry thành phần Quest vào năm 1998). Dòng M được DCL đưa vào các nhà máy chưng cất rượu Scotch whisky vào năm 1952, nhưng loại Rasse M thì được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy chưng cất của Đức ít nhất từ những năm 1930). Tên vẫn được giữ nguyên mặc dù đặc tính của chủng đã thay đổi đáng kể từ những năm 1930 và rất có thể có một số biến thể giữa các nhà sản xuất men khác nhau mặc dù cùng tên. Chủng M là một loài lai giữa các loài của S.cerevisiae (như S.cerevisiae gồm các loài S.diastaticus trước đây). Loại men whisky nguyên chất đầu tiên của Scotland được phát triên vào những năm 1920 và trước  chiến tranh thế giới thứ hai  DCL đã có các nền văn hóa của men DCL-whisky tiêu chuẩn, DCL S.C (có thể là để lên men đường mía) và DCL L-3 (có thể là có nhiều loại DCL tiêu chuẩn. Liệu chúng có được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy chưng cất hay không được ghi nhận, nhưng có lẽ chúng đã được sử dụng trong các nhà máy chưng cất ngũ cốc DCL và trong một số nhà máy chưng cất mạch nha, nhà sản xuất bia hoặc nhà làm bánh địa phương. Có một số bằng chứng thuần túy đầu tiên đã được thử nghiệm ở Keith vào những năm 1870, nhưng chưa bao giờ chúng được thử nghiệm ở các quy mô lớn.

Ở lục địa Châu Âu, các nền văn hóa men thuần túy được sử dụng rộng rãi hơn các chủng đặc hiệu cho các loại ngũ cốc/mạch nha (Rasse M, Rasse XII) và lúa mạch đen (chủng R) và thậm chí cả dòng sản xuất hương quả mâm xôi "A". Ngoài ra Fleischmann và Brown-Forman ở Mỹ đã phát triển các chủng men chưng cất của riêng họ vào những năm 1940. Các chủng nấm men của các nhà máy chưng cất Châu Âu, châu Á và Mỹ dường như khác nhau, ít nhất là do di truyền của chúng ( xem hình bên dưới), nhưng không có dữ liệu khoa học nào về sự khác biệt về chất lượng rượu hoặc hương vị. Các loại men bia tương tự nhất so với các loại men rượu whisky Scotland hiện tại có lẽ là một số loại men Trappist của Bỉ và men Hefeweisen của Đức, là loại chất keo tụ thấp, độ suy giảm cao, chịu được nồng độ cồn rất tốt và thường tạo ra mùi thơm cay khói kết hợp với sản xuất 4-vinyl-guaiacol đặc trưng cho S.cerevisiae var diastaticus, được coi là sự đóng góp mạnh mẽ vào sự phát triển của chủng M từ S.cerevisiae loại ale.


Chủng M được sử dụng trong ngành công nghiệp rượu whisky của Scotland từ những năm 1960 đến 1980, mặc dù nhiều nhà máy chưng cất đã sử dụng nấm men của nhà sản xuất bia hoặc làm bánh. Trước chiến tranh thế giới thứ hai hầu hết các nhà máy chưng cất đều tự nhân giống nấm men. những trong suốt những năm 1950, việc sản xuất phần lớn được thuê bên ngoài từ các nhà sản xuất men và nhà máy bia. Men Ale (đã qua sử dụng/ dư thừa) giảm dần khi rượu bia ở Vương Quốc Anh trở nên phổ biến và khi có những  tuyên bố rằng việc sử dụng men bia làm giảm năng suất rượu, nhiều nhà máy chưng cất bắt đầu sử dụng men nguyên chất vào những năm 1980. Như đã đề cập trước, các đặc tính của chủng M có thể đã thay đổi đáng kể vào cuối thế kỷ 20, mục tiêu chính là sản lượng rượu cao hơn và duy trì được hương vị truyền thống (hoặc trung tính).

Một sự phát triển đáng chú ý khác là sự phát triển của nấm men khô hoạt tính (ADY hoặc nấm men khô làm bánh IDY) trong suốt chiến tranh thế giới thứ hai để đang ứng thời hạn sử dụng lâu hơn bằng cách làm khô nấm men thành những viên nhỏ. Điều này cho phép vẫn chuyển men đến các vùng xa xôi của Scotland. Một số nhà máy chưng cất mạch nha ở Scotland vẫn sử dụng nấm men khô (95% solids)hoặc thường được nén (25-28%). Men kem (17-23%) được giới thiệu vào năm 1983 sẽ được vận chuyển bằng các xe bồ và đóng bình tự động, điều này rất quan trọng và thiết thực đối với các nhà máy lớn. 


Theo nhà sản xuất Kerry Group, chủng MX được phát triển vào những năm 1990. Đây là chất lên men nhanh men và tạo ra hương vị rất giống với chủng M. Theo nhà sản xuất Kerry Group, MX nhanh và hiệu quả hơn , đặc biệt là trong các loại đồ uống có nồng độ cồn cao được ưa chuộng vì tiết kiệm chi phí. Một loại men rượu whisky mạch nha phổ biến khác là Pinnacle by Mauri, là loại men làm bánh chịu được Etanol (S.cerevisiae) lên men nhanh hơn MX một chút với tốc độ khoảng nhanh hơn 1 giờ (khoảng 15 tiếng lên men) so với MX. Các nhà máy chưng cất ngũ cốc chủ yếu sử dụng men kem và sẽ không được tiết lộ chủng, được sản xuất bởi sản phẩm lên men của Anh (BFP) hoặc Anchor Yeast. Bảng dưới đây, sẽ cung cấp vài thông tin về chủng nấm men được sử dụng bởi một số nhà máy chưng cất Scotland. 









MMXMAURIBREWER'S + DISTILLER'SANCHOR/BFP
AultmoreBowmore 25% (+Mauri)AberlourBen Nevis (50/50)Auchentoshan (+Mauri)
Blair AtholBruichladdichArdbegBalblairDaftmill
Bruichladdich (+Mauri)BunnahabhainAuchentoshan (+Anchor)BenromachGrain distilleries
BunnahabhainCraigellachie (+Mauri)BenrinnesCardhu

Glengoyne (+MX)Glengoyne(+M)Bowmore 75% (+MX)Glenburgie

Glen ScotiaLagavulin (+Mauri)Bruichladdich (+M)Glenmorangie (5dist, 2brew)

Highland ParkSpeyside (+M)Caol IlaImperial

Lagavulin (+Mauri)

Craigellachie (+MX)Jura

Macallan (+Mauri+brewers)

DalwhinnieLongmorn

Speyside (+MX)

GlenfiddichMacallan (+M+Mauri)





Lagavulin (+M)Miltonduff





LaphroaigOban





Macallan (+M+brewers)Speyburn





Strathmill (+brewers)Strathmill (+Mauri)




Việc sử dụng men bia như một dòng men thứ cấp tạo ra nhiều hợp chấp Sulphury hơn trong quá trình wash và ít este axit béo hơn, đặc biệt là khi sử dụng men bia khô. Khi nấm men của nhà sản xuất bia yếu đi hoặc chết sớm hơn chủng của nhà máy chưng cất, việc sử dụng chủng thứ cấp làm tăng sự phát triển của vi khuẩn axit lactic (LAB) vào cuối quá trình lên men, do đó giảm độ pH của nước làm thay đổi quá trình chưng cất và tạo ra hương vị cụ thể tùy thuộc vào chủng vi khuẩn. Một chủng LAB có thể tạo ra như vinyl-guaiacol (smoky-spicy), trong khi một chủng khác tạo ra damascenone (hoa). Trên thực tế tất cả sự tăng trưởng LAB tạo ra nhiều este cho sản phẩm mới, đặc biệt là hexoat và octanoat và giảm lượng etanol. 

Vì các nhà chưng cất của Scotland vào thời điểm hiện tại sử dụng các loại men nguyên sinh rất giống nhau, nên việc lựa chọn chủng nấm men của nhà chưng cất là một yếu tố phụ về đặc điểm hương vị, ít nhất là khi so sánh với các khía cạnh khác của quá trình lên men, ít nhất là khi so sánh với các khía cạnh khác của quá trình lên men, chẳng hạn như trọng lực của dịch nha ban đầu, thời gian lên men, nhiệt độ và hệ vi sinh vật của quá trình rửa trôi.

Trong tương lai, ngành công nghiệp rượu whisky đang tìm cách phát triển các chủng nấm men thích hợp cho các loại rượu có trọng lượng cao hơn, thời gian lên men ngắn hơn và sử dụng maltotetraoses và -pentoses tốt hơn. Hy vọng rằng các vấn đề về hương vị cũng được xem xét trong quá trình này và các chủng khác nhau được nghiên cứu để cải thiện cấu hình hương vị.

Nguồn: whiskyscience.blogspot.com