MỞ ĐẦU Rượu vang là đồ uống được ưa chuộng và phổ biến trên khắp thế giới. Bởi vậy, ngành công nghiệp sản xuất rượu vang cũng là ngành đem lại doanh thu hàng tỷ đô và hàng triệu việc làm cho người dân. Trong sản xuất rượu vang, một chai rượu vang thành phẩm được đưa ra thị trường không chỉ phải trải qua quá trình sản xuất tỉ mỉ, công phu mà còn phải đáp ứng được yêu cầu khắt khe về hương vị cũng như độ an toàn của sản phẩm. Một trong những yếu tố cần lưu ý đến trong quá trình sản xuất cũng như trong rượu vang thành phẩm là hàm lượng axit hữu cơ có trong rượu. Các axit hữu cơ không chỉ góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của từng loại rượu mà còn có một số công dụng tốt đối với sức khỏe con người như chống oxi hóa, chống viêm, bảo vệ cơ tim... Tuy nhiên, nồng độ axit quá cao sẽ gây ra vị chua, làm mất hương vị và làm hỏng rượu. Rượu vang tại mỗi vùng sản xuất có hàm lượng thành phần các chất khác nhau. Điều này do sự khác biệt về nguyên liệu và quy trình sản xuất đặc trưng cho từng vùng. Do đó, việc phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong rượu vang là cần thiết để lựa chọn vùng nguyên liệu để sản xuất rượu vang; theo dõi, kiểm soát nồng độ các axit trong suốt quá trình sản xuất và đánh giá chất lượng rượu vang thành phẩm. Hiện nay, một số phương pháp phân tích các axit hữu cơ trong rượu vang được khuyến nghị bởi Tổ chức Nho và Rượu vang Thế giới (International Organization of Vine and Wine (OIV, Paris, Pháp)) bao gồm: sắc ký lỏng (LC), sắc ký khí (GC)... Những phương pháp này có khả năng phân tích một cách nhanh chóng và chính xác thành phần của rượu vang. Tuy nhiên các phương pháp này còn tồn tại một số hạn chế như sử dụng phức tạp, chi phí mua sắm và vận hành thiết bị cao, thời gian phân tích kéo dài. Một số phương pháp đơn giản hơn đã được phát triển để rút ngắn thời gian và giảm giá thành phân tích như sắc ký giấy, sắc ký bản mỏng và bộ kit enzyme hay cảm biến sinh học (biosensor). Tuy vậy, những bộ dụng cụ này thường chỉ xác định một số giới hạn thành phần axit như các axit malic, citric, axetic, lactic và succinic; và chỉ cung cấp thông tin bán định lượng về hàm lượng của các axit này. Trong đó, phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CEC4D) nổi bật hơn cả, bởi vì phương pháp này có những ưu điểm như vận hành đơn giản, thiết kế nhỏ gọn, có khả năng phân tích đồng thời các chỉ tiêu, có giới hạn phát hiện thấp và độ chính xác cao, đặc biệt là chi phí thấp hơn so với các phương pháp khác nên nó có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong phân tích rượu vang. Với những lý do trên, đề tài “Đánh giá hàm lượng các axit hữu cơ trong một số loại rượu vang và mối liên quan với quy trình sản xuất, nguồn gốc nguyên liệu” đã được tiến hành. Mục tiêu của nghiên cứu: 1. Xây dựng quy trình phân tích xác định các axit hữu cơ mạch ngắn có mặt trong quá trình lên men sản xuất rượu vang và trong rượu nho thành phẩm. 2. Đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn có trong các loại rượu nho khác nhau với điều kiện môi trường trồng nho. Nội dung nghiên cứu gồm: Để đạt được các mục tiêu đã nêu, nội dung nghiên cứu cần thực hiện là: 1. Xây dựng quy trình phân tích: nghiên cứu, khảo sát điều kiện tối ưu để phân tích xác định đồng thời hàm lượng các axit tartaric, malic, succinic, citric, axetic, lactic, ascorbic bằng phương pháp CEC4D. 2. Theo quy trình phân tích đã phát triển, áp dụng phân tích hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn trong một số mẫu rượu vang bán thành phẩm được sản xuất bằng các quy trình sản xuất khác nhau và các mẫu rượu vang thành phẩm đang được bày bán trên thị trường Đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn với quy trình sản xuất. Đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn với điều kiện môi trường tại vùng nguyên liệu.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
- -TRẦN QUANG HIẾU
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CÁC AXIT HỮU CƠ TRONG MỘT SỐ LOẠI RƯỢU VANG VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI QUY TRÌNH SẢN XUẤT, NGUỒN NGUYÊN LIỆU
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2021
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
- -TRẦN QUANG HIẾU
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CÁC AXIT HỮU CƠ TRONG MỘT SỐ LOẠI RƯỢU VANG VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI QUY TRÌNH SẢN XUẤT, NGUỒN NGUYÊN LIỆU
Chuyên ngành: Kĩ thuật Môi trường
Mã số: 8520320.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS Phạm Hùng Việt
PGS.TS Đỗ Quang Huy
Trang 3Hà Nội – 2021
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Giáo viên hướng dẫn là GS.TS Phạm Hùng Việt và PGS.TS Đỗ Quang Huy, giảng viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giao đề tài
và tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chi tiết cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn của mình.
Trân trọng cảm ơn đề tài “Phân tích sàng lọc và phân tích thẩm định an toàn thực phẩm trên cơ sở phát triển và ứng dụng kỹ thuật điện di mao quản đa kênh sử dụng đồng thời hai cảm biến điện hóa và đo quang: Ứng dụng thí điểm trong kiểm soát một số thực phẩm chức năng và đồ uống có cồn dễ bị làm giả tại Việt Nam”; mã số 104.04-2016.50; do Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tài trợ đã tạo điều kiện để em có thể nghiên cứu và hoàn thiện luận văn của mình.
Em xin cảm ơn tới Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Phát triển bền vững – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã hỗ trợ và cung cấp các trang thiết bị nghiên cứu, đặc biệt là các anh chị trong nhóm Điện di mao quản đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian em học tập tại trường.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp
đỡ em trong quá trình làm luận văn của mình.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Học viên
Trần Quang Hiếu
Trang 5MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
1.1 Tổng quan về rượu vang 3
1.1.1 Khái niệm rượu vang 3
1.1.2 Nguyên liệu trong sản xuất rượu vang 3
1.1.3 Phân loại rượu vang 4
1.1.4 Thành phần của rượu vang 5
1.2 Các axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang 6
1.2.1 Giới thiệu chung về các axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang 6
1.2.2 Cấu tạo, tính chất vật lý, hóa học cơ bản 8
1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng các axit hữu cơ 9
1.2.3.1 Quy trình sản xuất 9
1.2.3.2 Các yếu tố môi trường tại vùng nguyên liệu sản xuất 14
1.2.4 Chỉ tiêu chất lượng rượu vang 15
1.3 Tổng quan về một số vùng sản xuất rượu vang 15
1.3.1 Tổng quan về vùng sản xuất rượu vang Ninh Thuận 15
1.3.1.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Ninh Thuận 16
1.3.1.2 Điều kiện về khí tượng, thủy văn 16
1.3.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng 17
1.3.2 Tổng quan về một số vùng sản xuất rượu vang trên thế giới 18
1.4 Các phương pháp phân tích axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang 19
1.4.1 Phương pháp sắc ký lỏng 19
1.4.2 Phương pháp sắc ký khí 20
1.4.3 Phương pháp điện di mao quản 21
1.5 Giới thiệu về phương pháp điện di mao quản 23
1.5.1 Cấu tạo của hệ điện di mao quản 24
1.5.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp điện di mao quản 25
1.5.2.1 Độ linh động điện di 25
1.5.2.2 Dòng điện di thẩm thấu (EOF) 25
Trang 61.5.2.3 Detector thường dùng trong phương pháp điện di mao quản 26
1.6 Yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách chất trong phương pháp điện di mao quản 27
1.6.1 Dung dịch điện li nền 27
1.6.2 Điện thế tách 27
1.6.3 Lượng mẫu đi vào mao quản 28
1.7 Các thông số đánh giá trong phương pháp điện di mao quản 28
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 29
2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 33
2.2 Phương pháp nghiên cứu 33
2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 33
2.2.2 Phương pháp phân tích bằng thiết bị điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) 33
2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 34
2.3 Hóa chất và thiết bị 34
2.3.1 Hóa chất 34
2.3.2 Thiết bị 35
2.3.3 Chuẩn bị hóa chất 36
2.3.4 Chuẩn bị mao quản 36
2.3.5 Chuẩn bị mẫu 36
2.4 Khảo sát điều kiện phân tích trên CE 37
2.4.1 Khảo sát dung dịch điện ly nền 37
2.4.1.1 Khảo sát nồng độ Histidin 37
2.4.1.2 Khảo sát pH của dung dịch nền 37
2.4.2 Khảo sát nồng độ CTAB 37
2.4.3 Khảo sát điện thế tách 38
2.5 Xác định các thông số đánh giá hiệu quả phương pháp phân tích 38
2.5.1 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 38
Trang 72.5.2 Độ chính xác của phương pháp 38
2.5.3 Đường chuẩn 40
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41
3.1 Kết quả khảo sát và tối ưu các điều kiện phân tích trên thiết bị CE-C4D 41
3.1.1 Kết quả khảo sát và tối ưu nồng độ của Histidin 41
3.1.2 Kết quả khảo sát và tối ưu pH của dung dịch điện ly nền 42
3.1.3 Kết quả khảo sát và tối ưu nồng độ CTAB 43
3.1.4 Kết quả khảo sát và tối ưu điện thế tách 44
3.2 Kết quả đánh giá phương pháp 45
3.2.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 45
3.2.2 Độ tái lặp và độ lặp lại 46
3.2.3 Đánh giá độ đúng của phương pháp 46
3.2.4 Đường chuẩn 48
3.3 Áp dụng phân tích mẫu thực 53
3.3.1 Kết quả phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong 02 mẫu rượu vang bán thành phẩm 53
3.3.2 Mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ và quy trình sản xuất 59
3.3.3 Kết quả phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong các mẫu rượu vang được sản xuất trong nước 60
3.3.4 Kết quả phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong các mẫu rượu vang nhập khẩu 64
3.3.5 Mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ và nguồn gốc nguyên liệu 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71
KẾT LUẬN 71
KIẾN NGHỊ 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
Trang 8DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
C4D Detector đo độ dẫn không tiếp xúc kết
nối kiểu tụ điện
Capacitively coupled contactlessconductivity detector
tử ngoại
Ultraviolet dectector
Trang 9DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Hàm lượng một số axit hữu cơ trong một số loại rượu vang [25] 8
Bảng 1.2 Một số thông tin cơ bản về chất phân tích 8
Bảng 1.3 Tổng hợp diện tích theo các nhóm đất 18
Bảng 2.1 Thông tin các mẫu được nghiên cứu 29
Bảng 2.2 Danh sách các hóa chất cần sử dụng 34
Bảng 3.1 Điều kiện tối ưu cho phân tích bằng phương pháp CE-C4D 45
Bảng 3.2 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của một số axit hữu cơ trong rượu vang của phương pháp CE-C4D 45
Bảng 3.3 Độ lặp lại và độ tái lặp theo độ lệch chuẩn tương đối của diện tích pic và thời gian di chuyển 46
Bảng 3.4 Kết quả phân tích và đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích 47
Bảng 3.5 Bảng tóm tắt đường chuẩn của các axit hữu cơ 48
Bảng 3.6 Kết quả phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong mẫu 1, mẫu 2 54
Bảng 3.7 Kết quả phân tích của 08 mẫu sản phẩm rượu vang được sản xuất trong nước 61
Bảng 3.8 Kết quả phân tích của 04 mẫu sản phẩm rượu vang nhập khẩu 65
Bảng 3.9 Bảng tổng hợp số liệu phân tích về các axit hữu cơ trong rượu vang tại các vùng nguyên liệu 67
Trang 10DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Quá trình trao đổi chất của các vi khuẩn lactic lên men dị hình [11] 12
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bị điện di mao quản (CE) 24
Hình 1.3 Tốc độ di chuyển của các anion dưới tác dụng của dòng EOF 26
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo chung của dectector C4D 27
Hình 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất rượu vang tại cơ sở sản xuất Phan Rang Ngọc Trúc 31
Hình 2.2 Hình ảnh thiết bị điện di mao quản sử dụng 35
Hình 3.1 Giản đồ điện di khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Histidin 41
Hình 3.2 Giản đồ điện di khảo sát tối ưu điều kiện pH của dung dịch đệm điện di 42 Hình 3.3 Giản đồ điện di khảo sát tối ưu nồng độ CTAB 43
Hình 3.4 Giản đồ điện di khảo sát tối ưu điện thế tách 44
Hình 3.5 Giản đồ điện di đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích 48
Hình 3.6 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit tartaric 49
Hình 3.7 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit malic 50
Hình 3.8 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit succinic 50
Hình 3.9 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit citric 51
Hình 3.10 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit axetic 51
Hình 3.11 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit lactic 52
Hình 3.12 Đường chuẩn xác định nồng độ của axit ascorbic 52
Hình 3.13 Kết quả phân tích axit tartaric trong 2 mẫu rượu vang trong 9 đợt 56
Hình 3.14 Kết quả phân tích axit malic trong 2 mẫu rượu vang trong 9 đợt 57
Hình 3.15 Kết quả phân tích axit succinic trong 2 mẫu rượu vang trong 9 đợt 57
Hình 3.16 Kết quả phân tích axit citric trong 2 mẫu rượu vang trong 9 đợt 58
Hình 3.17 Kết quả phân tích axit axetic trong 2 mẫu rượu vang trong 9 đợt 58
Hình 3.18 Kết quả phân tích axit lactic trong 2 mẫu rượu vang trong 9 đợt 59
Hình 3.19 Hàm lượng axit malic trong 08 mẫu sản phẩm rượu vang được sản xuất trong nước 62
Hình 3.20 Hàm lượng axit citric trong 08 mẫu sản phẩm rượu vang được sản xuất trong nước 63
Trang 11Hình 3.21 Hàm lượng axit axetic trong 08 mẫu sản phẩm rượu vang được sản xuất
trong nước 63
Hình 3.22 Tổng hàm lượng các axit hữu cơ trong 08 mẫu sản phẩm được sản xuất trong nước 64
Hình 3.23 Tỷ lệ axit tartaric/axit malic trong các mẫu rượu vang thành phẩm 67
Hình 3.24 Đồ thị so sánh các loại rượu về hàm lượng axit tartaric 68
Hình 3.25 Đồ thị so sánh các loại rượu về hàm lượng axit malic 69
Hình 3.26 Đồ thị so sánh các loại rượu về hàm lượng axit citric 70
Trang 12Rượu vang tại mỗi vùng sản xuất có hàm lượng thành phần các chất khác nhau.Điều này do sự khác biệt về nguyên liệu và quy trình sản xuất đặc trưng cho từng vùng.
Do đó, việc phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong rượu vang là cần thiết để lựachọn vùng nguyên liệu để sản xuất rượu vang; theo dõi, kiểm soát nồng độ các axittrong suốt quá trình sản xuất và đánh giá chất lượng rượu vang thành phẩm
Hiện nay, một số phương pháp phân tích các axit hữu cơ trong rượu vangđược khuyến nghị bởi Tổ chức Nho và Rượu vang Thế giới (InternationalOrganization of Vine and Wine (OIV, Paris, Pháp)) bao gồm: sắc ký lỏng (LC), sắc
ký khí (GC) Những phương pháp này có khả năng phân tích một cách nhanh chóng
và chính xác thành phần của rượu vang Tuy nhiên các phương pháp này còn tồn tạimột số hạn chế như sử dụng phức tạp, chi phí mua sắm và vận hành thiết bị cao, thờigian phân tích kéo dài
Một số phương pháp đơn giản hơn đã được phát triển để rút ngắn thời gian
và giảm giá thành phân tích như sắc ký giấy, sắc ký bản mỏng và bộ kit enzyme haycảm biến sinh học (biosensor) Tuy vậy, những bộ dụng cụ này thường chỉ xác địnhmột số giới hạn thành phần axit như các axit malic, citric, axetic, lactic và succinic;
và chỉ cung cấp thông tin bán định lượng về hàm lượng của các axit này
Trong đó, phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không
Trang 13tiếp xúc (CE-C4D) nổi bật hơn cả, bởi vì phương pháp này có những ưu điểm như vậnhành đơn giản, thiết kế nhỏ gọn, có khả năng phân tích đồng thời các chỉ tiêu, có giớihạn phát hiện thấp và độ chính xác cao, đặc biệt là chi phí thấp hơn so với cácphương pháp khác nên nó có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong phân tích rượu vang.
Với những lý do trên, đề tài “Đánh giá hàm lượng các axit hữu cơ trong một số loại rượu vang và mối liên quan với quy trình sản xuất, nguồn gốc nguyên liệu” đã được tiến hành.
Mục tiêu của nghiên cứu:
1 Xây dựng quy trình phân tích xác định các axit hữu cơ mạch ngắn có mặttrong quá trình lên men sản xuất rượu vang và trong rượu nho thành phẩm
2 Đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn cótrong các loại rượu nho khác nhau với điều kiện môi trường trồng nho
Nội dung nghiên cứu gồm:
Để đạt được các mục tiêu đã nêu, nội dung nghiên cứu cần thực hiện là:
1 Xây dựng quy trình phân tích: nghiên cứu, khảo sát điều kiện tối ưu đểphân tích xác định đồng thời hàm lượng các axit tartaric, malic, succinic, citric,axetic, lactic, ascorbic bằng phương pháp CE-C4D
2 Theo quy trình phân tích đã phát triển, áp dụng phân tích hàm lượng cácaxit hữu cơ mạch ngắn trong một số mẫu rượu vang bán thành phẩm được sản xuấtbằng các quy trình sản xuất khác nhau và các mẫu rượu vang thành phẩm đang đượcbày bán trên thị trường
- Đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn với quytrình sản xuất
- Đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ mạch ngắn vớiđiều kiện môi trường tại vùng nguyên liệu
Trang 14CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về rượu vang
1.1.1 Khái niệm rượu vang
Rượu vang là thức uống có độ cồn thấp, là sản phẩm từ quá trình lên men cácloại quả Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất rượu vang được sử dụng phổ biếntại các quốc gia trên thế giới là trái nho Nho khi đạt đến độ chín nhất định sẽ đượcthu hoạch, ép lấy nước, đường trong nước nho sẽ được lên men thành rượu Mỗikhu vực và vùng miền đều có quy trình sản xuất rượu vang khác nhau, đây là đặctrưng rất riêng của rượu vang so với các loại đồ uống có cồn khác
Rượu vang là loại thức uống có giá trị dinh dưỡng cao, hương vị thơm ngon,nhiều vitamin và khoáng chất, chứa các đường đơn dễ tiêu hóa, độ cồn nhẹ có tácdụng kích thích tiêu hóa… Theo nhiều kết quả nghiên cứu, sử dụng rượu vang đỏvới liều lượng thích hợp, từ 100 – 200 mL/ngày sẽ rất có lợi cho sức khỏe Chấtresveratrol được tìm thấy nhiều trong vỏ của quả nho đỏ có khả năng chống oxi hóa,phòng ngừa ung thư, các bệnh tim mạch và làm giảm khả năng tấn công của β-amyloid vào các tế bào não gây bệnh Alzheimer ở người [29]
1.1.2 Nguyên liệu trong sản xuất rượu vang
Nguyên liệu trong sản xuất rượu vang là các loại quả có vị chua, ngọt hàihòa Sau khi thu hoạch, tiến hành lựa chọn những quả chín hoặc chưa chín, có chấtlượng tốt đem ép lấy nước thu dịch quả để dùng cho lên men
Các loại quả sử dụng trong sản xuất rượu vang đều có chứa nhiều đường,nhiều axit hữu cơ (làm cho rượu có vị chua), nhiều vitamin (vitamin C làm cho rượu
có vị chua, chát)…
Với nhu cầu về rượu vang tăng mạnh, nguyên liệu được lựa chọn để sản xuấtrượu vang ngày càng được mở rộng Một số loại quả khác như: dứa, mơ, dâu,chuối… đã được nghiên cứu làm nguyên liệu sản xuất rượu vang [3] Tuy nhiên,nho vẫn là loại nguyên liệu được ưa chuộng và phổ biển nhất Các giống nho đượclựa chọn dùng trong sản xuất rượu vang có nguồn gốc từ châu Âu Các giống nhoCarbernet Sauvignon, Pinot noir, Syrah, Merlot… dùng để sản xuất rượu vang đỏ;các giống nho Sauvigon Blanc, Ugni Blanc, Airen… dùng để sản xuất rượu vang
Trang 15trắng [31] Sản phẩm rượu vang của Việt Nam sử dụng chủ yếu giống nho vỏ đỏ vànho vỏ xanh (nho Mỹ) ở Ninh Thuận để sản xuất rượu vang đỏ và rượu vang trắng.Sản phẩm rượu mang nhiều tên khác nhau như rượu vang Đà Lạt, rượu vang ThăngLong…
Nho là loại quả lí tưởng để lên men sản xuất rượu vang vì:
- Nho có chứa nhiều đường (15 – 20%), thích hợp cho quá trình lên men
- Nho có chứa các axit hữu cơ (axit tartaric, axit malic, axit citric) tạo vị chua
và đóng góp vào việc ức chế hoạt động của vi khuẩn có hại Trong thành phần rượunho có các chất tạo màu để tạo màu sắc hấp dẫn của rượu
- Nho dễ thích nghi với các kiểu điều kiện khí hậu, cho sản lượng trên đơn vịdiện tích cao Ở Việt Nam, vùng nguyên liệu nho của Ninh Thuận đã và đang khaithác, phát triển nhiều giống nho có chất lượng tốt, thích hợp để sản xuất rượu vang
1.1.3 Phân loại rượu vang
Rượu vang là loại thức uống rất phong phú về nguồn gốc, tên gọi và đượcphân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau Có thể chia các loại rượu vang thành banhóm chính sau [31]:
Rượu vang không có bọt hay gas/vang bàn (still table wine): là rượu vang
có tổng nồng độ axit khoảng 5,5 – 8,5 mg/L Rượu vang này được chia ra làm baloại là rượu vang đỏ, rượu vang trắng và rượu vang hồng
- Rượu vang đỏ (red wine): có nhiều hương vị, nhẹ hơn rượu vang trắng; cógiá trị pH từ 3,3 – 3,6 Rượu vang đỏ được lên men từ quả nho chín vừa tới, hàmlượng đường ở mức vừa phải; vỏ của quả nho được giữ nguyên để lên men, do đórượu sẽ có vị đắng Một số loại rượu vang đỏ được biết đến rộng rãi: Pinot noir,Tempranillo, Gamay, Syrah, Baconoir
- Rượu vang trắng (white wine): là sản phẩm lên men từ nho thu hoạch muộnnên có hàm lượng axit cao, có giá trị pH khoảng 3,1; có mùi thơm và ngọt hơn rượuvang đỏ do được loại vỏ và hạt trước khi lên men Một số loại rượu vang trắng nổitiếng: Botrytized wines, Vin Santo, Riesling (được ủ trong thời gian dài thườngbằng thùng gỗ sồi), Kerner, Trebbiano (thời gian ủ rượu ngắn)
- Rượu vang hồng (rose wine): ở khoảng giữa của rượu vang đỏ và rượu
Trang 16vang trắng; có vị ngọt và hàm lượng axit thấp Một số loại rượu vang hồng phổbiến: Pink Chabis, Rosato (rượu ngọt), Tavel, White zinfander,
Rượu vang sủi tăm (sparkling wine): đây là rượu vang có CO2, độ rượunhẹ bao gồm: rượu không thêm hương vị (theo phong cách Asti (ngọt)), rượu vangtheo kiểu truyền thống (Champagne, Vin Mousseux), crackling (Peilwein,Lambrusco) và rượu thêm hương vị (hương trái cây)
Rượu vang cường hóa (fortified wine): có độ rượu cao, được thêm chấtchống oxi hóa, vì vậy sau khi mở nắp có thể bảo quản được một thời gian Rượu có
vị đắng được sử dụng làm rượu khai vị và rượu có vị ngọt thường được dùng làmmón tráng miệng
1.1.4 Thành phần của rượu vang
Rượu vang là sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật thiên nhiên nên có thànhphần vô cùng phức tạp [4] Thành phần hóa học trong rượu vang phụ thuộc vàonguồn nguyên liệu sử dụng và quy trình sản xuất Các thành phần chính trong rượuvang cụ thể như sau:
Phần hữu cơ:
- Đường: Chủ yếu là glucose và fructose và một số loại đường khác;
- Rượu: Etanol là thành phần quan trọng nhất trong rượu vang và các đồuống có cồn Hàm lượng rượu etanol khoảng từ 10 – 14% thể tích;
- Các axit hữu cơ mạch ngắn: tartaric, malic, succinic, citric, axetic, lactic,
ascorbic (vitamin C)… Các axit này có nguồn gốc từ nguyên liệu và trong quá trình
lên men Hàm lượng các axit hữu cơ khoảng từ 0,4 – 1% tùy thuộc và nguyên liệu,vùng gieo trồng và các loại rượu
- Các hợp chất pectin, polysacarit;
- Một số nhóm hợp chất: aldehyde và keton, acetal, ester (ester mạch thẳng,ester phenolic và ester được tổng hợp)…
- Các hợp chất chứa nito: amin, amino axit, vitamin, protein…
- Các polyphenol có mùi thơm, các chất màu tự nhiên: nhóm hợp chất phenol(axit benzoic, benzaldehyde, axit cinnamic, cinnamicaldehyde, tyrosol…); màu đỏcủa rượu vang đỏ do anthocyanin (flavylium), tanin; resveratrol tạo thành
Trang 17 Phần vô cơ:
- Nước là thành phần chiếm thể tích lớn nhất, khoảng 85 – 89%
- Một số khí hòa tan: cacbondioxit (CO2), lưu huỳnh dioxit (SO2), khí oxi (O2)
- Khoáng chất vi lượng: kali, canxi, sắt, mangan…
1.2 Các axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang
1.2.1 Giới thiệu chung về các axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang
Trong rượu vang, các axit hữu cơ chỉ chiếm hàm lượng rất nhỏ (0,4 – 1% thểtích) nhưng chúng được xem như một chỉ số đánh giá sự suy giảm do bảo quản haylão hóa bởi các axit hữu cơ này ảnh hưởng trực tiếp đến sự cân bằng hương vị, độ
ổn định hóa học và pH Vì vậy, việc phân tích hàm lượng các axit hữu cơ này là cầnthiết để kiểm soát chất lượng của rượu vang
Một số axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang cần được xác định, bao gồm:axit tartaric, malic, succinic, citric, axetic, lactic, ascorbic
Các axit hữu cơ trên có nguồn gốc từ: các axit tự nhiên có trong quả nho;được hình thành bởi quá trình trao đổi chất của các vi sinh vật hoặc do được bổsung trong quá trình sản xuất Chúng là thành phần hóa học đóng vai trò quan trọngtạo nên vị đặc trưng của rượu vang [13, 14]
*) Các axit tự nhiên có trong quả nho
Axit hữu cơ có sẵn trong quả nho gồm axit malic, axit tartaric, axit citric, axitascorbic Trong đó, hàm lượng axit tartaric và axit malic chiểm tỷ lệ lớn (~ 90%hàm lượng các axit hữu cơ) Theo nghiên cứu được thực hiện thì trong nho chứalượng axit malic từ 0,38 – 29,9 g/L, axit tartaric từ 1,28 – 7,45 g/L, axit citric cóhàm lượng từ rất nhỏ đến khoảng 1,03 g/L, không phát hiện axit ascorbic [22]
Axit tartaric và axit malic thường có nồng độ cao nhất trong rượu vang sauquá trình lên men rượu Hai axit này đều có sẵn trong trong nho vào đầu mùa nhưngquá trình chuyển hóa của chúng khi nho chín và trong quá trình sản xuất rượu vangkhông giống nhau:
- Khi quả nho xanh, hàm lượng axit malic rất cao (> 20 g/kg) và giảm mạnhtrong quá trình chín Đây chính là một trong các chỉ số để xác định thời gian thu hoạchnho Axit malic cũng được chuyển hóa trong quá trình lên men thành axit lactic
Trang 18- Khác với axit malic, axit tartaric có hàm lượng đáng kể trong nho và khá ổnđịnh trong suốt quá trình chín Ngoài ra, trong quá trình lên men rượu vang, axittartaric ít bị chuyển hóa bởi các vi sinh vật Đây là axit tạo nên hương vị và chiếmhàm lượng lớn trong rượu vang Trong rượu vang, axit này tồn tại chủ yếu ở dạngmuối tartarat
*) Các axit là sản phẩm của quá trình lên men rượu
Axit succinic, axit axetic và axit lactic là các sản phẩm điển hình trong quátrình lên men rượu
- Axit succinic và axit citric là sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa men,chúng có hàm lượng rất nhỏ Axit succinic giúp ổn định rượu vang Tuy nhiên, axitsuccinic có vị đắng nên chỉ được giới hạn với nồng độ rất nhỏ để không ảnh hưởngtới vị đặc trưng của rượu vang Trong quá trình sản xuất rượu vang, có thể bổ sungcác axit hữu cơ khác như axit tartaric hoặc axit citric nhằm tạo môi trường pH thấp.Điều kiện pH thấp sẽ hạn chế sự phát triển của hầu hết vi khuẩn nên sẽ có tác dụngkháng khuẩn
- Axit axetic là axit dễ bay hơi, là sản phẩm phụ của quá trình lên men.Trong rượu vang, axit axetic chiếm hàm lượng nhỏ, tạo nên hương vị của rượuvang Hàm lượng axit axetic lớn hơn 300 mg/L sẽ gây vị chua làm mất hương vị củarượu vang Nồng độ axit axetic cao do sự xuất hiện của vi khuẩn axit lactic hoặc vikhuẩn axit axetic
- Axit lactic là kết quả của quá trình lên men axit malic nhờ vi khuẩn lactic(quá trình lên men malolactic)
Ngoài khả năng kháng khuẩn, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra các lợi ích của cácaxit hữu cơ có trong rượu vang đối với sức khỏe con người Cụ thể: axit ascorbic cókhả năng chống oxi hóa cao [24], axit citric chống lại sự phát triển của bệnh tiểuđường [23], axit citric và malic có tác dụng bảo vệ cơ tim [30]
Bên cạnh các axit chính yếu kể trên, trong quá trình lên men còn có thể cómột lượng nhỏ các axit khác như: axit butyric, axit formic, axit propionic…
Trang 19Bảng 1.1 Hàm lượng một số axit hữu cơ trong một số loại rượu vang [25]
1.2.2 Cấu tạo, tính chất vật lý, hóa học cơ bản
Axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang hầu hết có là axit có tính axit trungbình, nặng hơn nước và dễ nóng chảy
Bảng 1.2 Một số thông tin cơ bản về chất phân tích
Tên Công thức cấu tạo
Khối lượng phân tử (g/mol)
T nc
( o C)
Khối lượng riêng (g.cm -3 )
pK a
Tartaric
(C 4 H 6 O 6 )
OH HO
OH O
O OH
134,087
3,51;5,03
Trang 20(C 4 H 6 O 4 )
HO
OH O
HO
1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng các axit hữu cơ
1.2.3.1 Quy trình sản xuất
*) Quá trình lên men
Công đoạn quan trọng nhất trong sản xuất rượu vang là quá trình lên men.Lên men là một quá trình trao đổi chất, các chất hữu cơ chủ yếu là đường bị biếnđổi dưới tác dụng của các enzyme sinh vật Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trìnhlên men mà người ta chia các kiểu lên men khác nhau Dựa vào cơ chế phản ứng, cóthể chia lên men thành hai loại là lên men yếm khí và lên men hiếu khí
- Lên men yếm khí: Là sự biến đổi đường và các hợp chất hữu cơ thành cácchất đơn giản dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật trong điều kiện không có sựtham gia của oxi phân tử Loại lên men gồm lên men rượu, lên men lactic…
- Lên men hiếu khí: Là quá trình phân giải đường và các hợp chất hữu cơthành các chất đơn giản dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật trong điều kiện cóoxi Loại lên men này có lên men axetic, lên men citric…
Trong công nghiệp, người ta thường sử dụng các vi sinh vật khác nhau làmnguồn cung cấp enzyme và chuyển hóa các chất như: nấm men, vi khuẩn, nấm mốc
Dựa và đối tượng cung cấp hệ enzyme, người ta có thể chia lên men thành ba
Trang 21nhóm chính:
- Lên men nhờ nấm men: lên men rượu vang, bia…
- Lên men nhờ vi khuẩn: lên men lactic, lên men axetic…
- Lên men nhờ nấm mốc: lên men citric…
Do những đặc điểm khác nhau về nguồn enzyme từ các chủng loại vi sinhvật khác nhau, cơ chế của sự lên men rất đa dạng… nên các sản phẩm lên men cũngrất đa dạng và phong phú
*) Quá trình lên men rượu vang
Quá trình lên men rượu vang là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt củanấm men, chúng sẽ chuyển hóa đường lên men thành etanol và CO2 Đây là quátrình oxi hóa – khử có mặt các enzyme của nấm men Năng lượng sinh ra phục vụcho hoạt động sống của nấm men hoặc bị tiêu hao dưới dạng nhiệt Trong giai đoạnđầu phát triển và nhân lên, nấm men rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ Sự thayđổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng tới hoạt tính của nấm men Vì vậy, trong giai đoạnđầu của quá trình lên men rượu vang nên duy trì nhiệt độ 18 – 220C [1]
Quá trình lên men rượu chia làm hai thời kỳ chính:
- Thời kỳ phát triển sinh khối: giai đoạn này có sự góp mặt của oxy, tế bàonấm men phát triển sinh khối
- Thời kỳ lên men chuyển đường thành rượu và CO2: Gồm hai giai đoạn lênmen chính và lên men phụ Tại giai đoạn lên men chính, nấm men hấp thụ các chấtdinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình thực hiện xúc tác sinh họctrong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống, tạo thành rượu và CO2 theo sơ đồ sau:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 (1)
Ngoài sản phẩm thu hồi chính là rượu và CO2, giai đoạn này còn tạo ra nhiềuaxit hữu cơ như axit axetic, axit lactic, axit citric và axit succinic Trong đó, chủ yếu
là axit axetic và axit lactic
Axit axetic có thể được tạo thành do vi khuẩn axetic:
C2H5OH + O2 VK axetic CH3COOH + H2O (2)
Trang 22Axit lactic được tạo bởi pyrovat dehydronase theo phản ứng:
CH3COCOOH + NAD.H2 → CH3CH(OH)COOH + NAD (3)
Hoặc
CH2O(H2PO3)CH(OH)CHO + H2O → CH3CH(OH)COOH + H3PO4 (4)
Axit citric theo Laphon được tạo từ aldehyde axetic theo phương trình tổngquát sau:
9CH3CHO + 4H2O → (CH2COOH)2C(OH)COOH + 6CH3CH2OH (5)
Axit succinic được tạo thành có thể theo hai con đường: dehydro và trùnghợp hai phân tử axit axetic với một phân tử aldehyde axetic:
2CH3COOH + CH3CHO → COOHCH2CH2COOH + C2H5OH (6)
Sau khi kết thúc quá trình lên men chính, xuất hiện quá trình lên men phụ bởimột số loài vi khuẩn lactic tạo cho rượu vang hương vị đặc trưng và tạo cho rượuvang thành phẩm khả năng bảo quản nhất định Các vi khuẩn lactic có mặt trên bềmặt quả nho, xấp xỉ 100 tế bào/quả Các vi khuẩn này tiếp tục thực hiện các quátrình chuyển hóa axit malic thành axit lactic và axit citric thành axit axetic,dyaxetyl…
Axit malic được các vi khuẩn lactic chuyển hóa thành axit lactic theo phảnứng sau:
COOHCH2CH(OH)COOH VK lactic CH3CH(OH)COOH + CO2 (7)
Quá trình này được gọi là quá trình lên men malolactic Điểm đặc trưng nhấtcủa quá trình lên men malolactic là sự biến đổi của các axit hữu cơ, đặc biệt là axitmalic Nhiều nghiên cứu chỉ ra chất lượng rượu vang trải qua quá trình lên menmalolactic cao hơn hẳn khi không qua giai đoạn này [6, 7, 26]
Trang 23Hình 1.1 Quá trình trao đổi chất của các vi khuẩn lactic lên men dị hình [11]
*) Hệ vi sinh vật trong sản xuất rượu vang
Trên thế giới, rượu vang được sản xuất theo hai phương pháp sau [2, 5]:
- Phương pháp lên men bằng hệ vi sinh vật tự nhiên
- Phương pháp lên men bằng bổ sung vi sinh vật thuần khiết
a Phương pháp lên men bằng hệ vi sinh vật tự nhiên
Ở những nước có nghề sản xuất rượu vang truyền thống, người ta sử dụng hệ
vi sinh vật tự nhiên có trong quả nho Việc sử dụng hệ sinh vật tự nhiên này để sảnxuất rượu vang mang lại những ưu điểm:
- Không cần có giống vi sinh vật thuần khiết, do đó không đòi hỏi các kỹthuật cao, giảm thiểu chi phí đầu tư cho quá trình sản xuất
- Sản phẩm có hương vị đặc biệt vì quá trình tích lũy hương cho sản phẩmkhông chỉ lấy từ nguồn trái cây mà còn được tạo ra bởi vi sinh vật tự nhiên có ở tráinho và theo vào trong quá trình lên men
Tuy nhiên, việc sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiên cũng có các nhược điểm như:
- Chất lượng sản phẩm thường không ổn định và không kiểm soát được chấtlượng giống vi sinh vật ban đầu khi đưa lên men Ở những quốc gia, cơ sở sản xuấthay những gia đình có truyền thống sản xuất rượu vang nổi tiếng thì phương pháplên men bằng vi sinh vật tự nhiên vẫn được sử dụng Tuy nhiên, chất lượng rượu vang
Trang 24phụ thuộc vào kinh nghiệm trong các quá trình lựa chọn và phối trộn nguyên liệu.
- Tại nhiều nơi, người ta không rửa nho trước khi làm nát để tận dụng tối đalượng vi sinh vật có ở trái nho Họ tận dụng gần như 100% lượng nho không rửa đểlên men Ngoài ra, một số nơi chỉ sử dụng 1/2 hoặc 1/3 lượng nho dùng làm nguyênliệu sản xuất như một chất mang vi sinh vật tự nhiên vào lên men Còn 1/2 hay 2/3khối lượng còn lại được rửa sạch trước khi được nghiền nát cùng khối lượng trên
- Việc làm này chỉ có hiệu quả tốt và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm khingười trồng không sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu, phân bón hóa học nếu không sẽgây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của người tiêu dùng
Những nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy, trong hệ vi sinh vật tựnhiên dùng trong sản xuất theo phương pháp này có 76 – 90% là nấm sợi, 9 – 22%
là nấm men, số còn lại là xạ khuẩn và vi khuẩn Các loài nấm men cạnh tranh nhau,chỉ có các loài có khả năng đồng hóa đường nhanh tạo độ cồn cao mới dần dầnchiếm ưu thế ở giai đoạn lên men
Dịch nước nho có pH thấp (từ 2,7 – 3,8) thường không thích hợp cho vikhuẩn phát triển Đây là điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiêntrong sản xuất
Ở Việt Nam, phương pháp lên men tự nhiên chỉ được ứng dụng tại các cơ sởsản xuất rượu vang ở vùng nho Ninh Thuận
b Phương pháp lên men rượu vang bằng bổ sung vi sinh vật thuần khiết
Hiện nay, phương pháp bổ sung nấm men trong quá trình lên men được các
cơ sở sản xuất rượu vang lựa chọn thay thế lên men tự nhiên vì ổn định chất lượngrượu vang
Các chủng nấm men thuần khiết có sự khác nhau về tốc độ sinh trưởng,khoảng nhiệt độ thích hợp để lên men, khả năng tạo cồn và chịu cồn, khả năng chịuđược pH thấp cũng như khả năng kết lắng (tạo thành dạng bông hoặc dạng bụi) Cácloại nấm men thuần khiết được sử dụng nhiều trong sản xuất rượu vang thuộc giống
Saccharomyces.
Trong sản xuất rượu vang, người ta thường sử dụng các chủng nấm men
thuần khiết sau:
Trang 25Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae thường được sử dụng để lên men rượu vang, bia,bánh mỳ Tế bào hình elip hoặc tròn, có kích thước trung bình (3 – 8) x (5 – 12) µm.Chủng nấm men này có thể lên men glucose, fructose, galactose, 1/3 raffinose,maltose và các dextrin đơn giản Đây là chủng nấm men chịu được độ đường cao vàcho độ rượu cao
Saccharomyces vini
Đây là chủng nấm men phổ biến trong nước quả, chiếm tới 80% trong tổng
số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men Tế bào của chúng hình oval, kíchthước khoảng (3 – 8) x (5 – 12) µm, sinh sản kiểu nẩy trồi và tạo bào tử.Saccharomyces vini sinh ra enzyme invertase có khả năng chuyển đường saccarose
thành fructose và glucose, lượng rượu tạo thành từ 8 – 10% thể tích Ở giai đoạn
cuối lên men, Saccharomyces vini kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu Các nòicủa giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sulphite, tổng hợp các cấu
tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt
Saccharomyces uvarum
Được tách từ nước nho, rượu và nước quả phúc bồn tử lên men tự nhiên.Chúng có hình thái rất giống các loài nấm men có khả năng lên men cồn khác,nhưng khả năng tạo bào tử của chúng cao hơn rất nhiều các loài nấm men khác.Trong quá trình lên men, chúng có khả năng tạo được lượng cồn rất cao, có thể đạt
được lượng cồn trong dịch lên men 12 – 13% thể tích.
Saccharomyces oviformis
Saccharomyces oviformis là nấm men có khả năng lên men dịch đường đểtạo thành lượng cồn rất cao (có thể lên đến 18% thể tích) Chúng có hình thái giốngSaccharomyces vini Vì vậy, nấm men này có khả năng chịu được đường cao, cồncao, lên men kiệt đường; ứng dụng nòi thuần chủng giống này lên men dịch quả cóhàm lượng đường cao để sản xuất vang khô cho kết quả tốt
1.2.3.2 Các yếu tố môi trường tại vùng nguyên liệu sản xuất
Chất lượng rượu vang chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi chất lượng nho Tại mỗivùng nguyên liệu trồng nho, các yếu tố như: điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu (nhiệt
Trang 26độ, lượng mưa…) gây ra các ảnh hưởng đáng kể bởi sự thay đổi của quá trình traođổi chất trong cây dẫn đến sự thay đổi về thành phần và hàm lượng các chất trongquả nho Điều này tạo nên sự đặc trưng cho hương vị của rượu vang tại các vùngnguyên liệu khác nhau [12].
Cụ thể, ở những vùng có nhiệt độ cao, hàm lượng axit tartaric tương đối ổnđịnh tuy nhiên hàm lượng axit malic phụ thuộc chặt chẽ vào độ chín của quả nho vànhiệt độ môi trường Hàm lượng axit malic trong quả nho ở vùng có khí hậu ấmthấp hơn so với những vùng có nhiệt độ cao cao hơn Ở những vùng có nhiệt độcao, tổng axit trong nho thấp hơn làm độ pH của nho cao hơn, hàm lượng đườngcao hơn, quả nho không thích hợp để sản xuất rượu vang Do đó, khi sử dụngnguyên liệu từ những vùng này để sản xuất rượu vang thì các cơ sở sản xuất cần bổsung các axit hữu cơ như: axit tartaric, axit citric nhằm tạo môi trường pH thấp
1.2.4 Chỉ tiêu chất lượng rượu vang
Chất lượng rượu vang được đánh giá theo TCVN 7045:2013 do Ban kỹ thuật
tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F9 Đồ uống biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo
lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố có các yêu cầuvới sản phẩm qua chỉ tiêu cảm quan, chỉ tiêu hóa học, chất nhiễm bẩn Trong đó, giátrị độ axit dễ bay hơi, meq/l sản phẩm ≤ 20 (trong đó 1 meq tương đương 60 mgaxit axetic) Hiện nay, chưa có các quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật ban hành vềgiới hạn cho phép của các axit hữu cơ khác có trong rượu vang
1.3 Tổng quan về một số vùng sản xuất rượu vang
1.3.1 Tổng quan về vùng sản xuất rượu vang Ninh Thuận
Ninh Thuận được biết đến là vùng nguyên liệu nổi tiếng của nước ta Khí hậuNinh Thuận khắc nghiệt nhưng rất thuận lợi cho nho, táo, tỏi Đây là những loạicây trồng có khả năng chịu hạn tốt, chonăng suất và hiệu quả kinh tế cao Trong đó,nho là cây tạo ra giá trị cao nhất
Theo số liệu thống kê của Cục Thống kê tỉnh Ninh Thuận năm 2019, tổngdiện tích nho trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận ước tính đạt 1.220 ha, cho sản lượng25,4 nghìn tấn trên năm Nho Ninh Thuận được các nhà máy sản xuất rượu vangtrên cả nước sử dụng để sản xuất rượu vang
Trang 271.3.1.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Ninh Thuận
Ninh Thuận là tỉnh cực Nam Trung Bộ, có tổng diện tích tự nhiên là 3.358
km2 Nằm trên tọa độ địa lý: 11018’14” đến 11009’15” vĩ độ Bắc và từ 108009’08”đến 109014’25” kinh độ Đông
Ninh Thuận được bao bọc bởi ba mặt núi và một mặt biển Phía Tây là vùngnúi cao giáp với Đà Lạt, phía Bắc và phía Nam có hai dãy núi cao lấn ra sát biển
Có ba dạng địa hình chính là miền núi, đồng bằng, vùng ven biển Địa hình tươngđối dốc và có hướng thấp dần từ Tây sang Đông và từ Tây Bắc xuống Đông Nam
1.3.1.2 Điều kiện về khí tượng, thủy văn
a Điều kiện về khí tượng
Nhiệt độ
Nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm, tuy nhiên khí hậu Ninh Thuận lại
có những nét rất đặc biệt Ninh Thuận có nền nhiệt độ cao quanh năm, nhiệt độtrung bình năm là 27,70C, tổng nhiệt độ trên 9.4000C và cao nhất cả nước
Độ ẩm
Năm 2019, độ ẩm không khí trung bình tỉnh Ninh Thuận đo được tại trạmquan trắc là 76% Tháng 12, độ ẩm không khí ở mức thấp nhất (70%) Độ ẩm trungbình thay đổi giữa các tháng ít
Chế độ gió
Chế độ gió tín phong với 2 hướng gió chính Đông Bắc và Tây Nam Gió Tây
Trang 28Nam khô nóng xuất hiện từ tháng 3 đến tháng 9.
b Điều kiện về thủy văn
Lưu vực các sông chính có tổng chiều dài 430 km, gồm 2 hệ thống sôngchính:
- Hệ thống sông Cái dài 105 km và các sông nhánh bao gồm: sông Mê Lam,sông Sắt, sông Ông, sông Chá ở vùng trung lưu (thuộc huyện Ninh Sơn), sông La,sông Quao ở miền hạ lưu (thuộc huyện Ninh Phước)
- Hệ thống các sông suối nhỏ: phân bố ở phía Bắc và phía Nam tỉnh, sôngQuán Thẻ (Ninh Phước), sông Trâu, sông Bà Râu (Ninh Hải)
Nhìn chung, các hệ thống sông ngắn đều bắt nguồn và kết thúc trong nộitỉnh Tỉnh có Đầm Nại với diện tích 650 ha đã và đang khai thác đưa vào nuôi trồngthủy hải sản, ngoài Đầm Nại còn có khá nhiều đầm, hồ nhỏ khác
1.3.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng
a Đặc điểm địa chất
Địa chất của tỉnh thuộc nền địa chất granit, phức hệ Đèo Cả – Đơn Dương,giàu khoáng sản phi kim loại, nhất là nguyên vật liệu xây dựng Thổ nhưỡng là tổhợp 24 tổ đất với phần lớn là đất đỏ và nâu vàng (đất núi feralit), có chiều sâu phonghóa dày
Địa chất trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận biến đổi rất phức tạp theo cao độ địahình như sau:
- Vùng cát nằm dọc theo bờ biển, phía trên là lớp cát dày hàng chục mét, phíadưới là lớp san hô, vỏ nghêu sò, tiếp đó là lớp san hô cứng chắc
- Vùng đồng bằng Phan Rang phía trên là lớp đất bồi tích trẻ và cổ dày trên1m, kế đến là lớp cát dày từ 10 – 12 m, sau đó là lớp đá gốc
- Vùng bán sơn địa phía trên là lớp đất xám, phía dưới là lớp sỏi sạn và dưới
là lớp đá gốc Càng vào sát chân núi, tầng đất càng mỏng dần, nhiều nơi đá gốc lộthiên cả một vùng rộng lớn
b Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng
Theo kết quả nghiên cứu của Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp,trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận được phân ra 8 nhóm đất cơ bản Diện tích và tỉ lệ
Trang 29diện tích của các nhóm đất được tổng hợp trong bảng sau.
Bảng 1.3 Tổng hợp diện tích theo các nhóm đất
5 Nhóm đất đỏ xám nâu
*) Nhận xét: Nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm, tuy nhiên khí hậu
Ninh Thuận lại có những nét rất đặc biệt, được xếp vào chế độ nhiệt đới điển hìnhvới các đặc trưng: có nền nhiệt độ cao đều quanh năm, lượng mưa nhỏ, lượng bốchơi lớn, gió nhiều, độ ẩm không khí thấp, không có mùa đông và sương muối
1.3.2 Tổng quan về một số vùng sản xuất rượu vang trên thế giới
Vùng nguyên liệu Central Valley, Chi Lê
- Tọa độ địa lý: từ 30 – 38 vĩ độ Nam, độ cao so với mực nước biển: 400 – 1000 m
- Khí hậu ôn đới, ban ngày nhiệt độ cao, thường nắng nóng gay gắt Nhiệt độban đêm giảm mạnh ở các khu vực gần dãy núi
- Nhiệt độ trung bình hàng năm: 300C
- Lượng mưa trung bình hàng năm: 375 mm
- Địa hình: Thung lũng, nằm giữa dãy núi duyên hải Thái Bình Dương vàdãy Andes
- Thổ nhưỡng: Đá vôi, sét, phù sa ven sông
- Nước tưới: Có nhiều con sông chảy qua thung lũng
Vùng nguyên liệu Bordeaux, Pháp
- Tọa độ địa lý: từ 44,5 – 45,5 vĩ độ Bắc, độ cao so với mực nước biển: 0 – 100 m
- Khí hậu: ôn đới hải dương Có sự khác biệt về nhiệt độ và lượng mưa từnăm này qua năm khác Mùa đông khí hậu dễ chịu, mùa hè nóng
- Nhiệt độ trung bình hàng năm: 20,50C
- Lượng mưa trung bình hàng năm: 900 mm
Trang 30- Địa hình tương đối bằng phẳng.
- Thổ nhưỡng: Cấu trúc địa chất chính là đá vôi
- Nước tưới: Sông Garonne và Dordogne cung cấp đầy đủ nước tưới đồngthời tạo nên một vùng khí hậu mát mẻ cho khu vực
Vùng nguyên liệu Catalunya, Tây Ban Nha
- Tọa độ địa lý: từ 41 – 43,5 vĩ độ Bắc, độ cao so với mực nước biển khoảng 70 m
- Khí hậu phức tạp, khí hậu cận nhiệt đới (Địa Trung Hải) ở vùng cao nguyênCatalunya và khí hậu ôn đới ở phía bờ biển
- Nhiệt độ trung bình hàng năm: 220C
- Lượng mưa trung bình hàng năm: 1200 mm
- Địa hình tương đối bằng phẳng
- Thổ nhưỡng: Chủ yếu là đá vôi, còn lại là cát kết và sét vôi
- Nước tưới: Có nhiều sông nhỏ
1.4 Các phương pháp phân tích axit hữu cơ mạch ngắn trong rượu vang
1.4.1 Phương pháp sắc ký lỏng
Sắc ký lỏng hiệu năng cao là phương pháp sắc ký lỏng (LC) thường được sửdụng trong phân tích axit hữu cơ mạch ngắn Quá trình tách chất của phương phápxảy ra trên cột tách với pha tĩnh là chất rắn và pha động là chất lỏng Mẫu phân tích
ở pha động (pha lỏng) được chuyển tới cột tách Khi tiến hành phân tích sắc ký, cácchất phân tích được phân bố liên tục giữa pha động và pha tĩnh, do cấu trúc phân tử
và tính chất lý hóa của các chất phân tích khác nhau nên khả năng tương tác củachúng với pha tĩnh và pha động khác nhau Do vậy, chúng di chuyển với tốc độkhác nhau và tách ra khỏi nhau tại cột Có nhiều công trình nghiên cứu của nhiềutác giả khác nhau về axit hữu cơ bằng phương pháp này như:
Trong nghiên cứu của Alicia Robles và các cộng sự đã sử dụng sắc ký phađảo kết hợp detector đo độ dẫn phân tích đồng thời tám axit hữu cơ có trong rượuvang đỏ Thời gian phân tích mẫu khoảng 13 phút, sử dụng pha động là hỗn hợpacetonitril – KH2PO4 0,01M ở pH = 2,75 ở chế độ đẳng dòng Ngoại trừ axitascorbic được xác định ở bước sóng 243nm còn các axit còn lại được xác định ởbước sóng 210 nm [28]
Trang 31Sắc ký lỏng hiệu năng cao sử dụng detector UV – Vis đơn bước sóng và chỉ
số khúc xạ RI (Reflective index) có thể phân tích đồng thời axit, đường, rượu cho
độ chính xác cao [9]
Kritsunankul và các cộng sự đã sử dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
sử dụng detector mảng diot (DAD) và detector khúc xạ (RID) để xác định đồng thờicác axit hữu cơ (axit tartaric, malic, citric, axetic, lactic), đường trong rượu vang vànước ép nho; cho độ thu hồi từ 76 – 106%, giới hạn phát hiện từ 0,003 – 0,044 g/L
và giới hạn định lượng từ 0,008 – 0,1999 g/L Phương pháp này xác định được hàmlượng của 6 axit hữu cơ (axit tartaric, malic, citric, axetic, lactic) trong 4 mẫu rượuvang tại bước sóng 210 nm Hàm lượng của từng axit như sau: axit tartatic (0 –
1381 mg/L), axit malic (0 – 2482 mg/L), axit succinic (0 – 545 mg/L), axit citric(494 – 654 mg/L), axit axetic (149 – 2605 mg/L) và axit lactic (563 – 2875 mg/L)[17, 18]
Ngoài ra, năm 2009, Kelebek cùng cộng sự đã công bố cách xác định axitmalic, citric, ascorbic trong rượu vang làm từ cam bằng phương pháp HPLC sửdụng đầu dò DAD Sử dụng hệ thống HPLC (LC – 10A HPLC Series, Shimadzu,Kyoto, Nhật Bản) và máy dò UV – Vis (SPD – 20A) được theo dõi ở bước sóng
210 nm Hàm lượng axit malic, citric, ascorbic xác định được trong mẫu rượu vanglần lượt là 6,03 g/L; 0,23 g/L; 0,34 g/L [16]
Sắc ký lỏng hiệu năng cao là phương pháp có nhiều ưu điểm trong tách vàphân tích đồng thời các axit hữu cơ Khi sử dụng các phương pháp làm giàu mẫu sẽcho giới hạn phát hiện tương đối thấp Tuy nhiên, việc vận hành thiết bị tương đốiphức tạp, giá thành thiết bị khá cao và sử dụng pha động yêu cầu các hóa chất có độtinh khiết cao làm cho chi phí phân tích khá cao và định tính khó khăn khi phân tíchchất trong nên mẫu phức tạp
1.4.2 Phương pháp sắc ký khí
Sắc ký khí (GC) là phương pháp tách chất trong đó pha động là chất khí (đượcgọi là khí mang) và pha tĩnh chứa trong cột là chất rắn hoặc chất lỏng phủ trên bề mặtchất mang trơ dạng rắn hay phủ đều trên thành phía trong của cột Khi tiến hành phântích sắc ký, các chất phân tích được phân bố liên tục giữa pha động và pha tĩnh, do
Trang 32cấu trúc phân tử và tính chất lý hóa của các chất phân tích khác nhau nên khả năngtương tác của chúng với pha tĩnh và pha động khác nhau Do vậy, chúng di chuyểnvới tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau tại cột Sắc ký khí thường được sử dụngđối với các hợp chất dễ bay hơi có nhiệt độ bay hơi nhỏ hơn 350oC.
Các axit hữu cơ trong rượu vang hầu hết là các axit không dễ bay hơi nên sắc
ký khí ít được sử dụng Nếu dùng phương pháp này cần cô lập axit trước khi tạo dẫnxuất bằng cách tạo kết tủa với muối chì hoặc dùng nhựa trao đổi ion [20]
Ngày nay có thể phân tích trực tiếp axit hữu cơ trong rượu vang bằng sắc kýkhí sử dụng detector khối phổ Sắc ký khí kết hợp với detector khối phổ (GC – MS)được Jurado Sanchez và cộng sự sử dụng để phân tích trực tiếp 29 axit hữu cơ saukhi chiết pha rắn liên tục Sử dụng detector khối phổ cho giới hạn phát hiện thấp(LOD) từ 0,278 – 0,711 µg/L, độ thu hồi các axit hữu cơ trong các mẫu rượu vangtại các nồng độ khác nhau từ 93 – 98% Với các mẫu rượu vang được lựa chọn, xácđịnh được 10 loại axit trong 29 loại axit hữu cơ Hàm lượng axit hữu cơ thay đổiphụ thuộc vào loại rượu vang, cụ thể: xác định được các axit hữu cơ axit malic, axitcitric, axit lactic, axit succinic, axit axetic trong các mẫu rượu vang trắng và axitlactic, axit citric, axit axetic trong các mẫu rượu vang đỏ [15]
1.4.3 Phương pháp điện di mao quản
Điện di mao quản (CE) là phương pháp tách chất dựa trên sự di chuyển khácnhau của các phần tử chất (chủ yếu là các ion mang điện tích) trong dung dịch chấtđiện ly có chất đệm pH dưới tác dụng của điện trường E nhất định được sinh ra dothế V
Phương pháp này có đặc điểm là xử lí mẫu đơn giản, phân tích đồng thời,cho độ nhạy, độ phân giải cao, thời gian phân tích ngắn hơn so với phương pháp sắc
ký Một số phương pháp để xác định axit hữu cơ trong rượu vang bằng điện di maoquản là:
Năm 2011, Stella Rovio và các công sự đã nghiên cứu ứng dụng điện di maoquản kết hợp với detector quang để xác định các cation kim loại, anion, axit hữu cơtrong một số loại rượu vang đỏ ở vùng Pinot Noi [27] Theo A Castineira và các cộng
sự đã ứng dụng phương pháp điện di mao quản kết hợp với detector UV trực tiếp (CE
Trang 33– UV), sử dụng đệm photphat ở pH = 6,5 để phát hiện năm axit hữu cơ thường cótrong rượu vang là axit tartaric, malic, axetic, succinic và lactic, thời gian phát hiện là
6 phút, phân tích định lượng cho độ thu hồi từ 98 – 107%, giới hạn phát hiện từ 0,015– 0,054 mg/L Kết quả phân tích hàm lượng các axit hữu cơ trong các mẫu rượu vangRibeira Sacra là axit tartaric (866 – 1987 mg/L), axit malic (0 – 2844 mg/L), axitsuccinic (398 – 897 mg/L), axit lactic (452 – 3784 mg/L) và trong các mẫu rượu vangBieo là axit tartaric (772 – 1819 mg/L), axit malic (0 – 1513 mg/L), axit succinic (389– 646 mg/L), axit axetic (214 – 553 mg/L), axit lactic (179 – 4037 mg/L) [27]
Ngoài ra, R.G Peres và các cộng sự đã nghiên cứu phương pháp điện di maoquản kết hợp phát hiện UV gián tiếp sử dụng đệm ở pH = 3,6 để phát hiện sự hấpthụ ở bước sóng 254 nm cho giới hạn phát hiện (LOD) từ 0,64 – 1,55 mg/L và giớihạn định lượng (LOQ) từ 2,12 – 5,15 mg/L Kết quả phân tích 23 mẫu rượu vangđược sản xuất tại Brazil cho thấy hàm lượng các axit hữu cơ thay đổi đáng kể Cácaxit tartaric, axit succinic, axit axetic, axit lactic được phát hiện thấy trong tất cả cácmẫu rượu vang Axit malic được tìm thấy trong 06 mẫu rượu vang gồm 1 mẫu rượuvang pha trộn, 2 mẫu rượu vang đỏ và 3 mẫu rượu vang trắng Chỉ phát hiện axitcitric trong 01 mẫu rượu vang loại rẻ tiền [10]
Theo Mato và các cộng sự đã sử dụng phương pháp điện di mao quản vùngkết hợp với đầu dò phát hiện UV trực tiếp (CZE – UV) để xác định các axit hữu cơchính trong rượu vang và nước ép nho Việc áp dụng phương pháp trên giúp xácđịnh hàm lượng các axit tartaric, axit malic, axit citric trong nước ép nho và axittartaric, axit malic, axit succinic, axit citric, axit axetic, axit lactic dưới 3 phút [21]
Hiện nay, chưa có nhiều nghiên cứu phân tích về việc sử dụng detector C4D
để phân tích hàm lượng các axit hữu cơ
Trong nghiên cứu của Mai Thanh Đức và các cộng sự (2016) đã xác địnhđồng thời các anion và cation trong các loại nước giải khát và thực phẩm bằng thiết
bị điện di mao quản có ba kênh độc lập với detector C4D Điều kiện để xác định cácanion hữu cơ được lựa chọn: mao quản silica có chiều dài 70 cm, chiều dài hiệudụng 54 cm; dung dịch điện li nền 90 mM His/MES; chất bổ trợ 20 mM CTAB;hiệu điện thế 15kV Giới hạn phát hiện của các anion hữu cơ trong nghiên cứu như:
Trang 34oxalate, formate, tartarate, malate, succinate, citrate, pyruvate, acetate, lactate,ascorbate lần lượt là: 1,5; 2,8; 1,4; 1,8; 1,9; 4,2; 10; 5,5; 10; 20 µM Độ lệch chuẩntương đối cho diện tích pic (%RSD từ 3,4 – 5,6%) và độ lệch chuẩn tương đối chothời gian di chuyển (%RSD từ 0,9 – 1,9%) [19] Tuy nhiên, trong nghiên cứu nàyquy trình phân tích chỉ ở mức minh họa cho hoạt động của thiết bị, chưa tối ưu.
Tổng kết lại, có nhiều phương pháp để xác định axit hữu có trong mẫu rượuvang như: sắc kí khí, sắc kí lỏng, điện di mao quản Đối với các phương pháp sắc kíviệc sử dụng các detector thích hợp cho giới hạn phát hiện và giới hạn định lượngthấp, hiệu suất thu hồi và độ lặp lại cao Tuy nhiên, phương pháp điện di mao quản
có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp phân tích khác: giới hạn phát hiện vàgiới hạn định lượng thấp, độ thu hồi cao, đặc biệt giá thành thiết bị phù hợp hơncũng như chỉ cần sử dụng một lượng mẫu nhỏ và tối giản hóa quá trình chuẩn bịmẫu Vì vậy, điện di mao quản sử dụng detector C4D là phương pháp thích hợpdùng để xác định các axit hữu cơ có trong mẫu rượu vang
1.5 Giới thiệu về phương pháp điện di mao quản
Điện di mao quản là phương pháp tách chất dựa trên cơ sở di chuyển khácnhau của các phần tử chất trong dung dịch đệm dưới tác dụng của điện trường.Phương pháp này được nghiên cứu và phát triển đầu tiên vào năm 1930, bởi mộtnhà nghiên cứu người Thụy Điển ở trường đại học Uppsala Cho đến nay, nó ngàycàng được phát triển và ứng dụng trong nhiều ngành khoa học, đặc biệt trong cáclĩnh vực y học, sinh học, địa chất và môi trường Có nhiều kĩ thuật khác nhau sửdụng trong phương pháp CE Trong đó, phương pháp điện di mao quản vùng(CZE), đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất do đơn giản trong vận hành
và hiệu quả trong phân tích Trong nghiên cứu này, thuật ngữ CE được hiểu là CZE
Theo phương pháp CE, các ion trong mao quản di chuyển với tốc độ khácnhau theo công thức [8]:
v i=μ i E= q
6 r .
V
L (8)
Trong đó: - vi: tốc độ di chuyển của ion;
- µ: độ linh động điện di;
Trang 35- E: cường độ điện trường;
- q: điện tích ion;
- : độ nhớt của dung dịch;
- r: bán kính hydrat;
- V: hiệu điện thế áp vào 2 đầu mao quản
- L: chiều dài mao quản
1.5.1 Cấu tạo của hệ điện di mao quản
Phương pháp điện di mao quản sử dụng nguồn điện thế cao (cỡ hàng kV) đểtạo ra điện trường áp vào mao quản hẹp (đường kính trong 10 – 150 µm), dưới nềndung dịch chất điện ly và pH thích hợp, các chất phân tích tích điện, do độ điện dikhác nhau nên sau một thời gian xác định chúng sẽ tách ra khỏi nhau Sử dụngdetector để theo dõi và ghi lại sự có mặt của chất phân tích
Trên cơ sở nguyên tắc của CE, 1 hệ thiết bị CE cơ bản được mô tả như tronghình 1.2
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bị điện di mao quản (CE)
1.5.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp điện di mao quản
Trang 36thuận với điện tích ion (q) và tỷ lệ nghịch với độ nhớt của dung dich đệm điện di() và bán kính hydrat hóa của hạt mang điện (r)
Tức là, trong một điện trường E nhất định, chất nào có điện tích lớn và kíchthước nhỏ sẽ di chuyển nhanh; các chất mang điện có cùng điện tích thì chất nào cókích thước nhỏ sẽ di chuyển nhanh hơn; các chất mang điện có cùng bán kính, chấtnào điện tích lớn sẽ di chuyển nhanh hơn
1.5.2.2 Dòng điện di thẩm thấu (EOF)
Trong dung dịch đệm, thành trong của mao quản hình thành một lớp điệnkép có lớp khuếch tán có thể di chuyển được Khi đặt một điện áp cao vào hai đầucủa mao quản, các ion di chuyển có hướng về phía điện cực trái dấu Trong dungdịch đệm, các ion tích điện dương sẽ di chuyển về phía cực âm (catot) và ngược lạiion mang điện âm sẽ chuyễn động về phía cực dương (anot) Sự di chuyển của cácion có điện tích dương kéo theo sự di chuyển của nước hydrat hóa sẽ kéo theo lớpkhuếch tán của lớp điện kép được gọi là dòng điện di thẩm thấu
v EOF=μ EOF E= ε ξ
4 (9) Trong đó: - : là hằng số điện môi của dung dịch đệm
- : là thế zeta của lớp điện tích kép
Ở pH 4 – 9, sinh ra dòng EOF, làm cho phần tử mang điện di chuyển về cựctrái dấu Đối với dòng EOF thông thường thì phần tử mang điện dương sẽ di chuyểncùng chiều với dòng EOF về phía cực âm, trong khi đó sự di chuyển của các anion
bị dòng EOF cản trở
Hình 1.3 Tốc độ di chuyển của các anion dưới tác dụng của dòng EOF
1.5.2.3 Detector thường dùng trong phương pháp điện di mao quản
Tùy thuộc vào từng mục đích cũng như tính chất (vật lí, hóa lí, hóa học) của
Trang 37chất phân tích mà sử dụng các loại detector như: detector quang học (hấp thụ, huỳnhquang), detector khối phổ và detector điện hóa (đo thế, độ dẫn) Đối với thiết bị lấy
và đo mẫu hiện trường thì sử dụng detector đo độ dẫn được ưu tiên vì có thể thiết kếnhỏ gọn độ nhạy cao và khoảng đo rộng Detector đo độ dẫn không tiếp xúc kiểu tụđiện (C4D) là detector có những đặc điểm đó, đặc biệt là đáp ứng được với tất cảhợp phần mang điện và có thể sản xuất được tại Việt Nam Trong những năm gầnđây, detector đo độ dẫn không tiếp xúc là detector được sử dụng phổ biến
Nghiên cứu này sẽ xây dựng phương pháp phân tích axit hữu cơ mạch ngắntrong mẫu rượu vang bằng phương pháp điện di mao quản sử dung detector đo độdẫn không tiếp xúc kiểu tụ điện (CE- C4D)
Cấu tạo của detector C4D gồm 2 điện cực được nối tiếp đồng trục đặt bênngoài mao quản chức dung dịch cần đo [32] Khi đó, hai điện cực như hai tụ điệncòn mao quản chứa dung dịch cần đo đóng vai trò là điện trở Khi ta áp vào điệncực thứ nhất (điện cực kích thích) một nguồn điện xoay chiều (V) với tần số (f) xácđịnh thì tại điện cực thứ hai (điện cực thu tín hiệu) ta thu được tín hiệu đo cường độdòng điện xoay chiều (I) tỉ lệ thuận với nguồn điện kích thích (V) Tín hiệu đó đượcchuyển đổi, khuếch đại thành tín hiệu số hóa trước khi được hiển thị ra máy tínhnhờ phần mềm eDAQ Chart hay PicoLog
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo chung của dectector C 4 D
Trang 38Có thể nhận thấy rằng, detector C4D có cấu tạo đơn giản mà lại có những ưuđiểm như tránh được sự ăn mòn và hỏng điện cực (vì điện cực không tiếp xúc trực tiếpvới dung dịch đo); có thể đặt ở bất cứ vị trí nào dọc theo cột phân tích; sử dụng đượcvới mọi mẫu phân tích có mang điện; có thể thu nhỏ, tự sản xuất được ở Việt Nam…
1.6 Yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách chất trong phương pháp điện
di mao quản
Từ công thức (8) ta thấy rằng có ba yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình tách
khi sử dụng phương pháp điện di mao quản là:
1.6.1 Dung dịch điện li nền
Lựa chọn dung dịch điện li nền (BGE) là yếu tố quyết định tới kết quả phântách của chất phân tích Dung dịch điện li nền lên quan tới độ nhớt của dung dịchđệm điện di () và pH của BGE quyết định độ lớn của dòng EOF
Dung dịch đệm điện di thường sử dụng là hệ dung dịch đệm gồm một hợpphần có tính axit và hợp phần còn lại có tính bazơ Với các đối tượng phân tích khácnhau cần lựa chọn hệ đệm khác nhau với nồng độ và pH xác định để hiệu quả phântích là tốt nhất
1.6.2 Điện thế tách
Áp điện thế cao vào hai đầu mao quản sinh ra điện trường tạo ra động lựccho các chất mang điện tách ra khỏi nhau Nếu điện thế tách (E) cao, tốc độ dichuyển của chất mang điện lớn nên thời gian phân tích nhanh, nhưng diện tích picthu hẹp lại và kèm theo hiệu ứng nhiệt Ngược lại khi E thấp, tốc độ di chuyển củacác chất mang điện thấp, thời gian phân tích dài hơn, nhưng chân pic kéo giãn ra vàtăng diện tích pic Do đó cần khảo sát để tìm điện thế tách mà khi đó quan sát đượccác pic của các chất phân tích tách tốt ra khỏi nhau
1.6.3 Lượng mẫu đi vào mao quản
Ngoài hai điều kiện trên thì còn yếu tố ảnh hưởng nữa đó là lượng mẫu đivào mao quản Lượng mẫu nhỏ thì diện tích pic nhỏ, khả năng phát hiện chất sẽthấp Ngược lại, lượng mẫu đủ lớn thì diện tích pic lớn và khả năng phát hiện chất
sẽ cao hơn
1.7 Các thông số đánh giá trong phương pháp điện di mao quản
Trang 39Diện tích pic và độ phân giải là hai yếu tố được xem xét để định lượng trong
CE Diện tích pic tỉ lệ với nồng độ chất phân tích đi qua detector Dựa vào giá trịdiện tích pic, có thể xác định được nồng độ của chất phân tích có trong mẫu
Trong đó: - S: diện tích pic
- k: hệ số tỉ lệ
- C: nồng độ chất phân tíchViệc xác định diện tích pic được thực hiện đơn giản nhờ các phần mềm ghi
dữ liệu và tín hiệu từ detector (eDAQ Chart)
Trong khi đó, độ phân giải thể hiện khả năng phân tách của hai pic gần nhau
Độ phân giải được xác định bằng công thức sau:
R ij=2(ti-tj)
wi+ wj (11)Trong đó: - ti và tj: thời gian di chuyển của hai chất i và j (ti> tj)
- wi và wj: độ rộng đáy của hai pic chất i và jTheo lý thuyết, hai pic được coi là tách hoàn toàn khỏi nhau (với độ tin cậy95%) khi độ phân giải R ≥ 1,5
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng trong nghiên cứu là 07 axit hữu cơ mạch ngắn và 02 mẫu rượuvang bán thành phẩm (đang trong quá trình lên men) và 12 mẫu rượu vang thànhphẩm được sử dụng trong nghiên cứu
Thông tin các mẫu được thể hiện chi tiết tại bảng sau:
Bảng 2.1 Thông tin các mẫu được nghiên cứu
A Mẫu rượu vang bán thành phẩm
B Mẫu rượu vang thành phẩm
B1 Rượu vang được sản xuất trong nước
Trang 401 Rượu vang nho Hestia Mẫu 3 Phan Rang, Ninh Thuận
Ninh Thuận
Ninh Thuận
B2 Rượu vang nhập khẩu
Supérieur, France
*) Giới thiệu quy trình sản xuất 02 mẫu rượu vang của Cơ sở sản xuất kinh doanh Phan Rang Ngọc Trúc
Để đánh giá mối liên quan giữa hàm lượng các axit hữu cơ trong rượu vangvới quy trình sản xuất, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thu thập 02 mẫu rượu vang(được ký hiệu lần lượt mẫu 1, mẫu 2) đang trong quá trình lên men được sản xuấttại Cơ sở sản xuất kinh doanh Phan Rang Ngọc Trúc, có địa chỉ tại Phan Rang, tỉnhNinh Thuận, Việt Nam Mẫu 1 và mẫu 2 sử dụng cùng nguồn nguyên liệu, điều kiệnlên men nhưng có sự khác biệt trong quy trình sản xuất Cụ thể:
Quy trình sản xuất mẫu 1 (Rượu vang lên men bằng hệ vi sinh vật tự nhiên)