Ủ chín và ủ với gỗ sồi cho rượu vang bằng siêu âm

Quá trình ủ chín và ủ với gỗ sồi góp phần rất lớn vào hương vị và chất lượng cuối cùng của rượu vang. Cả hai quá trình đều được biết là mất nhiều thời gian, trong đó quá trình ủ chín thường kéo dài nhiều năm. Siêu âm là công nghệ có hiệu quả cao và nhanh chóng, giúp tăng cường quá trình ủ chín rượu vang và đẩy nhanh đáng kể các quá trình như chiết xuất các hợp chất từ gỗ sồi, vi oxy hóa và các quá trình hóa học (ví dụ: trùng hợp). Nhờ xử lý siêu âm, rượu vang non có thể được ủ chín chỉ trong vài phút thành rượu vang trưởng thành với hương thơm đặc trưng của rượu được ủ nhiều năm trong thùng gỗ sồi.

Tạo hương vị rượu vang từ gỗ sồi bằng phương pháp chiết xuất siêu âm

Các hợp chất phenolic liên quan đến vị chát và các hợp chất tạo hương, đều có nguồn gốc từ gỗ sồi, được chuyển vào rượu cực kỳ nhanh chóng khi áp dụng siêu âm trong quá trình ủ chín rượu vang. Siêu âm đã rút ngắn quá trình chiết xuất các hợp chất từ gỗ sồi xuống còn vài phút – so với nhiều năm ủ rượu vang trong thùng theo phương pháp truyền thống.

Ủ rượu vang với gỗ sồi bằng siêu âm

Để tăng cường quá trình ủ với gỗ sồi, dăm gỗ sồi hoặc thanh gỗ sồi được xử lý siêu âm trong rượu vang. Sóng siêu âm mở và phá vỡ thành tế bào của vật liệu gỗ, nhờ đó các hợp chất nội bào như tannin, phenol, furone, lacton, v.v. được giải phóng vào rượu vang nhờ hiện tượng xâm thực siêu âm. Do dao động siêu âm và hiện tượng xâm thực tạo ra dòng chảy rối mạnh và các dòng vi lưu, quá trình truyền khối giữa bên trong tế bào và dung môi xung quanh được tăng cường mạnh mẽ, giúp các phân tử sinh học (tức là các hợp chất tạo hương) được giải phóng hiệu quả và nhanh chóng. Vì xử lý siêu âm là phương pháp xử lý hoàn toàn cơ học nên không bổ sung bất kỳ hóa chất nào vào rượu vang.

So sánh chất lượng rượu vang được ủ chín theo phương pháp truyền thống và bằng siêu âm. Rượu vang được ủ chín bằng siêu âm đạt chất lượng cao nhất nhanh hơn đáng kể.
(đồ họa: ©Yıldırım và Dündar, 2017, phỏng theo Leonhardt và Morabito, 2007).

Siêu âm – Chỉ sử dụng lực cơ học

Siêu âm cường độ cao, tần số thấp tạo ra các điều kiện có mật độ năng lượng cao, với áp suất cao, nhiệt độ cao và lực cắt lớn. Các lực vật lý này thúc đẩy sự phá vỡ cấu trúc tế bào nhằm giải phóng các hợp chất nội bào vào môi trường. Ngoài ra, quá trình ủ chín rượu vang có hỗ trợ siêu âm thúc đẩy các quá trình vi oxy hóa và oxy hóa. Qua đó, xử lý siêu âm có kiểm soát có thể tác động tích cực đến các phản ứng hóa học trong rượu vang. Rượu vang được ủ chín bằng siêu âm đạt chất lượng cao nhất nhanh hơn đáng kể so với rượu vang được ủ chín theo phương pháp truyền thống. Hơn nữa, rượu vang được ủ chín bằng siêu âm có khả năng bảo toàn chất lượng cao hơn, nhờ đó rượu vang được xử lý siêu âm duy trì chất lượng cao nhất lâu hơn so với khi sử dụng quy trình ủ chín tiêu chuẩn.

Cơ chế phá vỡ thành tế bào (a) thành tế bào bị phá vỡ do hiện tượng xâm thực. (b) dung môi khuếch tán vào cấu trúc tế bào.
(Đồ họa phỏng theo Shirsath et al., 2012)

Ưu điểm của việc ủ chín rượu vang bằng siêu âm so với ủ chín trong thùng gỗ sồi

Ủ rượu vang trong thùng gỗ sồi là phương pháp truyền thống và phổ biến. Trong thùng gỗ sồi, quá trình oxy hóa diễn ra ở mức độ nhỏ trong suốt thời gian lưu trữ dài trong thùng. Thời gian lưu trữ rượu vang cao cấp thường kéo dài vài năm, do đó đây là một quá trình tốn kém. Trong quá trình trưởng thành trong thùng gỗ sồi, rượu vang tạo ra nhiều hương thơm độc đáo. Bên cạnh quá trình trưởng thành kéo dài nhiều năm và sự hao tổn thời gian đi kèm, chi phí mua và bảo dưỡng thùng gỗ sồi cũng cao. Các vi sinh vật không mong muốn như các loài nấm men (ví dụ: Brettanomyces và Dekkera) có thể làm nhiễm bẩn thùng rượu vang. Rượu vang bị nấm men làm hỏng được biết đến là có mùi và vị kém.
Do những nhược điểm này của phương pháp ủ với gỗ sồi trong thùng truyền thống, việc ủ rượu vang và ủ với gỗ sồi bằng siêu âm là một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí và đã được khoa học chứng minh cho phương pháp ủ trong thùng truyền thống. Xử lý siêu âm rút ngắn thời gian trưởng thành và cải thiện một số yếu tố chất lượng của rượu vang. Có thể áp dụng xử lý siêu âm ở nhiều giai đoạn khác nhau của quy trình sản xuất rượu vang, bao gồm ngâm chiết, chiết xuất polyphenol, cũng như ủ, làm trưởng thành và ủ với gỗ sồi. Các nghiên cứu khoa học và việc triển khai trong công nghiệp chứng minh tính hiệu quả của xử lý siêu âm trong sản xuất rượu vang, với những cải thiện lớn về rút ngắn thời gian ủ và sản xuất rượu vang chất lượng cao hiệu quả hơn.

Quá trình trưởng thành của rượu vang được tăng tốc bằng siêu âm: Nghiên cứu của GS. Th. Kleinschmidt cho thấy sự thay đổi có lợi của hương 3-Methyl-1Butanol trong rượu vang đỏ khi được xử lý siêu âm với sự hiện diện của dăm gỗ American Blend. (Thiết bị siêu âm UIP2000hdT, biên độ 43µm, diện tích bề mặt đầu phát siêu âm 9cm2)

Các nghiên cứu khoa học về ủ rượu vang bằng siêu âm

Cường độ siêu âm hoặc mật độ năng lượng âm ở mức tương đối vừa phải có thể thúc đẩy quá trình chiết xuất và thôi chiết nhanh các hợp chất phenolic từ dăm gỗ sồi vào rượu vang, qua đó có khả năng làm tăng hương vị và giá trị dinh dưỡng của rượu vang trong thời gian trưởng thành được rút ngắn đáng kể. Hơn nữa, xử lý siêu âm có khả năng làm thay đổi nhanh thành phần của rượu vang, điều này được cho là do tác động của hiện tượng xâm thực âm. Theo đó, mật độ năng lượng âm cao được cho là thúc đẩy sự biến đổi thành phần rượu vang bằng siêu âm. (xem Yang và cộng sự, 2014)
Jiménez-Sánchez và cộng sự (2020) đã báo cáo các tác động tương tự đối với quá trình ủ giấm sherry khi sử dụng dăm gỗ sồi và siêu âm. Xử lý siêu âm đã rút ngắn đáng kể thời gian trưởng thành so với phương pháp truyền thống.

Giải phóng các hợp chất tạo hương từ gỗ sồi bằng siêu âm

Breniaux và các cộng sự đã nghiên cứu tác động của siêu âm công suất cao trong việc làm sạch thùng gỗ sồi đựng rượu vang và sự giải phóng sau đó của các hợp chất polyphenol cùng các hợp chất khác khi các thùng này được dùng để ủ rượu vang sau khi xử lý. Polyphenol và các hợp chất hóa học thực vật như ellagitannin, lignin và các tiền chất tạo hương đóng góp đáng kể vào quá trình trưởng thành và hương vị của rượu vang. Nhìn chung, nghiên cứu cho thấy xử lý siêu âm mang lại hiệu suất thu hồi polyphenol và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác cao hơn trong thời gian xử lý rất ngắn. Chẳng hạn, nồng độ furfural cao hơn khi xử lý siêu âm ở thời điểm ủ 8 tháng và 12 tháng, với mức tăng nồng độ từ 18,8 đến 92,6% so với phương pháp xử lý bằng hơi nước thay thế. Đối với 5-methylfurfural, nồng độ cao hơn đáng kể khi xử lý siêu âm các thùng đã sử dụng 1 năm (rượu vang được ủ 12 tháng) và các thùng đã sử dụng 2 năm (rượu vang được ủ 2, 8 và 12 tháng), với mức tăng từ 20,5 đến 97%. Đối với các đồng phân lập thể không đối quang của whisky lactone, nồng độ trans-whisky lactone cao hơn đáng kể ở các thùng đã sử dụng 3 năm được xử lý bằng siêu âm: sau 12 tháng ủ, rượu vang có nồng độ 75,2 ± 5,6 μg/L, tăng 46,9% so với rượu vang được ủ trong thùng xử lý bằng hơi nước. Đối với nồng độ vanillin và syringaldehyde, các giá trị đo được trong rượu vang cũng cao hơn đáng kể sau khi xử lý siêu âm. Khi so sánh với xử lý thùng bằng hơi nước, tổng năng lượng tiêu thụ là 0,38 kWh đối với siêu âm công suất cao và 3 kWh đối với hơi nước, tức là thấp hơn 7,89 lần.
(xem Breniaux và cộng sự, 2021)

Các phản ứng hóa học trong rượu vang được thúc đẩy bằng siêu âm

Trong quá trình ủ rượu vang, nhiều phản ứng hóa học diễn ra. Chẳng hạn, các hợp chất proanthocyanidin có xu hướng trùng hợp, ngưng tụ với anthocyanin và kết hợp với các polyme khác, như protein và polysaccharide. Phản ứng ngưng tụ này với anthocyanin là phản ứng hóa học chính tham gia vào quá trình làm đậm và ổn định màu của rượu vang đỏ, khiến màu chuyển từ đỏ tươi sang đỏ sẫm pha nâu.
Các nghiên cứu ban đầu của Masuzawa và cộng sự, 2000 đã chứng minh rằng siêu âm thúc đẩy sự trùng hợp của các hợp chất phenolic và làm tăng hàm lượng polyphenol trong rượu vang đỏ khi rượu trưởng thành.
Trong quá trình ủ rượu vang trong thùng, hàng trăm hợp chất có thể được chiết xuất từ gỗ vào rượu vang, trực tiếp góp phần tạo nên vị, hương thơm và cảm giác trong miệng của rượu vang thành phẩm. Thành phần xơ của gỗ sồi đóng vai trò quan trọng trong quá trình ủ, vì các phenol dễ bay hơi và aldehyde phenolic có nguồn gốc từ lignin, cùng các hợp chất furfural sinh ra từ sự phân hủy đường của cellulose và hemicellulose, được chiết xuất vào rượu.
Mặc dù phương pháp ủ truyền thống trong thùng gỗ sồi đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều thế kỷ, phương pháp này vẫn có một số nhược điểm cố hữu. Thứ nhất, quá trình ủ trong thùng thường kéo dài từ vài tháng đến vài năm, rất tốn thời gian. Thứ hai, các thùng có giá thành cao, chiếm nhiều không gian trong nhà máy rượu vang và cần được thay thế theo thời gian. Thứ ba, khi thùng gỗ sồi cũ đi, chúng có thể bị nhiễm các vi sinh vật không mong muốn như nấm men thuộc các chi Brettanomyces và Dekkera.
Đọc thêm về khử khuẩn và làm sạch thùng rượu vang bằng siêu âm!

Thiết bị siêu âm để ủ và làm trưởng thành rượu vang

Trong nhiều thập kỷ qua, Hielscher Ultrasonics là nhà cung cấp đáng tin cậy các thiết bị xử lý siêu âm công suất cao, tần số thấp cho ngành thực phẩm và đồ uống. Các cơ sở sản xuất rượu vang và chưng cất rượu đã áp dụng công nghệ siêu âm để sản xuất rượu vang và đồ uống có cồn chất lượng cao trong điều kiện hiệu quả hơn, tức là đạt được kết quả chất lượng cao với quy trình được đẩy nhanh và trong các điều kiện có thể kiểm soát chính xác.
Các thiết bị siêu âm Hielscher có đầy đủ kích cỡ, từ thiết bị phòng thí nghiệm cầm tay dành cho nghiên cứu và kiểm soát chất lượng đến các hệ thống để bàn và quy mô thí điểm dành cho các cơ sở trồng nho quy mô nhỏ chuyên sản xuất rượu vang cao cấp và các nhà sản xuất rượu vang quy mô vừa, cũng như các thiết bị siêu âm có năng suất xử lý cao dành cho các nhà sản xuất rượu vang thương mại quy mô lớn.
Tất cả các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher đều được trang bị công nghệ tiên tiến nhất, bao gồm màn hình màu kỹ thuật số, phần mềm tinh vi, các chế độ cài đặt thông minh, chức năng tự động ghi dữ liệu vào thẻ SD tích hợp và điều khiển từ xa qua trình duyệt, giúp vận hành chính xác, đạt kết quả có tính lặp lại và khả năng tái lập, cùng mức độ thân thiện với người dùng cao nhất. Khách hàng trên toàn thế giới sử dụng công nghệ Hielscher Ultrasonics tại các cơ sở sản xuất rượu vang và chưng cất rượu, đạt kết quả tuyệt vời trong quá trình ủ trưởng thành, tạo hương gỗ sồi và ngâm chiết các thành phần vào rượu vang và rượu mạnh.
Hãy liên hệ với chúng tôi ngay! Đội ngũ nhân viên được đào tạo bài bản và có nhiều năm kinh nghiệm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn với thông tin kỹ thuật, tư vấn thiết bị siêu âm lý tưởng và báo giá không ràng buộc!

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: