Tài liệu Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nước uống rong nho nha đam .

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  NGUYỄN NỮ THỊ UYÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÊN MEN DỊCH XOÀI THÍCH HỢP DÙNG TRONG SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT LÊN MEN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHA TRANG, 8/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÊN MEN DỊCH XOÀI THÍCH HỢP DÙNG TRONG SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT LÊN MEN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD : TS. NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG SVTH : NGUYỄN NỮ THỊ UYÊN MSSV : 54131717 LỚP : 54CNTP-2 NHA TRANG, 8/2016 i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, trước tiên em bày bỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Ngô Thị Hoài Dương đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án. Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy, cô giáo đặc biệt thuộc khoa Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức rất bổ ích cho em trong suốt quá trình học tập 4 năm qua. Em xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm thí nghiệm thực hành, Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện cơ sở vật chất cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè và các anh chị đã quan tâm, giúp đỡ và hỗ trợ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Do thời gian, kiến thức còn hạn chế, trong quá trình thực hiện đồ án không thể nào tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được góp ý của thầy cô giáo để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 07 năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Nữ Thị Uyên ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... i DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ v LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3 1.1 Tổng quan về lên men .................................................................................... 3 1.1.1 Cơ chế của quá trình lên men ................................................................... 3 1.1.2 Tác nhân lên men ..................................................................................... 3 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ............................................ 6 1.2 Tổng quan về nước giải khát lên men ........................................................... 10 1.2.1 Phân loại nước giải khát lên men ............................................................ 10 1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước giải khát lên men trên thế giới và Việt Nam ................................................................................................................ 10 1.2.3 Công nghệ sản xuất nước giải khát lên men............................................ 11 1.3 Tổng quan về xoài ........................................................................................ 15 1.3.1 Nguồn gốc .............................................................................................. 15 1.3.2 Tình hình phát triển cây xoài ở Việt Nam ............................................... 15 1.3.3 Tình hình phát triển cây xoài ở Khánh Hòa ............................................ 16 1.3.4 Thành phần hóa học của trái xoài ........................................................... 18 1.3.5 Công dụng của quả xoài và giới thiệu một số sản phẩm chế biến từ xoài 19 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 20 2.1 Nguyên liệu chính ........................................................................................ 20 2.1.1 Nguyên liệu xoài .................................................................................... 20 2.1.2 Nấm men................................................................................................ 21 2.2 Nguyên vật liệu khác .................................................................................... 21 2.2.1 Đường Saccharose.................................................................................. 21 2.2.2 Acid citric ............................................................................................. 21 iii 2.2.3 Nước cất................................................................................................. 21 2.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất dùng trong quá trình nghiên cứu ..................... 21 2.3.1 Địa điểm nghiên cứu .............................................................................. 21 2.3.2 Dụng cụ, thiết bị sử dụng ....................................................................... 21 2.3.3 Hóa chất sử dụng làm đề tài ................................................................... 22 2.4 Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 22 2.4.1 Quy trình dự kiến lên men nước xoài từ dịch xoài .................................. 22 2.4.2 Bố trí thí nghiệm .................................................................................... 25 2.5 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 32 2.5.1 Chỉ tiêu vi sinh ....................................................................................... 32 2.5.2 Chỉ tiêu hóa học ..................................................................................... 34 2.5.3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm ................................................... 34 2.5.4 Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................... 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 38 3.1 Kết quả xác định chế độ xử lý dịch xoài bằng xử lý nhiệt .................................. 38 3.2 Kết quả xác định độ khô hòa tan thích hợp cho quá trình lên men ................ 40 3.3 Kết quả xác định thời gian nhân giống nấm men .......................................... 42 3.4 Kết quả xác định tỷ lệ chủng giống khởi động bổ sung cho quá trình lên men...... 44 3.5 Kết quả xác định thời gian lên men chính ..................................................... 47 3.6 Kết quả xác định thời gian lên men phụ ........................................................ 48 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 55 PHỤ LỤC iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Hiện trạng diện tích xoài của tỉnh Khánh Hòa qua các năm ................ 16 Bảng 1.2: Sản lượng xoài của tỉnh Khánh Hòa qua các năm ............................... 17 Bảng 1.3: Một số đặc điểm chính của các giống xoài Cam Ranh ........................ 17 Bảng 1.4: Thành phần hóa học phần thịt quả của một số giống xoài trong 100g .18 Bảng 2.1: Độ chín thu hoạch và kỹ thuật của xoài Tây dùng trong nghiên cứu ... 20 Bảng 2.2: Bảng điểm cảm quan dịch xoài ........................................................... 35 Bảng 2.3: Bảng điểm cảm quan nước xoài lên men ............................................ 36 Bảng 2.4: Hệ số quan trọng của dịch xoài........................................................... 37 Bảng 2.5: Hệ số quan trọng của nước xoài lên men ............................................ 37 Bảng 3.1: Kết quả đánh giá cảm quan các mẫu xử lý dịch xoài với chế độ xử lý khác nhau.................................................................................................................... 39 Bảng 3.2: Kết quả đánh giá cảm quan nước xoài lên men với các độ khô ban đầu khác nhau ............................................................................................................................ 41 Bảng 3.3: Mật độ tế bào nấm men trong thời gian nhân giống ............................ 42 Bảng 3.4: Kết quả xếp loại chất lượng các mẫu nước xoài lên men với tỷ lệ chủng giống khởi động bổ sung khác nhau ......................................................... 45 Bảng 3.5: Kết quả đánh giá cảm quan các mẫu nước xoài lên men với thời gian lên men chính khác nhau .................................................................................... 47 Bảng 3.6: Các thông số của các mẫu nước xoài lên men với các thời gian lên men phụ từ 0 đến 15 ngày .......................................................................................... 49 v DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Hình ảnh của xoài Tây khi đạt độ chín kỹ thuật yêu cầu ......................... 20 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình dự kiến lên men nước xoài từ dịch xoài......................... 23 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ xử lý dịch xoài trước lên men .. 26 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ khô hòa tan thích hợp cho quá trình lên men ....................................................................................................................... 27 Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian nhân giống nấm men ............ 29 Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ chủng giống khởi động bổ sung thích hợp cho quá trình lên men ............................................................................. 30 Hình 2.7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian lên men chính ....................... 31 Hình 2.8: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian lên men phụ ......................... 32 Hình 3.1: Kết quả tổng vi khuẩn hiếu khí, tổng nấm men, nấm mốc các mẫu tương ứng chế độ xử lý nhiệt .......................................................................................... 38 Hình 3.2: Điểm cảm quan của dịch xoài các mẫu tương ứng chế độ xử lý nhiệt .... 39 Hình 3.3: Độ khô hòa tan còn lại và độ cồn của các mẫu với độ khô hòa tan ban đầu bổ sung cho quá trình lên men khác nhau .............................................................. 40 Hình 3.4: Điểm cảm quan chất lượng sản phẩm của các mẫu có độ khô hòa tan ban đầu bổ sung cho quá trình lên men khác nhau ........................................................ 41 Hình 3.5: Mật độ tế bào trong thời gian nhân giống nấm men ................................ 43 Hình 3.6: Độ khô hòa tan sau lên men và độ cồn của các mẫu có tỷ lệ chủng giống khởi động bổ sung cho quá trình lên men khác nhau .............................................. 45 Hình 3.7: Điểm cảm quan sản phẩm của các mẫu có tỷ lệ chủng giống khởi động bổ sung cho quá trình lên men khác nhau ................................................................... 45 Hình 3.8: Độ khô hòa tan sau lên men và độ cồn của các mẫu với các thời gian lên men chính khác nhau ............................................................................................. 47 Hình 3.9: Điểm cảm quan của các mẫu nước xoài lên men theo các thời gian lên men chính khác nhau ............................................................................................. 48 Hình 3.10: Điểm cảm quan của các mẫu với các thời gian lên men phụ khác nhau 49 vi Hình 3.11: Hàm lượng acid toàn phần, độ khô hòa tan sau lên men và dộ cồn của các mẫu với các thời gian lên men phụ khác nhau ................................................. 50 Hình 3.12: Quy trình sản xuất nước xoài lên men .................................................. 52 Hình 3.13: Hình ảnh nước xoài lên men ................................................................ 53 1 LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa, thích hợp trồng nhiều loại trái cây ăn quả, đa dạng, phong phú về chủng loại. Trong đó xoài là loại trái cây chứa nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là các vitiamin. Xoài đã được trồng lâu đời ở nước ta, trong đó giống xoài Tây (hay xoài Thủy Triều) được trồng nhiều ở huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa cho năng xuất cao. Xoài là loại cây ăn quả chủ lực của huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa, tuy nhiên xoài lại có tính mùa vụ, dễ bị hư hỏng. Mùa thu hoạch khoảng tháng 4 đến tháng 8, xoài chín hàng loạt với số lượng lớn lại khó vận chuyển đi xa để tiêu thụ làm cho giá xoài thấp và thường để hư hỏng do không có nơi tiêu thụ. Người dân trồng xoài không khai thác được giá trị kinh tế từ các giống xoài truyền thống. Vì thế việc tìm ra các phương pháp chế biến xoài khác nhau là một hướng đi mới nhằm tạo ra các sản phẩm mới để tăng thời gian bảo quản, tăng giá trị kinh tế cho xoài, tăng thu nhập cho người dân trồng xoài trên cả nước nói chung và ở huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa nói riêng là rất cần thiết. Trên thị trường hiện nay, trái cây được chế biên ở các dạng sản phẩm khác nhau như: rượu, bánh, kẹo, làm mứt đường…Trong đó, sản phẩm nước giải khát lên men từ trái cây được đánh giá là một sản phẩm mang lại giá trị kinh tế cao bởi sự ưa chuộng của người tiêu dùng trên thế giới và trong nước. Nhưng việc chế biến trái cây để tạo ra sản phẩm nước giải khát lên men có độ cồn thấp ở nước ta chưa được quan tâm đúng mức. Tận dụng được giống xoài sẵn có ở địa phương với số lượng nhiều, giá thành rẻ để tạo ra dòng sản phẩm nước giải khát lên men là hướng đi mới cho phép khai thác và sử dụng giống xoài Tây truyền thống sẽ nâng cao giá trị kinh tế cho xoài tăng thu nhập cho người dân trồng xoài. Dòng sản phẩm nước giải khát lên men từ xoài là dòng sản phẩm lên men tự nhiên, không chất bảo quản, chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe, mùi vị sản phẩm thơm ngon mà những dòng sản phẩm thông thường khác không có nên phù hợp với xu hướng tiêu dùng hiện nay. Nước xoài lên men độ cồn thấp nên dễ uống, phù hợp cho việc giải khát với khí hậu nắng nóng ở nước ta, thích hợp với nhiều đối 2 tượng người tiêu dùng. Tuy nhiên, trên thị trường hiện nay, đa số các dòng sản phẩm nước giải khát lên men truyền thống với độ cồn cao giá thành cao nên hạn chế đối tượng người tiêu dùng và phạm vi sử dụng. Các dòng sản phẩm nước giải khát lên men truyền thống độ cồn cao chưa được xử dụng để giải khát rộng rãi trên thị trường, chủ yếu chỉ dùng trong các bữa tiệc hoặc tiếp đãi khách hàng. Từ những lý do và ý tưởng trên, được sự đồng ý của khoa Công Nghệ thực phẩm, cùng với sự hướng dẫn của TS. Ngô Thị Hoài Dương em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế độ lên men dịch xoài thích hợp dùng trong sản xuất nước giải khát lên men”. 1. Mục tiêu của đề tài: Có được các thông số thích hợp của chế độ lên men dịch xoài tạo nước xoài lên men có độ cồn thấp từ 3,5-4,5%v/v tiếp tục sử dụng trong sản xuất nước giải khát lên men. 2. Nội dung nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu những nội dung sau:  Nghiên cứu chế độ xử lý dịch xoài trước lên men.  Nghiên cứu thời gian nhân giống nấm men thích hợp.  Nghiên cứu độ khô hòa tan thích hợp cho quá trình lên men.  Nghiên cứu tỷ lệ chủng giống thích hợp cho quá trình lên men.  Nghiên cứu thời gian lên men chính thích hợp.  Nghiên cứu thời gian lên men phụ thích hợp. 3. Tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Có được chế độ lên men dịch xoài thích hợp là cơ sở cho việc áp dụng chế độ lên men vào lên men nước quả từ nhiều loại trái cây khác để tiếp tục ứng dụng vào sản xuất nước giải khát lên men. Tận dụng được nguồn nguyên liệu xoài dồi dào, giá rẻ, sẵn có của địa phương huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa. Nước xoài lên men dùng trong sản xuất nước giải khát lên men độ cồn thấp đáp ứng được nhu cầu hiện nay của người tiêu dùng nâng cao giá trị kinh tế của xoài và tăng thu nhập cho người dân trồng xoài. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LÊN MEN 1.1.1 Cơ chế của quá trình lên men Để lên men người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất định. Tùy theo phương pháp lên men mà cho vào lượng nấm men là khác nhau. Thường khi lên men mật độ nấm men xấp xỉ 106 cfu/ml [3]. Đường lên men và các chất dinh dưỡng khác có trong môi trường lên men đầu tiên được hấp thụ trên bề mặt nấm men, sau đó được khuếch tán vào trong tế bào nấm men. Rược và CO2 được tạo thành theo phản ứng tổng quát sau: C6H12O6 + 2ADP + 3H3PO4 = 2CH3CH2OH +2CO2 + 2ATP + H2O [3] Như vậy sự lên men chuyển đường thành rượu là một dãy quá trình oxy hóa có enzyme trong tế bào tham gia. Rượu etylic tạo thành khuếch tán ra môi trường ngoài qua màng tế bào nấm men. Rượu hòa tan vô hạn trong nước khuếch tán rất mạnh vào trong môi trường. CO2 cũng hòa tan vào trong môi trường nhưng không lớn. Vì thế CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuếch tán vào môi trường và nhanh chóng đạt được trạng thái bão hòa. Khi bão hòa CO2 sẽ bám vào nấm men hình thành những bọt khí. Bọt khí sinh ra ngày càng nhiều và lớn dần lên tạo thành túi khí lớn, đến thời điểm nào đó, có sự chênh lệnh giữa khối lượng riêng của môi trường và tế bào nấm men sẽ nổi lên trên bề mặt. Khi đến bề mặt do có sự thay đổi đột ngột sức căng bề mặt nên chúng bị vỡ làm cho bọt khí CO2 thoát ra ngoài. Lúc này tế bào nấm men sẽ bị chìm xuống, quá trình cứ diễn ra liên tục nên tế bào nấm men chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động àm tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men và môi trường nên làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra nhanh, mạnh hơn [2]. Khí CO2 ức chế quá trình lên men, nhưng trong quá trình thoát khí CO2 làm tăng khả năng lên men của nấm men. 1.1.2 Tác nhân lên men 1.1.2.1 Đặc điểm chung của nấm men Nấm men (yeast, levure) là tên chung dùng để chỉ nhóm nấm cấu tạo đơn bào. 4 Nấm men với số giống hiện biết là 39 và 349 loài (Lodder, 1970) [7], hoặc 66 giống, 483 loài (J.A.Barnett và cs, 1983) [7]. Nấm men có cấu tạo và sinh sản bằng cách nảy chồi và phân cắt. Chúng phân bố rộng rãi khắp nơi. Đặc biệt chúng có mặt nhiều ở đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả. Sinh trưởng của nấm men: Khi cấy nấm men vào môi trường dinh dưỡng chúng sẽ sinh sản cho đến cơ chất dinh dưỡng cần thiết trong môi trường giảm đến mức thấp nhất. Khi đó sinh trưởng phát triển của chúng chậm dần và ngừng hẳn. Quá trình sinh trưởng phát triển của nấm men được chia làm 4 pha: pha tiềm phát, pha phát triển chỉ số, pha ổn định và pha suy thoái [7]. Pha tiềm phát (pha lag): là giai đoạn nấm men mới được cấy vào môi trường, vận tốc sinh trưởng coi như bằng không, nấm men còn thích nghi với môi trường mới, trong đó một số tế bào bị ức chế và có thể bị chết. Số lượng tế bào nấm men ở giai đoạn này là không tăng hoặc tăng không đáng kể nhưng sự trao đổi chất lại xảy ra mạnh mẽ, kích thước tế bào phát triển nhanh, mạnh. Trong môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng thì tế bào nấm men càng khỏe và pha lag càng rút ngắn. Pha phát triển (logarit): trong pha này số lượng tế bào phát triển một cách ồ ạt, kích thước trung bình của nấm men ở giai đoạn này là nhỏ nhất vì chúng còn phải sinh sản (nảy chồi, phân chia tế bào) từ nguồn tế bào chất và vỏ tế bào. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ về số lượng tế bào thì các chất dinh dưỡng trong môi trường ngày càng cạn kiệt cùng với sự tích tụ những sản phẩm của quá trình trao đổi chất không cần thiết cho quá trình phát triển của nấm men làm hạn chế sự phát triển về số lượng và quá trình này chuyển sang pha ổn định. Pha ổn định: trong pha này số lượng tế bào là ổn định và mật độ quần thể là tối đa. Pha suy vong: trong pha này các tế bào sống giảm và tế bào chất tăng dần, một số tế bào chất bị tự phân do các enzyme proteaza nội bào. Các tế bào sống già đi, kích thước nhỏ lại, biến dạng. Sinh sản của nấm men: Nấm men có 2 hình thức sinh sản: sinh sản hữu tính (sinh sản bằng bào tử) 5 và sinh sản vô tính (sinh sản bằng cách nảy chồi hoặc phân cắt tế bào) [7]. Trong quá trình sinh sản vô tính, nhân và tế bào chất từ tế bào mẹ chuyển sang tế bào con. Trước khi phân cắt, nhiễm sắc thể trong nhân cũng chia thành 2 phần bằng nhau cho tế bào mẹ và tế bào con. Trong các thế hệ tế bào nấm men thì số lượng nhiễm sắc thể trong tế bào nấm men được bảo tồn một cách nghiêm ngặt. Sinh sản hữu tính: trong quá trình nuôi cấy, nấm men chuyển đột ngột từ môi trường giàu dinh dưỡng sang môi trường nghèo dinh dưỡng trong khi vẫn giữ nguyên độ ẩm, tích tụ các hợp chất trung gian, đủ oxy của không khí thì tế bào sẽ sinhbào tử nằm trong các túi được gọi là bào tử nang. Trong vòng đời sinh sản của nấm men có sự luân phiên sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính với các giai đoạn khác nhau. 1.1.2.2 Đặc điểm của nấm men được sử dụng trong lên men trái cây Nấm men thường được dùng cho sản xuất nước quả lên men thuộc giống Saccharomyces. Nó nằm trong giới nấm (Fungi), thuộc nấm thật (Eumyophyta) theo (W. Carrol Frazier) [6]. Lớp: Ascomycetes Bộ: Endomycetales Họ: Endomycestaceae Họ phụ: Saccharomyceteae Giống: Saccharomyces Theo Lodder (1971) [6] nấm men thuộc giống saccharomyces có đặc điểm như sau: sinh sản sinh dưỡng bằng nảy chồi ở nhiều phía, không tạo bào tử bắn, tế bào sinh dưỡng hình tròn, elip, ovan, hình trứng, không có hình tam giác, có tạo nang bào tử, nang bào tử hình thoi, mỗi nang chứa hai bào tử, bào tử hình cầu hoặc hình trứng, nang chìm khó vỡ, không đồng hóa nitrat, lên men glucose mạnh mẽ , không tạo thành váng sớn trên nước chiết mạch nha. Nấm men Saccharomyces thường có cấu tạo đơn bào, có nhân thật, hình tròn, hình trứng hay hình bầu dục, hình dài hoặc hình elip. Nói chung kích thước tế bào nấm men khá lớn, to hơn hẳn so với tế bào vi khuẩn. Các loại nấm men đơn bào sử 6 dụng trong công nghiệp thường có kích thước (3-5) x 5 x 10 µm, nặng 10-12 pg (1pg = 10–12g) [6], trong tự nhiên chúng có mặt ở khắp mọi nơi: trong hoa quả, trong đất, nước. 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men Ảnh hưởng của nấm men Số lượng tế bào nấm men: Số lượng tế bào cho vào dịch lên men ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men. Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào thích hợp xấp xỉ 106 cfu/ml [4], thì quá trình lên men diễn ra tốt và hiệu suất thu hồi cao, chất lượng sản phẩm tốt hơn. Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào quá ít thì tốc độ lên men chậm. Sinh khối tế bào nấm men quá nhiều thì môi trường dịch lên men không đủ cho nấm men phát triển, tế bào nấm men sẽ chết dần, sản phẩm sinh ra mùi vị lạ, phí một lượng nấm men đáng kể. Loại nấm men: nấm men là nhân tố chủ yếu gây lên men, song khả năng lên men mỗi loại nấm men là khác nhau, ngay cả trong cùng một loại nấm men cũng không giống nhau nếu điều kiện lên men khác nhau. Do vậy trong công nghiệp cần tuyển lựa chủng có hệ enzyme đặc trưng cho quá trình lên men. Nấm men trong lên men nước quả lên men thường có 3 loại là nấm men tự nhiên, nấm men nuôi cấy thuần chủng và nấm men bánh. Nấm men tự nhiên Hệ vi sinh vật trong nước quả lên men tự nhiên tương đối phức tạp và không đồng nhất. Trong môi trường nước quả tươi có các nhóm vi sinh vật khác nhau nhiễm vào từ môi trường xung quanh từ thân, lá, vỏ, quả, trong đó phần lớn là nấm men, nấm mốc, một số ít là vi khuẩn không sinh bào tử, xạ khuẩn... Nấm men trong dịch quả thường ít hơn nấm mốc song lại có khả năng sinh trưởng và phát triển nhanh hơn trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy, đồng thời lên men tích tụ cồn. Chính nhờ điều kiện và trong dung dich cồn sẽ làm ức chế nấm mốc, tạo điều kiện cho nấm men phát triển chiếm ưu thế trong quá trình lên men. Các men tự nhiên hay men dại luôn có sẵn trên bề mặt của quả. Đó là một số loại như: Saccharomyces apiculata có hình múi chanh nó có khả năng lên men tại 4÷ 5% 7 rượu [3]. Ngoài ra còn có Mycoderma có khả năng phân giải axit malic thành axic latic làm cho rượu ít bị chua gắt. Hay còn có các loại khác như Hancelnula, pichia ...tạo màng trắng trên rượu [3]. Nhưng nếu để men dại phát triển tự nhiên thì quá trình lên men rất khó điều chỉnh và chất lượng sản phẩm thu được không ổn định. Khi nền công nghiệp ngày càng phát triển thì con người đã có những biện pháp cần thiết để diệt men dại và thay vào đó là nuôi cấy nấm men thuần chủng, với những đặc tính sinh học nhất định sẽ giúp cho quá trình chế biến nước quả lên men đem lại hiệu quả và chất lượng cao. Nấm men nuôi cấy thuần chủng Nếu sử dụng nấm men tự nhiên hệ sinh vật trong lên nấm men tự nhiên rất phức tạp nên thường cho độ cồn không cao dễ bị nhiễm có mùi chua của axit. acetit, chất lượng rượu ít được đảm bảo, mùi vị rượu không hài hoà. Do đó việc áp dụng các chủng nấm men thuần chủng trong sản xuất nước quả lên men ở quy mô công nghiệp đang được phổ biến rộng rãi trên thế giới. Những chủng nấm men thuần khiết thường cho lên men nước giải khát cũng như rượu vang là: Saccharomyces vini, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomycesellipoidies, Saccharomycesaviform [3]. Ưu điểm khi dùng nấm men thuần chủng là thời gian lên men nhanh, quá trình lên men không bị dừng giữa chừng, nồng độ cồn thu được cao hơn lên men tự nhiên 0,1 ÷ 1,% [2], sản phẩm có màu sáng hơn, vị thanh khiết. Nấm men bánh Nấm men bánh là nấm men nhân dân sản xuất ở các vùng có tập quán nấu rượu.Vì nguyên liệu dùng để thế rượu trong nhân dân là gạo nên môi trường nền là bột gạo kết hợp với một số vị thuốc bắc.Các khối men giống như bánh hình tròn men bánh có thể bóp vụn, rây qua để loại các tạp chất, bỏ thẳng vào nước quả rồi trộn đều. Ưu điểm cơ bản của men bánh là ở đâu cũng dùng được, chỗ nào cũng dùng được không như men ống muốn dùng phải có phòng thí nghiệm. Để có thể lên men đạt kết quả người ta đã nghiên cứu các điều kiện hoạt động của men. Ảnh hưởng của đường Vai trò [2, tr.25]: Đường là nguồn cung cấp thức ăn chính cho nấm men, cần thiết cho nấm men để tạo năng lượng, cung cấp khung các bon để sinh tổng hợp các 8 cấu tử cần thiết cho tế bào. Trong quá trình sống, nấm men cần có năng lượng để duy trì các hoạt động như: Duy trì hệ thống khi nhiệt độ môi trường xung quanh cao hơn (để thoát nhiệt), sinh tổng hợp các chất xây dựng tế bào. Nếu hệ thống tạo khí lớn hơn yêu cầu cần thoát khí lúc này nấm men đòi hỏi phải có năng lượng để đảm bảo độ bền cơ học cho các tế bào nấm men ở trạng thái trương. Nồng độ đường thích hợp cho quá trình lên men Nồng độ đường càng cao thì nước quả lên men càng nhiều cồn etylic. Khi nồng độ đường dưới 200 g/l thì nấm men hoạt động bình thường, có những chủng lên men tốt ở nồng độ đường cao hơn (200-220 g/l) [3]. Song nếu nồng độ đường quá cao thì áp suất thẩm thấu của dung dịch cũng tăng cao làm ức chế hoạt động của nấm men do hiện tượng co nguyên sinh chất dẫn đến việc không xảy ra hoặc quá trình lên men xảy ra chậm. Nồng độ đường thích hợp từ 18-22% [3], nếu cao hơn thì khả năng lên men giảm và ngược lại nếu nồng độ đường thấp sẽ không tạo điều kiện cho quá trình lên men. Thường ở nồng độ đường 30-35% thì sự lên men bị đình chỉ [3]. Ảnh hưởng của pH Vai trò [2, tr.26]: pH môi trường ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình trao đổi chất của nấm men. Do vậy pH ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men. Giá trị pH thích hợp cho quá trình lên men Nấm men có thể phát triển trong môi trường pH từ 2-8 nhưng thích hợp nhất là 44,5 [3]. Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH=4,2 và cao hơn, khi thấp hơn mức này chỉ có nấm men có thể phát triển được [3]. Vì thế trong quá trình lên men nên điều chỉnh pH<4 [3]. Khi pH=8 thì nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh. Ở pH=3,5 nấm men phát triển mạnh thì hầu như vi khuẩn chưa phát triển [3]. Ảnh hưởng của nhiệt độ Vai trò: Nhiệt độ ảnh hưởng tới cấu trúc của protein, enzyme, do đó ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme và ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của nấm men. Ngoài ra, nhiệt độ môi trường lên men còn có tác dụng trên các phương diện 9 sau: tốc độ tạo thành và giải phóng sản phẩm, trạng thái vật lý của hệ thống như sự hợp thể hoặc tạo các hạt hệ sợi, đảm bảo lọc chất lỏng khỏi sinh khối dễ dàng hơn, nhiệt độ còn điều hòa chất lượng của sản phẩm. Giá trị nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men: Do nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của nấm men nên trong thực tế có thể từ một chủng nấm men, nếu điều kiện nhiệt độ lên men khác nhau sẽ cho sản phẩm khác nhau. Cụ thể ở đây là nấm men saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men thích ứng ở nhiệt độ 28 – 300C [3], ở nhiệt độ 500C trở lên và dưới 00C thì nấm men không hoạt động [2, tr.41]. Mỗi loài men, thậm chí mỗi dòng men thích nghi với mỗi nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ tối thích thay đổi tùy theo giai đoạn phát dục của nấm men: sinh sản, thở, lên men. Những điều kiện hoạt động khác cũng ảnh hưởng tới việc chọn nhiệt độ thích hợp, thí dụ nếu thiếu oxy, độ đường cao thì nhiệt độ lên men càng phải thấp, nếu nhiệt độ lên men không hết đường, dừng lại nửa chừng. Vì những lí do vừa nêu rất khó xác định nhiệt độ lên men tối ưu cho mỗi loài men, cho mỗi trường hợp lên men cụ thể. Ảnh hưởng của oxy Oxy là thành phần quan trọng trong quá trình phát triển sinh khối của tế bào nấm men. Tuy nhiên là nó nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm trong các công đoạn kế tiếp [3]. Nước quả lên men là một quá trình lên men yếm khí, nhưng lên men trong giai đoạn đầu nhất thiết phải cho dịch lên men tiếp xúc với oxy để cho nấm men sinh trưởng và phát triển (tăng sinh khối). Nấm men có thể lên men trong điều kiện thiếu oxy đó là vì trong tế bào nấm men còn có những chất chứa nhiều oxy. Biện pháp đảm bảo oxy cho quá trình lên men: Do đó, khi sản xuất nước cái men để cấy vào nước quả, người ta thường áp dụng các biện pháp tăng oxy cho nước cái men: lắc cơ giới cho oxy tăng nhanh vào nước, dùng bơm bơm thêm oxy vào nước. Khi lên men với lượng nước quả lớn có khả năng thiếu oxy và lên men chậm thì người ta rút nước quả ra rồi trở lại phía trên bể lên men nhằm làm tăng oxy cho nước quả đang lên men [2]. Tăng oxy chỉ có lợi trong giai đoạn đầu, làm quá muộn khi nấm men đã hoạt động yếu đi, do 10 lượng cồn etylic tăng lên, một số các chất vi lượng bị sử dụng hết thì dù có oxy, nấm men cũng không thể tái sinh sản mạnh, lên men cũng không nhanh thêm. 1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC GIẢI KHÁT LÊN MEN 1.2.1 Phân loại nước giải khát lên men Nước trái cây lên men là sản phẩm nước uống có cồn thu được không qua chưng cất bằng con đường lên men rượu etylic từ dịch nước ép trái cây hoặc hỗn hợp dịch của trái cây sau khi được nghiền xé kĩ [6]. Dòng sản phẩm này ngày càng đa dạng do có nhiều nguồn nguyên liệu đã được khai thác trong lĩnh vực này như táo, lê, dứa… hay hỗn hợp nước trái cây lên men. Hiện nay các dạng đồ uống lên men từ trái cây được phân loại theo nồng độ rượu, theo loại nguyên liệu và theo CO2. Theo nồng độ rượu, nước trái cây lên men chia làm 2 loại gồm nước trái cây lên men có nồng độ rượu cao: nồng độ rượu khoảng từ 9 – 20%, có thể bổ sung cồn hoặc không, sản phẩm này đã có từ rất lâu đời trong đó nổi bật là rượu vang nho như champagne, ngoài ra còn có rượu dứa, dâu… và nước trái cây lên men nồng độ rượu thấp: thường dưới 5%, chủ yếu là do lên men tự nhiên và không bổ sung cồn. Theo loại nguyên liệu: nho, táo, dâu, xoài… Theo CO2 có nước trái cây lên men có gas gồm nước có gas tự nhiên như nước nho, táo lên men hoặc bổ sung thêm CO2 như rượu táo… và nước trái cây không có gas CO2 như vang nho. 1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước giải khát lên men trên thế giới và Việt Nam 1.2.2.1 Tình hình phát triển và tiêu thụ nước giải khát lên men trên thế giới Nhu cầu sử dụng sản phẩm đồ uống lên men đang gia tăng ở nhiều quốc gia như Mỹ, Nhật, Thái Lan… và họ đã coi đây là mặt hàng chiến lược chủ yếu của thế kỉ 20 và đang tập trung nghiên cứu và sản xuất ra nhiều loại nước giải khát từ trái cây, trong đó có sản phẩm nước trái cây lên men từ các loại quả như cam, dứa, xoài, táo, lê,… có chất lượng cao và phù hợp với nhu cầu của khách hàng [17]. Bên cạnh việc phát triển các sản phẩm mới, các quốc gia cũng không quên sản xuất các sản phẩm cũ nhưng có chất lượng cao và được nhiều người yêu mến từ 11 lâu đời, đó là các sản phẩm rượu vang lên men từ nho nổi tiếng với các dòng vang của Pháp, Đức, Mỹ… hoặc các dòng Cider sản xuất từ táo… Trên thế giới, nước uống lên men từ trái cây được đánh giá là một mặt hàng mạnh và đang có sức tiêu thụ tương đối lớn, tại Hoa Kì mỗi năm sản xuất rượu táo tăng 75% từ năm 2008 - 2012 [11]. 1.2.2.2 Tình hình phát triển và tiêu thụ nước giải khát lên men ở Việt Nam Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới, có nguồn nguyên liệu dồi dào và vô cùng phong phú hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về nguyên liệu để sản xuất nước uống lên men từ trái cây ổn định lâu dài, tuy nhiên sản phẩm nước uống lên men từ trái cây ở Việt Nam chưa thực sự phát triển, các sản phẩm nước giải khát lên men từ nho dâu và nước trái cây lên men như nho, dâu… đã được bày bán ở một số siêu thị, tuy nhiên số lượng còn hạn chế. Đồng thời, người dân Việt Nam không có thói quen sử dụng nước uống lên men từ trái cây, nên lượng tiêu thụ sản phẩm này ở Việt Nam là khá thấp khoảng 1,6 l/người.năm [5]. Nước uống lên men từ trái cây có độ cồn thấp, không qua chưng cất được xem là thức uống có lợi cho sức khỏe và phù hợp với mọi lứa tuổi sử dụng, tuy nhiên trên thực tế hiện nay có rất ít sản phẩm như vậy tại Việt Nam nước uống lên men chỉ được bày bán tại các siêu thị lớn như Metro, Big C… 1.2.3 Công nghệ sản xuất nước giải khát lên men 1.2.3.1 Cơ sở khoa học sản xuất đồ uống lên men từ trái cây Sản xuất đồ uống lên men từ trái cây có bản chất là quá trình lên men rượu với tác nhân lên men là nấm men. Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp với sự tham gia của chủng nấm men Saccharomyces và sự xúc tác của nhiều enzyme hàng loạt các phản ứng phức tạp đã xảy ra. Bản chất của quá trình lên men rượu là sự chuyển hóa đường trong điều kiện yếm khí có sự tham gia của nhiều hệ enzyme oxy hóa khử, enzyme thủy phân, như decacboxylaza, alcohol dehydrozenaza… C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Sau khi lên men và thực hiện quá trình lọc sẽ tạo được sản phẩm nước quả lên men dạng đục, nếu đem làm trong nước quả lên men đục này sẽ thu được dòng rượu trong. 12 1.2.3.2 Các thành phần chính của nước giải khát lên men Cồn: Ethanol được hình thành trong quá trình lên men đường glucose, saccharose nhờ nấm men. Hàm lượng ethanol lên men tự nhiên thường đạt từ 3-11% [5]. Ethanol là thành phần quan trọng vì chính nhờ ethanol mà làm cho nước giải khát lên men khác với nước giải khát bình thường. Ethanol có mùi thơm, vị hơi ngọt. Ethanol cùng với axit bay hơi, đường và nhiều thành phần khác có trong nước giải khát lên men tạo nên mùi vị hấp dẫn riêng biệt của nó. Vị của nước giải khát lên men được tạo lên từ tỷ lệ cân đối của 4 vị là: Vị chua (axit hữu cơ), vị ngọt (ethanol, glycerin, đường còn lại), vị chát (tanin, polyphenol), vị mặn (các muối khoáng). Axit hữu cơ: Nguồn gốc của các axit hữu cơ là từ quả và hình thành trong quá trình lên men. Axit là một thành phần quan trọng của nước giải khát lên men. Tổng axit thường được cung cấp từ quả là chính, khoảng 4-5 g/l làm cho pH của nước giải khát từ 2,8 ÷ 3,5 [5]. Axit hữu cơ trong nước giải khát thường chia làm 2 nhóm là: nhóm có tác dụng tốt cho nước giải khát lên men và nhóm có tác dụng xấu. Vai trò của các axit là tham gia tạo vị (vị chua) và tạo pH thấp từ đó làm ổn định sản phẩm. Axit hữu cơ trong nước giải khát còn có một tác dụng làm ngăn cản hoạt động của các vi khuẩn làm hỏng nước giải khát, ví dụ: axit tatric 1,5 – 4 g/l, axit malic 0 – 4 g/l, axit xitric 0 - 0,5 g/l, axit oxalic 0,06 g/l, các axit này thuộc loại các axit có tác dụng tích cực đến mùi vị và còn có tác dụng làm ổn định nước giải khát lên men trên phương diện chúng ngăn cản hoạt động của các vi khuẩn gây hại [5]. Tuy nhiên các axit này cũng cần có tỷ lệ cân đối, nếu cao quá cũng làm cho nước giải khát lên men có vị không hài hòa. Ngoài ra còn có một số axit khác như: acetic, lactic, formic, butytric nhưng hàm lượng rất nhỏ, các axit này nếu hàm lượng cao sẽ làm cho nước giải khát lên men có vị kém. Đặc biệt, đối với axit cần lưu ý là: Trong lên men tự nhiên thường tạo ra 0,4 g acetic, nếu vượt quá hàm lượng này sẽ làm cho vị chua thay đổi đáng kể và không thể uống được [5].Tỷ lệ axit hữu cơ / ethanol / tanin hay sự cân đối giữa vị chua vị ngọt và vị chát là yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn tới mùi vị của nước giải khát lên men.