Tài liệu Nghiên cứu quá trình lên men nước uống giải khát từ bánh mỳ hương trái cây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN NƯỚC UỐNG GIẢI KHÁT TỪ BÁNH MỲ HƯƠNG TRÁI CÂY Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Thu Thủy (chủ nhiệm) Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 07 năm 2019 i THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI Tên đề tài: “Nghiên cứu quá trình lên men nước giải khát từ bánh mỳ hương trái cây” Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Thu Thủy Danh sách cán bộ tham gia chính: Nội dung chính: - Xác định các chỉ tiêu hóa lý của dịch chiết bánh mỳ trái cây; - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước uống từ bánh mỳ sau lên men (nồng độ chất khô, pH, tỷ lệ nấm men, thời gian lên men); - Đề xuất quy trình sản xuất nước uống lên men từ bánh mỳ hương trái cây; - Đánh giá chất lượng sản phẩm (chỉ tiêu cảm quan và chỉ tiêu vi sinh); - Xác định thời gian bảo quản của sản phẩm nước uống lên men từ bánh mỳ hương trái cây. Kết quả đạt được: - Đã xác định chỉ tiêu hoá lý của dịch chiết bánh mỳ - Đã xác định được thông số tối ưu cho quá trình sản xuất nước giải khát từ bánh mỳ hương trái cây; - Đã hoàn thành quy trình lên men nước uống giải khát từ bánh mỳ hương trái cây với tham số cụ thể và đánh giá chất lượng sản phẩm sau lên men bằng phương pháp cảm quan. - Đã hướng dẫn luận văn tốt nghiệp 03 sinh viên - Đã đăng 01 bài báo trên tạp chí chuyên ngành Thời gian nghiên cứu: 16 tháng từ tháng 03/2018-07/2019 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI TS. Đặng Thu Thủy i MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................3 1.1. Đặc điểm và giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu sử dụng để lên men nước uống ………………………………………………………………………………………….3 1.1.1. Lúa mạch đen...………………………………………………………………….3 1.1.2. Quả chanh dây……………………………………………………..…………….5 1.2. Xu hướng nghiên cứu và sản xuất nước uống lên men từ ngũ cốc và trái cây………........................................................................................................................8 1.3. Nấm men sử dụng trong sản xuất nước uống lên men và các đặc tính sinh lý và sinh hóa của chúng................................................................................................................10 1.3.1. Đặc điểm của nấm men…………………………………………………………10 1.3.2. Ứng dụng của nấm men Saccharomyces cerevisiae trong lên men……………...13 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................17 2.1. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................................17 2.2. Thời gian, địa điểm nghiên cứu..............................................................................17 2.3. Bố trí thí nghiệm.....................................................................................................17 2.4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................20 2.4.1. Phương pháp vi sinh………………………...……………………………..……20 2.4.2. Phương pháp hoá lý…………………………………………….........................23 2.4.3. Phương pháp đánh giá cảm quản………….........................................................25 2.4.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu…..............................................................27 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................28 3.1. Chỉ tiêu hoá lý của dịch chiết bánh mỳ chanh dây....................................................28 3.1.1. Nồng độ chất khô tan ..........................................................................................28 3.1.2. pH……………………………………….………………………………….…..28 3.1.3. Acid tổng………………………………..………………………………..……..29 3.1.4. Độ nhớt…………………………………….…………………………….……..29 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô tan (oBx) đến chất lượng nước uống bánh mỳ chanh dây…………………………………….…………………………….………………...29 3.3. Ảnh hưởng của mật độ nấm men đến chất lượng nước uống bánh mỳ chanh dây. …………………………………….………………………………………………………….31 ii 3.4 Sự ảnh hưởng của pH đến chất lượng nước uống bánh mỳ chanh dây…..……….32 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến chất lượng nước uống bánh mỳ chanh dây……….32 3.6. Quy trình lên men nước uống lên men từ bánh mỳ chanh dây đề xuất………….….36 3.7. Chỉ tiêu vi sinh của nước uống lên men từ bánh mỳ chanh dây…………………..37 KẾT LUẬN …………………......................................................................................40 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................41 PHỤ LỤC iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cây lúa mỳ đen. Hình 1.2. Quả chanh dây. Hình 1.3. Tế bào nấm men S. cerevisiae. Hình 1.4. Cấu tạo tế bào nấm men S. cerevisiae. Hình 1.5. Cơ chế lên men ethanol của tế bào nấm men. Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm. Hình 2.2. Nhớt kế. Hình 3.1. Điểm cảm quan của dịch bánh mỳ đen+chanh dây trong thời gian lên men. Hình 3.2. Nước uống lên men từ dịch bánh mỳ chanh dây. Hình 3.3. Sơ đồ quy trình lên men nước uống từ dịch chiết bánh mỳ chanh dây. iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần vitamin của lúa mạch đen. Bảng 1.2. Thành phần khoáng chất của lúa mạch đen. Bảng 1.3. Giá trị dinh dưỡng có trong 100 g chanh dây (theo USDA) Bảng 2.1. Đánh giá mùi của nước uống lên men từ dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 2.1. Đánh giá vị của nước uống lên men từ dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 2.2. Đánh giá độ trong của nước uống lên men từ dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 2.4. Đánh giá màu sắc của nước uống lên men từ dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 3.1. Nồng độ chất khô tan (oBx) của dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 3.2. pH của dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 3.3. Hàm lượng acid tổng của dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 3.4. Độ nhớt của dịch chiết bánh mỳ chanh dây. Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô tan đến chất lượng nước bánh mỳ chanh dây lên men. Bảng 3.6. Ảnh hưởng của mật độ nấm đến chất lượng nước bánh mỳ chanh dây lên men. Bảng 3.7. Ảnh hưởng của pH đến chất lượng nước bánh mỳ chanh dây lên men. Bảng 3.8. Sự thay đổi nồng độ chất khô tan (oBx) trong thời gian lên men. Bảng 3.9. Sự thay đổi độ cồn trong thời gian lên men. Bảng 3.10. Sự thay đổi pH của dịch bánh mỳ chanh dây trong thời gian lên men. Bảng 3.11. Sự thay đổi độ nhớt của dịch bánh mỳ đen+chanh dây trong thời gian lên men. Bảng 3.12. Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước uống lên men từ nước bánh mỳ chanh dây. v ĐẶT VẤN ĐỀ Theo báo cáo tổng kết nhiệm kì 2011-2015 của Hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát, đến nay cả nước có khoảng gần 1833 cơ sở sản xuất nước giải khát các loại với sản lượng sản xuất năm 2015 đạt khoảng 4,8 tỷ lít. Báo cáo của Vina research năm 2013 cho biết, có tới 86 % người tiêu dùng chọn thức uống bổ dưỡng, có lợi cho sức khỏe thay cho các sản phẩm khác. Xu hướng người tiêu dùng không chỉ cần sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, tốt cho sức khỏe mà cao hơn nữa, họ cần những sản phẩm đó phải đảm bảo sạch tự nhiên. Chính vì vậy việc nghiên cứu phát triển những loại nước uống nguồn gốc tự nhiên khác nhau là rất cần thiết. Bênh cạnh những loại nước uống truyền thống có nguồn gốc tự nhiên như các loại nước ép trái cây khác nhau thì những dòng nước uống lên men nhẹ đang là một xu hướng. Không chỉ giữ nguyên được thành phần dinh dưỡng trong nguyên liệu ban đầu, do trải qua quá trình lên men nên loại nước uống này còn tích lũy thêm những chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe. Nước uống lên men từ bánh mỳ là loại nước uống bắt nguồn từ các nước Đông Âu, là sản phẩm lên men “non” của quá trình lên men rượu, trong đó có chứa các chất hữu ích khác nhau như nhóm vitamin (B1, B2, PP, D), nhóm acid hữu cư. Nước uống từ bánh mỳ hương trái cây không chỉ được yêu thích nhờ giá trị dinh dưỡng, mà các nhà khoa học còn kết luận loại nước uống nói trên có tác dụng lên cơ thể cũng tương tự như sữa chua. Thành phần vitamin và khoáng chất trong loại nước uống này kích thích sự trao đổi chất, thúc đẩy quá trình tiêu hóa, phục hồi sức khoẻ và tăng hiệu quả ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh. Để tăng giá trị dinh dưỡng và cảm quan cho nước uống lên men từ bánh mỳ trong quá trình lên men thường bổ sung thêm các loại trái cây như như đào, táo, nho, các loại quả mọng khác… Vì đây là loại nước uống có nguồn gốc từ Đông Âu, nên những loại trái cây bổ sung vào thường là loại trái cây ôn đới. Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhu cầu về nước giải khát rất lớn. Đồng thời Việt Nam cũng là một nước có nguồn trái cây phong phú, đa dạng và sản lượng dồi dào. Một số loại trái cây như thanh long, vú sữa, xoài cát, chuối, nhãn được xuất khẩu ra thị trường lớn như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc số lượng lớn. Tuy nhiên những loại trái cây có theo mùa thường có thời gian bảo quản không dài, dễ hư hỏng, dập nát nên giá trị dinh dưỡng không cao và giá thành thấp gây nhiều bất lợi cho người trồng và cả người tiêu thụ. Xuất phát từ những lý do trên, việc đa dạng hoá sản phẩm nước uống bổ dưỡng cho người tiêu dùng, kết hợp sử dụng trái cây nhiệt đới nhằm tăng giá trị nông sản địa phương thì “Nghiên cứu quá trình lên men nước giải khát từ bánh mỳ hương trái cây” là rất hữu ích và cần thiết. 1 Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men nước bánh mỳ có bổ sung trái cây, từ đó đề xuất quy trình sản xuất loại nước uống nói trên. Để đạt được mục tiêu này, trong khuôn khổ của đề tài cần tiến hành những nội dung sau: + Xác định các chỉ tiêu hóa lý của dịch chiết bánh mỳ và trái cây; + Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước uống từ bánh mỳ trái cây sau lên men (nồng độ chất khô tan, pH, tỷ lệ nấm men, thời gian lên men); + Đề xuất quy trình sản xuất nước uống lên men từ bánh mỳ hương trái cây; + Đánh giá chất lượng sản phẩm (chỉ tiêu cảm quan và chỉ tiêu vi sinh). 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Đặc điểm và giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu sử dụng để lên men nước uống 1.1.1. Lúa mạch đen [9] Lúa mạch đen có tên khoa học là Secale cereale, là cây lương thực, thuộc một nhóm các loài cỏ đã thuần dưỡng từ khu vực Levant và được gieo trồng rộng khắp thế giới. Lúa mạch đen có hệ thống rễ xơ, thâm nhập vào độ sâu 1-2 m, do đó nó chịu được đất cát nhẹ, và do hoạt động sinh lý cao của nó, nó nhanh chóng hấp thụ các chất có lợi từ các hợp chất khó hòa tan. Thân của lúa mạch đen rỗng, có năm đến sáu (hiếm khi ba hoặc bảy) kẽ, thẳng, trần. Chiều cao của thân cây, tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng và giống, dao động từ 70 đến 180 cm (trung bình 80-100 cm). Lá rộng tuyến tính, phẳng, có cuống màu xám. Chiều dài của phiến lá từ 15-30 cm, rộng 1,5-2,5 cm. Nhị có ba hoa, với thuôn dài bao phấn nhô ra từ bông, buồng trứng trên đầu với một nhụy bông hai cánh. Hạt có hình thuôn, hơi nén từ hai bên, có rãnh sâu ở phía trong ở giữa. Sau khi trưởng thành, nó rơi ra khỏi cành. Hạt lúa mạch đen khác nhau về kích thước, hình dạng và màu sắc. Chiều dài của nó là 5-10 mm, chiều rộng 1,5-3,5 mm, độ dày 1,5-3 mm. Khối lượng 1000 hạt lúa mạch đen là 20-35 g. Hình dạng hạt được kéo dài (với tỷ lệ chiều dài so với chiều rộng hơn 3,3) hoặc hình bầu dục (với tỷ lệ chiều dài so với chiều rộng 3,3 trở xuống) với nếp nhăn ngang đáng chú ý trên bề mặt. Bằng màu sắc phân biệt hạt trắng, xanh lục, xám, vàng, nâu sẫm. Trong cùng một loại, lúa mạch đen trải qua các giai đoạn và giai đoạn phát sinh giống như lúa mì... Trong cùng điều kiện, chồi lúa mạch đen xuất hiện nhanh hơn 1-2 ngày. Sau 1-2 ngày chồi bắt đầu đẻ nhánh. Nút đẻ nhánh được đặt gần mặt đất hơn (1,7-2,5 cm), cây có hai và ba nút là phổ biến hơn. Mùa vụ của lúa mạch đen xảy ra chủ yếu vào mùa thu. Vào mùa xuân, chồi bắt đầu xâm nhập vào ống sau 18-20 ngày kể từ khi bắt đầu mùa xuân và sau 40-50 nó tăng đột biến. Sự ra hoa xảy ra trong vòng 712 ngày kể từ khi bắt đầu thu hoạch (lúa mì 4-5 ngày) và kéo dài 7-9 ngày. Giai đoạn chín màu sữa xảy ra sau 10-14 ngày sau khi ra hoa và kéo dài 8-10 ngày. 2 tháng sau khi lúa mạch đen chín. Sau đó, quá trình chín sau thu hoạch mất nhiều thời gian hơn, do đó lúa mạch đen thường ít xuất hiện trong bông. Khối lượng 1000 hạt trong các giống lưỡng bội là 23-38 g, và ở các lớp tứ bội là 35-62 g. Đối với các điều kiện canh tác, đặc biệt là đất, lúa mạch đen ít đòi hỏi hơn lúa mì. Nó có một hệ thống rễ phát triển tốt, thâm nhập đến độ sâu 1,5 đến 2 mét và có thể hấp thụ phốt pho và kali từ các hợp chất hòa tan kém. Lúa mạch đen ít nhạy cảm với độ 3 chua của đất. Nó phát triển tốt ở độ pH 5,3-6,5. Do đó, nó có thể được trồng trên đất không phù hợp với lúa mì. Nhưng tốt nhất là đất đen do cấu trúc màu mỡ và đất rừng xám có thành phần cơ học trung bình và nhẹ. Nó phát triển kém trên đất sét nặng, đầm lầy, đất mặn. Lúa mạch đen phát triển ở mùa đông khỏe mạnh hơn so với lúa mì được trồng mùa đông. Duy trì giảm nhiệt độ ở mức độ của nút đẻ nhánh đến âm 19-21 °C. Hạt bắt đầu nảy mầm ở 0,5-2 °C, kết thúc vào mùa thu và tiếp tục vào mùa xuân ở 3-4 °C. Lúa mạch đen là một cây thụ phấn chéo vào ban ngày ánh kéo dài trong nhiều giờ. Phấn hoa được vận chuyển bằng không khí. Thời tiết ấm áp yên tĩnh với độ ẩm không khí đủ thuận lợi cho việc thụ phấn. Trong thời tiết nóng, với độ ẩm thấp, phấn hoa mất đi sức sống. Thời tiết gió và mưa không thuận lợi cho việc thụ phấn. Để tránh thụ phấn quá mức, các ô giống của các giống lưỡng bội nên cách ly không gian 2003000 m và tứ bội là hơn 500 m. Hình 1.1. Cây lúa mỳ đen. Lúa mạch là một trong những loại ngũ cốc chế biến phổ biến nhất, chủ yếu trong ngành sản xuất bia, và nó được sử dụng ở dạng mạch nha. Độ ẩm lúa mạch trung bình 14-15%. Hàm lượng carbohydrate ở mức 70-85% và chúng được đại diện, trước hết là tinh bột, cũng như các loại đường đơn giản, cellulose, hemiaellulose và các chất kẹo keo. Protein chiếm 12-14%, chất béo 2,0-2,5 %, chất khoáng 1,7-1,9 %. Gluten, đặc trưng của protein lúa mạch, là hỗn hợp của các chất protein khác nhau chiếm khoảng 80% tổng protein. Gluten chứa chủ yếu là glutelin và gliadin. Gluten là một khối dính, kéo dài được phân phối và nhào từ bột mì với nước, trở nên giống như sừng khi được sấy khô. 4 Lúa mạch chứa một số chất có mặt với số lượng nhỏ, nhưng ảnh hưởng lớn đến chất lượng của thức uống. Đó là các vitamin (PP, E, vitamin nhóm B) (bảng 1.1, 1.2) và polyphenol. Bảng 1.1. Thành phần vitamin của lúa mạch đen. Vitamin Giá trị Vitamin PP (axit nicotinic) Vitamin B1 (thiamine) Vitamin A (retinol) 4,27 mg 0,32-0,44 mg 3 mcg Vitamin B2 (riboflavin) Vitamin B (axit pantothenic) 0,2-0,25 mg 1,002-1,46 mg Vitamin B6 (pyridoxin) 0,3-0,41 mg Vitamin B9 (axit folic) 38-55 mcg Vitamin E (alpha tocopherol) 0,8-1,7 mg Vitamin K (phylloquinone) 5,9 mcg Vitamin H (biotin) 46 mcg Beta carotene 7 mcg Bảng 1.2. Thành phần khoáng chất của lúa mạch đen. Khoáng chất Giá trị Kali 510,0 mg Canxi 24,0-33,0 mg Silic 85,0 mg Magiê 110,0-121,0 mg Natri 2,0-6,0 mg Lưu huỳnh 85,0 mg Photpho 366,0-374.0 mg Clo 46,0 mg Nhôm 1670,0 mcg 5 Về tổng thể, lúa mạch là thực phẩm quan trọng cho loài người, sản lượng của nó chỉ đứng sau bắp và lúa gạo trong số các loài cây lương thực. Hạt lúa mạch là một loại lương thực chung được sử dụng để làm bột mì trong sản xuất các loại bánh mì, mì sợi, bánh, kẹo v.v. cũng như được lên men để sản xuất bia rượu hay nhiên liệu sinh học. 1.1.2 Quả chanh dây [10] Chanh leo, chanh dây, mắc mát, mát mát, lạc tiên hoa tía (danh pháp hai phần: Passiflora incarnata), là một loài dây leo sống lâu năm lớn nhanh với thân bò leo. Là một loài trong chi Lạc tiên (Passiflora), chanh leo có các hoa lớn với các nhụy và nhị hoa to. Là một trong số các loài có thân cứng nhất trong chi Lạc tiên. Thân cây có thể trơn nhẵn hoặc có lông tơ, dài, bò leo và có nhiều tua cuốn. Các lá hình chân vịt 3 thùy mọc so le (mọc cách), kích thước 6-15 cm. Chúng có 2 tuyến đặc trưng ở gốc của phiến lá trên cuống lá. Các hoa 5 cánh màu trắng ánh tím tía. Chúng tạo ra một vành hoa màu trắng xen tía, một cấu trúc của các phần phụ giữa các cánh hoa và tràng hoa. Hoa được thụ phấn nhờ một số loài côn trùng như ong nghệ, còn tự nó là vô sinh. Hình 1.2. Quả chanh dây. Quả mọng nhiều cùi thịt hình ô van màu ánh vàng khi chín với kích thước cỡ quả trứng gà. Khi còn xanh nó có màu xanh lục. Ở loài chanh leo này, các chất nhầy màu vàng xung quanh các hạt của quả có vị ngọt và ăn được. Tuy nhiên, nó có nhiều hạt và vì thế chủ yếu làm nguồn thức ăn cho động vật hoang dã. Giống như các loài lạc tiên khác, nó là nguồn thức ăn cho ấu trùng của một số loài bướm (hình 1.2). Chanh dây rất giàu chất chống oxy hoá, khoáng chất, vitamin, và chất xơ... Chanh dây là nguồn cung cấp chất xơ ăn kiêng. 100 g bột trái chanh dây chứa 10,4 g hoặc 27 % chất xơ. Một lượng chất xơ tốt trong chế độ ăn uống giúp loại bỏ cholesterol khỏi cơ thể. Nó có vai trò là thuốc nhuận tràng, giúp bảo vệ niêm mạc đại tràng bằng cách giảm 6 thời gian tiếp xúc với các chất độc hại trong đại tràng và lau sạch các chất độc hại gây ung thư từ ruột kết. Chanh dây có chứa vitamin C, cung cấp khoảng 30 mg trên 100 g. Vitamin C (ascorbic acid) là một chất chống oxy hoá hòa tan trong nước mạnh mẽ. Sử dụng trái cây giàu vitamin C giúp cơ thể con người phát triển đề kháng với các tác nhân gây bệnh giống như cúm và thu hẹp các gốc tự do có hại, chống viêm. Chanh dây còn chứa vitamin A (cung cấp khoảng 1274 IU/100 g) và các chất chống oxy hoá flavonoid như ß-carotene và cryptoxanthin-ß. Các nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng các hợp chất này có tính chất chống oxy hoá, và cùng với vitamin A tốt cho thị lực, cần thiết để duy trì niêm mạc khỏe mạnh và da ngoài ra có thể giúp bảo vệ khỏi ung thư phổi và ung thư miệng. Chanh dây tươi rất giàu kali. 100 g bột chanh dây có khoảng 348 mg kali. Kali là thành phần chính của tế bào và dịch cơ thể và giúp điều chỉnh nhịp tim và huyết áp. Hơn nữa chanh dây còn là một nguồn khoáng chất tuyệt vời như: Sắt, đồng, magiê và phốt pho… Bảng 1.3. Giá trị dinh dưỡng có trong 100g chanh dây (theo USDA). Thành phần Giá trị Thành phần Giá trị Chất xơ 10,4 g Kali 348 mg Tro 0,8 g Kẽm 0,1 mg Vitamin C 30 mg Đồng 0,086 mg Vitamin A 700 I.U Acid béo no 0,059 g Vitamin B2 0,13 mg Acid béo một nối đôi 0,086 g Vitamin B6 0,1 mg Acid béo nhiều nối đôi 0,411 g Vitamin E Niacin 1,12 mg 1,5 mg Trái chanh dây tươi giàu beta carotene, kali, và chất xơ. Nước ép chanh dây cung cấp acid ascorbic (vitamin C), và tốt cho những người có bệnh huyết áp cao. Một số nghiên cứu cho thấy rằng chanh dây có vỏ màu tím có thể giúp kiểm soát các triệu chứng hen suyễn. Trong trái chanh dây tươi và chín có chứa chất Lycopene. Liên quan đến các axit hữu cơ, giống chanh dây giàu formic, butyric, linoleic, linolenic, malic, myristic, acid oleic và palmitic như các hợp chất asphenolic tốt, và amino acid α-alanine. Este như ethyl butyrate, ethyl caproate, n-hexyl butyrate và nhexyl caproategive các loại trái cây hương vị và mùi ngon miệng. Đường, có chủ yếu trong trái cây, đáng kể nhất d-fructose, d-glucose andraffinose. Trong số các enzyme, Chanh dây tìm thấy các loại enzyme như catalase, methylesterase pectin, và phenolase. 7 1.2. Xu hướng nghiên cứu và sản xuất nước uống lên men từ ngũ cốc và trái cây Nước uống lên men từ bánh mỳ là một thức uống phổ biến ở Đông Âu từ thời cổ đại, cùng một dạng với các thức uống từ xưa dùng ngũ cốc lên men như bia (ủ từ lúa mạch có từ Ai Cập cổ đại), bia kê (châu Phi), rượu gạo (châu Á), chicha (làm bằng ngô hoặc sắn của thổ dân châu Mỹ). Trong văn tịch thì sử Nga năm 989 đã có nhắc đến loại nước uống này. Đến thời Pyotr I thì đây loại rượu phổ biến được mọi tầng lớp xã hội dùng. Sử gia người Anh William Tooke đã công du sang Nga đã ghi lại từ năm 1799. Sang thế kỷ 19, nước uống lên men từ bánh mỳ ngày càng được ưa chuộng, từ nhà nông cùng giới hạ lưu cho đến các tu sĩ đều dùng. Có nguồn ghi nhận rằng dân chúng uống nước lên men từ bánh mỳ nhiều hơn nướng tinh khiết. Nước uống bánh mỳ được sản xuất trong phạm vi gia đình nhưng cũng là thương phẩm công nghệ. Các nước thuộc nền văn hóa Slava đều tiêu thụ loại nước uống này. Thị trường nước giải khát từ bánh mỳ cho đến nay giá trị lên hàng trăm triệu USD. Nước uống bánh mỳ được sản xuất từ quá trình lên men tự nhiên của bánh được làm từ lúa mì, lúa mạch đen hoặc lúa mạch, đôi khi còn kèm theo hương vị trái cây, như nho khô hoặc bạch dương. Nước uống bánh mỳ hiện đại làm ở nhà thì thường sử dụng bánh mì đen hoặc lúa mạch đen, sấy khô và nướng (gọi là suhari), có bổ sung thêm đường và trái cây (táo hoặc nho khô), và men [11]. Hiện nay, một trong những xu hướng trong lĩnh vực sản xuất đồ uống là việc sử dụng các chất chiết xuất từ nguyên liệu thực vật trong nước, có tác dụng sinh học theo hướng trong việc sản xuất nước uống lên men. Các nhà khoa học lưu ý rằng, chiết xuất thực vật làm tăng khả năng thích ứng của hệ thần kinh và tuyến nội tiết, nhịp trao đổi chất, và hoạt động của hệ thống chống oxy hóa của cơ thể sống. Nhóm khoa học của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Bêlarut đã phát triển các loại nước uống lên men từ bánh mỳ mới được làm giàu thêm các nguyên tố vi lượng. Các nguyên liệu như: nước ép nam việt quất và húng tây, nước ép táo, dịch chiết quế được bổ sung vào dịch lên men. Trên cơ sở thí nghiệm, các nhà khoa học đã kết luận rằng, với sự bổ sung thêm dịch chiết nước trái cây, hàm lượng các nguyên tố vi lượng như Fe, Zn, Cu, Mg tăng lên, hàm lượng vitamin C cũng tăng hơn 10 lần [6]. Các nhà khoa học của Đại học Liên bang Viễn Đông, Liên bang Nga đã sử dụng dịch chiết từ thực vật hoang dã của vùng Viễn Đông (quả hoa hồng dại, quả cây kim ngân, quả nam việt quất) để bổ sung vào dịch chiết bánh mỳ khi lên men. Kết quả của sản phẩm nước giải khát là sự cải thiện các đặc tính cảm quan và làm phong phú các thành phần chức năng, chẳng hạn như vitamin (C và A ) và các thành phần khoáng chất (Ca và Mg) với hàm lượng đáng kể. Điều này có nghĩa là, nước uống trên có thể được xem như là sản phẩm chức năng và có thể được khuyến nghị để điều trị và là dinh dưỡng phòng ngừa trong bệnh tiểu đường và béo phì [6]. 8 Như đã lưu ý trước đây, nước ép từ quả mọng tự nhiên thường được sử dụng trong đồ uống lên men. Chúng không chỉ được bổ sung nhằm tăng các đặc tính cảm quan của thành phẩm mà còn làm giàu chất chống oxy hóa, một trong những yếu tố của việc tăng thời hạn sử dụng của đồ uống. Ví dụ, Levandovsky đã thêm nước ép việt quất đỏ tiệt trùng vào dịch chiết bánh mỳ, sau đó trộn nó với xi-rô đường và axit citric. Kết quả là bảo quản thành phần vitamin của nước ép việt quất đỏ và tạo độ ổn định cao khi lưu trữ. Các loại trái cây thường có chứa đường, axit hữu cơ, nguyên tố đa lượng, vitamin C, B, pectin, enzyme và tannin, là nguồn tăng giá trị sinh học cho nước uống lên men từ bánh mỳ [8]. Một nhóm các nhà khoa học khác lưu ý rằng, một trong những loại nguyên liệu có khả năng làm gia tăng thêm giá trị dinh dưỡng của nước uống bánh mỳ là vỏ kiều mạch, do có chứa các hợp chất polyphenol như – rutin và quercithin (hyperoside và quercitrin). Nước uống lên men từ bánh mỳ có bổ sung vỏ kiều mạch được chỉ định cho nhóm người cần các sản phẩm có hàm lượng gluten thấp, vì nó không có trong kiều mạch. Do đó, vỏ kiều mạch có thể được sử dụng trong sản xuất nước uống lên men làm giảm tiêu thụ nguyên liệu chính và tăng giá trị sinh học của thức uống thành phẩm. Nước uống lên men từ bánh mỳ sử dụng công nghệ truyền thống có thể chống chỉ định đối với những người mắc bệnh như bệnh không dung nạp gluten. Theo quan điểm này, họ đã đề xuất thay thế nguyên liệu (mạch nha, lúa mạch, bột lúa mạch, v.v.) để sản xuất dịch chiết bánh mỳ cô đặc bằng chiết từ bột kiều mạch [7]. Tác dụng đối với cơ thể con người khi tiêu thụ các loại rau như bí ngô và củ cải đường, cũng như dược liệu (húng tây, bạc hà, cam thảo,… ) được biết đến rộng rãi. Việc bổ sung nguyên liệu này được thử nghiệm tại Đại học bang Nam Kazakhstan. Tại đây, các nhà khoa học đã phát triển một số loại nước uống lên men từ bánh mỳ với mục đích trị liệu, được làm giàu với các khoáng chất, caroten, betanin, vitamin C, E và D, axit hữu cơ [5]. Ở Việt Nam, là nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên nhu cầu tiêu thụ nước giải khát là tất yếu. Tuy nhiên những loại nước giải khát lên men từ ngũ cốc còn khá lạ với người tiêu dùng Việt. Ở châu Âu, những loại nước uống giải khát lên men từ mầm lúa mạch, lúa mạch đen đã được sử dụng hàng nghìn năm nay và tác dụng giải khát, tốt cho tiêu hóa và sức khỏe của dòng nước uống này đã được khẳng định. Trên thị trường, năm 2018 tập đoàn TH đã nghiên cứu và sản xuất thành công thức uống TH true MATL kế thừa những ưu điểm nghìn năm của thức uống truyền thống châu Âu và có những điều chỉnh phù hợp với khẩu vị của khách hàng Việt Nam. Nhằm phát triển dòng sản phẩm nước uống lên men từ ngũ cốc phù hợp với khẩu vị của người Việt, cũng như để tăng thêm hương thơm và giá trị dinh dưỡng cho nước uống nên chúng tôi nghiên cứu lên men thử nghiệm sản phẩm nước giải khát từ bánh mỳ có bổ sung dịch ép chanh dây. 9 1.3. Nấm men sử dụng trong sản xuất nước uống lên men và các đặc tính sinh lý và sinh hóa của chúng 1.3.1. Đặc điểm của nấm men [2] Nấm men là tên chung chỉ nhóm nấm men có cấu tạo và sinh sản bằng cách nảy chồi và phân cắt. Chúng phân bố rộng rãi khắp nơi, trong đất, trong nước, trong không khí, nhất là trong môi trường có chứa đường, có pH thấp như trong lương thực, thực phẩm, hoa quả, rau dưa, trong đất ruộng mía, đất vườn cây ăn quả. 1.3.1.1. Gốc sinh học của nấm men Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae là Eukaryota đơn bào có kích thước 5-10 µm, là một loại nấm men được biết đến nhiều nhất có trong bánh mì nên thường gọi là men bánh mì. Là một loại vi sinh vật thuộc chi Saccharomyces lớp Ascomycetes ngành nấm. Loài này có thể được xem là loài nấm hữu dụng nhất trong đời sống con người từ hàng ngàn năm trước đến nay, nó được dùng rộng rãi trong quá trình lên men bánh mì, rượu vang, bia và các loại nước trái cây lên men. Saccharomyces cerevisiae là một trong những loài vi sinh vật nhân chuẩn được dùng nhiều nhất. Nấm men có hai lớp: Nấm men thật (Ascomyces) và lớp nấm men giả (Fungi imporfecti). Lớp nấm men thật (lớp Ascomyces – lớp nấm túi): Phần lớn nấm men dùng trong công nghiệp thuộc lớp Ascomyces, đa số thuộc giống Saccharomyces, giống Endomyces và giống Schizosaccharomyces. Lớp nấm men giả (Fungi imporfecti – nấm men bất hoàn) bao gồm các giống Crytococus (toscula, tornlopsis), Mycoderma, Eandida, Geotrichum (đã được xếp vào lớp nấm mốc). 1.3.1.2 Đặc điểm hình thái, sinh lí học của nấm men Saccharomyces cerevisiae Nấm men là vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thật, tế bào nấm men thường lớn gấp 10 lần so với vi khuẩn. Nấm men có cấu tạo đơn bào, hình thái thay đổi tùy thuộc vào từng loại, tùy điều kiện nuôi cấy và trao đổi của ống giống, do đó nấm men có hình thái đa dạng: hình trứng, hình bầu dục, hình tròn, hình ống dài, hình quả dưa chuột, hình thoi, hình bình hành và một số hình đặc biệt khác. Một số loài nấm men có tế bào hình dài nối với nhau thành những dạng sợi gọi là khuẩn ty (Mycelium) hay khuẩn ty giả (Pseudomonas mycelium). Tuy nhiên hình dạng của chúng không ổn định, phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy. Tế bào nấm men (hình 1.3) thường có kích thước rất lớn gấp từ 5-10 lần tế bào vi khuẩn. Kích thước trung bình: chiều dài: 9-10 µm và chiều rộng: 2-7 µm. Kích thước tế bào nấm men thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào từng giống, từng loài và điều kiện nuôi cấy khác nhau. 10 Hình 1.3. Tế bào nấm men S. cerevisiae. Chồi Sợi actin Túi Nhân Lưới nội chất Ty thể Lipid Thể golgi Thành tế bào Không bào Màng tế bào Hình 1.4. Cấu tạo tế bào nấm men S. cerevisiae. Tế bào nấm men (hình 1.4) cũng như nhiều loại tế bào khác được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản sau: vách tế bào, màng nguyên sinh chất, chất nguyên sinh, nhân tế 11 bào. Khi còn non, vách tế bào nấm men tương đối mỏng, tùy theo thời gian nuôi dưỡng mà vách tế bào dày lên. Thành phần hóa học chủ yếu là glucan và mannan. Phần còn lại là protein, lipid, đôi khi còn có poliphotphat, enzyme, sắc tố và một ít ion vô cơ, đặc biệt vách tế bào còn chứa chitin. Màng nguyên sinh chất có chiều dày khoảng 7-8 µm cấu tạo chủ yếu là protein, chiếm 50 % khối lượng khô, còn lại là lipit 40 % và một ít polysaccharit. Chức năng của màng cũng giống như màng nguyên sinh chất vi khuẩn. Chất nguyên sinh cấu tạo chủ yếu là nước, protit, gluxit, lipit và các muối khoáng, enzyme và các cơ quan trong đó. Nhân tế bào nấm men là nhân thật, có sự phân hóa, có kết cấu hoàn chỉnh và ổn định, có khả năng biểu hiện của tế bào tiến hóa, đó là sự phân chia tế bào theo hình thức giản phân. Những thành phần, cơ quan con khác: không bào, ty thể, lạp thể, riboxom… Nấm men sinh sản bằng 3 hình thức chính, đó là sinh sản bằng cách nảy chồi; sinh sản bằng cách phân đôi; sinh sản bằng bào tử và hình thành bào tử. Thành phần hóa học của tế bào nấm men (bảng 1.3) thay đổi khác nhau tùy theo loài, độ tuổi và môi trường sống, nhưng nhìn chung bao gồm: nước chiếm 75-85 %, chất khô chiếm 15-25 % (trong đó chất khoáng chiếm 2-14 % hàm lượng chất khô). Ngoài ra các chất khoáng cũng có ảnh hưởng to lớn đến hoạt động sống của nấm men như là phospho, lưu huỳnh, magie, sắt, kali và mangan. Phospho có trong thành phần nucleoprotein, polyphosphat của nhiều enzyme của sản phẩm trung gian của quá trình len men rượu, chúng tạo ra liên kết có năng lượng lớn. Lưu huỳnh tham gia vào thành phần một số acid amin, albumin, vitamin và enzyme. Magie, mangan tham gia vào nhiều phản ứng trung gian của sự lên men. Sắt tham gia vào các thành phần enzyme, sự hô hấp và các quá trình khác. Kali chứa nhiều trong nấm men, nó thúc đẩy sự phát triển của nấm men, tham gia vào sự lên men rượu, tạo điều kiện phục hồi phosphorin hóa của acid pyruvic. Nấm men hoàn toàn không có cơ quan dinh dưỡng riêng biệt, các chất dinh dưỡng mà nó sử dụng chủ yếu được vận chuyển qua thành tế bào theo hai con đường cơ bản là: thẩm thấu bị động và hấp thu chủ động. Trên thành tế bào nấm men có những lỗ nhỏ, những lỗ này có tác dụng làm cho chất dinh dưỡng vận chuyển vào trong tế bào từ môi trường bên ngoài nhờ áp suất thẩm thấu, ngược lại chất thải trong quá trình trao đổi cũng được thải ra theo con đường này. Đây là con đường thẩm thấu bị động Hấp thu chủ động khi các thành phần dinh dưỡng không có khả năng xâm nhập vào tế bào theo con đường thứ nhất thì lập tức có hệ permeaza hoạt hóa. Permaza là một protid hoạt động, chúng liên kết với chất dinh dưỡng tạo thành hợp chất và hợp chất này chui qua thành tế bào trong, tại đây chúng lại tách ra và permaza lại tiếp tục vận chuyển tiếp. Nấm men cũng như các vi sinh vật khác cần oxy, hydro, cacbon, nito, phospho, kali, magie ... để sinh trưởng và phát triển. Nguồn cacbon cung cấp là các loại đường 12 khác nhau như: saccharose, maltose, lactosem glucose ... Oxy, hydro được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường nuôi cấy hay dịch. Nấm men ngoại bào để phân giải protid, nên không thể phân cắt albumin của môi trường mà phải cung cấp nito ở dạng hòa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc vô cơ. Dạng hữu cơ thường dùng là acid amin, pepton, ure. Đạm vô cơ là các muối amon khử nitrat, sulfat ... 1.3.2. Ứng dụng của nấm men Saccharomyces cerevisiae trong lên men [3] 1.3.2.1. Cơ sở sinh hóa của quá trình lên men Lên men là một quá trình trao đổi chất dưới tác dụng của các enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học. Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men mà người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau. Tuy nhiên có hai hình thức lên men chính là lên men yếm khí (kị khí) và lên men hiếu khí. Lên men cồn là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men, chúng sẽ chuyển hóa đường thành ethanol và CO2. Quá trình này được chia làm hai thời kì chính đó là thời kỳ phát triển sinh khối và thời kỳ lên men chuyển đường thành cồn và CO2. Thời kỳ phát triển sinh khối với sự có mặt của oxy, tế bào nấm men tăng nhanh về kích thước đồng thời phát triển sinh khối. Thời kỳ lên men chuyển đường thành cồn và CO2 nấm men hấp thụ các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzyme sẵn có của mình thực hiện xúc tác sinh học trong quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống, tạo thành cồn và CO2. Cơ chế của quá trình lên men được thể hiện ở hình 1.5. ADP ATP Glucose Pyruvic NAD+ NDAH Ethanol Acetaldehyde Hình 1.5. Cơ chế lên men ethanol của tế bào nấm men. 1.3.2.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men Trong sản xuất, ngoài việc lựa chọn chủng nấm men người ta còn phải nghiên cứu các điều kiện phù hợp nhất để đạt hiệu suất lên men cao. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men gồm: oxy, nồng độ đường, nhiệt độ, pH môi trường, nồng độ rượu và CO2, số lượng tế bào nấm men. 13 Oxy là thành phần quan trọng trong giai đoạn phát triển sinh khối của tế bào nấm men. Tuy nhiên nó là nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm trong công đoạn tiếp theo. Lên men etanol là một quá trình lên men yếm khí, nhưng lên men trong giai đoạn đầu cần phải cung cấp oxy cho dịch lên men để nấm men sinh trưởng và phát triển (tăng sinh khối). Nhưng oxy chỉ cần thiết ở giai đoạn đầu, khi dịch lên men đã đạt đủ số lượng tế bào nấm men, thì ngăn chặn dịch lên men tiếp xúc với oxy để nấm men tiến hành quá trình lên men chuyển hóa đường thành cồn và CO2. Nấm men chỉ có khả năng lên men các đường đơn giản đặc biệt là maltose và saccharose. Trong dịch lên men ngoài đường, phải bổ sung thêm một số thức ăn cần thiết cho nấm men như các muối amon, các muối photphat và đạm như ure. Nồng độ đường thích hợp từ 18-22 %, 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 thì nồng độ đường nằm ở khoảng 30-35 % thì lên men bị đình chỉ. Nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt động sống của nấm men, cụ thể là nấm men Saccharomyces cerevisiae chúng ta sử dụng trong quá trình lên men nước uống. Lên men nước trái cây tối ưu ở nhiệt độ 28-30 oC, ở nhiệt độ 50 oC trở lên và dưới 0 oC thì nấm men không hoạt động. Trong thực tế người ta có thể lên men ở nhiệt độ trong khoảng 4-28 oC tùy theo mục đích sản phẩm cuối cùng. pH có ý nghĩa quan trọng trong quá trình lên men nước trái cây. Nấm men có thể phát triển trong môi trường pH từ 2-8 nhưng tối ưu ở pH 4-4,5. Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH = 4,2 và cao hơn, khi thấp hơn mức pH này thì chỉ có nấm men mới có thể phát triển được. Vì thế trong quá trình lên men thì nên điều chỉnh pH < 4,5. Khi pH = 8 thì nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh. Ở pH = 3,8 nấm men phát triển mạnh thì hầu như vi khuẩn chưa phát triển. Để tạo pH thích hợp trong môi trường nuôi cấy nấm men, người ta thường bổ sung vào môi trường lên men một loại axit không gây ảnh hưởng đến hoạt động của nấm men. Thực tế người ta sử dụng axit citric và NaHCO3 để điều chỉnh pH. Cồn và CO2 có tác dụng kìm hãm sự sinh trưởng và khả năng lên men của nấm men. Sự sinh trưởng của nấm men bị kìm hãm khi nồng độ cồn trong môi trường lên men là 1 %, từ 4-6 % có ảnh hưởng xấu. Đa số nấm men sinh trưởng được ở môi trường có nồng độ cồn là 12-14 %, chỉ có một số ít lên men được ở nồng độ cồn cao từ 17-20 %. Khí CO2 ức chế sự lên men nhưng việc thoát khí CO2 sẽ làm cho môi trường lên men luôn chuyển động, kéo dài trạng thái lơ lửng của tế bào nấm men nên có thể làm tăng quá trình lên men. Số lượng tế bào nấm men 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 thì quá trình lên men diễn ra hiệu quả và hiệu suất thu hồi cao, chất lượng sản phẩm tốt. 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 14