nghiên cứu quy trình sản xuất nước giải khát lên men từ trái chanh dây

Đây được coi là mặt hàng chiến lược chủ yếu của thế kỷ 21, nên nhiều quốc gia như: Mỹ, Hà Lan, Liên Ban Đức, Nhật, Trung Quốc,… đã tập trung nghiên cứu và sản xuất được nhiều loại nước g

tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong trường đại học Kỹ Thuật Công Nghệ và các thầy

cô tham gia trong quá trình giảng dạy chuyên ngành, những người đã truyền đạt những kiến thức quý báu để em thực hiện được nghiên cứu này

Xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Quang Phước, cô Nguyễn Thị Ngọc Yến đã tạo điều

kiện cho em được làm việc tốt trong quá trình làm thí nghiệm Cảm ơn các cô trong khoa Công Nghệ Thực Phẩm Cảm ơn những người bạn đã cùng làm việc với tôi trong phòng thí nghiệm

Và cuối cùng, con xin cám ơn Ba Mẹ đã tạo điều kiện cho con hoàn thành đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2008

Sinh viên thực hiện

Võ Diệp Diệu Hiền

Chương 1 GIỚI THIỆU

Nước giải khát là loại nước uống đóng vai trò rất quan trọng đối với đời sống của con người, ngoài việc cung cấp cho cơ thể một lượng nước đáng kể để tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào, nó còn bổ sung cho cơ thể một lượng lớn các chất dinh dưỡng, các loại muối khoáng,… để bù đắp cho các hoạt động sống của con người, vì vậy nước giải khát trở thành nhu cầu tất yếu không thể thiếu được đối với cuộc sống của con người

Ngành sản xuất nước giải khát đang phát triển với tốc độ rất nhanh cả về chủng loại và sản lượng đã mau chóng chiếm lĩnh và được thị trường chấp nhận, trong số đó phải kể đến các hãng sản xuất nước giải khát nổi tiếng như: Cocacola, Pepsi,…

Ngày nay, khi điều kiện sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng nước giải khát ngày càng tăng và đang từng bước chuyển dần từ loại nước giải khát pha chế truyền thống sang sử dụng loại nước giải khát có chứa các chất dinh dưỡng như các loại: acid amin, vitamin, muối khoáng… được sản xuất từ các loại trái cây Đây được coi là mặt hàng chiến lược chủ yếu của thế kỷ 21, nên nhiều quốc gia như: Mỹ, Hà Lan, Liên Ban Đức, Nhật, Trung Quốc,… đã tập trung nghiên cứu và sản xuất được nhiều loại nước giải khát từ các loại trái cây: cam, dứa, xoài, sơri, nho, dâu, táo,vải,… có chất lượng rất cao đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường

Theo dự đoán của các nhà chiến lược: trong các loại trái nước giải khát được sản xuất từ trái cây thì loại nước giải khát lên men được đánh giá là mặt hàng “mạnh” trong tương lai vì đây là sản phẩm được đánh giá có giá trị dinh dưỡng cao nhờ quá trình lên men của vi sinh vật và rất phù hợp với thế hệ trẻ

Việt Nam là nước nhiệt đới có khí hậu nóng và khô nên nhu cầu sử dụng nước giải khát rất lớn, đồng thời nguồn nguyên liệu để sản xuất nước giải khát từ trái cây trong nước lại vô cùng phong phú, đa dạng, hoàn toàn có thể đáp ứng được các yêu cầu về nguyên liệu để sản xuất ổn định lâu dài lại đang có nguy cơ bị dư thừa do thiếu công nghệ chế biến phù hợp

Việc nghiên cứu để sản xuất nước giải khát lên men từ trái cây là hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới và khu vực Ngày nay sản phẩm nước trái cây lên men được biết đến nhiều nhất là nước nho với nhiều loại sản phẩm và công dụng bổ dưỡng Tuy nhiên nho không phải là loại trái cây có thể lên men tạo rượu duy nhất Nước ta là nước nhiệt đới với nhiều loại trái cây có hương vị và chất lượng tốt có thể lên men tạo ra các sản phẩm chất lượng không

thua kém gì nước nho Hiện nay có một loại trái cây rất được ưa chuộng ở thị trường trong nước

và quốc tế, đó chính là “chanh dây” hay còn gọi là “lạc tiên” Ở thị trường trong nước chanh dây thường được dân ta sử dụng ở dạng tươi làm nước uống vừa thơm ngon, bổ dưỡng lại rẻ tiền, gần đây trên thì trường có xuất hiện một số sản phẩm nước chanh dây đóng hộp, trà chanh dây và cũng đang rất được ưa chuộng Còn trên thị trường thế giới đặc biệt là Châu Mĩ gần hơn là nước

Mĩ, chanh dây rất được ưa chuộng và cũng đã xuất hiện rất nhiều dòng sản phẩm từ chanh dây Nhưng chủ yếu vẫn là bột chanh dây, nước chanh dây cô đặc, nước chanh dây đóng hộp Gần đây nhu cầu về sản phẩm chanh dây trên thế giới tăng cao đặc biệt là tại Hoa Kì, vì vậy chanh dây đã trở thành sản phẩm xuất khẩu chủ đạo của nhà máy DELTA của tập đoàn Daso sang Hoa Kì và mang lại lợi nhuận rất lớn

Sản phẩm từ chanh dây hiên nay chủ yếu là nước chanh dây và bột chanh dây Nhưng ít ai biết rằng chanh dây cũng có thể lên men thành một loại nước giải khát lên men bổ dưỡng và thơm ngon rất có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng Vì vậy nước giải khát lên men từ chanh dây cũng là một sản phẩm đầy tiềm năng cho thị trường trong và ngoài nước

Cũng vì mục đích đón đầu thị trường, tạo ra một dòng sản phẩm mới làm đa dạng hóa sản phẩm từ chanh dây, mang lại hiệu quả kinh tế cao, cải thiện đời sống cho bà con nhân dân cũng như thu về ngoại tệ cho đất nước nên chúng tôi đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu quy trình sản xuất nước giải khát lên men từ chanh dây”

Tiến hành nghiên cứu chế biến nước giải khát lên men từ chanh dây với trọng tâm giải quyết các vấn đề liên quan đến chất lượng sản phẩm Trên cơ sở đó, chúng tôi nghiên cứu các vấn đề sau đây:

 Khảo sát tỉ lệ phối trộn giữa dịch quả và nước

 Khảo sát tỉ lệ men giống sử dụng trong quá trình lên men

 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất khô đến quá trình lên men

 Khảo sát ảnh hưởng pH môi trường đến quá trình lên men

 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến quá trình lên men

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Khái quát về nước giải khát lên men từ trái cây

Nước giải khát lên men từ dịch trái cây không qua chưng cất, có độ cồn thấp, được xem là lọai nước uống tự nhiên có lợi cho sức khỏe vì có chứa nhiều chất dinh dưỡng của trái cây Hiện nay, trên thị trường xuất hiện nhiều loại nước giải khát với nhiều hương vị khác nhau Tuy nhiên, trên thực tế thì có rất ít các sản phẩm có hương liệu tự nhiên mà chỉ là hương liệu tổng hợp Những loại nước uống này hoàn toàn không có dinh dưỡng mà chỉ có một ít năng lượng là đường, và nếu sử dụng đường hóa học lại còn có hại đối với sức khỏe người tiêu dùng

Nước giải khát lên men chứa một lượng cồn thấp, nhiều người có thể uống được kể cả phụ

nữ và người già, cồn etylic trong nước giải khát lên men tự nhiên rất tinh khiết, không lẫn aldehyde, ester

Cho đến nay đã có một số sản phẩm từ trái cây như: Bluebird, Treetop, … là các sản phẩm không cồn của Florida (Mỹ) được sản xuất 100% dịch trái nho, táo mà thành phần có nhiều loại vitamin, muối khoáng, độ đường khoảng 15-18% đóng trong hộp kim loại có dung tích 160-180ml Một số sản phẩm có cồn thấp (6%V) mang nhãn hiệu:Arbor mist (Mỹ) được sản xuất từ nho, dâu, đào,… có hàm lượng đường từ 12-15% và nhiều loại vitamin, muối khoáng khác đã và đang được bán trên thị trường Việt Nam, được người tiêu dùng đánh giá cao, tuy nhiên giá của sản phẩm còn quá cao so với thu nhập của phần đông người tiêu dùng Việt Nam

Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, được thiên nhiên ưu đãi và nguồn đất đai màu mỡ, trù phú, thuận lợi cho việc trồng và phát triển các loại cây ăn quả khác nhau như nho, xoài, dâu, chanh dây… Vì vậy việc sản xuất nước giải khát hương vị trái cây tự nhiên rất thuận lợi Nhờ quá trình lên men chúng ta có được hàng loạt các sản phẩm khác nhau

Nước giải khát lên men hương vị chanh dây tự nhiên là một loại nước giải khát sử dụng

nấm men Saccharomyces lên men từ dịch chiết trái chanh dây tạo rượu etylic và CO2 Nhờ đó khi uống ta có cảm giác mát lạnh nhờ CO2, vị thơm nồng của rượu etylic và chanh dây

Trong từ điển bách khoa về thực phẩm của Nga nói rằng: uống nước quả lên men còn an toàn hơn cả uống nước và rất tốt cho sức khỏe, xua tan mệt mỏi, giúp tăng sức chịu đựng

Nước quả lên men có vị ngọt và mát lạnh nên dùng để giải khát và giải rượu rất tốt Rất tốt cho những người bị cảm, sốt, hay bị dị ứng, mỏi mệt kinh niên, bệnh phù, giúp tăng khả năng đề

kháng với các bệnh truyền nhiễm, ngừa bệnh khô da vào mùa đông ( do trong nước quả lên men

có khá nhiều khoáng và vitamin B,C,…)

Đặc điểm của nước giải khát lên men là trong thành phẩm các quá trình sinh học còn tiếp diễn, do đó không thể bảo quản lâu quá 2 ngày dù ở nhiệt độ thấp Khi đã rót ra cốc mà để lâu thì chất lượng nước giải khát cũng bị giảm rõ rệt sau 2÷3 giờ Vì vậy, nước giải khát lên men nói chung thường chỉ sản xuất đủ tiêu dùng trong ngày và nên uống khi còn tươi Tuy nhiên đối với một số nước giải khát lên men cao cấp, người ta loại bớt tế bào nấm men, rót vào chai, đậy nút rồi đem thanh trùng ở nhiệt độ thích hợp và vì thế thời gian bảo quản cho phép tăng 2÷3 tháng, tương tự như bia

Quy trình sản xuất chung

2.2 Giới thiệu về nguyên liệu chanh dây

2.2.1 Định danh [14], [13]

Phân loại khoa học

 Giới (regum): Plantae

 Ngành (divisio): Magnoliophyta

 Lớp (class): Magnoliopsida

 Bộ (ordo): Malpighiles

 Họ (familia): Passifloraceae

 Chi (genus): Passiflora

 Loài (species): P.foetida

Tên thường gọi: dây Mát, Mát Mát, Chanh Dây/Chanh Sô-đa, trái Mê Ly

Chanh dây thuộc họ Passifloraceae và có họ gần với cây violet Có hơn 500 loài Passiflora, thuộc họ Passifloraceae, khoảng 50 trong số đó có thể ăn được Nhưng chỉ một loài duy nhất, P edulis Sims, mới có tên gọi là Passion fruit Trong loài này, có hai dạng phân biệt: dạng đỏ tía

(purple) – thông thường và dạng vàng (yellow) không chỉ ở màu sắc mà còn ở một số đặc điểm khác

Chanh dây đỏ tía (Purple passion fruit): Passiflora edulis Sims

Chanh dây vàng (Yellow passion fruit): Passiflora edulis var flavicarpa.

Chanh dây được biết đến dưới nhiều tên gọi, tuỳ thuộc các quốc gia hay vùng trồng chanh dây

Bảng 2.1 - Tên gọi chung của hai dạng chanh dây

Tên gọi chung của hai dạng chanh dây

Tiếng Anh Passion fruit, Granadilla, Purple Granadilla, Yellow Passion Fruit Tiếng Việt Chanh dây, lạc tiên, lạc viên, hồng tiên, lồng đèn, long châu, mác mác

Tiếng Pháp Fruit de la passion,

Tiếng Tây Ban Nha Granadilla, Parcha, Parchita, Parchita maracuyá

Tiếng Bồ Đào Nha Maracuja peroba

Dạng chanh dây đỏ tía có thể được gọi là purple, red hay black granadilla; hay là lilikoi (Hawaii); mountain sweet cup (Jamaica), linmangkon (Thái Lan)…

Dạng chanh dây vàng phổ biến với tên yellow passion fruit, ở Hawaii được gọi là yellow

lilikoi, golden passion fruit ở Australia, parcha amarilla ở Venezuela…

Người ta không rõ nguồn gốc của chanh dây vàng, hoặc có lẽ xuất xứ từ vùng Amazon của

Brazil, hoặc là giống lai giữa hai loài P edulis và P ligularis Các nghiên cứu cấu trúc tế bào

không khẳng định được thuyết giống lai Giả thuyết chanh dây vàng có nguồn gốc từ Australia (E.N Reasoner, 1923) cho rằng hạt giống chanh dây vàng đã được mang từ Australia vào Hawaii

và đại lục Hoa Kỳ Hạt giống chanh dây vàng được gửi từ Argentina đến Bộ Nông nghiệp Hoa

Kỳ năm 1915 (S.P.I No 40852) với lời giải thích rằng loài dây leo này được trồng từ hạt giống - lấy từ trái mua ở Covent Garden, London - tại trạm thí nghiệm Nông nghiệp Guemes Hiện nay, một số nhà khoa học cho rằng chanh dây vàng là kết quả của sự đột biến gen xảy ra ở Australia

2.2.2.2 Phân bố

Chanh dây được trồng chủ yếu ở các khu vực Trung, Nam Mỹ, Đông Nam Á, Australia và Nam châu Phi

Chanh dây đỏ là loài cây cận nhiệt đới, phát triển mạnh ở Australia và thích nghi một phần với khí hậu ở vùng biển Queensland từ trước năm 1900 Ở Hawaii, hạt cây chanh dây đỏ mang từ Australia đến đã được gieo trồng lần đầu tiên vào năm 1880 và loài dây leo này đã trở nên phổ biến trong các khu vườn của người dân bản địa Đến nay, chanh dây đỏ đã được trồng ở nhiều nước trên thế giới ở những vùng có khí hậu phù hợp như Nam Phi, Mỹ, New Zealand, Ấn Độ, Australia,…

Chanh dây vàng là loại cây nhiệt đới hay cận nhiệt đới, được trồng chủ yếu ở Hawaii, Fiji, Kenya, Papua New Guinea, Đài loan, Brazil, Colombia, Nam Phi, Venezuela và Florida

Các vùng trồng chanh dây lớn nhất gồm: Hawaii, Fiji, Australia, Kenya, Nam Phi, New Guinea

và New Zealand

2.2.3 Một số giống chanh dây phổ biến hiện nay [14], [13]

Từ các giống chanh dây ban đầu, qua quá trình tuyển chọn và lai tạo giống của con người, hiện nay có nhiều giống chanh dây có năng suất cao, chất lượng quả tốt và khả năng chống chịu thời tiết, sâu bệnh cao

Australian Purple hay Nelly Kelly – giống chanh dây đỏ được trồng ở Australia và Hawaii,

có vị ngọt dịu

Common Purple – giống chanh dây mọc tự nhiên ở Hawaii, có vỏ dày, khía hạt nhỏ, nhưng

mùi vị ngon và có ít acid

Kapoho Selection – giống lai giữa Sevcik và các giống chanh dây vàng ở Hawaii, quả lớn

nhưng dễ bị thối, phần lớn chứa ít hoặc không chứa thịt quả, dịch quả có mùi vị không giống của

‘Sevcik’ nên cũng không còn được trồng nữa

Pratt Hybrid – là giống lai giữa Sevcik và một giống chanh dây vàng khác ở Hawaii, có

màu sắc và hương vị tốt, hàm lượng acid thấp, nhưng dễ bị thối, cây không cho sản lượng cao

Sevcik Selection – một dạng chanh dây vàng có nguồn gốc từ Hawaii nhưng dịch quả có vị

gỗ rất lạ, quả dễ bị thối rữa

Yee Selection – chanh dây vàng, quả tròn, mùi vị rất hấp dẫn, có khả năng chống chịu bệnh

tật cao, nhưng quả có lớp vỏ dày, tỷ lệ dịch quả thấp nhưng lại rất ngon

Pintado – là một giống chanh dây được phát hiện ở phía bắc khu vực Nam Mỹ, đặc biệt là

Ecuador và Colombia Đây có lẽ là một trong những giống cho sản lượng và mùi vị tốt nhất

University Round Selection – giống chanh dây Hawaii lai giữa Wimanato và Yee, trái nhỏ

hơn Yee, trông không hấp dẫn lắm nhưng cho dịch quả nhiều hơn 10% và rất ngon

University Selection No B-74 – giống chanh dây Hawaii lai giữa Pratt và C -77, thường là

màu vàng, thỉnh thoảng có màu đỏ nhẹ, tương tự như Waimanato, tỷ lệ dịch quả cao và mùi vị rất ngon

Waimanato Selection – bao gồm bốn giống chanh dây: C-54, C-77, C-80 có cùng kích

thước, hình dạng, màu sắc và có mùi vị rất ngon, và C-39 đóng vai trò là cây thụ phấn

Giống chanh dây có tính chất vượt trội, trên cả các giống chanh dây ở trên là Noel’s Special Đó là giống chanh dây vàng được chọn giống năm 1968 từ các cây giống con của một cây chanh dây được phát hiện ở một trang trại bỏ hoang ở Hilo, Hawaii, bởi Noel Fujimoto vào đầu những năm 1950 Quả có dạng tròn, trung bình nặng khoảng 90g, ruột chứa thịt quả màu cam sậm, cho tỷ lệ dịch quả lên đến 43 - 56%, màu cam tươi, rất nhiều hợp chất thơm Cây mọc rất khoẻ, bắt đầu ra hoa kết quả sau một năm, quả có đốm nâu Giống cây này cung cấp đến 88% lượng quả trên thị trường trong một mùa, một tỷ lệ cao hơn bất kỳ giống chanh dây nào khác

2.2.4 Sự phát triển của cây chanh dây ở Việt Nam

Đây là loài cây hoang dại, được nhập vào Việt Nam khoảng vài chục năm gần đây, trồng để lấy quả, làm giàn che nắng và làm cảnh

Chanh dây xuất hiện ở các tỉnh miền Bắc vào đầu thập niên 90 và những năm gần đây mới vào đến Đồng Bằng Sông Cửu Long Vì ở Việt Nam có cây lạc tiên (miền trung và miền Nam gọi

là cây chùm bao- một loại cây hoang dại có tác dụng chữa bệnh mất ngủ) nên loại cây leo trái tròn, lớn gấp đôi trái pinh-pông, vỏ màu xanh khi chín màu vàng lợt, ruột trái có vị chua thanh hơi giống chanh mới có tên gọi là “chanh dây”

Ngày càng có nhiều sản phẩm được chế biến từ loài quả này, điều này đã tạo thêm một giống cây trồng mới cho bà con nông dân Lâm Đồng là vùng đất có khí hậu và thổ nhưỡng thích hợp cho loại cây này Những năm gần đây, chanh dây được nhiều người biết đến và được bày bán nhiều ở các chợ thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội… Chanh dây rất dễ trồng, cho năng suất cao

Tuy nhiên mục đích sử dụng phổ biến vẫn là ăn tươi, chế biến nước giải khát, nước siro cô đặc, chế biến thành xốt dùng kèm với các món ăn khác trong nhà hàng

Hiện tại, ở Việt Nam có hai loại chanh dây, một loại được chiết ghép với giống của Đài Loan, một loại thuần Việt Theo Đông y, các hợp chất trong chanh dây có tính hàn, giúp bổ dưỡng cho tim mạch, lưu thông khí huyết, hạ thân nhiệt… Với các đặc tính trên, chanh dây ngày càng được chú ý khai thác và nhân rộng, hướng tới canh tác theo quy mô công nghiệp

Dạng trái tím: được trồng phổ biến ở vùng khí hậu mát ( cao độ 1200-2000m) như Đà Lạt,

Tây Nguyên và cho hương vị trái ngon nhất

Dạng trái vàng: trái lớn hơn, chịu nóng tốt, thích hợp với vùng có độ cao 0-800m như

Đồng Bằng Sông Cửu Long

Chanh dây là loại cây ăn trái có triển vọng của các nước đang phát triển (Philippines đang khuyến khích trồng để lấy nước quả đóng hộp) Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long cây được trồng rãi rác tại Cần Thơ, Tịnh Biên (An Giang), Hòn Đất (Kiên Giang) Ở khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh tại trại giống cây trồng Đồng Tiến dạng trái vàng cũng cho trái rất sum suê

2.2.5 Mô tả đặc điểm

2.2.5.1 Đặc điểm thực vật học [17], [19]

Sự phát triển: chanh dây là một loại cây dây leo khỏe, dễ trồng, phát triển mạnh và không

cần chăm bón nhiều, ít sâu bệnh, đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới.Lất từng khúc dây không non, cũng không già, dài chừng 20-30cm, vùi xuống hố đất ẩm (nên bón lót một ít phân chuồng hay lá mục) Tưới nước hằng ngày, chỉ sau 20-30 ngày cây đã bắt đàu leo lên giàn và chừng khoảng 6-7 tháng sau có qủa Tua của cây bám vào hầu hết bất cứ chỗ nào của vật chống đỡ nó Hằng năm, cây có thể mọc lên từ 4m đến 6m Nói chung, đây là loại cây có đời sống ngắn (từ 5 - 7năm)

Hình 2.1 - Cây chanh dây

Lá: mọc xen kẽ, có dạng thùy sâu 3 lớp, có răng cưa khi trưởng thành Lá dài 7cm – 20

cm, mặt trên láng và có màu xanh đậm, mặt dưới nhạt hơn và mờ đục

Hình 2.2 - Lá chanh dây

Hoa: mọc ở trên mỗi đốt, có dạng đơn, có mùi thơm, rộng 5cm –8cm, gồm có 5 đài trắng

hơi lục, 5 cánh trắng, màu tía đậm ở đáy Hoa có 5 nhị có bao phấn, có bầu nhụy, vòi nhụy phân làm 3 nhánh tạo nên một cấu trúc nổi bật ở giữa Dạng quả tía ra hoa vào mùa xuân và đầu mùa

hè (tháng 7 - tháng 11) và ra hoa lần nữa vào mùa thu và đầu mùa đông (tháng 2 - tháng 4) Hoa

nở vào lúc sáng sớm và tàn trước buổi trưa, hoa có khả năng tự tương hợp

Hình 2.3 - Hình dạng và cấu tạo hoa chanh dây

Hình 2.4 - Hoa chanh dây tím và vàng

Hạt: hạt chanh dây có dạng bẹt (một đầu nhọn và một đầu tròn), kích thước khá nhỏ, có

màu tối (thường là đen) Bề mặt hạt hơi rỗ nhưng có độ bóng nhất định Tùy thuộc từng loài mà hạt chanh dây có thể hoặc không thể ăn được

Hình 2.5 - Hạt chanh dây

Vỏ: trong vỏ của hai loại chanh dây có hàm lượng carbohydrate cao, lượng protein thô vừa

phải

Khi phân tích sâu về thành phần vỏ tươi của hai loại chanh dây, người ta còn tìm thấy sự có mặt của tinh bột (0,75-1,36%), đường (saccharose, glucose, fructose) 1,64%; chất béo (0,05 – 0,16 %), phosphorus (0,03 – 0,06 %); silica (0,01 – 0,04%); kali (0,60 – 0,8 %); acid hữu cơ ( acid citric, acid malic) 0,15% và một lượng lớn acid sorbic Ngoài ra, lớp vỏ ngoài của chanh dây màu đỏ tía chứa ít tanin và khoảng 1,4 mg/100g sắc tố anthocyanin

Quả chanh dây: có hình dáng hơi tròn hay hình trứng, đường kính khoảng từ 1-1,5 đến 3

inches, được bao bọc bởi một lớp vỏ dày (khoảng 3mm), cứng, nhẵn và có phủ lớp phấn mỏng,

có màu từ đỏ đậm với các đốm nhỏ và mờ, cho đến vàng nhạt hay màu vàng như bí ngô Gắn với lớp vỏ ngoài là lớp cùi trắng dày khoảng 6mm Ruột chanh dây rỗng, bên trong chứa nhiều túi nhỏ cấu tạo bằng màng membrane có hai lớp vách ngăn, bên trong chứa dịch quả màu vàng cam

và khoảng 250 hạt nhỏ, cứng, màu nâu sậm hay đen Chanh dây có hương vị rất độc đáo: thơm nồng, chua rất thanh và ngọt đậm Thức uống chỉ cần chứa 5% nước cốt chanh dây cũng có mùi rất mạnh Mùi chanh dây là sự hoà quyện của một loạt nhiều thứ mùi trái cây khác nhau như ổi, thơm, xoài, đu đủ… Chanh dây có vị gần giống như dâu, đào hay mơ

Hình 2.6 - Chanh dây vàng và chanh dây đỏ

Chanh dây vàng cho trái lớn hơn chanh dây đỏ, nhưng ruột chanh dây đỏ lõi có ít acid hơn, nhiều hợp chất mùi và sắc tố hơn, tỉ lệ dịch quả cũng cao hơn (35-38%) Chanh dây đỏ có hạt màu den, còn chanh dây vàng có hạt màu nâu

Một ký chanh dây gồm khoảng 10-12 trái (còn tuỳ giống chanh dây) Những quả lớn hơn

30g thích hợp cho chế biến vì tỷ lệ dịch quả/vỏ cao Chanh dây vàng phần nào có ít acid ascorbic

hơn chanh dây đỏ nhưng tổng lượng acid (chủ yếu là acid citric) và hàm lượng carotene lại nhiều

hơn Đó là một nguồn thực phẩm cực kỳ giàu niacin và là nguồn cung cấp tốt riboflavin

Chanh dây vàng cho thịt quả màu cam, được canh tác ở vùng có độ cao so với mực nước

biển nhỏ hơn 800m, nơi mà nhiệt độ ban ngày trên 12 oC Khả năng kháng bệnh và chống chịu

được côn trùng cao nên được trồng nhiều nơi trên thế giới với năng suất 40 tấn/ha, đường kính

quả 7 – 9cm Đây là giống được sử dụng nhiều trong công nghiệp (Etienne Espiard, 2002)

Chanh dây đỏ cho thịt quả màu cam, canh tác ở vùng có độ cao trên 800m vì nó có thể chịu

đựng được nhiệt độ ban đêm lên đến 0 oC Thịt quả thơm hơn so với chanh dây vàng, nhỏ hơn

(đường kính quả từ 5 – 7cm) và năng suất khoảng 20 – 25 tấn/ha Nước quả được nghiên cứu để

tạo hương

2.2.5.2 Đặc điểm sinh thái học [15], [18], [19]

 Điều kiện môi trường

Khí hậu: loại cây này rất thích ánh nắng mặt trời trừ những nơi có nhiệt độ cao hơn 38oC,

cây cần được che mát Cây chịu đựng được đến 0oC, vì thế cần bảo vệ cây khỏi sương giá Loại quả tía có tính chất cận nhiệt đới và không thích khí hậu sương giá Tuy nhiên, có

những cây có thể đưa vào nơi có nhiệt độ lên đến -7 oC mà không bị nguy hại gì Vào mùa đông

lạnh giá, cây có thể bị rụng lá Rễ vẫn mọc tốt thậm chí nếu ngọn bị chết Cây phát triển không

tốt vào mùa hè nóng bức Loại quả vàng có tính chất nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, và không chịu

được sương giá Cả hai dạng quả này cần được bảo vệ khỏi gió Nói chung, lượng mưa hằng năm

nên đạt được ít nhất là 90cm

Đất đai: cây mọc được trên nhiều loại đất trừ đất sét trộn ít hay nhiều cát, pH khoảng 6,5

đến 7,5 là thích hợp nhất Hệ thống thoát nước hoàn toàn là cần thiết để giảm thiểu sự tác động

của quá trình thối rửa Đất cũng cần được cung cấp nhiều chất hữu cơ và một lượng muối thấp

 Trồng trọt

Vị trí: trồng ở những nơi có nhiều ánh nắng trừ những vùng quá nóng Trồng cây kế hàng

rào mắt xích hoặc giàn vững chắc (cao ít nhất là 2,13m) để cho cây có thể mọc dày đặc hơn Kỹ

thuật làm giàn có ảnh hưởng khá lớn đến việc ra hoa và đậu quả Nhiều nơi do chưa có kinh nghiệm làm giàn hoặc vừa kết hợp làm giàn che bóng mát nên cây ra ít hoa hoặc không ra hoa do các cành quá đan chen nhau cạnh tranh về ánh sáng

Việc tưới tiêu: tưới nước đều đặn sẽ giúp cho cây ra hoa và sinh trái liên tục Nhu cầu

nước cao khi quả sắp chín Nếu đất khô, quả teo lại và rụng sớm

Việc bón phân và chăm sóc: ngoài chế độ chăm sóc thường xuyên như làm cỏ, tưới nước,

phòng trừ sâu bệnh cần chú ý bón thêm phân Sau mỗi đợt thu hái và cắt tỉa cần bón thêm N, K,

Ca, Mg nhằm tạo điều kiện cho cây nhanh chóng hồi phục và bù đắp dinh dưỡng đảm bảo cho một đợt ra cành và hoa mới

Việc tỉa xén: sau khi cây được 2 năm tuổi thì nên tỉa bớt cành mỗi năm một lần để kích

thích mọc cành mới, giúp thu hoạch dễ dàng hơn và giúp cây sinh sản, ra hoa nhiều hơn Sau khi thu hoạch cần tỉa cành ngay lập tức Ở những nơi có mùa đông lạnh lẽo thì tỉa cành vào đầu mùa xuân, bỏ tất cả những cành yếu và cắt bớt khoảng 1/3 cành khỏe Những nơi có khí hậu quá nóng thì có thể để tán lá mọc dày thành mái vòm nhằm ngăn cho trái không bị cháy nắng

 Việc nhân giống

Loại cây này thường mọc từ hạt Nếu hạt được trồng ngay sẽ nẩy mầm trong 10-20 ngày Hạt được bảo quản và làm sạch có tỉ lệ nẩy mầm thấp và chậm hơn Hạt nên được trồng sâu xuống đất từ 1 đến 2,5cm; cây con có thể đem ghép khi cao 25cm, nếu cao hơn (trên 0,9m), nên

cắt ngọn và tưới nước nhiều

Cây cũng có thể đem nhân giống bằng cách chiết hoặc giâm cành đã trưởng thành có 3 - 4 đốt

Xử lý bằng hormone có thể giúp bén rễ nhanh Cành giâm được bén rễ tốt có thể phát triển trong

90 ngày

 Dịch bệnh và loài gây hại

Cây thường bị một loạt loài gây hại và dịch bệnh tấn công ở những vùng nhiệt đới Dạng quả tía của những vùng này dễ bị giun tròn tấn công trong khi dạng quả vàng lại có sức kháng cự tốt hơn Ốc sên cũng gây nguy hại, chúng thường ăn lá và vỏ cây, làm cho cây con bị chết hoặc nhiễm bệnh

 Thời vụ thu hoạch

Ở Ấn Độ, cây ra quả suốt năm nhưng đạt năng suất cao vào khoảng từ tháng 8 đến tháng

12, và từ tháng 3 đến tháng 5 Còn ở Hawaii, trái chín từ tháng 6 đến tháng 1, vụ mùa bội thu vào tháng 7, 8, 10, và 11

Quả sẽ nhanh chóng chuyển từ xanh sang tía đậm (hoặc vàng) khi chín và rồi rớt xuống đất chỉ trong vài ngày Hoặc là hái khi trái đổi màu hoặc là lượm trên đất Tuy chúng không hấp dẫn kiến và ruồi nhưng nên thu gom mỗi ngày để tránh bị sinh vật dưới đất làm hư hỏng Để chế biến nước quả, quả phải có màu tía đậm Những trái rụng có lượng chất rắn, đường, vị chua và vitamin

C thấp hơn Sản lượng dao động từ 9 đến 14 tấn một mẫu

 Cách chọn lựa và tích trữ

Chọn quả to, nặng, chắc Khi chín, da quả teo lại, có chỗ trũng nhưng không có bị mềm nhiều, quả có màu tía đậm Sắc da trông có vẻ xấu, nhưng không có nghĩa là quả bị hư Tuy đất không ảnh hưởng đến chất lượng quả nhưng trước khi dự trữ, cần rửa và lau khô nhẹ nhàng Giữ quả vàng chưa chín hẳn ở 20 oC với độ ẩm tương đối từ 85 – 90% Ở 30 oC, quả sẽ quá chín Quả chín giữ trong 1 tuần ở 2,22 - 7,22 oC Đựng quả trong túi polyethylene kín, không có lỗ ở 23,1

o

C sẽ giữ quả được 2 tuần Phủ bên ngoài một lớp parafin và giữ ở 5 – 7 oC và độ ẩm tương đối từ

85 – 90% sẽ ngăn hiện tượng quả bị nhăn lại và duy trì được chất lượng quả trong 30 ngày Các sản phẩm sơ chế từ quả chanh dây gồm có thịt quả tươi chưa tách hạt hay dịch quả đã tách cơm và hạt cũng được đem bán trên thị trường Thịt quả được xuất ở dạng lạnh đông với đường hay các chất bảo quản Dịch quả có thể được bảo quản bằng SO2, thanh trùng hay lạnh đông nhanh Các sản phẩm lạnh đông nhanh được ưa chuộng hơn do bảo quản tốt các chất mùi

2.2.6 Thành phần dinh dưỡng [20]

Gần 84% dịch quả chanh dây là nước, còn lại là các hợp chất thơm, các hợp chất màu, các chất sinh năng lượng (đường, tinh bột…) và các chất vi lượng (khoáng, viatmin) Chất béo và protein chứa trong dịch quả chanh dây không đáng kể, chỉ chiếm khoảng 3-4% tổng năng lượng cung cấp Chanh dây chứa nhiều vitamin A, C, các chất khoáng như K và Fe nhưng lại cung cấp

ít năng lượng, mỗi trái chỉ cho khoảng 16 calories Nếu ăn cả hạt, chanh dây sẽ là nguồn cung cấp chất xơ rất tốt Dịch quả của chanh dây vàng chứa lượng xơ rất ít ỏi và mặc dù tổng lượng xơ tan được thấp, dịch quả vẫn chứa một ít pectin

Bảng 2.2 - Thành phần dinh dưỡng tính trên 100g ăn được của chanh dây đỏ tía [10]

 Carbonhydrate

Đường

Carbonhydrate là thành phần cung cấp năng lượng chính trong chanh dây, chủ yếu gồm ba loại đường: glucose, fructose và sucrose Glucose và fructose chiếm thành phần chủ yếu, lượng fructose trong chanh dây đỏ cao hơn trong dây vàng Hàm lượng đường ảnh hưởng đến vị ngọt của chanh dây Fructose ngọt hơn sucrose ít nhất 1,5 lần, vì thế chanh dây đỏ ngọt hơn nhiều so với chanh dây vàng

Ngoài ra còn có một số đường 7-C ở dạng vết là mannoheptulose heptulose) và sedoheptulose (Decathlon-altro-heptulose)

(Decathlon-manno-Bảng 2.4 - Hàm lượng đường của hai loại quả (% theo khối lượng ăn được)

Loại chanh dây fructose glucose saccharose

 Các acid hữu cơ

Hàm lượng acid hữu cơ cao cũng là một tính chất đặc trưng bên cạnh mùi vị của chanh dây Chính lượng acid hữu cơ này làm cho dịch chanh dây có giá trị pH thấp và vị chua rất gắt Một phẩm chất đặc biệt của chanh dây vàng là hàm lượng acid citric cao Giống như dịch quả của chanh, dịch quả chanh dây có hàm lượng acid khá cao Acid citric bao gồm tất cả hàm

lượng acid không bay hơi thay đổi từ 93 - 96% tổng lượng acid, và acid malic chiếm từ 4 - 7% Tác dụng có ích cho cơ thể của acid citric có thể là giúp bảo vệ, hỗ trợ cho kẽm và các nguyên tố vết khác

Chanh dây vàng có ít acid ascorbic hơn chanh dây đỏ nhưng tổng lượng acid (chủ yếu là acid citric) và hàm lượng carotene lại nhiều hơn

Chanh dây vàng: pH 2,6 - 3,2, acid 2,4 - 4,8%, loại acid chủ yếu là citric, tiếp theo là acid malic, các acid khác có hàm lượng thấp hơn, gồm lactic, manolic và succinic

Chanh dây đỏ: pH 2,8 - 3,3, acid 3,0 - 5,0%, chứa các loại acid giống như chanh dây vàng nhưng hàm lượng mỗi loại khác biệt nhau rõ rệt, nhiều nhất là acid citric, tiếp theo là lactic, manolic, malic và succinic

Bảng 2.5 - Hàm lượng acid trong chanh dây đỏ và vàng [12]

Thông thường người ta dùng tỉ lệ đường : acid để đo độ ngọt của chanh dây Và từ đó nhận

ra rằng có sự khác biệt đáng kể giữa chanh dây vàng và chanh dây đỏ tía Tỉ lệ này ở hai loại chanh dây như sau

Bảng 2.6 - Tỉ lệ đường : acid ở hai loại chanh dây

Tỉ lệ Loại chanh dây

Dịch quả chanh dây đỏ có chứa enzyme methylesterase, bị vô hoạt ở 80 oC trong 60 giây Ngoài

ra, các nhà khoa học còn phát hiện sự có mặt của hai loại enzym protease trong chanh dây đỏ

 Các vitamin và nguyên tố khoáng

Viatmin C

Trái chanh dây đặc biệt giàu vitamin C Viatmin C tan tốt trong nước và đóng vai trò chủ yếu là một chất chống oxy hoá Vitamin C giúp bảo vệ phần mô mềm của cơ thể, đồng thời có khả năng bảo vệ plasma lipids và LDL Cholesterol khỏi các gốc tự do Ngoài ra, viatmin C còn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hệ miễn dịch của cơ thể và thậm chí làm giảm nhẹ một

số triệu chứng cảm lạnh ở người Một ly nước chanh dây ép cung cấp khoảng 50% lượng vitamin

C cần thiết trong ngày cho một người trưởng thành nam, đối với nữ là 60% Nước chanh dây là nguồn thức ăn cung cấp vitamin C cực kỳ tốt

Vitamin A

Chanh dây cũng chứa rất nhiều vitamin A Rất nhiều carotenoid được tìm thấy trong chanh dây có hoạt độ vitamin A khác nhau Vitamin A là loại vitamin tan trong dầu, cần thiết cho thị lực, da, sự phát triển và tái sinh mô tế bào Một ly nước cốt chanh dây cung cấp khoảng 6000 I.U vitamin A Điều này chứng tỏ chanh dây là nguồn thực phẩm rất giàu vitamin

Chanh dây còn chứa 10 - 13% nhu cầu hàng ngày về magnesium (Mg), một nguyên tố khoáng giúp ổn định huyết áp

 Các hợp chất dễ bay hơi

Các hợp chất dễ bay hơi chiếm thành phần chính là các ester từ C8 của các acid béo C8 thường gặp ở nhiều loại trái cây khác Các sản phẩm phân huỷ của các carotenoid (ß -ionone, dihydro-β-ionone…), các cấu tử chứa S và các ester béo hiếm gặp đóng vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra hương vị đặc trưng của chanh dây

C2-Ngoài ra, do sự hoà quyện của nhiều loại ester đặc trưng khác nhau của nhiều loại trái cây khác mà trái chanh dây có hương vị vô cùng đặc biệt Ví dụ các ester ethyl (Z)-octa-4,7-dienoate

và (Z)-Hex-3 enyl butanoate là các ester đặc trưng của dứa và lê

 Sắc tố

Sắc tố chính trong dịch quả chanh dây là carotenoid Nước chanh dây ép chứa rất nhiều loại sắc tố vàng và cam này Cho đến nay, có khoảng 13 loại carotenoid được tìm thấy trong dịch quả chanh dây, gồm ß-, γ-carotene, phytofluene, ß-apo-12’-carotenal, ß-apo-8’-carotenal, cryptoxanthin, auroxanthin, mutatoxanthin

Các carotenoids, đặc biệt là beta-carotene, giúp con người bảo vệ các tế bào khỏi sự phá huỷ của các gốc tự do và có thể giúp lại sự hình thành các tế bào tiền ung thư Chế độ ăn giàu carotenoids cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa carotenoids với việc giảm nguy cơ ung thư vú, họng, phổi, da và ung thư dạ dày Hoạt tính chống oxy hoá của các carotenoids có thể cũng quan trọng trong việc giảm nguy cơ của bệnh tim mạch và đục thủy tinh thể mắt

Dịch quả chanh dây không chứa anthocyanin, còn hàm lượng flavonoids trong chanh dây rất bé, chỉ ở dạng vết, trong chanh dây đỏ là 1,060%, trong chanh dây vàng là 1,000%

 Các sterol thực vật

Các sterol thực vật được tìm thấy trong tất cả các loại thức ăn có nguồn gốc thực vật và được các nhà khoa học cho là có khả năng làm hạ thấp cholesterol máu Tăng tiêu thụ thức ăn thực vật chứa lượng sterol cao có thể có tác động tích cực cho sức khoẻ, mặc dù các lợi ích đó có thể cũng tuỳ thuộc các yếu tố khác trong thực vật như hàm lượng chất xơ hoà tan được Chanh dây chứa tổng hàm lượng sterol thực vật cao nhất so với các loại trái cây ăn được khác So với cải xanh, cải brussel, súp lơ và ô liu đen, chanh dây là sự thay thế tuyệt vời cho các loại rau giàu

sterol Mặc dù chanh dây chứa lượng sterol thực vật tương đối cao, nhưng để có thể thấy được tác dụng làm giảm lượng cholesterol thì cần phải dùng một lượng nước ép rất lớn

2.2.7 Giá trị sử dụng của chanh dây [19], [21], [22]

 Trong công nghiệp thực phẩm

Phần thịt quả chanh dây có thể được dùng để chế biến các món ăn trong gia đình Ở quy mô công nghiệp, dịch quả chanh dây dùng để sản xuất nước quả đục, hoặc phối trộn với đường và pha loãng với nước cùng dịch quả của các loại trái cây khác (đặc biệt là cam và dứa) để sản xuất các loại thức uống lạnh

Nước cốt chanh dây có thể được nấu thành syrup để dùng trong sản xuất nước xốt, thạch, kẹo, kem, sherbet, meringue hay súp trái cây lạnh… Phần cơm trái có chứa hạt được chế biến thành thạch hay trộn với dứa hoặc cà chua để làm mứt Một loại thức uống không cồn từ dịch quả chanh dây có tên là “Passaia” do Thụy Sĩ sản xuất đã được tiêu thụ ở Tây Âu trong nhiều năm Costa Rica cũng đã sản xuất một loại rượu từ chanh dây gọi là “Parchita Seco”…

Trái chanh dây đang dần chiếm vai trò quan trọng trong công nghiệp đồ uống Ở một số quốc gia như Brazil, Peru,… trái chanh dây là nguồn nguyên liệu hàng đầu

 Trong y học

Trong y học,cả hoa, lá, trái và vỏ trái chanh dây đều được dùng để chữa bệnh Nước ép chanh dây, đặc biệt là lá chanh dây, có chứa chất alkaloids giúp làm hạ huyết áp, an thần, giảm đau, và chống lại tác động của các cơn co thắt Nhiều quốc gia trên thế giới dùng lá chanh dây để bào chế thuốc

Hoa chanh dây có tác dụng an thần nhẹ và có khả năng “ru” ngủ Hoa chanh dây đã và

đang được nhiều nước dùng để điều trị cho những trẻ em dễ bị kích động hoặc có vấn đề bất ổn thần kinh, chữa bệnh hen suyễn, rối loạn tiêu hóa, chứng mất ngủ, và các khó chịu của hội chứng tiền mãn kinh

Trái chanh dây không chứa cholesterol, giàu vitamin A và vitamin C, là nguồn cung cấp

kali và chất sắt dồi dào, nguồn chất xơ tuyệt hảo, và giúp làm dịu các cơ đàn bị căng cứng

Ở Madeira, nước cốt chanh dây được dùng như một chất kích thích tiêu hoá cho các bệnh nhân ung thư dạ dày

Ngoài phần thịt quả, các sản phẩm phụ từ quy trình chế biến từ chanh dây cũng có nhiều ứng dụng, tuy chưa được nghiên cứu nhiều để đưa vào sản xuất công nghiệp

Vỏ: chứa rất ít pectin 2,4% (14% so với tổng hàm lượng chất khô) Tuy nhiên, ở Fiji, người

ta xác định được hàng năm lượng pectin chiết từ vỏ chanh dây lên tới 5 tấn, giảm được đáng kể lượng chất thải thải ra Phần vỏ còn lại chứa khoảng 5 - 6% protein, có thể dùng làm thức ăn cho gia súc và gia cầm Ở Brazil, pectin chiết từ chanh dây đỏ có chất lượng tốt hơn từ chanh dây vàng Ở Hawaii, pectin không được chiết tách mà thay vào đó, người ta băm nhỏ vỏ chanh dây rồi đem sấy khô, trộn với rỉ đường hay ủ trong các silô để làm thức ăn cho gia súc và chim bồ câu

Các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Florida (Mỹ) đã phát hiện ra rằng chiết xuất của vỏ trái chanh dây vàng có thể chống lại các tế bào ung thư nhờ vào hai hoạt chất có nguồn gốc thực vật là carotenoids và polyphenols Còn giáo sư Watson (của trường Đại học Florida) và các cộng

sự của ông thì lại chứng minh được rằng chiết xuất từ vỏ trái chanh dây tím giúp giảm được đến 75% chứng thở khò khè ở những ngừoi bị bệnh hen suyễn và nâng cao khả năng hít thở của họ

Hạt: từ hạt chanh dây có thể thu được 23% dầu béo có chất lượng tương tự dầu hướng

dương và đậu nành, thành phần gồm có 8,90% acid béo no, 84,90% acid béo không no, các acid béo gồm có: palmitic 6,78%; stearic 1,76%; arachidic 0,34%; oleic 19,0%; linoleic 59,9%, linolenic 5,4% Dầu thu được có thể sử dụng để ăn hay dùng trong công nghiệp để sản xuất xà phòng, vecni… Hạt chanh dây chứa khoảng 12% protein và 50-55% chất xơ, không thích hợp làm thức ăn gia súc

Cành lá: nhiều quốc gia trên thế giới dùng lá chanh dây để bào chế thuốc Cành, lá chanh

dây có tác dụng an thần, gây ngủ (nhẹ), giảm sự lo âu hồi hộp, hạ huyết áp (nhẹ), dịu các cơn co giật (trong động kinh), giảm cơn đau bụng cơ năng và đau bụng kinh

2.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men [7]

2.3.1 Các quá trình lên men

Lên men theo nghĩa hẹp là thuật ngữ dùng để chỉ các quá trình phân giải các chất để thu năng lượng, trong đó hydro được tách ra từ một cơ chất (thường là glucose), được chuyển đến chất nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ Oxy phân tử không tham gia vào quá trình lên men (sự phân giải yếm khí) Theo định nghĩa của Pasteur thì “sự lên men là sự sống không có oxy phân

tử” Ví dụ trong lên men rượu hydro được tách ra trong quá trình phân hủy glucose kị khí được chuyển đến acetaldehyde (CH3CHO) hình thành trong quá trình đường phân để tạo etanol Đối với tế bào thì ý nghĩa của sự lên men ở chỗ chúng thu được năng lượng ở dạng ATP, dự trữ cho

cơ thể sinh vật

Ở vi sinh vật trong quá trình tiến hóa đã hình thành nhiều kiểu lên men khác nhau Dựa vào bản chất của sản phẩm chính cuối cùng của quá trình lên men cũng như các con đường trao đổi chất đặc trưng cho từng loại vi sinh vật mà người ta phân loại các quá trình lên men như lên men rượu, lên men lactic, lên men do nấm men, do nấm mốc…

Ngày nay trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong thực tiễn đời sống, quá trình lên men được hiểu theo nghĩa rộng hơn Đó là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ mà chủ yếu

là đường bị biến đổi dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật Sự hình thành các chất khác nhau xảy

ra trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí

Lên men yếm khí (kị khí)

Lên men yếm khí là sự biến đổi đường hay các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật, trong điều kiện không có sự tham gia của oxy phân tử Đây chính là sự lên men theo đúng định nghĩa lên men của Pasteur đã nói trên Thuộc loại lên men này có lên men rượu, lactic, aceton-butylic…

Lên men hiếu khí

Lên men hiếu khí là dạng lên men theo nghĩa mở rộng hơn, là quá trình phân giải đường hay các chất hữu cơ khác thành sản phẩm đơn giản, dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật trong điều kiện có oxy tham gia Thuộc loại này có lên men acid acetic, lên men citric, acid glutamic…

2.3.2 Bản chất của quá trình lên men

Dầu các quá trình lên men có khác nhau về hình thức, cơ chế, tiến trình phản ứng, sản phẩm cuối và hệ vi sinh vật tham gia, hệ enzyme xúc tác… nhưng các quá trình lên men có bản chất cơ bản giống nhau

Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro và điện tử (e- và H+) Các enzyme xúc tác cho quá trình này là các enzyme oxy hóa khử (dehydrogenase, oxydase…) chủ yếu từ vi sinh vật Như vậy, thực chất các quá trình lên men là

các quá trình oxy hóa – khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian Năng lượng này rất cần thiết cho hoạt động sống của sinh vật như sinh trưởng, phát triển, sinh sản…Tùy theo chủng vi sinh vật, môi trường, và điều kiện lên men chúng ta thu được các sản phẩm chính, phụ khác nhau

Trong quá trình oxy hóa khử sinh học, hydro được tách khỏi cơ chất ban đầu nhờ enzyme dehydrogenase, và chuyển đến những chất tiếp nhận khác nhau Tùy theo chất tiếp nhận hydro từ

cơ chất mà người ta phân biệt các dạng lên men và hô hấp như sau:

 Lên men yếm khí: hydro được tách ra khỏi cơ chất và chuyển đến chất nhận là chất hữu cơ chưa no Sau khi nhận hydro các chất này tạo thành các chất hữu cơ nhất định, đây chính

là sản phẩm của quá trình lên men tích tụ trong môi trường (ví dụ etanol, acid lactic…) Trong lên men rượu, hydro được tách ra trong quá trình phân hủy glucose, được chuyển hóa đến acetaldehyde (CH3CHO) hình thành trong quá trình đường phân và tạo thành etanol trong điều kiện thiếu oxy

 Hô hấp hiếu khí: hydro được tách ra từ cơ chất hữu cơ trải qua hàng loạt các giai đoạn trung gian, cuối cùng kết hợp với oxy để tạo ra H2O Ví dụ acid pyruvic, bị oxy hóa hoàn toàn trong chu trình Krebs, qua hàng loạt sản phẩm trung gian cuối cùng tạo CO2 và H2O và giải phóng năng lượng Quá trình hô hấp hiếu khí giải phóng ra năng lượng lớn cung cấp cho quá trình hoạt động sống của cơ thể vi sinh vật

 Hô hấp kị khí: các vi sinh vật sống trong điều kiện hiếu khí thường có thể sống trong điều kiện kị khí hoặc kị khí không bắt buộc hoàn toàn Chất nhận điện tử và hydro cuối cùng không phải oxy mà là nitrat hay sulfat Kiểu chuyển điện tử và H+ này giúp cho vi khuẩn oxy hóa hoàn toàn cơ chất mà không cần sự tham gia của oxy phân tử So với quá trình lên men trong hô hấp kị khí vi sinh vật thu được nhiều năng lượng hơn

2.3.3 Điều kiện của quá trình lên men

2.3.3.1 Nguyên liệu để lên men

Một trong những thành phần chủ chốt của môi trường lên men là glucid Glucid không những là nguồn cung cấp năng lượng mà còn là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng cần thiết để sinh tổng hợp các cấu tử cần thiết của tế bào Dạng glucid dễ lên men là monose, đặc biệt là glucose, fructose…là dạng đường dễ lên men, ngoài ra nấm men cũng lên men được disaccharide

như saccharose và maltose bởi vì nấm men có men saccharase và maltase thủy phân các đường di-saccharide trên thành đường đơn là glucose và fructose Với polisaccharide như tinh bột, nấm men không lên men được, mà phải qua khâu trung gian là thủy phân tinh bột ra đường đơn giản, nhờ xúc tác là enzyme amilase của malt hay nấm mốc hoặc tác nhân hóa học khác

Trong điều kiện sản xuất công nghiệp người ta thường chú ý sử dụng nguyên liệu tự nhiên, ngoài thành phần chính là glucid cần cho lên men, còn có các thành phần khác cần cho sự sinh trưởng và phát triển của tế bào vi sinh vật như: muối khoáng, vitamin, yếu tố vi lượng, acid amin, chất thơm chất màu Ví dụ trong công nghiệp lên men để đạt được mục đích người ta thường dùng nguyên liệu tự nhiên như nước chiết trái cây, nước chiết bắp, rỉ đường (mật rỉ), malt, nước chiết thịt… Một số vi sinh vật khác có thể lên men từ nguyên liệu là pectin…

2.3.3.2 Phosphate

Phosphate có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa năng lượng của hệ thống sinh học Vì vậy phosphate rất cần thiết trong thành phần dung dịch lên men, nó được đưa vào môi trường dưới dạng phosphate vô cơ như phosphate kali hay phosphate amon Nồng độ phosphate thường xê dịch từ 0,1 – 0,5% Ngoài ra người ta cũng đưa vào môi trường một lượng nhỏ phosphate ở dạng hợp chất hữu cơ

2.3.3.3 Nitơ

Nitơ là cấu tử quan trọng trong thành phần protein và acid nucleic Là thành phần rất cần cho sự sống của vi sinh vật Nitơ được đưa vào môi trường lên men ở dạng nitrat, muối amon, ure, hợp chất nitơ có nguồn gốc sinh học

Thông thường các nguyên tố vi lượng đã có mặt trong nguyên liệu tự nhiên ban đầu khi đưa vào lên men như dịch trái cây, nước chiết malt, nấm men, dịch thủy phân đạm…

Vitamin cũng là chất cần cho sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình lên men Đặc biệt là vitamin nhóm B như B1, B2, PP pantotenic, biotin (H) Riêng biotin là vitamin quan trọng cho sinh trưởng của vi sinh vật đôi khi còn gọi là “yếu tố sinh trưởng” thường sử dụng trong môi trường nuôi vi sinh vật

2.3.3.5 Nhiệt độ của môi trường lên men

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của vi sinh vật và hiệu quả lên men

Vì vậy trong thực tế sản xuất người ta sử dụng yếu tố này để điều chỉnh vận tốc phản ứng,

và chiều hướng phản ứng tạo sản phẩm theo mong muốn

Trong ngành công nghiệp lên men sử dụng vi sinh vật và chuyển hóa các chất do enzyme vi sinh vật xúc tác do vậy nhiệt độ sử dụng trong quá trình sản xuất phải phù hợp với nhiệt độ sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật và nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ tối ưu của vận tốc phản ứng enzyme xúc tác Tùy từng chủng giống vi sinh vật và từng loại lên men mà ta chọn chính xác khoảng nhiệt độ phù hợp, tối ưu nhất

2.3.3.6 pH môi trường lên men

Cũng như nhiệt độ pH cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng phát triển của vi sinh vật và hiệu quả lên men của chúng Đối với vi sinh vật bao giờ cũng có một khoảng pH thích hợp với sinh lý của chúng cũng như một khoảng pH tối ưu để vận tốc lên men đạt cực đại, hoặc theo đúng hướng tạo sản phẩm theo yêu cầu

Ở các giá trị pH khác nhau của môi trường lên men, ta có thể thu nhận các sản phẩm khác nhau

Ví dụ: ở pH 4 – 5 nấm men sẽ lên men đường tạo etanol là sản phẩm chính Nếu pH kiềm thì chiều hướng lên men của nấm men sẽ tạo sản phẩm chính là glycerin

2.4 Cơ chế của sự lên men rượu

2.4.1 Đại cương về lên men rượu [8]

Lý thuyết về lên men rượu đã được các nhà sinh học nghiên cứu từ lâu Năm 1769, Lavoisier phân tích sản phẩm lên men rượu và nhận thấy khi lên men, đường không chỉ biến thành rượu mà còn tạo ra acid acetic nữa Năm 1810, Gaylussac nghiên cứu và thấy rằng cứ 45 phần khối lượng đường glucose khi lên men sẽ tạo ra 23 phần alcol etylic và 22 phần khí cacbonic Trên cơ sở đó ông đưa ra phương trình tổng quát về lên men rượu như sau:

2C2H5OH + 2CO2 + Q

Năm 1857, Louis Pasteur tiếp tục nghiên cứu và nhận thấy cứ 100 phần đường saccharose khi lên men sẽ tạo ra 51,1 phần alcol etylic; 48,4 phần CO2; 32 phần glycerin; 0,7 phần acid succinic và 2 phần các sản phẩm khác Từ đó ông suy ra cứ 45 phần khối lượng glucose khi lên men sẽ cho 21,8 phần rượu chứ không phải 23 phần như Gaylussac đã tính

Pasteur cho rằng, sự lên men chỉ xảy ra khi có mặt của vi sinh vật Nếu ngăn ngừa không cho vi sinh vật tiếp xúc với dịch đường thì hiện tượng lên men sẽ không xảy ra Ông kết luận: “sự lên men rượu là một quá trình sinh học có liên quan mật thiết tới hoạt động của tế bào nấm men” Vào khoảng năm 1871- 1872, Manaxeni đem nghiền tế bào nấm men với cát thạch anh rồi mới cho vào dịch đường thì hiện tượng lên men vẫn xảy ra Đến năm 1897, Buchuer đem nghiền nát tế bào men rồi chiết lấy dịch trong không chứa xác men, tiếp đó dùng dịch này cho vào dịch đường thì thấy dịch chiết này vẫn có khả năng biến đường thành rượu và khí CO2 Từ đó người ta

gọi các chất chứa trong dịch các tế bào men là zymaza Đây chính là tập hợp của các enzyme cùng tham gia chuyển hóa đường thành rượu và CO2

2.4.2 Cơ chế của quá trình lên men rượu [9]

Lên men rượu là một quá trình sinh học rất phức tạp, có sự tham gia của nấm

menSaccharomyces, trải qua hàng loạt các phản ứng với sự tham gia của nhiều loại enzyme xúc

tác khác nhau

Phương trình tổng quát của lên men rượu:

C6H12O6 C2H5OH + 2 CO2 + 27 kcal Trong lên men rượu, sản phẩm chính là ethanol và khí CO2 Ngoài ra còn rất nhiều sản phẩm phụ và trung gian như acid, este, aldehyde và các rượu cao phân tử

Nấm men là tác nhân của quá trình lên men rượu với đường là cơ chất chính Đầu tiên đường và các chất dinh dưỡng của môi trường lên men được hấp thụ trên bề mặt của tế bào nấm men, sau đó khuếch tán qua màng bán thấm vào bên trong tế bào nấm men Trong khi nước ra vào tự do qua màng tế bào nấm men thì đường và các chất dinh dưỡng khác được màng tế bào chỉ cho đi vào mà không cho đi ra Vì vậy, đường bị chuyển hóa qua một chuỗi phản ứng enzyme

để tạo thành sản phẩm cuối cùng của sự lên men là rượu etylic và CO2

Trong tế bào nấm men, nhờ hoạt động sống của tế bào, nhờ sự xúc tác của hàng loạt các enzyme mà những phản ứng sinh hóa rất phức tạp xảy ra và dẫn đến tổng hợp những chất này, phân hủy chất kia Rượu ethylic và CO2 tạo thành liền thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán rất nhanh vào trong môi trường

Khí CO2 thoát ra, bám vào tế bào nấm men Khi bọt khí CO2 đủ lớn thì lực nâng của nó vượt quá trọng lượng tế bào nấm men và thế là bọt khí CO2 cùng với tế bào nấm men nổi lên bề mặt dịch lên men Khi gặp không khí, CO2 thoát ra đi vào không khí còn tế bào nấm men bị chìm xuống Điều này rất có lợi là khiến cho sự trao đổi chất ở trong tế bào trở nên mạnh mẽ hơn và

sự lên men cũng tăng nhanh lên một cách tương ứng

Xét về mặt hóa học, sự lên men rượu bình thường có thể chia ra hai thời kỳ: thời kỳ cảm ứng và thời kỳ tĩnh

Glucose Glyceraldehyde -3-phosphate Glycerin-3-phosphate Glycerin

Dưới tác dụng của enzyme phosphatase, phosphatglycerin bị thuỷ phân để tạo thành glycerin Như vậy trong môi trường sẽ hình thành glycerin và CO2

 Thời kỳ tĩnh

Đến lúc này, lượng acetaldehyde là cơ chất bình thường của enzyme alcoldehydrogenase được tạo thành đã có nhiều, nên enzyme sẽ chuyển hydro đến cho cơ chất của nó và rượu etylic được tạo thành từ đây

CH2O (P) CHOH

CH2OH Enzyme

Phosphatase

Glycerin chỉ được tạo nên trong thời kỳ cảm ứng nên nó sẽ chỉ là sản phẩm phụ trong môi trường acid

Phương trình phản ứng tổng quát của quá trình lên men

Thực tế cho thấy rằng, sự lên men rượu sẽ xảy ra một cách bình thường để cho ta sản phẩm chủ yếu là rượu và một số sản phẩm phụ khác như: glicerin, chỉ trong điều kiện pH của môi trường từ 4-5 và môi trường thật yếm khí Trong điều kiện yếm khí sự lên men xảy ra rất mạnh

mẽ (nghĩa là etanol tạo thành sẽ nhiều) nhưng sự phát triển của tế bào nấm men hầu như không

có Khi có không khí thì sự lên men yếu đi vì nấm men sẽ thu năng lượng cần thiết cho sự phát triển của chúng bằng con đường hô hấp hiếu khí, nghĩa là bằng cách oxi hóa sinh học glucose đến

CO2 và H2O

CH2O (P) CHOH

CH2OH

CH2OH CHOH

CH2OH

CH2O (P) CHOH

Quá trình lên men rượu từ glucose bao gồm quá trình đường phân và quá trình chuyển pyruvat thành etanol

Dihydroxy aceton phosphate

PhosphoFructokinase Photphoglucoza isomerase

Fructose – 1,6 – diphosphate

Aldolas

Hexokinase

Fructose – 6 – phosphate Glucose – 6 – phosphate

Fructose – 1,6 – diphosphate

Aldolase

Triophosphat izomerase

Fructose – 6 – phosphate Glucose – 6 – phosphate

Fructose – 1,6 – diphosphate

Aldolas

Fructose – 6 – phosphate Glucose – 6 – phosphate

Hình 2.7 – Quá trình lên men rượu etylic

2.5 Tác nhân của quá trình lên men rượu

Tác nhân chính của quá trình lên men rượu là các loài nấm men Saccharomyces Nấm men

đóng vai trò quyết định trong sản xuất nước giải khát lên men trái cây vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm Quá trình chuyển hóa này gắn liền với sự tham gia của hệ enzyme trong tế bào nấm men

Trong sản xuất nước giải khát lên men nói chung, người ta sử dụng cả nấm men nổi và nấm men chìm Chúng có những đặc điểm cơ bản giống nhau như có hình tròn, elip, ovan, hình trứng, sinh sản theo lối nảy chồi, có khả năng hình thành bào tử, sống kỵ khí không bắt buộc, có khả năng lên men các loại đường khác nhau Tuy nhiên giữa chúng cũng có những đặc điểm riêng

Bảng 2.7 – Đặc điểm của nấm men nổi và nấm men chìm

Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp Trong quá trình lên men, tế bào nấm men lơ

lửng trong dịch lên men, tập trung nhiều ở

vùng bề mặt

Trong quá trình lên men, tế bào nấm men thường tạo thành chùm, sau đó lắng xuống đáy thiết bị lên men

Acid pyruvic

Pyruvat kinase Acid pyruvic

Pyruvate – decarboxylase

Etanol Aldodeshydrogenase Acetaldehyde

Pyruvat kinase

Thời gian lên men ngắn, nhiệt độ lên men cao

( 28 - 32oC)

Thời gian lên men dài, nhiệt độ lên men thấp (6 - 7oC)

Khả năng lắng yếu nên không thuận lợi cho

quá trình lọc, khó thu hồi nấm men sau lên

men kết thúc để tái sử dụng

Dễ kết lắng, dễ tách lớp nên thuận lợi cho quá trình lọc và làm trong, dễ thu hồi nấm men sau lên men kết thúc để tái sử dụng

Thường dùng để sản xuất nước giải khát có

độ cồn cao

Thường dùng để sản xuất nước giải khát có

độ cồn thấp

Chỉ sử dụng được 1/3 đường rafinose Sử dụng được hầu hết đường rafinose

Trong quá trình lên men, các giống nấm men chìm thường kết lắng theo hai dạng: dạng bông và dạng bụi Nấm men chìm được chia ra 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó là nấm men bụi và nấm men kết bông Nấm men bụi là loài nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị Còn loài nấm men nổi không có khả năng này

 Một số loại nấm men dùng trong lên men rượu

Saccharomyces cerevisiae còn gọi là nấm men bánh mì, nấm men bia rượu Chúng thuộc

loại nấm men nổi, khả năng lên men ở nhiệt độ cao 28÷32oC, có năng lực lên men mạnh, biến đường thành rượu nhanh và hoàn toàn Sau khi lên men nấm men lắng chậm Chúng có thể lên men 95% đường glucose theo con đường đường phân kỵ khí, khi hiếu khí cũng bằng con đường

này chúng sử dụng được 70% glucose Hoạt lực lên men cực đại ở pH 4,5 – 5 Saccharomyces cerevisiae có thể sử dụng nhiều loại đường: glucose, galactose, maltose, saccharose, nhưng

không đồng hóa trực tiếp được lactose và không đồng hóa nitrat Chúng có thể tích lũy trong môi trường lên men 6-12% rượu

Saccharomyces ellipsoideus - nấm men của rượu vang nho, được coi là một loài gần với

Saccharomyces cerevisiae, chúng có khả năng hình thành đến 17-18% rượu

Saccharomyces carlsbergensis, nấm men này cũng có tên gọi là Saccharomyces uvarum,

đây là loại nấm men chìm, thường dùng để sản xuất loại bia vàng Chúng chỉ lên men được 81% đường của dịch, hình thành sinh khối ở đáy bình, lên men hoàn toàn raffinose

2.6 Dinh dưỡng và sinh trưởng ở nấm men [5]

2.6.1 Dinh dưỡng nấm men

Nấm men thường có hai loại dinh dưỡng Đó là dinh dưỡng ngoại bào và dinh dưỡng nội bào Chất dinh dưỡng ngoại bào được thấm qua màng vào tế bào từ các chất của môi trường nuôi cấy bên ngoài Khi môi trường bên ngoài nghèo hoặc cạn các chất dinh dưỡng thì những chất dự trữ nội bào, như glycogen, tregalose, lipid, các hợp chất chứa N sẽ được sử dụng – dinh dưỡng nội bào

Các chất dinh dưỡng khi được sử dụng sẽ đi vào thành phần tế bào để phục vụ cho sinh trưởng hoặc là cung cấp năng lượng cần thiết cho đời sống của tế bào

Các chất dinh dưỡng ngoại bào được thấm qua màng tế bào chất để vào nội bào Màng này

có khả năng điều chỉnh tính thấm của tế bào đối với vật chất vào hoặc ra khỏi tế bào

2.6.1.1 Dinh dưỡng cacbon

Các hợp chất hữu cơ khác nhau như các loại đường và dẫn xuất, các rượu, acid hữu cơ, acid amin… có thể là nguồn dinh dưỡng cacbon của nấm men

Các nguồn C dinh dưỡng trước hết phải kể đến các loại đường Đường glucose thuộc loại đường 6 C (hexose) được tất cả các loài nấm men sử dụng Glucose được coi như nguồn C vạn năng đối với vi sinh vật

Các loài Saccharomyces lên men rượu sử dụng glucose, fructose, malttose, saccharose và

galactose, với rafinose chỉ sử dụng một phần, còn lactose, melibiose, dextrin, pentose và tinh bột lại hoàn toàn không được sử dụng

Trong nuôi cấy liên tục nấm men có tốc độ sinh trưởng cùng với tốc độ pha loãng của môi trường thì những hợp chất có nhiều C trong phân tử sẽ được sử dụng sau cùng