Nghiên cứu đề xuất quy trình sản xuất đồ uống lên men có độ cồn thấp từ chuối mốc và chanh dây

Xuất phát từ lí do trên, đồng thời để đa dạng hóa sản phẩm giải quyết nguồn nguyên liệu chuối dư thừa, làm phong phú thêm chủng loại nước quả lên men, bắt kịp thị hiếu người tiêu dùng, t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRẦN THỊ HỒNG DUYÊN

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT

ĐỒ UỐNG LÊN MEN CÓ ĐỘ CỒN THẤP TỪ CHUỐI

MỐC VÀ CHANH DÂY

Khánh Hoà, tháng 7 năm 2017

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS HUỲNH THỊ ÁI VÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRẦN THỊ HỒNG DUYÊN

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT

ĐỒ UỐNG LÊN MEN CÓ ĐỘ CỒN THẤP TỪ CHUỐI

MỐC VÀ CHANH DÂY

Khánh Hoà, tháng 7 năm 2017

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS HUỲNH THỊ ÁI VÂN

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập nghiên cứu thực hiện đồ án tốt em đã nhận được

nhiều sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Đặt biệt em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến người trực tiếp hướng dẫn ThS Huỳnh

Thị Ái Vân, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận

Xin cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại Học Nha Trang, các thầy cô và Trung tâm thí nghiệm thực hành đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện

thuận lợi để em nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Cuối cùng em xin bày tỏ sự cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân đã chia sẻ

những khó khăn trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Nha trang, tháng 7 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Trần Thị Hồng Duyên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

ĐẶT VẤN ĐỀ v

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 3

1.1.1 Giới thiệu về chuối 3

1.1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm 3

1.1.1.2 Thu hoạch và bảo quản 4

1.1.1.3 Các nhóm chuối phổ biến ở nước ta hiện nay 7

1.1.1.4 Thành phần hóa học 9

1.1.1.5 Một số sản phẩm từ chuối 11

1.1.2 Giới thiệu về chanh dây 12

1.1.2.1 Nguồn gốc và đặc điểm 12

1.1.2.2 Thành phần hóa học của chanh dây 13

1.2 Tổng quan về đồ uống lên men 14

1.2.1 Phân loại đồ uống nước quả lên men 14

1.2.2 Tình hình phát triển đồ uống nước nước quả lên men etylic trên thế giới 15

1.2.3 Tình hình phát triển đồ uống nước quả lên men có độ cồn thấp trong nước 16

1.2.4 Các thành phần chính của đồ uống lên men 17

1.3 Tổng quan về lên men 19

1.3.1 Cơ chế của quá trình lên men 19

1.3.2 Tổng quan về nấm men lên men rượu 20

1.3.2.1 Một số loại nấm men trong lên men rượu 20

1.3.2.2 Cấu tạo tế bào nấm men 23

1.3.2.2 Sinh trưởng của tế bào nấm men 23

1.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu 24

1.4.Tổng quan về enzyme Pectinase 28

1.4.1 Cơ chế phản ứng thủy phân 28

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme Pectinase 29

1.4.3 Ứng dụng của enzyme pectinase 31

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.1.1 Nguyên liệu chính 34

2.1.2 Nguyên liệu phụ 34

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 36

2.2 Phương pháp nghiên cứu 36

2.2.1 Quy trình dự kiến 36

2.2.2 Các thông số chính cần nghiên cứu 40

2.2.3 Các phương pháp phân tích kiểm nghiệm 40

2.2.3.1 Phương pháp phân tích hóa học 40

2.2.3.2 Phương pháp phân tích vi sinh 41

2.2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 41

2.2.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm đồ uống lên men 41

2.3 Nội dung nghiên cứu 41

2.3.1 Xác định thành phần của nguyên liệu 41

2.3.2 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dịch khi thuỷ phân dịch chuối bằng enzyme pectinase 42

2.3.2.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên hoạt tính của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch quả trên nguyên liệu chuối 42

2.3.2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát nồng độ enzyme pectinase ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dịch chuối 43

2.3.2.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian thủy phân của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch chuối: 44

2.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian nhân giống nấm men: 45

2.3.4 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh dây 48

2.3.5 Xác định các thông số trong quá trình lên men 50

2.3.5.1 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước cái men bổ sung thích hợp cho quá trình lên men 50

2.3.5.2 Bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng đường thích hợp cho quá trình lên men 52

2.3.5.3 Bố trí thí nghiệm xác định pH lên men thích hợp 54

2.3.5.4 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian lên men thích hợp 56

Chương III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58

3.1 Kết quả khảo sát thành phần nguyên liệu 58

3.2 Kết quả khảo sát quá trình thủy phân dịch chuối bằng enzyme pectinase 59

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên hoạt tính của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch chuối 59

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch chuối: 62

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch chuối 64

3.3 Kết quả xác định thời gian nhân giống nấm men 66

3.4 Kết quả xác định tỷ lệ phối trộn chuối/chanh dây 68

3.5 Kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình lên men 70

3.5.1 Kết quả xác định tỷ lệ nước cái men bổ sung thích hợp cho quá trình lên men 70 3.5.2 Kết quả xác định hàm lượng đường thích hợp cho quá trình lên men 73

3.5.3 Kết quả xác định pH lên men thích hợp 76

3.5.4 Kết quả xác định thời gian lên men thích hợp cho quá trình lên men 78

3.6 Đề xuất quy trình sản xuất đồ uống lên men từ chuối, chanh dây 81

3.7 Đánh giá chất lượng sản phẩm 85

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Chuối tiêu 7

Hình 1 2 Chuối mốc (sứ) 8

Hình 1 3 Chuối bom 8

Hình 1.4 Chuối ngự 9

Hình 1 5 Một số sản phẩm làm từ chuối 12

Hình 1 6 Cơ chế phản ứng của Pectinesterase (a) và Polygalacturonase(b) 29

Hình 2.1 Chuối mốc 34

Hình 2.2 Chanh dây 34

Hình 2 3 Quy trình dự kiến sản xuất nước giải khát lên men từ chuối và chanh dây 37

Hình 2.4 Thí nghiệm xác định một số thành phần của nguyên liệu 42

Hình 2.5 Sơ đồ nhân giống nấm men 47

Hình 2.6 Sơ đồ xác định tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh dây thích hợp 49

Hình 2.7 Sơ đồ xác định tỷ lệ nước cái men bổ sung thích hợp thích hợp 51

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng đường thích hợp cho quá trình lên men 53

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH thích hợp cho quá trình lên men 55

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian lên men thích hợp 57

Hình 3 1 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên hoạt tính của enzyme pectinase đến lượng dịch thu được 61

Hình 3 2 Biểu đồ thể hiện lượng dịch quả thu được sau quá trình thủy phân dịch chuối bằng enzyme pectinase ở các nồng độ khác nhau 63

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện lượng dịch quả thu được sau quá trình thuỷ phân dịch chuối ở thời gian thuỷ phân khác nhau 65

Hình 3 4 Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trong thời gian nhân giống nấm men 66Hình 3 5 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh đến điểm cảm quan 68Hình 3 6 Biểu đồ thể hiện độ cồn sau quá trình lên men với tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh dây khác nhau 69Hình 3 7 Biểu đồ thể hiện lượng đường sót lại sau quá trình lên men với tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh dây khác nhau 69Hình 3 8 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước cái men bổ sung đến điểm cảm quan của sản phẩm 71Hình 3 9 Biểu đồ thể hiện độ cồn sau quá trình lên men với tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh dây khác nhau 71Hình 3 10 Biểu đồ thể hiện lượng đường còn sót lại sau quá trình lên men với tỷ lệ phối trộn chuối/ chanh dây khác nhau 72Hình 3 11 Ảnh hưởng của hàm lượng đường lên men đến điểm cảm quan 74Hình 3 12 Biểu đồ thể hiện độ cồn sau quá trình lên men với hàm lượng đường lên men khác nhau 74Hình 3 13 Hàm lượng đường sót lại sau quá trình lên men ở các lượng đường lên men khác nhau 75Hình 3 14 Ảnh hưởng của pH của dịch lên men đến điểm cảm quan 76Hình 3 15 Biểu đồ thể hiện độ cồn sau quá trình lên men với pH lên men khác nhau 77Hình 3 16 Biểu đồ thể hiện lượng đường sót còn lại sau quá trình lên men với pH lên men khác nhau 77Hình 3 17 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến điểm cảm quan 79Hình 3 18 Biểu đồ thể hiện độ cồn sau quá trình lên men với thời gian lên men khác nhau 79Hình 3 19 Biểu đồ thể hiện hàm lượng đường còn sót lại sau lên men thời gian khác nhau 80

Hình 3.20 Quy trình sản xuất nước giải khát lên men từ chuối, chanh dây 81 Hình 3 21 Nước chuối và chanh dây lên men 85

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 1 Bảng đánh giá độ chín của chuối dựa vào thang màu vỏ [5] 5Bảng 1 2 Thành phần dinh dưỡng của một số giống chuối [5] 9Bảng 1 3 Thành phần hóa học của trái chanh dây cho 100g dịch chanh dây loại màu đỏ tía sẫm [22] 13

Bảng 2 1 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH thích hợp đến hoạt tính của enzyme 43Bảng 2 2 Bảng bố trí thí nghiệm kảo sát nồng độ enzyme pectinase ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dịch chuối 44Bảng 2 3 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian thủy phân của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch chuối 45

Bảng 3 1 Thành phần của chuối 58Bảng 3 2 Thành phần của chanh dây 58Bảng 3 3 Lượng dịch quả thu được sau quá trình xử lý dịch chuối bằng enzyme pectinase ở các nhiệt độ và pH khác nhau 59Bảng 3 4 Đánh giá chất lượng sản phẩm 85

Chuối không những có giá trị cao về dinh dưỡng mà còn có giá trị về y học Nó vừa là nguồn cung cấp calo, vừa là nguồn cung cấp vitamin và nguồn khoáng phong phú

và cân đối cho cơ thể Ăn chuối có tác dụng làm giảm huyết áp, hỗ trợ cho đường tiêu hóa, chữa bệnh táo bón và ngăn ngừa ung thư ruột già

Hiện nay, trên thị trường các loại trái cây được chế biến ở nhiều dạng như: phơi khô, sấy, làm kẹo, mứt, nước giải khát, rượu Tuy nhiên, việc chế biến trái cây để tạo ra sản phẩm nước lên men còn rất ít Nước quả lên men là đồ uống lên men một phần từ dịch quả Nó có độ cồn thấp, giàu chất dinh dưỡng và có thể được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu quả khác nhau Sản phẩm có hương vị đặc trưng và màu sắc đẹp

Xuất phát từ lí do trên, đồng thời để đa dạng hóa sản phẩm giải quyết nguồn nguyên liệu chuối dư thừa, làm phong phú thêm chủng loại nước quả lên men, bắt kịp

thị hiếu người tiêu dùng, tôi xin đề xuất đề tài “Nghiên cứu đề xuất quy trình sản xuất

đồ uống lên men có độ cồn thấp từ chuối mốc và chanh dây”

Mục đích của đề tài:

- Xây dựng quy trình chế biến thử nghiệm đồ uống lên men độ cồn thấp từ dịch chuối,

chanh dây

- Có các thông số thích hợp của quá trình xử lý dịch chuối bằng enzyme pectinase

- Có được các thông số thích hợp của chế độ lên men dịch chuối và chanh dây lên men

có độ cồn thấp từ 3,5% v/v - 4,5% v/v tiếp tục sử dụng trong sản xuất đồ uống lên men

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Là cơ sở cho việc áp dụng vào việc nghiên cứu sản xuất các sản phẩm đồ uống lên men

từ nhiều loại quả khác

- Thành công của đề tài sẽ ra được các thông số thích hợp cho quy trình sản xuất, nhằm

áp dụng vào sản xuất với quy mô công nghiệp, tạo sản phẩm mới, làm đa dạng hoá sản phẩm đồ uống

- Tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào, nâng cao giá trị quả chuối và tạo nguồn thu nhập

ổn định cho người dân

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nguyên liệu

1.1.1 Giới thiệu về chuối

Quả chuối ra thành nải treo, mỗi tầng (gọi là nải) có khi tới 20 quả, và mỗi buồng

có 3–20 nải Các nải nhìn chung gọi là một buồng, nặng 30–50 kg Tùy loại chuối khác nhau, có khi một quả trung bình nặng 125 g, trong số đó vào khoảng 75% là nước và

25% là chất khô Mỗi quả riêng có vỏ dai, chung quanh thịt mềm ăn được Vỏ và thịt đều ăn được ở dạng tươi hay đã qua chế biến

Những người phương Tây thường ăn thịt chuối còn tươi và vứt vỏ, trong khi một

số nước Á Đông nấu rồi ăn cả vỏ và thịt Quả chuối thường có nhiều sợi (gọi là bó libe)

nằm giữa vỏ và thịt Chuối chứa nhiều vitamin B6, vitamin C và kali và rất tốt cho sức khỏe

1.1.1.2 Thu hoạch và bảo quản

❖ Thu hoạch chuối

Thu hoạch chuối dựa vào độ chín Độ chín thu hái của chuối là lúc độ già đạt 85

- 90 % [5] Lúc đó vỏ chuối còn xanh thẫm, quả đã lớn hết cỡ, đầy đặn, hầu như không còn gờ cạnh, màu ruột chuối có màu trắng ngà đến vàng ngà Đó là cách xác định độ chín bằng cảm quan Ngoài ra còn có các cách xác định [5] sau đây:

- Theo thời gian sinh trưởng: từ khi chuối trổ buồng đến khi thu hoạch là 115 -

120 ngày

- Theo độ dày của quả, tức là theo tỷ lệ giữa khối lượng quả P (g) và chiều dài ruột L(cm) Khi P/L = 7,9 - 8,3 là thu hoạch được

- Theo độ chắc của trái chuối: độ chắc giảm theo quá trình chín

- Theo hàm lượng đường và tinh bột: hàm lượng tinh bột giảm dần và hàm lượng đường tăng lên trong quá trình chín

Tất cả các phương pháp xác định độ chín thu hái đều cho kết quả rất tương đối Phương pháp phổ biến nhất hiện nay vẫn là phương pháp cảm quan Trên thế giới người ta đánh giá độ chín của chuối dựa vào thang màu 8 mức phân chia theo màu sắc của vỏ chuối như bảng 1.1

Bảng 1 1 Bảng đánh giá độ chín của chuối dựa vào thang màu vỏ [5]

Độ chín Màu vỏ chuối Đặc điểm Biến đổi tinh bột – đường

Tinh bột (%) Đường (%)

chín

21,15 - 19,5 0,1 - 1,2

II Xanh có chấm vàng Xanh già 19,5 - 16,5 2 - 5

1,5 - 1 18,5 - 19

Khi đánh giá độ chín, người ta so màu của quả chuối với màu sắc trên thang màu Màu vỏ chuối ứng với mức nào ta có độ chín ở mức đó Trên thực tế, độ chín thu hái của chuối tương đương với mức I, mức II Mức III ứng với lúc chuối bắt đầu chuyển mã Mức IV là chuối đã chuyển mã Mức V là chuối có thể ăn được, nhưng chưa ngon bằng chuối chín ở mức VI Để ăn tươi thì chuối chín ở mức VII là ngon nhất

Trong đề tài, chuối được sử dụng ở mức VI, khi đó hàm lượng đường trong chuối đạt gần như là cao nhất 16,5 – 19,5 %, hàm lượng tinh bột giảm mạnh còn 4 – 1 % Vì vậy, chuối chín ở mức VI được sử dụng làm cơ sở để lựa chọn nguyên liệu

❖ Bảo quản chuối [8]

Có nhiều phương pháp để bảo quản rau quả nói chung và chuối nói riêng Trong

đó để kéo dài thời gia bảo quản thì chuối phải được thu hái cẩn thận, không để dập buồng, dập quả, không để bẩn Sau khi thu hái chuối được để ráo nhựa khoảng một ngày mới

xử lý

Có thể bảo quản chuối bằng các phương pháp sau:

+ Cắt từng nải nguyên quả hay quả rời theo khối lượng quy định rồi đựng trong túi polyetylen có đục lỗ 2 đến 4% diện tích và cho vào thùng carton hoặc sọt Có thể bảo quả chuối nguyên cả buồng được bọc trong túi PE Buồng chuối có thể xếp dựng đứng trên giá hoặc treo trên những chiếc móc trong kho Thực nghiệm cho thấy, khi bảo quản chuối xanh không có bao bì (không bọc bằng PE hoặc lá) trong 15 ngày hao hụt trọng lượng là khoảng 7 - 7,5%, có bọc túi PE đục lỗ 2 - 3% diện tích thì hao hụt tự nhiên là 1,5- 5,5%, túi đục lỗ 0,4% diện tích thì hao hụt 2 - 2,5%

+ Chuối xanh thường được bảo quản lạnh ở nhiệt độ 12 - 14oC, độ ẩm 70 - 85% Trong thời gian bảo quản cần theo dõi nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật như nhiệt độ,

độ ẩm, thành phần khí CO2, v.v không cho dao động quá mức cho phép Phải đảm bảo thông gió nhằm một mặt giữ nồng độ CO2 không tăng, mặt khác thải bớt khí etylen sinh

ra từ quá trình bảo quản, để hạn chế tác dụng thúc đẩy sự chín Đặc biệt chú ý không bảo quản chuối ở nhiệt độ thấp hơn 11oC, vì dưới nhiệt độ đó chuối sẽ không chín

+ Bảo quản chuối bằng hóa chất: Hóa chất được giới thiệu dùng nhiều hiện nay ở Việt Nam là Topxin -M Chuối được nhúng vào dung dịch 0,1 % Topxin-M rồi vớt ra để ráo, đựng bằng túi polyetylen, sau đó có thể bảo quản ở môi trường nhiệt độ thường hay nhiệt độ lạnh Nếu ở nhiệt độ thường thì bảo quản được 2 tuần, nhiệt độ lạnh thì được 8 tuần

+ Chuối xanh được xử lý bằng tia bức xạ với liều lượng khoảng từ 30 KRad đến

400 KRad và bảo quản ở nhiệt độ từ 10 đến 19oC có thể làm chậm chín từ 10 đến 57

ngày Bảo quản bằng màng bọc Chitosan Chuối được rửa sạch lau khô sau đó được nhúng vào dịch Chitosan có hòa thêm acid hữu cơ yếu tạo màng bảo quản Có thể bổ sung một số phụ gia có tính kháng khuẩn tăng tính tạo màng tăng thời gian bảo quản

1.1.1.3 Các nhóm chuối phổ biến ở nước ta hiện nay

Các nhóm chuối ở nước ta bao gồm [14]:

- Nhóm chuối tiêu (Cavendish)

Nhóm này có 3 giống là tiêu lùn, tiêu nhỏ, tiêu cao Năng suất quả từ trung bình đến rất cao, phẩm chất thơm ngon, thích hợp cho xuất khẩu quả tươi, thích hợp với vùng

có khí hậu mùa đông lạnh Giống chuối tiêu ở miền Bắc bình quân đạt 13 - 14 kg/buồng, năng suất trung bình đạt 12 - 15 tấn/ha

Hình 1 1 Chuối tiêu

- Nhóm chuối mốc (chuối sứ, chuối xiêm)

Chuối mốc được trồng phổ biến ở nhiều nơi, cây sinh trưởng cao khỏe, không kén đất, chịu hạn nóng và khả năng chịu hạn song dễ bị héo rụi (vàng lá Panama), quả to, ngắn, mập, vỏ mỏng, khi chín vàng tươi, vị ngọt, kém thơm hơn so với giống khác

Trong sản xuất đồ uống, khi sử dụng dịch chuối mốc để lên men cần kết hợp với dịch quả có màu, mùi đặc trưng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm

Hình 1 2 Chuối mốc (sứ)

- Chuối bom (bôm)

Được trồng phổ biến ở Đông Nam Bộ, trọng lượng buồng thấp, chỉ đạt từ 6 - 8 kg/buồng Thời gian sinh trưởng ngắn nên hệ số sản xuất cao (5 buồng trong 20 tháng/gốc) có có thể trồng ở mật độ cao 1200 - 1500 cây/ha nên năng suất có thể đạt 25

- 40 tấn/ha Quả được dùng làm ăn tươi, chuối sấy

Hình 1 3 Chuối bom

- Chuối ngự ( chuối cau)

Bao gồm chuối ngự tiến, chuối ngự mắn Cây cao 2,5 - 3 m, cho quả nhỏ, màu sáng đẹp, thịt quả chắc, vị thơm đặc biệt, tuy nhiên năng suất thấp

Hình 1.4 Chuối ngự

- Chuối ngốp

Bao gồm giống ngốp cao, ngốp thấp Là nhóm có chiều cao cây từ 3 - 5 m Cây sinh trưởng khỏa, chịu bóng, ít sâu bệnh, chịu hạn hán, thích hợp với vùng đồi Quả tương đối lớn, vỏ dày, nâu đen khi chín, thịt quả nhão, hơi chua

Ngoài ra còn các giống chuối măn, chuối lá, chuối hột nhưng các giống chuối này

có diện tích trồng ít vì giá trị kinh tế thấp

1.1.1.4 Thành phần hóa học

Thành phần dinh dưỡng trên một số giống chuối được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1 2 Thành phần dinh dưỡng của một số giống chuối [5]

Thành phần

hoá học (%)

Chuối ngự Nam Định

Chuối tiêu Phú Thọ

Chuối tiêu Hải Dương

Chuối bom Đồng Nai

Chuối Sứ Đồng Tháp

có vị chua nhẹ Chuối chứa ít vitamin nhưng hàm lượng cân đối Trong chuối chứa nhiều enzyme polyphenoloxidase, peroxidase sẽ oxy hóa hợp chất polyphenol làm sẫm màu cho chuối [5]

Hiện nay trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa, mô hình trồng chuối mốc được nhân rộng

có sản lượng chuối thu hoạch tương đối cao Ở huyện Cam Lâm (Khánh Hoà) với 750

ha diện tích trồng chuối mốc có thể cung cấp hơn 10 tấn chuối đi thị trường mỗi ngày, ở

huyện Khánh Sơn ( Khánh Hoà) với 550 ha diện tích trồng chuối thu hoạch bình quân hơn 450 tấn/ tháng, bình quân giá chuối trong vườn 7000 đồng/kg [22]

Khi chín chuối mốc có hàm lượng đường trong quả khá cao có thể đạt đến 19,5%, hàm lượng nước trong chuối cao 70 - 80 % Do đó, nguyên liệu chuối mốc có thể đáp ứng nhu cầu về nguyên liệu để sản xuất đồ uống lên men có độ cồn thấp Vì vậy, chuối mốc được chọn là nguyên liệu chính để nghiên cứu

Rượu chuối

1.1.2 Giới thiệu về chanh dây

1.1.2.1 Nguồn gốc và đặc điểm

❖ Nguồn gốc

Chanh dây còn gọi là dây mát, chùm bao, chanh leo Tên khoa học là Passiflora

edulis Thuộc họ Passifloraceae, bộ violales Chi Passiflora hiện có hơn 400 loài, trong

đó có khoảng 60 trái cho trái ăn được Tên tiếng anh là Passion Fruit

Chanh dây là loại cây leo nhiệt đới có nguồn gốc từ nam Brazil, sau đó được mang sang Úc và Châu Âu từ thế kỷ XIX Là loại cây ăn trái triển vọng ở các nước đang phát triển

Nước quả trái chanh dây có hương thơm, vị ngọt và có hàm lượng acid khoảng 2% Dịch quả có chứa nhiều Vitamin A và C cùng nhiều nguyên tố vi lượng có ích cho tim mạch…Quả có vỏ dày nên thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản lâu

❖ Đặc điểm [12]

Hình 1 5 Một số sản phẩm làm từ chuối

Cây chanh dây rất dễ trồng, ưa đất khô ráo, cần ít nước, sống được cả nơi sỏi đá hoặc đất cát Cây đạt độ trưởng thành ở 12 tháng tuổi, có thể dài đến 15m, cho thu hoạch tốt trong vòng 5 - 6 năm Chanh dây là loại cây leo bằng tua cuốn đơn mộc ở phía đối diện lá, có chiều dài 20 - 40 cm

Trái chanh dây hình cầu hoặc bầu dục, kích thước 4,5 - 7cm, màu tím sậm hay vàng chanh, tự rụng khi chín, vỏ quả trơn láng bóng Vỏ quả mỏng cứng, trung bì màu xanh, nội quả bì màu trắng Trái mang nhiều hột có cơm mềm, mùi thơm rất quyến rũ, hấp dẫn Dịch quả đạt 40% so với trọng lượng quả

❖ Thu hoạch và bảo quản chanh dây

Thu hoạch chanh dây tốt nhất khi quả chín Trong quá trình thu hái nên cắt để tránh ảnh hưởng đến cây Với điều kiện mát mẻ như Lâm Đồng thì quả chanh dây có thể bảo quản 5- 7 ngày Nhưng ở trong điều kiện nóng như ở thành phố Hồ Chí Minh thì trái chanh dây chỉ bảo quản được khoảng 4 ngày

1.1.2.2 Thành phần hóa học của chanh dây

Quả chanh dây gồm rất nhiều chất, có thành phần dinh dưỡng rất phong phú, cung cấp cho cơ thể một lượng dinh dưỡng đáng kể Ở những nơi khác nhau nhau thì thành phần hóa học của chanh dây là khác nhau

Bảng 1 3 Thành phần hóa học của trái chanh dây cho 100g dịch chanh dây loại màu đỏ tía sẫm [22]

đề tài nghiên cứu chanh dây được chọn để phối trộn với dịch chuối lên men, với mục đích chính là cải thiện hương vị và tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm

1.2 Tổng quan về đồ uống lên men

1.2.1 Phân loại đồ uống nước quả lên men

Nước quả lên men etylic là sản phẩm đồ uống có cồn, thu được thông qua quá trình lên men rượu etylic từ dịch nước ép quả hoặc hỗn hợp của dịch quả sau khi được nghiền xé

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,…

Hiện nay các dạng đồ uống nước quả lên men etylic được phân loại theo độ cồn, theo nguyên liệu và có hay không có bổ sung CO2

Theo nồng độ rượu, nước quả lên men chia làm hai loại gồm nước trái cây lên men có độ rượu cao khoảng từ 9 - 20%, có thể bổ sung cồn hoặc không, sản phẩm này

có từ rất lâu đời, trong đó nổi bật là rượu vang nho như champagne, ngoài ra còn có rượu dứa, dâu,… và nước quả lên men với độ rượu thấp: thường dưới 5%, chủ yếu là lên men

tự nhiên và không bổ sung cồn Nước quả 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 quả lên men không

có gas như vang nho [13]

1.2.2 Tình hình phát triển đồ uống nước quả lên men etylic trên thế giới

Có thể nói, đồ uống lên men etylic là một loại thức uống có lịch sử lâu đời nhất của nhân loại, trong cuộc xâm lược của La Mã vào năm 55 TCN của nước Anh , người

La Mã đã lần đầu tiên nếm thử loại nước này

Cũng giống như rượu vang, nước ép quả lên men cũng được sản xuất bằng cách

sử dụng hoa quả và quá trình lên men etylic Quá trình này bắt đầu bằng cách ép kiệt dịch quả, sau đó phần nước chiết xuất này được lên men etylic một phần để tạo ra vị sản phẩm lên men tự nhiên Dich sau lên men được lọc và trung hòa vị ngọt để ra sản phẩm sau cùng

Nước quả lên men etylic là một sản phẩm truyền thống phổ biến ở Châu Âu hàng trăm năm nay Tuy nhiên, mỗi quốc gia có sở thích riêng để tạo nên những loại của riêng mình Tại Pháp, nước ép quả lên men phần lớn là loại có nồng độ cồn thấp với một hương

vị hoàn toàn êm dịu Trong khi lui về phía Nam, ở Tây Ban Nha, người ta chuộng loại nước làm từ cam Cidra Còn ở Anh, phổ biến là nước ép đến từ Thuỵ Điển mang hương

vị của táo, quả lý chua (blackcurrant), chanh xanh, chanh vàng và hỗn hợp các loại quả mọng

Ngày nay khi điều kiện sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu cầu

sử dụng nưóc giải khát ngày càng tăng đang từng bước chuyển dần từ loại nước pha chế sang loại nước giải khát giàu dinh dưỡng được sản xuất từ trái cây tự nhiên Đây được coi là mặt hàng chiến lược của thế kỷ XXI, nên nhiều quốc gia như Mỹ, Hà Lan, Đức, Nhật bản, Hàn quốc, Thái lan… đã tập trung nghiên cứu sản xuất ra nhiều loại đồ uống

từ quả như: cam, dứa, xoài, ổi, táo, lê, vải…có chất lượng cao và chiếm lĩnh được thị trường thế giới

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 [8] Một số sản phẩm có lượng cồn thấp như nhãn hiệu Arbor Mist (6% v/v), Strongbow Cider (4,5% v/v) của Mỹ đang được bán trên thị trường Việt nam và được đánh giá cao

1.2.3 Tình hình phát triển đồ uống nước quả lên men có độ cồn thấp trong nước

Việt nam một quốc gia nhiệt đới, có nguồn nguyên liệu dồi dào phong phú hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về nguyên liệu để sản xuất đồ uống lên men từ trái cây ổn định

và lâu dài, tuy nhiên sản phẩm đồ uống lên men từ trái cây chưa thực sự phát triển Hơn nữa, người dân Việt nam chưa có thói quen sử dụng đồ uống lên men có độ cồn thấp từ quả nên lượng tiêu thụ sản phẩm này ở Việt năm khá thấp khoảng 1,6 l/người/năm [13]

Theo dự đoán của các nhà chiến lược trong các loại nước giải khát được sản xuất

từ trái cây thì loại đồ uống lên men có độ cồn thấp được đánh giá là mặt hàng mạnh trong tương lai vì đây là sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao nhờ quá trình lên men của vi sinh vật Tuy nhiên, tại Việt Nam một số loại nước uống lên men có độ cồn thấp được nhập

từ nước ngoài như Magners Irish Cider (4,5 %), Strongbow Cider (4,5 %)…sản xuất trong nước vẫn còn hạn chế ở các dòng vang có độ cồn cao như vang nho, vang sim…

Đồ uống lên men từ trái cây có độ cồn thấp, phù hợp với nhiều đối tượng kể cả phụ nữ và người già Vì vậy việc nghiên cứu các sản phẩm lên men từ các loại trái cây hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới và trong khu vực

1.2.4 Các thành phần chính của đồ uống lên men

Ethanol

Ethanol được hình thành từ quá trình lên men đường glucose, saccharose nhờ nấm men Hàm lượng ethanol lên men tự nhiên thường đạt từ 3 – 11 % Ethanol là thành phần quan trọng chính nhờ có nó mà làm cho đồ uống lên men khác với các đồ uống thông thường Ethanol còn có mùi thơm, vị hơi ngọt, ethanol cùng với acid bay hơi, đường và các thành phần khác có trong rượu vang tạo nên mùi vị hấp dẫn riêng biệt của nó Vị của

đồ uống lên men được tạo nên từ tỷ lệ cân đối của 4 vị là : vị chua (acid hữu cơ), vị ngọt (ethanol, glyceryl, đường còn lại), vị chát (tanin, polyphenol), vị mặn (các muối khoáng)

Acid hữu cơ

Acid là thành phần quan trọng trong đồ uống lên men Tổng lượng acid thường là

4 – 5 g/l làm cho pH đạt 2,9 – 3,9 Acid hữu cơ trong đồ uống lên men thường chia làm hai nhóm là nhóm có tác dụng tốt và nhóm có tác dụng xấu cho đồ uống lên men Vai trò của acid là tham gia tạo vị chua và tạo pH thấp từ đó làm ổn định sản phẩm, ví dụ: acid tatric: 1,5 – 4 g/l; malic: 0 – 4 g/l; citric: 0 - 0,5 g/l; oxalic: 0 - 0,6 g/l, các acid này thuộc loại acid có tác dụng tích cực đến mùi vị mà còn có tác dụng làm ổn định đồ uống lên men ngoài ra chúng ngăn cản hoạt động của các vi khuẩn gây hại Tuy nhiên các acid này cũng cần có tỷ lệ cân đối nếu quá cao hoặc quá thấp sẽ làm cho vị không hài hòa Ngoài ra còn có một số acid khác như acetic; lactic; fomic; propionic; butyric nhưng hàm lượng rất nhỏ các acid này nếu hàm lượng cao sẽ làm cho rượu vang có mùi vị kém, đặc biệt đối với acid acetic cần lưu ý: trong lên men tự nhiên thường tạo ra khoảng 0,4 g/l acid acetic nếu vượt quá hàm lượng này sẽ gây ra bệnh rượu [13] Nếu hàm lượng acid acetic quá lớn sẽ làm cho mùi vị của đồ uống lên men thay đổi và không thể uống được

Tỷ lệ acid hữu cơ/ ethanol/ tanin hay sự cân đối giữa vị chua, vị ngọt, và vị chát là yếu tố quan trọng lớn ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Các chuyên gia cho rằng

vị chua của tổng lượng acid được cân đối với vị ngọt của ethanol, glyceryl; và vị chát của tanin, polyphenol và vị đậm đà của muối khoáng có trong đồ uống lên men

Đường

Đường là thành phần còn lại sau lên men, trong đó chủ yếu là glucose, fructose và phần nhỏ galactose Ngoài ra còn có các loại đường khác đặc biệt là đường nghịch đảo

đã tạo nên mùi thơm dễ chịu cho rượu vang thành phẩm Thành phần đường còn lại cũng

là yếu tố tham gia tạo vị cho sản phẩm

Chất khoáng

Trong đồ uống lên men từ trái cây chứa nhiều chất khoáng như: P, S, K, Na, Ca,

Mg, SI, Fe, Mn, Cl, Br, I, Al… các chất khoáng này có thể tồn tại dưới dạng tự do hoặc

có thể dưới dạng muối Thành phần khoáng này có nguồn gốc từ nguyên liệu Với mỗi quả khác nhau sẽ có hàm lượng khoáng khác nhau Hàm lượng khoáng trong đồ uống lên men thường từ 1,5 - 3g/ lít [13] Vai trò của chất khoáng trong rượu vang là làm tăng giá trị dinh dưỡng và giá trị chữa bệnh cho con người Đồng thời chất khoáng còn có vai trò quan trọng là tham gia tạo vị đậm đà cho đồ uống lên men và cùng với các vị ngọt, chua, chát tạo nên vị hài hòa cho đồ uống lên men

cho sản phẩm có màu sẫm lại đây là yếu tố không tốt cần lưu ý trong quá trình xử lý dịch quả trước khi lên men và bảo quản đồ uống lên men sau này

Nếu hàm lượng polyphenol cao sẽ làm cho đồ uống lên men có vị chát mạnh ảnh hưởng không tốt đến mùi vị của đồ uống lên men làm cho vị của đồ uống lên men kém, làm ức chế hoạt động của nấm men, khả năng lên men kém

Vitamin

Vitamin trong đồ uống lên men gồm có các vitamin nhóm B, vitamin C, vitamin A

và các chất tiền vitamin A và các hàm lượng vitamin trong đồ uống lên men phụ thuộc vào mỗi loại quả khác nhau Vitamin có trong đồ uống lên men cung cấp các dưỡng chất cho cơ thể rất tốt Vì vậy trong sản xuất đồ uống lên men cần chú ý để tránh tổn thất vitamin có trong dịch quả

1.3 Tổng quan về lên men

1.3.1 Cơ chế của quá trình lên men

Nấm men là tác nhân chính của quá trình lên men Thông thường khi lên men lượng tế bào nấm men phải đạt lớn hơn một trăm triệu tế bào trong một ml dịch tế bào lên men Vì diện tích bề mặt của tế bào nấm men lớn nên khả năng hấp thụ các chất của

tế bào là rất lớn Đường lên men và các chất dinh dưỡng khác có trong môi trường lên men được hấp thụ trên bề mặt nấm men, sau đó khuếch tán vào trong tế bào nấm men Rượu và CO2 được tạo thành theo phản ứng tổng quát sau:

C6H12O6 + 2ADP + 3H3PO4 2C2H5OH + 2 CO2 + 2ATP + H2O

Như vậy sự lên men chuyển đường thành rượu là một dãy quá trình oxy hoá khử

có enzyme trong tế bào tham gia Rượu etylic tạo thành khuyếch tán ra môi trường ngoài qua màng tế bào nấm men Rượu hoà tan vô hạn trong nước nên khuyếch tán ra môi trường ngoài qua tế bào nấm men Rượu hoà tan vô hạn trong nước nên khuếch tán rất manh vào môi trường, CO2 cũng hoà tan vào môi trường nhưng không lớn [4] Vì thế

CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuyếch tán vào môi trường và nhanh chóng đật đựoc 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 tạo thành túi khí lớn, đến thời điểm nào

đó, có sự chênh lệch 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 bị chìm xuống, quá trình cứ diễn ra liên tục men tế bào nấm men chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động làm tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men và môi trường nên làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra nhanh hơn

1.3.2 Tổng quan về nấm men lên men rượu

1.3.2.1 Một số loại nấm men trong lên men rượu

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả Nhiều loài nấm men có khả năng lên men rượu Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein Ngoài ra nấm men còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì Tuy nhiên, cũng có nhiều loại nấm men có hại, gây bệnh cho người và gia súc, làm hư hỏng lương thực, thực phẩm

Nấm men trong sản xuất rượu etylic thuộc giống Saccharromyses meyer Giống Saccharromyses có tới 18 loài, nhưng chỉ có 7 loài thường gặp trong nước quả Sau đây

là một số loài nấm men thường gặp trong nước quả có vai trò quan trọng trong rượu etylic

- Saccharomyces cerevisiae [6]

Đây là tên hiện nay dùng phổ biến, trước đây người ta gọi là Saccharomyces cerevisiae Meyer hay là S ellipsoideus theo Lodder là Saccharomyces vini

Nấm men này phổ biến trong quá trình lên men nước quả chiếm tới 80% trong tổng

số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men Khả năng kết lắng của nó phụ thuộc

vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hoặc dạng bông Nguồn dinh dưỡng cacbon của loại này là đường, cồn và acid hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là acid pantotinic, biotin, thiamin và piridoxin

Đa số các tế bào của loài này hình ovan có kích thước (3 - 8)x(5 - 12)μm, sinh sản

theo lối nảy chồi và tạo thành bào tử Saccharomyces cerevisiae sinh ra enzyme inventase

có khả năng khử đường saccharose thành fructose và glucose, vì vậy trong lên men ta có thể bổ sung loại đường này vào dung dịch quả và quá trình lên men có thể đạt được 18 – 20 % cồn so với thể tích

Ở giai đoạn cuối lên men Saccharomyces cerevisiae kết lắng nhanh và làm trong

dịch rượu

Ở nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sunfit, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt

Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men các tế bào Saccharomyces cerevisiae thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh

- Saccharromyses uvarum [6]

Men này được tách từ đường nho, rượu và nước quả phúc bồn tử lên men tự nhiên

Về hình thái nó không khác các loài khác Khả năng sinh bào tử khá mạnh trên môi trường thạch-malt Các loài của loài này có thể lên men 12 - 13% cồn trong dung dịch nước nho Một vài loài được dùng trong sản xuất rượu vang

- Saccharromyses chevalieri [6]

Nấm men này được tách từ nho lên men tự nhiên từ vang non Saccharromyces

chevalieri thuần chủng lên men nước nho có thể tạo 16% cồn Nó thường lẫn với

Saccharromyses vini

- Saccharromyses oviformis [6]

Được tách ra từ nước nho tự lên men, nhưng loài nấm men này ít hơn so với S vini Giống thuần chủng phát triển tốt trong nước nho và các loài nước quả khác, có khả năng

chịu được đường cao, cồn cao lên men kiệt đường và tạo thành tới 18% cồn Các yếu tố

sinh trưởng của loài này giống như: S vini và có khả năng chịu được độ cồn cao Dùng

các nòi thuần chủng của giống này lên men dịch quả có hàm lượng cao để chế vang khô cho kết quả tốt Có hình dáng giống như

Saccharromyses vini và có thể tạo thành 18% rượu trong quá trình lên men, giống này tạo thành màng trên dịch quả S oviformis lên men được glucose, fructose, mantose

và saccharose và 1/3 rafinose, không lên men được lactose, pentose Điều khác nhau cơ

bản của S oviformis với S vini là: S oviformis không lên men được galactose và men nổi trên bề mặt dịch lên men tạo thành màng Hai giống men này (S vini và S oviformis)

có nhiều nòi được dùng trong sản xuất Nói chung, nhiều loài men rượu có khoảng nhiệt

độ thích hợp là 18 – 25oC, ở nhiệt độ 35oC sinh sản của chúng bị ức chế, ở 400C sinh sản

bị ngừng hoàn toàn ở nhiệt độ thấp hơn 16oC sinh sản và lên men bị kéo dài Các điều kiện hoá lý thành phần và chất lượng dịch quả cũng như pH môi trường có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sống của nấm men Ngoài các loài nấm men trên còn có một số loài

nấm men trong sản xuất rượu vang như: Hanseniaspora apiculate và Kloeckera apiculata

- Hanseniaspora apiculate – Kloeckera apiculata

Kloeckera apiculata: kích thước tương đối nhỏ, có hình ovan – elip hoặc hình quả

chanh, tế bào có một đầu nhỏ người ta thường gọi là men hình chùy Sinh sản bằng nảy chồi, rất phổ biến ở vỏ quả và nhiễm vào nước quả chiếm đến 90% tổng số men khi bắt

đầu lên men Nó có thể lên men tạo thành 6 – 7% cồn, nhưng tạo ra một loạt các acid bay hơi cũng như các este của chúng làm cho dịch có mùi tạp và nó còn kìm hãm các

loài nấm men chính trong lên men, K apiculata nhạy cảm với SO2

Trong nghề làm rượu vang người ta không mong muốn loài men này phát triển, nếu có thì chỉ cần có trong giai đoạn đầu tạo được 3 – 4% cồn

Nấm men sử dụng trong quá trình sản xuất nước giải khát lên men từ chuối và

chanh dây là Saccharomyces cerevisiae

1.3.2.2 Cấu tạo tế bào nấm men

Tế bào nấm men cũng như nhiều loại tế bào khác được được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản như sau:

+ Thành tế bào: cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau Trong đó chủ yếu là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin, volutin,…

+ Màng nguyên sinh chất: gồm các hợp chất phức tạp như protein, phospholipid enzyme permease,…

+ Chất nguyên sinh: thành phần cấu tạo chủ yếu là nước, protid, glucid, lipid và các muối khoáng, enzyme và có các cơ quan đó

+ Nhân tế bào

+ Những thành phần – cơ quan khác: không bào, ty lạp thể, riboxom…

1.3.2.3 Sinh trưởng của tế bào nấm men

Khi cấy vào môi trường dinh 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 và 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

Pha tiềm phát ( pha lag): là giai đoạn nấm men mới được cấy vào trong 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 không tăng hoặc tăng không đáng kể nhưng sự trao đổi chất lại diễn ra manh

mẽ, kích thuớc tế bào phát triển nhanh, mạnh.trong môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng thì tế bào nấm men càng khoẻ và pha lag càng rút ngắn

Pha phát triển (logarit): trong pha này số lượng tế bào phát triển một cách ồ ạt,

kích thuớc trung bình của nấm men ở giai đoạn này là nhỏ nhất vì chúmg 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 tự phân do các enzyme protease nội bào Các tế bào sống già đi, kích thuớc nhỏ lại, biến dạng

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu

• Nhiệt độ

Nhiệt độ lên men có ảnh hưởng đến đời sống của nấm men, đến quá trình lên men

và chất lượng của sản phẩm Đối với sinh trưởng của đa số nấm men nhiệt độ tối thích vào khoảng 28 – 32oC, nhưng với lên men thì lại không hoàn toàn trùng với khoảng nhiệt

độ này Đối với lên men rượu etylic để sản xuất rượu trắng nhiệt độ thích hợp là 30 –

35oC, với lên men rượu vang là 20 – 25oC, lên men bia 6 – 10oC hoặc 8 – 12oC…

Nhiệt độ lên men cao khoảng 30 – 35oC sự bắt đầu tích tụ rượu etylic càng sớm, tốc độ lên men nhanh và kết thúc sớm, nhưng không lên men được hết đường (đường sót còn lại với một lượng đường khá lớn) Điều này có thể gây nguy hiểm, vì đường sót sẽ được vi khuẩn lactic sử dụng để tạo thành acid lactic, làm chua dịch lên men, làm ảnh hưởng đến mùi vị sản phẩm Lên men ở nhiệt độ cao làm cho các vi khuẩn tạp phát triển nhanh, gây cho sản phẩm nhiều biến đổi xấu về chất lượng

Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến cường độ lên men và sinh trưởng của nấm men

mà còn ảnh hưởng tới sinh tổng hợp các sản phẩm phụ và thứ cấp Nhiệt độ càng cao càng dễ sinh và tích tụ các sản phẩm này Điều này không có lợi cho chất lượng của sản phẩm

Nhiệt độ cao dẫn đến tích tụ nhiều loại rượu bậc cao cũng như acetaldehyt Nhiệt

độ lên men tăng từ 10 – 20o C kéo theo hàm lượng acetaldehyt từ 1,25 lên 21,5 mg/l [6]

Giữa nhiệt độ và độ hiếu khí có quan hệ chặt chẽ với nhau Nấm men thường sinh trưởng mạnh mẽ ở khoảng thời gian đầu của quá trình lên men (sau tiềm pha phát) Trong thời gian này dịch lên men có một lượng oxy hoà tan và nhiệt độ 25 – 30 oC rất thích hợp cho nấm men sinh trưởng và lên men Khi nhiệt độ thấp nấm men sinh trưởng yếu

thủy phân tinh bột Nếu nguyên liệu là tinh bột trong sản xuất rượu thì phải có quá trình thủy phân tinh bột trước khi lên men

Hàm lượng đường ảnh hưởng đến năng lực lên men (năng lực lên men là khả năng của một lượng nấm men nhất định, lên men sau một thời gian nhất định được một lượng đường nào đó)

Hàm lượng đường thích hợp nhất là 18% - 22%, nếu hàm lượng đường quá cao thì áp suât thẩm thấu trong của dung dịch cũng tăng cao làm ức chế hoạt động của nấm men do hiện tượng co nguyên sinh dẫn đến quá trình lên men xảy ra chậm hoặc không xảy ra Và ngược lại nếu hàm lượng đường thấp sẽ làm cho quá trình lên men kém hiệu suất thu hồi rượu không cao, rượu thường bị nhạt vì lượng đường thấp sẽ không đủ đường cung cấp cho quá trình lên men Thông thường ở hàm lượng 30 - 35% thì sự lên men bị đình chỉ Khi nhân giống thường dùng môi trường có đường thấp dưới 15%

• pH của môi trường

pH của môi trường lên men có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống nấm men Mỗi loại nấm men đều có khoảng pH thích ứng hay tối thích cho sinh trưởng và phát triển Đối với rượu vang có thể lên men ở pH là 2,8 - 3,8, Nếu nâng cao độ acid của môi trường tức pH hạ xuống làm cho nấm men thay đổi hình thái tế bào nhỏ hơn, dạng hình tròn nhiều hơn trong tế bào tích tụ chất béo

Nấm men có thể phát triển trong môi trường pH từ 2 - 8, nhưng thích hợp nhất là

4 - 4,5 Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH = 4,2 và cao hơn, khi thấp hơn mức này thì chỉ

có nấm men có thể phát triển được Vì thế trong quá trình lên men nên điều chỉnh pH<

4, ở pH= 3,5 nấm men phát triển mạnh thì hấu như vi khuẩn chưa phát triển Trong sản xuất rượu vang người ta thường chuẩn bị môi trường nước quả có độ pH bằng 3 - 3,5

Do đó nấm men hoạt động bình thường ở những khoảng pH thích hợp Vì vậy trong quá trình lên men phải điều chỉnh pH thích hợp đối với từng loại nấm men nhằm tạo điều kiện để nấm men sinh trưởng và phát triển tốt

• Oxy

Oxy hòa tan vào môi trường dịch lên men bằng những bọt không khí nhỏ có tác dụng kích thích sinh sản cho tế bào nấm men Trong môi trường có khuấy trộn và thổi khí làm cho bọt khí càng phân tán nhỏ và đều hơn Do đó, tế bào nấm men càng được tiếp xúc với chất dinh dưỡng của môi trường và oxy hoá tốt hơn Oxy cần cho tế bào nấm men sinh sản Nếu trong môi trường chỉ có 1mg oxy trong 1 lít thì sự sinh sản bị dừng lại

Trong thời gian sinh trưởng ở giai đoạn đầu nấm men có cường độ hô hấp mạnh nhờ có lượng oxy của không khí hoà tan vào dịch lên men, sau một thời gian thì cường

độ hô hấp giảm và quá trình chuyển sang lên men, tích tụ sản phẩm chính là rượu etylic Quá trình lên men rượu thường được thực hiện trong điều kiện kỵ khí, nhưng khi nhân giống nấm men thì nhất thiết phải có một lượng oxy để nấm men sử dụng Trong thực tế sản suất, đây là thời điểm duy nhất trong quá trình lên men rượu oxy có ích cho nấm men Sau đó phải loại bỏ hoàn toàn trong các công đoạn tiếp theo, bởi vì oxy sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của sản phẩm

• CO 2 và nồng độ rượu

Sự sinh sản của nấm men chậm lại khi nồng độ rượu có trong môi trường là 2%

và ngừng ở nồng độ rượu 5% Đa số nấm men chỉ lên men được tới nồng độ rượu 12 -

14% chỉ có một số ít lên men ở nồng độ rượu 17 - 20%

Khí CO2 ức chế lên men nhưng việc thoát khí CO2 sẽ làm cho môi trường lên men luôn bị khuấy động, kéo dài được trạng thái lơ lửng của nấm men do đó làm tăng nhanh

sự lên men Qua đó ta thấy một điều phổ biến là chính sản phẩm của sự trao đổi chất khi đạt tới một nồng độ nào đó sẽ có tác dụng ức chế đối với bản chất vi sinh vật đó

Như vậy ta biết được ảnh hưởng của nồng độ CO2 đến sự sinh trưởng và phát triển nấm men Trong quá trình sản xuất rượu vang cần chú ý tới điều này để điều chỉnh lượng

CO2 hợp lý để nâng cao chất lượng của sản phẩm

1.4 Tổng quan về enzyme Pectinase

1.4.1 Cơ chế phản ứng thủy phân

Enzyme pectinase là enzyme xúc tác sự thủy phân của các polyme pectin Sự thủy phân pectin trong tự nhiên thường xảy ra khi trái cây chín

Hợp chất pectinase [16] được phân loại như sau:

- Protopectinase: chuyển hóa hợp chất protopectin không tan thành pectin hòa tan

- Esterases: cắt và ngăn quá trình ester hóa của hợp chất pectin bằng cách cắt các nhóm methoxyl ester

- Depolymerases: cắt và thủy phân mạch α-(1-4)-glycosid của acid D-galacturonic trong hợp chất pectin

Phản ứng de-polyme trên hợp chất pectin có 2 cơ chế khác nhau, thủy phân và cắt các mạch của pectin có sự tham gia của nước và oxy hoặc là cắt bộ khung pectin nhưng không có sự hiện diện của các phân tử nước [14] Depolymerase có thể chia thành 4 loại khác nhau, phụ thuộc vào hợp chất enzyme nền là gì, cơ chế chung đều là cắt các mạch glycosid

Hình 1 6 Cơ chế phản ứng của Pectinesterase (a) và Polygalacturonase(b)

Dưới tác dụng của pectinase tính chất của dung dịch pectin thay đổi nhiều Pectinesterase tách gốc metyl khỏi phân tử pectin làm lộ các nhóm cacboxyl rất hoạt động, dễ kết hợp với các ion kim loại (ví dụ Ca2+) để tạo thành các muối không hòa tan, kết lắng lại và có thể tách dễ dàng Còn polygalacturonase thủy phân cắt mạch phân

tử pectin thành các đoạn mạch ngắn hơn, làm mất khả năng tạo gel, làm giảm độ nhớt

của dung dịch, làm độ acid và hàm lượng các chất khử tăng lên

Hầu hết các sản phẩm hiện tại của pectinase được chiết xuât từ nguồn nấm [21]

Aspergillus niger được xem là loại nấm phổ biến nhất để sản xuất hệ enzyme pectinase

công nghiệp [17]

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme Pectinase

Tốc độ phản ứng của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau [1] như bản chất và nồng độ các chất phản ứng, nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH môi trường, nồng độ ion trong môi trường, nồng độ các chất kìm hãm, các chất hoạt hóa enzyme

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme:

Khi nồng độ enzyme thấp, lượng cơ chất lớn, vận tốc thủy phân phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzyme

Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng thủy phân tăng đến một giá trị giới hạn v = v max thì nếu nồng độ enzyme tiếp tục tăng, tốc độ enzyme phản ứng thủy phân tăng không đáng kể, thậm chí không tăng

Ảnh hưởng của nhiệt độ: giống như các phản ứng hóa học, các phản ứng cho

enzyme xúc tác phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Theo quy luật của phản ứng hóa học thì khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng, nhưng vì bản chất của enzyme là protein nên nhiệt độ chỉ tăng cao đến mức nhất định Đa số các enzyme sẽ bị mất hoạt tính ở nhiệt độ 60oC trở lên, ở vùng nhiệt độ thích hợp nếu cứ tăng lên 10oC thì tốc độ phản ứng tăng lên 1,5 - 2 lần

Nhiệt độ thích hợp của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố : thời gian tác dụng dài thì nhiệt độ thích hợp của enzyme càng thấp Ngoài ra, nhiệt độ thích hợp của enzyme còn phụ thuộc vào nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, dạng tồn tại của enzyme Nhiệt độ thích hợp của enzyme pectinase từ 30 - 45oC

Ảnh hưởng của pH: enzyme rất nhạy cảm với pH của môi trường Mỗi enzyme

chỉ thích hợp ở một pH xác định gọi là pH tối thích của enzyme Đối với enzyme pectinase, pH thích hợp từ 3,5 – 4,5, pH của môi trường ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng

có thể do:

• pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của các nhóm định chức ở trung tâm hoạt động của enzyme, làm thay đổi khả năng phản ứng của các nhóm này trong phản ứng xúc tác

và có thể làm thay đổi cấu trúc trung tâm của enzyme

• pH cũng làm thay đổi trạng thái ion hóa cơ chất, tại pH tối thích, phân tử cơ chất được ion hóa tới trạng thái thích hợp nhất cho sự kết hợp với enzyme, nhờ đó phản ứng

có vận tốc cao nhất

Ảnh hưởng của thời gian: trong quá trình thủy phân, thời gian tác dụng của

enzyme lên cơ chất có ảnh hưởng tới hoạt động của nó và đến chất lượng của sản phẩm Thời gian tác dụng càng dài thì sự tác dụng càng triệt để Mặt khác nếu thời gian tác