Nghiên cứu chế biến nước giải khát lên men từ trái mãng cầu xiêm

Đề tài thực hiện nhằm mục đích đưa ra công thức chế biến thích hợp cho sản phẩm nước giải khát lên men từ trái mãng cầu thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như: Chủng nấm me

Chân thành biết ơn quý Thầy Cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm – Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh, cùng các bạn sinh viên trong lớp 06DTP 1 và 06DTP 2 đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành luận văn này với khả năng cao nhất

SVTH: Trương Anh Thái

Xin chân thành cảm ơn

Đề tài “Nghiên cứu quy trình chế biến nước giải khát lên men từ trái mãng cầu” được tiến hành từ tháng 5 năm 2010 đến tháng 8 năm 2010 tại phòng thí nghiệm của khoa Công Nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM Đề tài thực hiện nhằm mục đích đưa ra công thức chế biến thích hợp cho sản phẩm nước giải khát lên men từ trái mãng cầu thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như: Chủng nấm men, tỷ lệ men phối chế, hàm lượng đường, tỷ lệ dịch pha loãng với nước, thời gian lên men và nhiệt độ thanh trùng lên chất lượng cảm quan của sản phẩm

Đề tài được thực hiện với các thí nghiệm và đã đạt được một số kết quả như sau:

+ Chủng nấm men được sử dụng là chủng nấm men khô của hãng Maurivin được sản xuất tại Australia

+ Thời gian lên men là 1ngày

+ Tỷ lệ nem thích hợp cho quá trình lên men là 0.5% (mật đô 108tb/ml)

+ Tỷ lệ pha loãng giữa nước với dịch quả là 1:1.5

+ Hàm lượng đường bổ sung vào dịch quả sao cho đạt ở mức 250Bx

+ Nhiệt độ và thời gian thanh trùng là: 700C/30 phút

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt đồ án iii

Mục lục iv

Danh sách bảng vii

Danh sách hình .viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng, phạm vi và giới hạn của đề tài 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1.Tổng quan về nguyên liệu mãng cầu .3

2.1.1 Đặc điểm thực vật: 3

2.1.2 Phân loại: 4

2.1.3 Điều kiện sinh thái: 4

2.1.4 Thu hoạch và bảo quản 5

2.1.5 Thành phần hóa học 6

2.2 Tổng quan về nấm men 7

2.2.1 Đặc điểm của nấm men 7

2.2.2 Các hình thức sinh sản của nấm men 8

2.2.3 Sự sinh trưởng của nấm men 8

2.2.4 Thành phần hóa học của nấm men .9

2.3 Tổng quan về quá trình lên men 10

2.3.1 Các quá trình lên men 10

2.3.1.1 Khái niệm .10

2.3.1.2 Các hình thức lên men .10

2.3.2 Đại cương về quá trình lên men rượu 11

2.3.2.1 Khái niệm .11

2.3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men .14

2.4 Tổng quan về nước giải khát lên men .15

2.4.1 Đặc điểm 15

2.4.2 Nước giải khát lên men và rượu vang có đặc điểm gì tương đồng và khác biệt.16 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 19

3.2 Nguyên liệu và dụng cụ sử dụng 19

3.3 Quy trình chế biến nước mãng cầu lên men dự kiến 20

3.3.1 Sơ đồ quy trình dự kiến 20

3.3.2 Thuyết minh quy trình 21

3.4 Bố trí các thí nghiệm 22

3.4.1 Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng của giống nấm men 22

3.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian 23

3.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ men giống 24

3.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát tỷ lệ nước : dịch quả 25

3.4.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường bổ sung 25

3.4.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của chế độ thanh trùng .26

3.4.7 Đánh giá chất lượng sản phẩm .27

3.5 Xử lý số liệu .27

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng của giống nấm men 28

4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian 31

4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ men giống 33

4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát tỷ lệ nước : dịch quả 35

4.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường bổ sung 36

4.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của chế độ thanh trùng men .39

4.7 Đánh giá chất lượng sản phẩm 40

5.2 Đề nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO I PHỤ LỤC II

Bảng 4.1 Biến thiên độ Brix theo thời gian lên men 28

Bảng 4.2: Biến thiên pH của dịch lên men 28

Bảng 4.3 kết quả so hàng mức độ ưa thích của các chủng nấm men 30

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của thời gian trong quá trình lên men 31

Bảng 4.5 : Kết quả so hàng mức độ ưa thích của các thời gian lên men khác nhau 32

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ men giống đến quá trình lên men 33

Bảng 4.7: Kết quả so hàng mức độ ưa thích của các tỷ lệ nấm men khác nhau 34

Bảng 4.8: Sự ảnh hưởng của tỷ lệ nước : dịch quả lên quá trình lên men 35

Bảng 4.9: Kết quả so hàng mức độ ưa thích của các tỷ lệ pha loãng 36

Bảng 4.10: Ảnh hưởng của hàm lượng đường lên quá trình lên men 37

Bảng 4.11: Kết quả so hàng mức độ ưa thích của các mẫu nồng độ chất khô ban đầu 38

Bảng 4.12: Kết quả so hàng mức độ ưa thích của các chế độ thanh trùng 39

Bảng 4.13 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm theo TCVN 3215 – 79 40

Bảng 4.14: Kết quả kiểm nghiệm vi sinh sản phẩm nước mãng cầu lên men 40

DANH SÁCH HÌNH

Hình 4.1 biến thiên độ Brix theo thời gian 28

Hình 4.2 biến thiên pH của dịch lên men 29

Hình 4.3 Ảnh hưởng của thời gian trong quá trình lên men 31

Hình 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ men giống đến quá trình lên men 33

Hình 4.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước : dịch quả lên quá trình lên men 35

Hình 4.6: Ảnh hưởng của hàm lượng đường lên quá trình lên men 37

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề:

Việt Nam nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa, điều kiện tự nhiên rất thuận lợi để trồng nhiều loại cây ăn quả, nên các sản phẩm từ trái cây Việt Nam rất phong phú và đa dạng Mãng cầu là một loại trái cây ngon, bổ dưỡng được trồng nhiều

ở miền Nam Việt Nam Theo dân gian thì trái mãng cầu còn có nhiều công dụng trong việc trị bệnh nên từ xưa đây được coi là một loại trái cây quý

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghiệp thực phẩm nước ta đang phát triển mạnh Điều này đã góp phần to lớn cho ngành nông nghiệp của nước nhà, nâng cao giá trị các mặt hàng nông sản, đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm phục vụ cho người tiêu dùng Trong đó, công nghệ nước giải khát lên men ngày càng có vai trò quan trọng, đặc biệt là nước giải khát lên men từ trái cây đang được ưa chuộng

Nước trái cây lên men là sản phẩm được lên men từ dịch quả, rất giàu dinh dưỡng

Nó có mùi thơm của trái cây, có sự kết hợp hài hòa vị cay nhẹ của cồn, vị chua của tổ hợp các axit, có tác dụng giải nhiệt, tạo cho người uống cảm giác dễ chịu

Nước ta có nhiều loại trái cây chất lượng cao thích hợp cho sản xuất nước trái cây lên men, thế nhưng trên thị trường Việt Nam, sản phẩm nước trái cây lên men rất hạn chế, do đó việc đa dạng hóa loại sản phẩm này là cần thiết và có ý nghĩa kinh tế

Với mục đích đa dạng hóa các sản phẩm từ trái mãng cầu và nước trái cây lên men, được sự phân công của ban chủ nhiệm khoa Công Nghệ Thực Phẩm và sự đồng ý hướng dẫn của ThS Vương Thị Việt Hoa, chúng tôi tiến hành đề tài:

“Nghiên cứu quy trình chế biến nước giải khát lên men từ trái mãng cầu”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Trọng tâm của đồ án này là thử nghiệm chế biến nước mãng cầu xiêm lên men

từ nấm men Saccharomyces cerevisiae

1.3 Đối tượng, phạm vi và giới hạn của đề tài

1.3.1 Đối tượng: nghiên cứu thành phần, tính chất, công dụng của mãng cầu xiêm, tìm hiểu hệ sinh vật lên men rượu Quy trình chế biến nước giải khát lên men với các thông số kỹ thuật

1.3.2 Phạm vi và giới hạn đề tài

+ Khảo sát sự ảnh hưởng của chủng nấm men đến quá trình lên men

+ Khảo sát thời gian lên men chính

+ Khảo sát tỷ lệ nấm men bổ sung vào dịch lên men

+ Khảo sát tỷ lệ pha loãng dịch mãng cầu

+ Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu đến quá trình lên men

+ Khảo sát sự ảnh hưởng của chế độ thanh trùng đến chất lượng sản phẩm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU MÃNG CẦU

Tên khoa học Annona Muricata.L

Cây mãng cầu xiêm là loại cây có nhánh thấp và rậm rạp nhưng có cành mảnh, cao từ 7,5-9m Lá mọc xen kẻ luân phiên, phiến lá trơn bóng, xanh đậm ở bề mặt trên của lá, ở mặt dưới của lá thì sáng hơn Dáng lá hình elip hơi nhọn ở phần cuối, có gân phụ 7-8 cặp Lá dài khoảng 6-15 cm rộng khoảng 2,5-6,5 cm

Hoa của mãng cầu xiêm là loại hoa lưỡng tính Hoa mọc ở tên thân cây, nhánh cây, cành non Hoa to có cuốn ngắn dài khoảng 4-5 cm, cánh hoa ngoài màu vàng dài khoảng 3cm,cánh hoa trong hơi nhỏ hơn màu vàng nhạt Nhụy đực và nhụy cái làm thành một khối tròn rộng cỡ 1,5cm màu trắng

Quả của mãng cầu xiêm có hình hơi tròn, thuôn dài hay hình tim, đôi khi không đều, nghiên về một bên hơi cong do sự phát triển không bình thường hay bị sâu bệnh

Trái có thể dài khoảng 15 cm và nặng có thể tới 4-6kg/quả Quả mãng cầu xiêm được bao phủ bởi lớp da dễ bóc ra, có nhiều gai mềm không ăn được, đắng lớp vỏ trái có màu xanh đậm khi trái chua chín và có màu xanh hơi vàng khi trái chín Khi chín mô trái mềm, thịt quả có màu trắng và chứa hột

2.1.2 Phân loại:

Hiện nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về loại trái này nên người ta chỉ phân loại dựa trên hình dáng và mùi vị, không biết chính xác được các giống của mãng cầu xiêm

Về hình dạng bên ngoài có thể chia ra như hình tròn, thuôn dài, hình tim Theo

độ chắc của thịt quả có thể chia: mềm, có nước đến chắc và tương đối khô

Theo tác giả trường đại học Puerto Rico là có 14 loại mãng cầu xiêm khác nhau

nhưng có hai loại được chú ý hơn cả là Guanaba Azucaron (tên khác của mãng cầu) là loại ngọt có thể ăn sống được và dùng làm nước uống, loại Guanaba Acida là loại

chua chỉ dùng làm nước uống

Ở Việt Nam để mãng cầu xiêm cho năng suất cao, trái to,chống được sâu bệnh, khả năng chống chịu điều kiện tự nhiên không thuận lợi cao, người trồng ghép chúng vào cây bình bát mọc hoang ven bờ ruộng, bờ mương

2.1.3 Điều kiện sinh thái:

Mãng cầu xiêm là loại cây nhiệt đới Ở vùng Florida (Mỹ) các cây con dễ bị chết bởi sự giá lạnh Những cây sống sót và cho quả ở phía nam của tiểu bang, nơi có khí hậu nóng hơn Ở KeyWest mãng cầu xiêm được đánh giá là loại trái cây ngon Ở PuertoRico mãng cầu xiêm được cho là dễ phát triển do có đất ẩm vừa có nhiều nắng

và loại cây này được dùng cho việc che chắn cho các loài cây khác tránh khỏi các nguồn gió mạnh

Yêu cầu về nhiệt độ: nhiệt độ là yếu tố hạn chế hay kích thích sự phân bố phát triển của cây mãng cầu Nhiệt độ trung bình thích hợp cho cây phát triển là 23-300C Ở Việt Nam cây này chỉ thích hợp ở các tỉnh miền nam

Yêu cầu về ánh sáng: Ánh sáng là yếu tố cần thiết cho sự phát triển của trái nếu không chất lượng trái sẽ không cao Ánh sáng cần thiết trung bình khoảng 2400

2.1.4 Thu hoạch và bảo quản

Trái cây sẽ được thu hoạch khi đã phát triển đầy đủ nhưng phải còn hơi cứng Trái chín mền trên cây dễ bị rụng và bầm dập, nát có vết thâm Trái mãng cầu xiêm nên thu hoạch ở trạng thái chín còn xanh, sau đó giữ ở nhiệt độ phòng vài ngày Khi chín ta bóp phần vỏ sẽ thấy trạng thá hơi mềm ở đầu ngón tay

Một điều đặc biệt là trai mãng cầu xiêm cho trái quanh năm Nếu cây được chăm sóc cẩn thận thì sẽ cho trái với năng suất cao

Khi trái chín dùng kéo bén cắt cuống đem xuống đặt trái lên lớp rơm khô hay lá chuối cho êm để tránh bị dập trong quá trình vận chuyển

Xử lý: Để bảo quản trái sau thu hoạch trước khi đem tiêu thụ thì người ta đã có nhiều phương pháp có hiệu quả:

 Xông hơi Dibromide etyl

 Chiếu xạ bằng tia gamma

 Xử lý bằng nước nóng

 Xử lý bằng hơi nước nóng

Gần đây biện pháp xử lý bằng cách xông hơi Dibromide etyl không được chấp nhận đối với trái cây dùng cho thị trường Mỹ nhưng vẫn được chấp nhận đối với thị trường các nước khác

Chiếu xạ bằng tia Gamma được xem là biện pháp tốt nhất khống chế sự hư hỏng khi lưu trữ Tuy nhiên nếu dùng với liều lượng quá cao (>=600 krad) sẽ phá hủy cấu trúc mô quả Với liều lượng 75 krad sẽ có tác dụng làm chậm sự xuất hiện các hư hỏng, và kết hợp với chiếu xạ liều lượng 75 krad trên trái trước đó được sử lý bằng nước nóng trong 20 phút, sự hư hỏng sẽ hoàn toàn được khống chế

Biện pháp này rất có lợi cho việc kiểm soát bệnh tật và kéo dài thời gian lưu trữ qua việc làm chậm quá trình chín của trái

Để loại trừ các loại côn trùng có cánh gây hại cho quả người ta dùng chiếu xạ 20,6 krad đối với côn trùng phương đông, 15,6 krad đối với côn trùng Địa Trung Hải Mức độ chiếu xạ nói trên thấp hơn phạm vi cho phép của trái Tuy nhiên dùng bức xạ ion hóa để bảo quản trái cây là phương pháp đắt tiền

2.1.5 Thành phần hóa học

Thành phần của mãng cầu xiêm trong 100g phần ăn được

Thành phần Giá trị

Độ ẩm (g) 83,2 Protein (g) 1,0 Glucid (g) 15,1 Xenlulo (g) 0,6

2.2 TỔNG QUAN VỀ NẤM MEN [7]

2.2.1 Đặc điểm của nấm men [7]

Nấm men thường được sử dụng trong sản xuất rượu vang là các chủng thuộc giống Saccharomyces, phân bố rộng rãi trong thiên nhiên nhất là trong đất, trên bề mặt nhiều loại trái cây và các loại cây lương thực, thực phẩm khác

Nấm men Saccharomyces thường có cấu tạo đơn bào, có nhân thật, hình tròn,

hình trứng hay bầu dục, hình dài hoặc hình elip Tuy nhiên, hình dạng của chúng hầu như không ổn định Nó phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy Cũng như nhiều loại tế bào khác, nấm men được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản sau:

Thành tế bào: Được cấu tạo từ lipid, glucan, nanan protein

Màng nguyên sinh chất: Gồm có các hợp chất phức tạp như lipoprotein, calcium và enzym permeaza

Chất nguyên sinh: Chủ yếu được cấu tạo từ nước, protid, glucid, các muối khoáng, lipid

Nhân: Chứa protein, axit nucleic, enzym và ribosome

Các cơ quan khác như: Không bào, ty thể, ribosome

Các loài nấm men đơn bào được sử dụng trong công nghiệp thường có kích thước 3 – 6 * 10 - 12 m Chúng lên men được ở nhiệt độ cao khoảng 36-400C Có khả năng lên men đường từ các loại nguyên liệu khác nhau như gạo, ngô khoai, sắn với hàm lượng đường trong dung dich là 12-14% Nồng độ cồn stylic trong dung dịch lên men là 10-12% Nhiệt độ thích hợp 28-320C

2.2.2 Các hình thức sinh sản của nấm men [7]

Nảy chồi là phương pháp sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi:

sinh sản phổ biến nhất ở nấm men Ở điều kiện thuận lợi nấm men sinh sôi nảy

nở nhanh Khi một chồi xuất hiện các enzym thủy phân sẽ làm phân giải phần polysacaride của thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ Vật chất mới được tổng hợp sẽ được huy động đến chồi và làm chồi phình to dần lên, khi đó sẽ xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ Khi tế bào chồi tách khỏi tế bào mẹ, ở chỗ tách

ra còn giữ lại một vết sẹo của chồi, trên tế bào con cũng mang một vết sẹo Tại vết sẹo này tế bào mẹ sẽ không bao giờ tạo ra một chồi non mới

Thời gian cần thiết kể từ lúc chồi mới hình thành tới lúc tế bào này phát triển và bắt đầu tạo tế bào mới gọi là chu kỳ phát triển của nấm men

Sinh sản hữu tính:

Bào tử túi được sinh ra trong các túi Hai tế bào khác giới đứng gần nhau sẽ mọc ra hai mấu lồi Chúng tiến lại gần nhau và tiếp nối với nhau Chỗ tiếp nối sẽ tạo một lỗ thông và qua đó chất nguyên sinh có thể đi qua để tiến hành phối chất, nhân cũng đi qua để tiến hành phối nhân Sau đó nhân phân cắt thành 2, thành 4, thành 8 Mỗi nhân được bao bọc bởi các chất nguyên sinh rồi được tạo màng dày xung quanh

và hình thành các bào tử túi Tế bào dinh dưỡng biến thành túi

2.2.3 Sự sinh trưởng của nấm men [7]

Nấm men cũng như các sinh vật sống khác cần oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho, kali, magie…

Dinh dưỡng cacbon: Nguồn cacbon cung cấp là các loại đường khác nhau như saccharose, maltose, lactose, glucose…

Dinh dưỡng oxy, hydro: Được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường nuôi cấy hay dịch

Dinh dưỡng nitơ: Nấm men không có men ngoại bào để phân giải protein, nên không thể phân cắt albumin của môi trường mà phải cung cấp nitơ ở dạng hòa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc vô cơ Dạng hữu cơ thường dùng là acid amin, pepton, ure Đạm vô cơ là các muối amon khử nitrat, sulfat…

Các vitamin và chất khoáng: Phospho, lưu huỳnh, magie cần thiết cho hoạt động sống của nấm men

Quá trình sinh trưởng của nấm men trong dịch lên men tĩnh có thể chia làm 4 giai đoạn: Pha lag (pha tiềm phát), pha logarit (pha phát triển chỉ số), pha ổn định và pha suy thoái

– Pha lag (pha tiềm phát): Giai đoạn nấm men cần phải thích nghi với môi trường mới, số lượng tế bào nấm men không tăng hoặc tăng rất ít, giai đoạn này kéo dài nếu môi trường kém dinh dưỡng và ngắn hơn nếu môi trường giàu chất dinh dưỡng

– Pha logarit (pha phát triển chỉ số): Đây là giai đoạn tế bào nấm men tăng sinh khối theo cấp số nhân, chất dinh dưỡng trong môi trường giảm đáng kể do được nấm men sử dụng để sinh sản và phát triển

– Pha ổn định (pha tĩnh): Số lượng tế bào nấm men sống là ổn định (số lượng tế bào sinh sản bằng số lượng tế bào chết đi)

– Pha suy thoái (pha chết): Tế bào sống giảm dần và già đi, tế bào chết tăng

nhanh

2.2.4 Thành phần hóa học của nấm men.[7]

Thành phần hóa học của tế bào nấm men phụ thuộc vào chủng giống, môi trường, trạng thái sinh lý cũng như điều kiện nuôi cấy Chất khô của nấm men bao gồm các thành phần sau:

 Protid: 30 – 50%

 Glucid: 24-40%

 Chất béo: 2-5%

 Chất khoáng: 5-11%

Protid: Bao gồm đủ các acid amin không thay thế Về giá trị dinh dưỡng, protid nấm men tương đương protid động vật nhưng giá trị hơn protid thực vật

Glucid: Chủ yếu là glycogen (C6H10O5)n, là chất dự trữ của tế bào

Chất béo: Chứa chủ yếu trong nguyên sinh chất và là thức ăn dự trữ cho nấm men

Chất khoáng: Tuy chứa hàm lượng rất nhỏ nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt động của tế bào nấm men

2.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN [8,14]

2.3.1 Các quá trình lên men.[14]

2.3.1.1 Khái niệm

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 glucoside), được chuyển đến chất nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ Oxy phân tử không tham gia vào 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”

Ngày nay trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong thực tiễn đời sống người

ta có quan điểm quá trình lên men theo nghĩa rộng hơn Quá trình lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ mà chủ yếu là đường bị biến đổi dưới tác dụng của enzym vi sinh vật Sự hình thành các chất khác nhau xảy ra trong điều kiện kỵ khí hoặc hiếu khí (không có oxy hoặc có oxy tham gia)

2.3.1.2 Các hình thức lên men

Dựa vào sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men cũng như các con đường trao đổi chất đặc trưng cho từng loài vi sinh vật Người ta đã phân ra các kiểu lên men: lên men rượu, lên men lactic, lên men do nấm men, nấm mốc

Dựa vào cơ chế phản ứng người ta chia lên men thành 2 loại: lên men kị khí và lên men hiếu khí

– Lên men kị khí: Là quá trình lên men biến đổi đường hoặc các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản, dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật trong điều kiện không có sự tham gia của oxy phân tử Thuộc loại lên men này là lên men rượu, lên men lactic, acetone, butylic…

– Lên men hiếu khí: Là quá trình phân giải đường hoặc các hợp chất hữu

cơ dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật với sự có mặt của oxy Thuộc loại lên men này là lên men acid acetic, lên men acid citric, lên men acid glutamic…

Dựa vào đối tượng cung cấp hệ enzyme có cách phân loại nấm men sau:

– Lên men nhờ nấm men: Lên men rượu, lên men bia, bánh mì, glycerin…

– Lên men nhờ nấm mốc: Lên men acid citric, acid gluconic, acid fumaric…

– Lên men nhờ vi khuẩn: Lên men lactic, lên men acetic, lên men butyric, lên men propyonic,…

Nói chung, các quá trình lên men từ những nguồn enzyme khác nhau, cũng như

cơ chế lên men khác nhau sẽ cung cấp cho chúng ta những sản phẩm rất đa dạng Nhờ

đó, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người

2.3.2 Đại cương về quá trình lên men rượu [14]

2.3.2.1 Khái niệm

Lên men rượu là quá trình lên men được thực hiện nhờ nấm men trong điều kiện yếm khí, cơ chất chủ yếu là đường được chuyển thành rượu etylic và CO2, đồng thời giải phóng năng lượng

Phương trình phản ứng:

2C2H5OH + 2CO2 + Q

2.3.2.2 Vi sinh vật chủ yếu

Hệ vi sinh vật chủ yếu là các chủng nấm men Saccharomyces gồm: S

cerevisiae, S vini, S uvarum, S oviforrmis, S carlbergensis Lên men rượu vang

thường sử dụng chủng nấm men S cerevisiae , S vini, S ofomic

S cerevisiae là loài nấm men có tính kỵ khí không bắt buộc, chúng có khả năng

hô hấp và lên men Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, S cerevisiae cần có oxy để

hô hấp và tổng hợp sterol cần cho việc cấu trúc màng tế bào Giai đoạn sau thì ở điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt

2.3.2.3 Cơ chế lên men rượu.[14]

Đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vào bên trong Ở đó, các enzym sẽ tác dụng qua nhiều giai đoạn trung gian để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí cacbonic Hai chất này đều khuếch tán và tan vào môi trường xung quanh Rượu do rất linh động nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí CO2 hòa tan kém và khuếch tán chậm Lúc đầu hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào men và lớn dần đến mức lực đẩy Archimesdes lớn hơn tế bào men cộng bọt khí, lúc đó tế bào men và bọt khí nổi dần lên, khi đến bề mặt các bọt khí vỡ ra Bọt khí tan, tế bào men lại chìm dần Quá trình trên lại lập lại Khi đường và các chất dinh dưỡng trong canh trường còn ít, một lượng lớn tế bào men sẽ lắng xuống đáy, dịch lên men trong dần

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

Thời kỳ cảm ứng [8]

Ở giai đoạn này, chất tiếp nhận hydro của enzym alcoldehydrogenaza là acetaldehyd được tạo thành chưa đủ, do đó enzym sẽ chuyển hydro đến cho aldehyde phosphatglyxerinic Dưới tác dụng của enzym phosphataza, phosphatglyxerin bị thuỷ phân để tạo thành glyxerin Như vậy trong môi trường sẽ hình thành glyxirin và CO2

Thời kỳ tĩnh

Đến lúc này, lượng acetaldehyd là cơ chất bình thường của enzym alcoldehydrogenaza được tạo thành đã có nhiều, nên enzym sẽ chuyển hydro đến cho

cơ chất của nó và rượu etylic được tạo thành từ đây

Glyxerin 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 glyxerin, 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

O H ATP CO

OH H C PO H ADP O

H

C6 12 6  2  2 3 4  2 2 5  2 2  2  2 2

triển của tế bào nấm men hầu như không có Vì khi ấy nấm men có thể thu được năng lượng để duy trì cho các hoạt động sống của mình chỉ bằng cách gây lên men glucoza 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 glucoza đến CO2 và H2O

2.3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men

 Nhiệt độ: Nhiệt độ của môi trường có ý nghĩa rất quan trọng với sự phát

triển và lên men của nấm men Đối với nấm men Saccharomyces, nhiệt độ tối ưu

nằm trong giới hạn 28-320C Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp, khả năng lên men sẽ cao và kéo dài hơn Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men sẽ giảm nhanh, đặc biệt là đễ bị nhiễm khuẩn lactic và nấm men dại

 pH môi trường: Nồng độ ion H+ trong môi trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men Chúng có khả năng làm thay đổi điện tích các chất của vỏ tế bào, làm tăng hoặc giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng của nấm men Mỗi

vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong một khoảng pH nhất định

 Nồng độ đường của dịch lên men: Các loại dịch quả, dịch đường hóa, mật rỉ loãng đều tạo nên áp suất thẩm thấu Áp suất này càng tăng khi nồng độ đường của môi trường ngày càng cao Các vi sinh vật phát triển trong môi trường này đều phải chịu ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu ấy Các nấm men đều phải có khả năng cân bằng áp suất thẩm thấu của môi trường với áp suất nội thể Trường hợp ngược lại, nấm men sẽ bị co nguyên sinh Từng loại nấm men riêng biệt có khả năng chịu đựng áp suất thẩm thấu khác nhau

 Nồng độ oxy của môi trường: Sự cung cấp lượng oxy cần thiết cho giai đoạn phát triển của nấm men đó là giai đoạn tăng sinh khối nấm men ở giai đoạn đầu khi cho nấm men vào dịch lên men Độ thoáng khí, ngược lại rất bất lợi cho quá trình lên men rượu khi bắt đầu sang giai đoạn lên men, sự lên men này xảy ra trong điều kiện yếm khí hoàn toàn, ở điều kiện này, sự phát triển của những vi sinh vật cần oxy

bị cản trở( như vi khuẩn lactic) Trong môi trường này, sự hô hấp của nấm men bị ức

chế và bắt đầu phải tìm năng lượng cấn thiết bằng con đường lên men Do đó, muốn

có nhiều cồn thì không được thông khí cho môi trường

 Nồng độ CO2 của môi trường: CO2 được hình thành trong quá trình lên men rượu từ đường CO2 tích tụ lại trông môi trường chỉ làm giảm khả năng sinh sản của nấm men nhưng không làm yếu khả năng lên men của chúng CO2 nằm trong khoảng không giữa bề mặt môi trường và không khí có tác dụng kiềm chế sự phát triển của những vi sinh vật hiếu khí gây hại

 Nồng độ cồn etylic: Cồn etylic là sản phẩm chính được tạo ra trong quá tình lên men rượu từ đường Tuy nhiên, nó cũng có thể ức chế hoạt động của nấm men Ảnh hưởng của nồng độ cồn etylic với các loại nấm men không giống nhau Đa

số các nấm men ở điều kiện nhiệt độ tối ưu chịu được nồng độ cồn khoảng 14-16% thể tích

 Khí SO2: Nấm men, so với các loài vi sinh vật khác, rất bền với SO2 Do

dó, người ta thường xông khí SO2 vào những thùng lên men để thanh trùng trong sản xuất rượu vang Tuy nhiên, đối với nồng độ quá cao SO2 có thể làm ức chế quá trình lên men của nấm men

 Hàm lượng nitơ: Nitơ là nguyên tố tạo nên acid amin, protein, acid nuleic, enzym

 Nguồn nitơ vô cơ: Amoniac

 Nguồn nitơ hữu cơ: Chất chiết nấm men, pepton

 Nấm men rất cần nitơ để tự có thể tổng hợp tất cả các acid amin và protein cần thiết để hoạt động

2.4 Tổng quan về nước giải khát lên men

2.4.1 Đặc điểm

Nước giải khát lên men là sản phẩm của quá trình lên men rượu chưa kết thúc Đây được xem là loại nước uống tự nhiên có độ cồn thấp, không qua chưng cất, chứa

nhiều dinh dưỡng, có lợi cho sức khỏe Thành phần hóa học của sản phẩm này như sau:

 Nồng độ chất khô hòa tan: 5-8% khối lượng

 Axit tổng: 0,6-2% thể tích

 Nồng độ rượu: 0,5-1,5% thể tích (nguyễn Đình Thưởng, 1986)

Trong nước giải khát lên men, quá trình sinh hóa vẫn tiếp tục dù để ở nhiệt dộ thấp Do đó, người ta có thể loại bớt tế bào nấm men rồi đem thanh trùng để tăng thời gian bảo quản

2.4.2 Nước giải khát lên men và rượu vang có đặc điểm gì tương đồng và khác biệt

Nước trái cây lên men và rượu vang đều là sản phẩm lên men từ dịch ép trái cây

tự nhiên nên có nhiều đặc điểm chung:

Có hương vị thơm ngon của trái cây tự nhiên: Được lên men từ dịch ep1trai1 cây nên sau quá trình lên men vẫn mang đậm hương vị của trái cây

* Chứa nhiều thành phần như:

Rượu etylic: Đây là thành phần không thiếu sau quá trình lên men Nồng độ cồn

ở hai sản phẩm có sự khác nhau rõ rệt nhưng nhìn chung là thấp, tạo cảm giác dễ chịu cho người uống, đặc biệt thích hợp cho phụ nữ

Axit: Là thành phần quan trọng tạo nên hương vị sản phẩm vị chua của axit cân bằng với vị ngọt của đường, vị nồng của cồn và các thành phần khác tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm Các axit trong sản phẩm gồm các axit có sẵn trong dịch quả như: axit citric, axit malic, axit tartric…và các axit sinh ra trong quá trình lên men như: axit succinic, axit lactic, axit carbonic… Ngoài việc tạo ra vị chua và hương thơm cho sản phẩm, các axit này còn giúp ngăn chặn quá trình hư hỏng của sản phẩm

Đường: Cả hai dạng sản phẩm này đều có chứa một lượng đường nhất định tạo nên vị ngọt đặc trưng cho sản phẩm

Vitamin: Hai dạng sản phẩm này đều giàu vitamin như trong dịch quả Quá trình lên men giúp giữ lại nhiều vitamin trong dịch quả

Muối khoáng: Trong sản phẩm có chứa một lượng nhỏ các khoáng chất như: S,

P, Na, Ca, Fe, Cu… Chúng góp phần làm tăng hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

Các hợp chất gây mùi thơm: Chất gây mùi thơm hầu như chưa được biết rõ nhưng nhìn chung đó là các hợp chất sinh ra trong quá trình lên men là cồn và các ester Ngoài ra trong sản phẩm còn có chứa nhiều hợp chất như: polyphenol, aldehyde, acetone, methanol, glycerin…

Tuy có nhiều đặc điểm giống nhau nhưng vẫn có sự khác biệt giữa hai loại sản phẩm này

+ Về cách thức lên men:

Nước trái cây lên men: Là sản phẩm của quá trình lên men chưa kết thúc, thời gian lên men ngắn từ 24 đến 48 giờ nên còn giữ lại nhiều hương vị đặc trưng của nước quả thự nhiên

Rượu vang: Là sản phẩm của quá trình lên men hoàn chỉnh Thời gian lên men kéo dài và trải qua nhiều công đoạn trước khi đạt được thành phẩm

+ Về thành phần sản phẩm:

Hàm lượng ethanol: Nước trái cây lên men nồng độ rượu thấp khoảng 1,5% thể tích Trong khi sản phẩm rượu vang độ cồn tự nhiên vào khoảng 7-16% thể tích

0,5-Đường: Độ ngọt và độ cồn của sản phẩm có liên quan với nhau bởi vì quá trình lên men biến đổi đường thành ethanol Đường trong sản phẩm bao gồm các loại đường như glucose, fructose, một ít galactose, các đường không thể lên men như arabinose, ramnose, xylose… Trong nước trái cây lên men còn có chứa một lượng lớn saccharose được bổ sung vào dịch quả mà nấm men chưa sử dụng hết

Các chất gây mùi thơm: Sản phẩm nước trái cây lên men còn hương vị đặc trưng của nước quả Trong khi sản phẩm rượu vang các hợp chất tạo mùi thơm chủ yếu là sinh ra từ quá trình lên men

Nước trái cây lên men do thời gian ngắn nên cặn và nấm men chưa lắng xuống dẫn đến vẫn còn độ đục, đồng thời giữ được hương vị trái cây nguyên thủy, có chút gas tạo cảm giác sản khoái dễ chịu cho người uống Trong khi đó, rượu vang trải qua quá trình lên men chính rồi lên men phụ nên sản phẩm đã đạt được độ trong, độ ổn định và độ cồn cao hơn

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Đề tài được thực hiện từ ngày 24/05/2010 đến ngày 24/08/2010 tại phòng thí nghiệm vi sinh và phòng thực phẩm của khoa Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại học

Kỹ Thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh

3.2 Nguyên liệu và dụng cụ sử dụng

3.2.1 Nguyên liệu

 Mãng cầu mua từ chợ Nông sản Thủ Đức

 Giống nấm men:

+ Saccharomyces cerevisiae do phòng thí nghiệm vi sinh Trường Đại học

Nông Lâm TP Hồ Chí Minh cung cấp được ký hiệu (S1)

+ Saccharomyces cerevisiae Var.bayanus của hãng Maurivin được sản

xuất tại Australia được ký hiệu (S2)

 Đường tinh luyện Biên Hòa

 Axit citric, Na2CO3

3.2.2 Dụng cụ

 Chai thủy tinh, nhiệt kế

 Máy xay sinh tố

 Cân điện tử

 Khúc xạ kế, máy đo pH

 Thiết bị chưng cất

 Một số dụng cụ phòng thí nghiệm khác

Cấy men

S 1 , S 2

3.3 Quy trình chế biến nước mãng cầu lên men dự kiến

3.3.1 Sơ đồ quy trình dự kiến

3.3.2 Thuyết minh quy trình

 Nguyên liệu:

Khâu lựa chọn nguyên liệu rất quan trọng, ảnh hưởng dến chất lượng dịch quả nên sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau lên men Do đó, cần lựa chọn những quả vừa chín, không dập nát, không bị sâu

 Xử lý nguyên liệu và xoay nhuyễn:

Mãng cầu sau khi lựa chọn được rửa sạch để loại bỏ những tạp chất bẩn và thuốc trừ sâu trên bề mặt quả Sau đó ta đem lột vỏ và hột rồi đem di xoay nhuyễn

 Pha loãng:

Sau khi xoay nhuyễn, dịch quả được pha loãng với nước ở các tỷ lệ khảo sát là:

tỷ lệ 1:1, 1:1,5, 1:2

 Bổ sung đường và axit citric:

Dịch lên men sau pha loãng được bổ sung đường với tỷ lệ dịch quả khảo sát là

150Bx, 200Bx, 250Bx Đường được sử dụng là đường saccharose pH của dịch là 4.0

 Thanh trùng:

Dịch quả trước khi lên men được thanh trùng ở 650C/ 30 phút Mục đích là tiêu diệt một số men dại hiện diện trong dịch quả và vi sinh vật tạp nhiễm trong các thao tác trước

để lên men ở điều kiện nhiệt độ thường và thời gian lên men được khảo sát là 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày

 Thể tích dịch lên men: 200ml/nghiệm thức

 Tỷ lệ phối trộn nước : Mãng cầu là 1,5:1

 Tỷ lệ giống cấy 108 tế bào/ml

 Nồng độ chất khô: 250Bx

 pH = 4.0

 Tỷ lệ men giống 1%

 Nhiệt độ lên men: Nhiệt độ phòng

 Thời gian lên men: 2 ngày

 Chủng nấm men:

+ Saccharomyces cerevisiae do phòng thí nghiệm vi sinh Trường đại

học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh cung cấp được ký hiệu (S1)

+ Saccharomyces cerevisiae Var.bayanus của hãng Maurivin được

sản xuất tại Australia được ký hiệu (S2)

d Chỉ tiêu theo dõi sau 2 ngày lên men:

 Chỉ tiêu hóa lý: nồng độ chất khô (0Bx), pH

 Đánh giá cảm quan các nghiệm thức bằng phương pháp so hàng về mức

 Thể tích dịch lên men: 200ml/nghiệm thức

 Mật dộ tế bào nấm men 108 tế bào/ml

 pH = 4.0

 Nồng độ chất khô: 250Bx

 Tỷ lệ phối trộn nước : Mãng cầu là 1,5:1

 Nhiệt độ lên men: Nhiệt độ phòng

 Tỷ lệ men giống: 1%

 Chủng nấm men: Được chọn ở thí nghiệm 1

d Chỉ tiêu theo dõi sau khi lên men:

 Chỉ tiêu hóa lý: Nồng độ chất khô (0Bx), pH

 Đánh giá cảm quan các nghiệm thức bằng phương pháp so hàng về mức

 Thể tích dịch lên men: 200ml/nghiệm thức

 Mật dộ tế bào nấm men 108 tế bào/ml

 pH = 4.0

 Nồng độ chất khô: 200Bx

 Tỷ lệ phối trộn nước : Mãng cầu là 1,5:1

 Nhiệt độ lên men: Nhiệt độ phòng

 Thời gian lên men: Được chọn ở thí nghiệm 2

 Chủng nấm men: Được chọn ở thí nghiệm 1

d Chỉ tiêu theo dõi sau khi lên men:

 Chỉ tiêu hóa lý: Nồng độ chất khô (0Bx), pH

 Đánh giá cảm quan các nghiệm thức bằng phương pháp so hàng về mức

độ ưa thích