Nghiên cứu quy trình sản xuất nước cacao lên men

Đặc điểm của nước quả lên men là trong thành phẩm, các quá trình sinh học còn tiếp diễn.. Ethanol cùng với axit bayhơi, đường và nhiều thành phần khác có trong nước giải khát lên men tạo

Hình 1.1: Cây ca cao

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cây ca cao[7]

1.1.1 Nguồn gốc cây Ca cao

Cây ca cao ( Theobroma cacao ) thuộc về thứ (genus) Theobroma cacao L., và họ (family) sterculiaceae Thứ theobroma bao gồm hơn 20 loài (species), trong đó chỉ có loài Theobroma cacao được trồng rộng rãi còn các loài khác hoặc hoang dại, hoặc rất ítđược trồng

Theobroma cacao là loài duy nhất có giá trị thương phẩm và nó được chia ra hai loài phụ, là Criollo và Forastero, ngoài ra còn có một loài nữa là Trinitario là kết quả của sự

tạp giao giữa hai loài Criollo và Forastero Tên Criollo (bản xứ) do người Tây Ban Nha đặt chocây ca cao trồng đầu tiên ở Venezuela Nhóm Forastero là các giống ca cao thường của Brazil vàTây Phi, chúng phân tán tự nhiên trong thung lũng sông Amazon Nhóm Trinitario là giống laicủa hai giống trên xuất hiện đầu tiên ở hòn đảo Trinidad, thuộc địa Tây Ban Nha, trong thế kỉ 18.Nông dân Maya là những người đầu tiên trồng cây ca cao ở Trung Mỹ và chủ yếu ởMêhicô Sử của người Astèque xác minh rằng, từ thế kỉ 14 cây ca cao đã được trồng ở Mêhicô Ởđây, gieo trồng và thu hoạch vào những dịp tổ chức các lễ bái tôn giáo

Thực tế thì chỉ trong những năm của thế kỷ 19 nghề trồng ca cao mới đạt được những tiến bộđáng kể, giúp cho kỹ nghệ chocolate có cơ sở để phát triển ở Châu Âu Ở Châu Mỹ, hai nước sảnxuất ca cao mới xuất hiện là Ecuador và Brazin Ở Châu Phi, cây ca cao chỉ mới trồng ở các hònđảo của vịnh Guinea

Trong thế kỷ 20, sản xuất ca cao phát triển với quy mô rất lớn vì có sự mở rộng cực kìnhanh chóng các diện tích trồng cây ca cao ở Châu Phi Trong giai đoạn 1945 - 1985, năm

“cường quốc” ca cao là Brazin (19%), Cameroon (6%), Ghana (11%), Ivory Coast (30%) vàNigeria (6%) Từ năm 1985 trở lại đây, các nước Châu Á bắt đầu phát triển mạnh ca cao, trướchết là ở các nước Malaysia, Indonesia, ấn Độ, Sri Lanka,…

Ở Việt Nam, cây ca cao theo chân người Pháp đến Nam Bộ vào đầu thế kỉ 19 nhưng cây ca caochưa được trồng với quy mô đồn điền như cây cao su Có lẽ vì cao su không thể thiếu với ngànhcông nghiệp Pháp, còn hạt ca cao thì không được như vậy

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 1

Khoảng năm 1994, một dự án của nhà nước về trồng cây ca cao với quy mô 10.000 ha đượcthực hiện, chủ yếu ở Quảng Ngãi nhưng đã thất bại vì nhiều lý do Mong muốn phát triển trồngcây ca cao tương tự như cây cà phê không thành Chương trình nghiên cứu giống ca cao của nhànước được bắt đầu thực hiện từ năm 2000 Ðến năm 2002, tổ chức Success Alliance có dự ánphát triển cây ca cao mà khởi đầu từ tỉnh Bến Tre, sau đó là các tỉnh Tiền Giang, Bình Phước, RịaVũng Tàu, Daklak Đến nay, 01 bộ giống ca cao gồm 8 dòng thương mại đã được công nhận đểnhân giống phục vụ sản xuất

Tương lai của cây ca cao ở đồng bằng Sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên rất hứahẹn, có thể từ một quốc gia vô tiếng tăm về sản xuất hạt ca cao, Việt Nam có thể bước lên thànhmột cường quốc xuất khẩu hạt ca cao trên thế giới, như đã thành công với cây cà phê Robusta Theo đề án phát triển ca cao của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn là đến năm 2015 đạt

60000 ha và đến năm 2020 đạt diện tích 80.000 ha

1.1.2 Đặc điểm của cây ca cao

Ca cao là loài cây thân gỗ nhỏ có thể cao đến 10 – 20 m nếu mọc tự nhiên trong rừng.Trong sản xuất do trồng mật độ cao và khống chế sự phát triển thông qua tỉa cành nên cây thường

có chiều cao trung bình khoảng 5 – 7 m, đường kính thân 10-18 cm Ca cao sinh trưởng tốt dướibóng che, do dó có thể trồng xen với một số loài cây kinh tế khác Thời kỳ kinh doanh hiệu quả

có thể kéo dài từ 25 – 40 năm

Hoa ca cao nhỏ, có đường kính khoảng 10 – 15 mm, hoa có 5 cánh trổ thành từng chùm nhỏtrên gỗ cũ, trên thân và cũng như trên những cành hoặc trên những nhánh ở chỗ lá đã rụng Nụhoa bắt đầu nở vào buổi chiều và nở hết vào buổi sáng hôm sau Chỉ một phần rất nhỏ trong sốcác hoa nở sẽ đậu thành trái, mà nhân tố chính cho việc thụ phấn là những con ruồi nhỏCeratopoginidae

Thời gian phát triển của quả từ khi kết trái đến chín thường trong khoảng 5-6

tháng Ngoài ra, quả non hình thành trên cây ca cao không chín hết được, mà số lớn thường khôhéo và rụng khỏi cây

Quả ca cao có chiều dài 10 - 30 cm, đường kính 7 - 9 cm Quả có thể cân nặng từ 200 –

1000 g Tuỳ theo từng loài, hình dạng của quả thay đổi nhiều từ hình cầu, hình dài và nhọn, hìnhtrứng hoặc hình ống Màu sắc của quả khá đa dạng, có loại trái màu xanh, loại màu vàng và loạimàu đỏ

Hình 1.2: Nhóm ca cao Criollo

Hình 1.3: Nhóm ca cao forastero

Hình 1.4: nhóm ca cao Trinotario

Đặc tính của quả ca cao là khi chín thì vỏ không nở bung ra và ít bị rụng khỏi cây Mỗi quả

ca cao thường chứa 30 - 40 hạt được bao quanh bằng lớp nhầy Lớp nhầy này có vị hơi ngọt và

đó chính là cơ chất cho quá trình lên men khi ủ hạt sau này

1.1.3 Các Giống ca cao trồng ở Việt Nam.

Ca cao có 3 nhóm chính:

- Nhóm Criollo:

+ Có nguồn gốc từ Nam Mỹ

+ Quả dài nhọn, rãnh sâu mang mười khía

+ Màu đỏ vàng hoặc cam khi chín

+ Có nguồn gốc thượng Amazone do người Brazil và Tây Phi

+ Quả tròn hình bầu dục, không có rãnh sâu

+ Nhị lép màu tím

+ Trái màu xanh hay Oliu khi chín có màu vàng

+ Vỏ trơn cứng

+ Quả chứa 30-40 hạt

+ Sản lượng khá cao, kháng bệnh tốt, nhưng kém chất lượng

hơn Criollo, được trồng nhiều trên thế giới (80%)

- Nhóm Trinotario: (là kết quả của sự tạp giao giữa hai lòai

Hình 1.5: Thành phần cấu tạo của trái ca cao

+ Quả chứa 30 hạt hay nhiều hơn

1.1.4 Thành phần hóa học của ca cao [8]

a Thành phần hóa học vỏ quả (pod)

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của vỏ quả ca cao.

b Thành phần hóa học của lớp cơm nhầy (pulp)

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lớp cơm nhầy

c Thành phần hóa học của nhân

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của nhân

Sản lượng ca cao trên thế giới niên vụ 2003/04 lên tới 3,5 triệu tấn, tăng so với niên vụ2002/03 là 13,8%

Tây phi sản xuất ca cao chiếm 72,4% sản lượng ca cao thế giới Từ giữa những năm 1970đến nay sản lượng ca cao ở Đông Nam Á tăng nhanh và hiện chiếm 17% Tại vùng Đông Nam Á,

ca cao được trồng ở một số nước: Indonesia, Philipin, Malaysia, Việt Nam, Papua New Guinea,India và Srilanca và cho sản lượng khoảng 500.000 tấn Ngược lại tại một số nước trồng ca caokhác sản lượng lại giảm đi do một số nguyên nhân như tại Brazil sản lượng ca cao liên tục giảm

từ đầu những năm 1990 đến nay do bệnh tua mực (witches’ broom) tàn phá Tại Malaysia, trongnăm 1992 diện tích trồng ca cao ước tính đạt 380.000 ha, nhưng đến năm 2001 thì giảm xuốngchỉ còn 70.000 ha, giảm khoảng 80% diện tích

Theo ICCO Annual report 2004/2005, sản lượng xuất khẩu ca cao trên thế giới niên vụ2004/05 như sau:

- Châu Phi: sản lượng xuất khẩu niên vụ 2004/05 đạt 2.309.000 Tấn Trong đó nổi bật là BờBiển Ngà với sản lượng xuất khẩu cao nhất đạt 1.273.000 Tấn

- Châu Mỹ: Niên vụ 2004/05 xuất khẩu đạt 445.000 Tấn

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 5

- Châu Đại Dương và Châu Á: Niên vụ 2004/05 xuất khẩu đạt 534.000 Tấn

Trong niên vụ này Indonesia là nước xuất khẩu nhiều nhất trong khu vực đạt 435.000 TấnTuy nhiên, niên vụ 2005 - 2006 (từ tháng 10/2005 đến 9/2006), thị trường ca cao thế giới sẽthiếu hụt khoảng 221.000 tấn do sản lượng ca cao niên vụ này giảm Nguyên nhân sản lượng cacao thế giới giảm chủ yếu do sản lượng ca cao của Bờ Biển Ngà - nước sản xuất ca cao lớn nhấtthế giới, giảm khoảng 1 triệu tấn Nigiêria - nước xuất khẩu cacao lớn thứ 4 thế giới, sau Bờ BiểnNgà, Indonesia và Ghana - từng có 20 nhà máy chế biến cacao năm 1980, nhưng đến nay chỉ còn

3 nhà máy do lợi nhuận và sản lượng cacao đều giảm (từ mức 307 tấn/năm trong thập niên 80xuống còn 60 tấn năm 2003)

Bảng 1.4 Tình hình xuất khẩu ca cao trên thế giới

151126534118713129

2158132049716514036

2500140573617514539Châu Á Thái Bình Dương

Indonesia

488392

539455

528425

514415Malaysia

Các nước Châu Á khác

3561

2559

4063

3564Châu Mỹ

Brazil

Các nước Châu Mỹ khác

418163255

371124247

416163253

438164274

Bảng 1.5: Sản lượng ca cao trên thế giới

1282195418669

1360225445690Châu Phi

Bờ Biển Ngà

368235

422290

455305

822202410210Châu Á Thái Bình

413105105203

540120180240

+ Tình hình tiêu thụ

Tiêu thụ ca cao trên thế giới ngày càng tăng với tốc độ 2 - 3% mỗi năm và ca cao chủ yếudùng để sản xuất chocolate Ước tính, tiêu thụ ca cao thế giới năm 2004/05 tăng lên 3,23 triệutấn, và sẽ tăng thêm 3 triệu tấn vào năm 2008

Trong thế kỷ 20, tiêu thụ ca cao tăng nhanh do kết quả trực tiếp của việc gia tăng nhu cầuchocolate Nhu cầu chocolate tăng do nhiều yếu tố như tăng thu nhập, tăng dân số, giá bán lẻgiảm, sản phẩm làm từ ca cao phong phú, kỹ thuật tiếp thị hiện đại…

Các nước Tây Âu và Bắc Mỹ là thị trường tiêu thụ lớn nhất thế giới, chiếm 70% sản lượng

ca cao thế giới, riêng các nước liên minh Châu Âu (EU) tiêu dùng khoảng một nửa sản lượng cacao hàng năm trên thế giới (Bỉ là nước tiêu thụ ca cao nhiều nhất, bình quân 5kg/người)

Cuộc khủng hoảng tài chính năm 1997 đã làm giảm mức tiêu thụ ở Châu Á và đặc biệt làLiên Xô trước đây, tuy nhiên kinh tế các nước này đang hồi phục nhanh và có tiềm năng pháttriển tốt

Nhiều nhà phân tích cho rằng với giá ca cao hiện nay (1.200 USD/tấn) nhu cầu tiêu thụ sẽtiếp tục tăng dần như lâu nay là 3% năm và giá ca cao sẽ tăng trong những năm tới

- Ở Việt Nam

+ Tình hình sản xuất

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 7

Theo ông Nguyễn Văn Hoà, phó cục trưởng cục trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và phát triểnnông thôn) cho biết, cây ca cao ở Việt Nam dù khôi phục và phát triển từ khi có sự hỗ trợ của dự

án quốc tế Success alliance từ vài chục ha năm 2000 tăng lên 7.320 ha năm 2006, tăng lên 11.400

ha vào cuối năm 2007 và dự kiến đến 2015 đạt 60.000 ha

Trong đó, có gần 1.000 ha đang cho thu hoạch, năng suất ban đầu đạt bình quân 0,8 tấn/ha,ước tính sản lượng đạt 773 tấn Nhiều mô hình trồng ca cao đạt năng suất từ 1,5 tấn đến hơn 2 tấnhạt khô/ha như: hộ ông Trần Hùng Sơn, xã Phú Đức, huyện Châu Thành (Bến Tre), hộ ông ĐàoVăn Tuấn, xã Dăk Rla, huyện Đăkmil (Đăk Nông), hộ ông Hoàng Văn Phi, xã Ea Sô, huyệnEakar (Đăk Lăk) Các nông dân Việt Nam, những người từng khiến cho giá cà phê trên thị trườngthế giới biến động mạnh sau khi sản lượng cà phê của họ đã tăng gấp đôi trong vòng 5 năm, giờđây đang gia tăng diện tích trồng cây ca cao với sự hỗ trợ của các công ty sản xuất chocolate nổitiếng thế giới, đại công ty chocolate Mars cùng với hai chính phủ Hoa Kỳ và Việt Nam đang hỗtrợ cho một chương trình trị giá 4 triệu 500 ngàn đô la, thực hiện trong vòng 4 năm, với mục đíchtăng gấp bốn lần diện tích ca cao ở Việt Nam

Ông Ross Jaax cho biết một phần của chương trình phát triển ca cao ở Việt Nam là giúp chonông dân sản xuất hạt ca cao lên men, là loại hạt được mua với giá cao hơn nhờ có mùi vị ngonhơn vì nồng độ acid thấp hơn

+ Tình hình tiêu thụ

Các công ty nước ngoài đang có xu hướng đến Việt Nam thu mua ca cao Doanh nghiệptrong nước cũng mạnh dạn đầu tư hàng triệu USD, xây dựng nhà máy chế biến ca cao Chưa baogiờ hạt ca cao được kỳ vọng như vậy

Năm 2005, công ty TNHH Cargill Việt Nam, doanh nghiệp 100% vốn của Mỹ ở Đồng Nai,

đã chi ra cả tỷ đồng để thành lập trạm thu mua ca cao ở Bến Tre, sau đó thành lập tiếp trạm thumua ở Daklak, những địa phương có diện tích trồng ca cao lớn hiện nay

Năm 2006, Công ty TNHH Thuận Kiều ở Bình Dương đã đầu tư xây dựng một nhà máychế biến ca cao đầu tiên của Việt Nam tại Bến Tre Ông Lý Văn Phước, Giám đốc công ty, chobiết nhà máy có vốn đầu tư dự kiến 5 triệu USD trong giai đoạn 1 và sẽ tăng lên 10 triệu USD saukhi nguồn nguyên liệu trong nước dồi dào

Theo dự kiến, khi đi vào hoạt động vào năm tới, công suất chế biến của nhà máy ThuậnKiều sẽ đạt 10.000 tấn ca cao hạt mỗi năm với thành phẩm là bơ ca cao, bột ca cao và gần nhưtoàn bộ được xuất khẩu

Đối với thị trường tiêu thụ trong nước, công nghiệp chế biến ca cao ở nước ta đang pháttriển, như các nhà máy chế biến bánh kẹo ở Quảng Ngãi và TP.HCM cũng phải nhập nguyên liệubột và bơ ca cao, trong nước sản xuất còn quá ít không không cung cấp đủ cho thị trường nội địa.Hàng năm, các nhà máy chế biến bánh kẹo, thức uống của Việt Nam phải nhập khoảng 1.000 tấn

ca cao bột và một số ít bơ ca cao tương đương khoảng 2.700 tấn hạt ca cao khô

1.2 Tìm hiểu về nước giải khát lên men

1.2.1.Giới thiệu:

Nước giải khát lên men là sản phẩm của quá trình lên men rượu chưa kết thúc Tùy theonguồn nguyên liệu sử dụng, người ta chia nước giải khát lên men thành hai nhóm chính: nướcgiải khát lên men từ nguyên liệu chứa tinh bột (còn gọi là bia) và nước giải khát lên men từ tráicây (nước quả lên men) Dựa vào nguồn nguyên liệu mà ta có các sản phẩm như: nước giải khátlên men từ dứa, sơri, cam, chanh dây…và tùy theo yêu cầu mà ta có hay không có bổ sungCO2 vào trong nước giải khát

Đặc điểm của nước quả lên men là trong thành phẩm, các quá trình sinh học còn tiếp diễn

Do đó không thể bảo quản lâu quá hai ngày dù ở nhiệt độ thấp Khi đã rót ra cốc mà để lâu thìchất lượng nước giải khát cũng bị giảm rõ rệt sau 2÷3 giờ Vì vậy nước quả lên men nói chungthường chỉ sản xuất đủ tiêu dùng trong ngày và nên uống khi còn tươi

Đặc điểm của nước quả lên men: nồng độ chất khô hòa tan: 7÷9% khối lượng, độ chua:2÷4, nồng độ rượu: 3÷4% thể tích, có ga (CO2): 3÷4g/l, thời gian tàng trữ để ổn định chất lượng:3÷6 tuần, thời gian bảo quản: 2÷3 tháng, mùi thơm nhẹ dễ uống, men rượu nhẹ và mượt mà, hơi

ga nhẹ không làm cho người uống bị say

Ethanol là thành phần quan trọng vì chính nhờ ethanol mà làm cho nước giải khát lên menkhác với nước giải khát bình thường Ethanol có mùi thơm, vị hơi ngọt Ethanol cùng với axit bayhơi, đường và nhiều thành phần khác có trong nước giải khát lên men tạo nên mùi vị hấp dẫnriêng biệt của nó Vị của nước giải khát lên men được tạo lên từ tỷ lệ cân đối của 4 vị là : Vị chua(axit hữu cơ), vị ngọt (Ethanol, glycerin, đường còn lại), vị chát (tanin, polyphenol), vị mặn (cácmuối khóang)

b Axit hữu cơ.

Nguồn gốc của các axit hữu cơ là từ quả và hình thành trong quá trình lên men Axit là mộtthành phần quan trọng của nước giải khát lên men Tổng axit thường được cung cấp từ quả làchính khoảng 4-5 g/l làm cho pH của nước giải khát từ 2,8-3,5 Axit hữu cơ có trong nước giảikhát thường chia làm 2 nhóm là: Nhóm có tác dụng tốt cho nước giải khát lên men và nhóm cótác dụng xấu

Vai trò của các axit là tham gia tạo vị (vị chua) và tạo pH thấp từ đó làm ổn định sản phẩm.Axit hữu cơ trong nước giải khát còn có một tác dụng là ngăn cản hoạt động của các khuẩnlàm hỏng nước giải khát, ví dụ: Một số các axit sau : Axit tatric 1,5 – 2 g/l, axit malic 0-4 g/l,axit xitric 0 - 0,5 g/l, axit oxalic 0,06 g/l, các axit này thuộc loại các axit có tác dụng tích cực đếnmùi vị và còn có tác dụng làm ổn định nước giải khát lên men trên phương diện chúng ngăn cảnhoạt động của các vi khuẩn gây hại Tuy nhiên các axit này cũng có tỷ lệ cân đối nếu cao quácũng làm cho nước giải khát lên men có vị không hài hòa

Ngoài ra còn có một số axit khác như : Acetic, lactic, formic, butytric nhưng hàm lượng rấtnhỏ, các axit này nếu hàm lượng cao sẽ làm cho nước giải khát lên men có vị kém Đặc biệt, đốivới axit cần lưu ý là : Trong lên men tự nhiên thường tạo ra 0,4g acetic, nếu vượt quá hàm lượngnày sẽ làm cho vị chua thay đổi đáng kể và không thể uống được

Tỷ lệ axit hữu cơ / ethanol / tanin hay sự cân đối giữa vị ngọt, vị chua và vị chát là yếu tố quantrọng ảnh hưởng rất lớn tới mùi vị của nước giải khát lên men

c Đường

Đường là thành phần còn lại sau lên men trong đó chủ yếu là Glucose, fructose và phầnnhỏ galactose Ngoài ra còn có các loại đường khác đặc biệt đường nghịch đảo đã tạo nên mùithơm dễ chịu cho nước giải khát thành phẩm Thành phần đường còn lại cũng là yếu tố tham giatạo vị cho sản phẩm Nếu trước khi lên men bổ sung đường saccharose thì toàn bộ bị thủy phân

thành đường khử, vì vậy nếu phát hiện thấy đường saccharose trong nước giải khát thành phẩmtức là đường pha thêm.

d Tro và các chất muối

Trong nước giải khát lên men có nguồn gốc từ nguyên liệu và một phần được bổ sung từngòai vào để nâng cao hiệu quả lên men Một số chất khóang nhu : P; S; K; Na; Ca; Mg; Si; Se;Mn; Br; Cl; I; Al các ch?t khoáng này có thể tồn tại dưới dạng tự do hoặc có thể ở các dạngmuối Với mỗi quả khác nhau sẽ có hàm lượng khoáng và muối khác nhau Hàm lượng trongnước giải khát lên men khoảng từ 1,5 - 3g/l

Vai trò của chất khoáng trong nước giải khát lên men là làm tăng giá trị dinh dưỡng và giátrị chữa bệnh cho con người Đồng thời chất khoáng còn có vai trò quan trọng là tham gia tạo vịđậm đà cho nước giải khát và cùng với vị ngọt, vị chua, vị chát tạo nên vị hài hòa cho nước giảikhát nên men

e Vitamin

Vitamin trong nước giải khát lên men chủ yếu là do nguyên liệu cung cấp và một phầnđược bổ sung từ ngoài vào Các vitamin gồm: Vitamin nhóm B, vitamin C vitamin A và các ch?tti?n vitamin A Hàm lu?ng vitamin trong thành phần phụ thuộc rất lớn vào nguyên liệu, mỗi loạiquả khác nhau sẽ có hàm lượng vitamin khác nhau Vì vậy quá trình lên men cần điều chỉnh lạithành phần vitamin của nước quả, cần có phần bổ sung thêm vitamin, quá trình lên men khôngphá hủy hết vitamin của nước quả Thực ra lên men là một kỹ thuật tốt để giữ lại các vitamin củanước quả

f Polyphenol

Các polyphenol phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và kỹ thuật sản xuất hàm lượng củachúng sẽ khác nhau nếu nguyên liệu khác nhau và kỹ thuật sản xuất khác nhau Đối với nước giảikhát lên men polyphenol có vai trò:

- Tạo màu cho nước giải khát : Trong đó flavonol cho màu vàng, antoxian cho

Nếu hàm lượng polyphenol cao sẽ làm cho nước giải khát lên men có vị chát mạnh, ảnh hưởngkhông tốt đến mùi vị và làm cho vị bị kém đi Đồng thời sẽ tạo nên hàm lượng tanin cao gây kếttủa protein của nước quả làm cho nước giải khát bị đục

1.2.3 Nguyên liệu chế biến nước giải khát lên men[3]

1.2.3.1 Yêu cầu với nguyên liệu

Chất lượng của nước giải khát lên men phụ thuộc nhiều yếu tố Trong đó 60% nguyên liệuquyết định còn lại 40% là do kĩ thuật tạo nên

Việc lựa chọn nguyên liệu cho sản xuất nước giải khát lên men phải được xem xét kỹlưỡng, phải thỏa mãn các điều kiện về dinh dưỡng, giá cả, mùa vụ, trữ lượng,

các điều kiện khác

Tất cả các loại quả có chứa đường, protein, vitamin, khoáng, axit hữu cơ không chứanhiều tanin đều có thể sử dụng để lên men nước giải khát Các loại quả khác nhau sẽ khác nhau ởchỗ lên men khó hay dễ, xử lý đơn giản hay phức tạp, thành phần bổ sung khác nhau thế nào

Vì thế mà các loại nước giải khát lên men là những quả có hàm lượng đường trung bình từ

15 ÷ 18 độ Bx, ví dụ như: nho, xoài, vải thiều ,dứa là nhưng quả rất thích hợp để lên men nướcgiải khát Trong trường hợp quả có độ đường thấp phải thêm đường cho đạt nồng độ tiêu chuẩn,điều chỉnh pH thích hợp Ngoài việc điều chỉnh thành phần thì việc xử lý quả trước khi lên mencũng đòi hỏi phải có kĩ thuật phù hợp cho từng loại nguyên liệu

Thành phần nước quả thích hợp với hoạt động của men tối thiểu các chất sau đây:

- Axit amin, vitamin, muối khoáng thực hiện vai trò xúc tác với một lượng rất nhỏ

- Polyphenol - Tanin làm cho nước giải khát có màu hấp dẫn và đóng góp vào việc ức chếkhuẩn hại của enzime oxy hóa

- Chất sản sinh mùi thơm ảnh hưởng đến hương vị của nước giải khát lên men

1.2.3.2 Các kĩ thuật và biện pháp nâng cao chất lượng nước giải khát lên men

a Các kĩ thuật.

* Kĩ thuật chống oxy nước quả

Do tiếp xúc với oxy của không khí, các enzyme trong nước quả hoạt động mạnh một cáchkhác thường, trong các enzyme này cần chú ý các enzyme oxy hóa khử (oxydodeductase) sinh

nước quả sẽ gây ra nhiều biến đổi bất lợi làm giảm chất lượng của dịch quả trước khi lên men,ảnh hưởng không tốt đến chất lượng của nước giải khát sau này như:

- Mùi thơm của nước quả giảm do các chất mùi bị phá hủy, do quá trình oxy hóa

- Tanin tăng do oxy hóa các polyphenol Lượng tanin tăng sẽ làm cho vị chát của nước giảikhát lên men tăng, vị của nước giải khát sẽ không hài hòa và đặc biệt ảnh hưởng đến sự sống củanấm men

Màu sắc của nước quả bị sậm lại cũng làm cho màu sắc của nước giải khát lên men thay đổiđáng kể Có thể gây hiện tượng kết tủa enzym do muối sắt, muối đồng ở thể oxy hóa khử

Vậy nên cần lưu ý các biện pháp nhằm hạn chế sự oxy hóa nước quả như:

- Không làm dập nát quả trong suốt quá trình thu hái vận chuyển

- Sau khi làm dập hoặc ép nước cần tiến hành lên men ngay Nếu để chậm dù

chỉ 1 vài giờ, chất lượng của nước quả cũng giảm đi đáng kể

Sử dụng các biện pháp hóa lý như:

- Tiến hành ép lọc dịch quả trong thiết bị chứa đầy CO2, không cho dịch quả tiếp xúc vớioxy

- Thêm chất chống oxy hóa vào nước ép quả

- Có thể xử lý nhiệt dịch quả để hạn chế oxy hóa Khi xử lý nhiệt thì enzym oxy hóa khử sẽ

bị vô hoạt và giảm bớt lượng oxy hòa tan vào dịch quả từ đó hạn chế oxy hóa

* Kĩ thuật chuẩn bị nấm men

Trong kĩ thuật chế biến nước giải khát lên men, cần thiết phải đưa vào nước quả một lượng

tế bào nấm men nhất định Nguồn men giống có thể từ ba nguồn chính sau :

- Từ men giống (ống giống thuần chủng )

- Sử dụng bánh men cổ truyền

- Lên men tạo nguồn men giống cho các mẻ lên men sau

* Kĩ thuật theo dõi lên men

Trong quá trình lên men nước giải khát Kĩ thuật theo dõi quá trình lên men là công việc rấtquan trọng, nếu không được theo dõi chu đáo có thể dẫn đến hỏng cả mẻ lên men bất thườnghoặc chất lượng của nước giải khát sẽ kém đi Nội dung cần theo dõi ở đây là nhiệt độ và tốc độlên men

- Theo dõi nhiệt độ:

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 13

Cần đo nhiệt độ vài lần trong ngày, nhiêt độ trung bình của dịch quả là khoảng 20 ÷ 28 C.Nếu nhiệt độ của nấm men lên tới 34÷ 350 C là nấm men ngừng hoạt động Do nhiệt độ hô hấpcủa tế bào nấm men luôn sinh ra trong quá trình sống nên nấm men luôn có nhiệt độ cao hơnnhiệt độ của môi trường từ 2 ÷ 30C

- Theo dõi lên men

Phải tạo điều kiện cho quá trình lên men nhanh và chuyển hết đường thành ethanol Nếulượng đường còn lại cao và nồng độ ethanol thấp sẽ là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật có hạiphát triển, làm hư hỏng nước giải khát lên men.Vậy khắc phục vấn đề này cần phải:

+ Sử dụng loại men tốt, số lượng tế bào đảm bảo

+ Đảm bảo lượng oxy cho thời kì đầu của quá trình lên men

b Các biện pháp nâng cao chất lượng nước giải khát lên men

* Điều chỉnh thành phần đường

Mỗi loại quả có thành phần đường khác nhau, vì thế dịch quả đem lên men cần phải điềuchỉnh hàm lượng đường sao cho phù hợp với quá trình lên men.Tổng lượng đường cần đạt đếncủa nước giải khát lên men là từ 15 ÷ 18 độ Brix tương đương với 150 ÷ 180 g/l Vậy nên hàmlượng đường bổ sung vào dịch lên men của mỗi quả là khác nhau

* Điều chỉnh pH

PH thích hợp cho lên men là 4-5 Mội loại quả có một pH khác nhau, độ pH các lọai quảchua trung bình như: dứa, cam, dâu, vải, xoài ở trong giới hạn 2,8 ÷ 3,8 Trường hợp pH thấp hơnngười ta cho thêm kali tactrat trung tính hoặc Na2CO3 hoặc CaCO3 để trung hòa axit có trong dịchquả Nếu pH cao hơn thì phải dùng thêm một axit không độc hại như: axit xitric, axit tatric để làmtăng độ chua của dịch quả

Một biện pháp đơn giản để điều chỉnh pH là trộn những quả chín với những quả xanh theomột tỉ lệ nhất định

* Điều chỉnh các chất kích thích lên men

Nhằm giúp cho quá trình lên men đạt hiệu quả tốt hơn, khi lên men nước giải khát người tathường bổ sung thêm muối s’ufat amon (NH4)2SO4 hoặc cacbonat

amon (NH4)2CO3 với lượng dùng 0,05 ÷ 0,1 g/l dịch lên men, đồng thời bổ sung hỗn hợpvitamine Nếu không có hỗn hợp vitamine thì phải bổ sung vitamine B1 với hàm lượng 0,5 mg/l

1.3 Bản chất của quá trình lên men[6]

Lên men là một quá trình oxy hóa-khử xảy ra trong cơ thể sinh vật nhằm cung cấp nănglượng và các hợp chất trung gian cho tế bào sinh vật

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

Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình lên men là những phản ứng chuyển Hydro vàđiện 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 làcác quá trình oxy hóa khử sinh học để sinh năng lượng và các hợp chất trung gian Năng lượngnày rất cần thiết cho các họat động sống của vi sinh vật như sinh trưởng, phát triển, sinh sản…Tùy theo chủng vi sinh vật , môi trường, điều kiện lên men mà chúng ta thu được các sản phẩmchính, phụ khác nhau

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

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

 Hô hấp 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 cá chất hữu cơ nhất định, đây chính là sảnphẩm của quá trình lên men tích tụ trong môi trường (ví dụ etanol Acid lactic…) Trong lên menrượu, hydro được tách ra từ 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 lọat các quá trình

trung gian, cuối cùng kết hợp vi sinh vậtới oxy để tạo ra H2O Ví dụ acid pyruvic bị oxy hóa hòantòan trong chu trinh Krebs, qua hàng lọat sản phẩm trung gian cuối cùng tạo ra CO2, H2O và giảiphóng năng lượng Qúa trình hô hấp hiếu khí giải phóng ra năng lượng lớn cung cấp cho quátrình họat 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 hòan tòan Chất nhận điện tử và hydro cuối cùngkhông phải là oxy mà là nitrat hay sulfat Kiểu chuyển điện tử và H+ này giúp cho vi khuẩn oxyhóa hòan tòan cơ chất mà không cần đến sự tham gia của oxy phân tử So với quá trình lên mentrong hô hấp kị khí thì vi sinh vật thu được nhiều năng lượng hơn

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 15

1.4 Cơ chế của quá trình lên men rượu.[6]

Lên men rượu là một quá trình sinh học rất phức tạp, có sự tham gia củ nấm menSaccharomyces, trải qua hàng lọat các phản ứng vi sinh với sự tham gia của nhiều lọai enzymexúc 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 khí CO2 và ethanol Ngòai ra còn rất nhiều sảnphẩm phụ và trung gian như acid, este, aldehyte 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 được hấp thụ trên bề mặt của tế bào nấm men, sau

đó khuyếch tán qua màng bán thấm vào bên trong tế bào nấm men Trong khi nước ra vào tự doqua màng tế bào nấm men thì đường và các chất dinh dưỡng khác được màng tế bào chỉ cho đivào mà không cho đi ra Vì vậy, đường bị chuyển hóa qua một chuỗi phản ứng enzyme để tạothành sản phẩm cuối cùng là rượu etylic và CO2

Ở đây nhờ hoạt động trao đổi chất của tế bào nấm men, đường được chuyển hóa theo conđường đường phân Embden-Meyerhof-Parnas (EMP-gồm 10 phản ứng), qua hàng loạt các sảnphẩm trung gian và tạo thành acid pyruvic:

Acid pyruvic dưới tác dụng của enzymee pyruvatedecarboxylase bị khử thànhacetaldehyde và CO2:

Sau đó acetaldehyde bị khử thành rượu ethylic dưới tác dụng của enzymeealcoldehydrogenase của nấm men:

Acetaldehyde Rượu ethylic

pyruvatedecarboxylase

Theo Pasteur, nếu coi lượng đường có trong môi trường lên men là 100% thì sau khi lênmen sẽ cho ta 44,4% là rượu ethylic; 46,6% CO2; 3,3% glycerin; 0,6% acid succinic.

Tùy theo điều kiện lên men, nhiệt độ, pH môi trường mà quá trình lên men rượu xảy ratheo nhiều chiều hướng tạo các sản phẩm chính, phụ khác nhau

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

Khí CO2 thoát ra, bám vào tế bào nấm men Khi bọt khí CO2 đủ lớn thì lực nâng của nóvượt quá trọng lượng tế bào nấm men và thế là bọt khí CO2 cùng với tế bào nấm men nổi lên trên

bề mặt dịch lên men Khi gặp không khí, CO2 thóat ra đi vào môi trường không khí còn tế bàonấm men bị chìm xuống Điều này rất có lợi là khiến cho sự trao đổi chất trong tế bào trở nênmạnh mẽ hơn và sự lên men cũng tăng nhanh lên một cách tương ứng

Lên men rượu ở môi trường pH = 4÷5, trong điều kiện yếm khí Sản phẩm chính làrượu, sản phẩm phụ là glycerin Quá trình lên men rượu trải qua 2 thời kỳ chính: thời kỳ cảmứng và thời kỳ tĩnh

 Thời kỳ cảm ứng

Ở giai đọan này, chất tiếp nhận hydro của Enzyme alcoldehydrogenase là acetaldehydeđược tạo thành chưa đủ, do đó enzyme sẽ chuyển hydro đến cho aldehyde phosphatglycerinic

Enzyme

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

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 17

PhosphataseNAD.H2 NAD+

Dưới tác dụng của Enzyme Phosphatase, phosphatglycerin bị thủy phân để tạo thànhGlycerin 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 alcoldehydrogenaseđược tạo thành đã có nhiều, nên enzyme sẽ chuyển hydro đến cho cơ chất của nó và rượu etylicđược tạo thành từ đây

Glycerin chỉ được tạo nên trong thời kỳ cảm ứng nên nó chỉ là sản phẩm phụ trong môitrường acid.

Phương trình phản ứng tổng quát của quá trình lên men:

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

Thực tế cho thấy rằng, sự lên men rượu sẽ xảy ra một các bình thường để cho ta sản phẩmchủ yếu là rượu và một số sản phẩm khác như: glicerin, …chỉ trong điều kiện pH môi trường từ4-5 và môi trường thật yếm khí Trong điều kiện yếm khí thì sự lên men xảy ra rất mạn mẽ (nghĩa

là ettanol tạo thành sẽ nhiều) nhưng sự phát triển của nấm men hầu như không có Khi có khôngkhí thì sự lên men yếu đi vì nấm men sẽ thu năng lượng cần thiết cho sự phát triển của chúngbằng con đường hô hấp hiếu khí, nghĩa là bằng cách oxy hóa sinh học glucose đến CO2 và H2O.Quá trình lên men rượu từ glucos bao gồm quá trình đường phân và quá trình chuyểnPyruvat thành etanol:

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 19

Acetaldehyde

Glyceraldehyde -3-phosphate

PhosphoFructokinaseGlucose -6-phosphat

Aldolase Fructose -1,6- diphosphate

Triophosphat izomerase

Hexokinase

phosphoglyceratkinase

Glyceraldehyde phosphatdehydrogenaseAcid -1,3- diphosphoglyceric

Acid -3- phosphoglyceric

Phosphoglycerat-mutaseAcid -2- phosphoglyceric

Enolase Acid phosphoenolpyruvic

Gpyruvate - decarboxylasePyruvat kinase

Etanol

aldodeshydrogenaseAcid pyruvic

Hình 1.5: Quá trình lên men rượu etylic

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trìh lên men rượu.[6]

 Nồng độ đường

Ảnh hưởng lớn đến hiệu suất lên men Nấm men chỉ có thể lên men đường thành rượu trongkhỏang nồng độ đường phù hợp từ 10-18%, nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men, và nănglực lên men giảm, khi nồng độ đường từ 30-40% sự lên men gần như đình chỉ Nồng độ đườngthấp quá cũng làm giảm năng lực lên men

 Ảnh hưởng oxy

Nấm men là lọai vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện yếm khí nó sẽ lên men đườngtạo rượu và CO2 Còn trong điều kiện đầy đủ oxy, nó có khả năng oxy hóa đường thành CO2 vàH2O, đồng thời sinh sản, phát triển mạnh, sự kìm hãm lên men rượu bằng oxy gọi là “hiệu ứngPasteur”

Do vậy trong sản xuất rượu, giai đọan đầu cần tạo điều kiện hiếu khí, để nấm men sinh sản,phát triển đủ tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu Sau đó phải yếm khí tuyệt đối để nấmmen chuyển hóa đường thành rượu

Tuy vậy, khi co đầy đủ oxy cũng có một lượng rượu nhỏ tạo thành

 Ảnh hưởng pH

pH có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men, tạo sản phẩm chính và phụ khác nhau Nếu pH4-5 lên men rượu bình thường tạo sản phẩm chính là etanol, đây là điều kiện cần thiết cho quátrình lên men rượu

 Ảnh hưởng nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng lớn đến nấm men và sự lên men Thông thường nhiệt độ phùhợp cho sự lên men là 28-300C Nhiệt độ khỏang hơn 500C và dưới 00C sự lên men hầu như đìnhchỉ

 Ảnh hưởng nồng độ rượu tạo thành.

Rượu tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng đến sự lên men Thông thường nấm menlên men đến nồng độ rượu đạt 12-14% Một số nấm men có thể lên men đạt nồng độ rượu caohơn sẽ ức chế nấm men và hầu như kìm hãm lên men rượu

1.6 Tác nhân của quá trình lên men rượu : [2,6,12]

Tác nhân chính của quá trình lên men rượu là nấm men Nấm men đóng vai trò quyết địnhtrong sản xuất nước giải khát lên men trái cây vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men làquá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm Quá trình chuyển hóa này gắn liền với sựtham gia của hệ enzymee trong tế bào nấm men

1.6.1 Chủng loại nấm men: phân loại theo hình thái học hoặc sinh lý học (độ lớn, hình dạng

thông thường của nấm men hay loại đường chuyên dùng), nấm men dùng trong sản xuất nướcgiải khát lên men có hình oval (hình trứng) hoặc tròn với đường kính trung bình khoảng5÷10µm Nấm men chìm thường biểu hiện từng đôi hoặc đơn lẻ Nấm men nổi thường biểu hiệnthành hình nhánh, hình chuỗi

Trong sản xuất nước giải khát lên men nói chung, người ta sử dụng cả nấm men nổi và nấmmen chìm Cả nấm men nổi và nấm men chìm đều có những đặc điểm cơ bản giốngnhau, tuy nhiên giữa chúng cũng có những đặc điểm riêng

1.6.2 Dinh dưỡng nấm men

 Dinh dưỡng cacbon.

Các hợp chất hữu cơ khác nhau như các lọai đường và dẫn xuất, các rượu, acid hữu cơ, acidamin… có thể là nguồn dinh dưỡng cacbon của nấm men Ở đây cũng cần phải lưu ý rằng: nấmmen không sử dụng trực tiếp được tinh bột cũng như cellulose và hemicellulose

Các nguồn C dinh dưỡng trước hết phải kể đến các lọai đường Đường glucose thuộc lọaiđường 6 được tất cả các lòai nấm men sử dụng Glucose được coi như nguồn C vạn năng đối với

vi sinh vật Nhiều loài nấm men, trong đó có giống Saccharomyces lên men rượu, không sử dụng

được pentose (thuộc loại đường 5C)

Tỷ số các đường được nấm men sử dụng là đặc điểm riêng của từng loài Các lòaiSVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 21

Saccharomyces lên men rượu vang sử dụng glucose, fructose, maltose, saccharose và galactose,

rafinose chỉ sử dụng được một phần Còn các disacharide (maltose và saccharose) trước khi đượcnấm men sử dụng phải qua thủy phân sơ bộ thành đường đơn nhờ enzyme tương ứng của nấmmen

 Dinh dưỡng nitơ.

Nguồn nitơ được nấm men sử dụng tốt là các muối amoni của acid vô cơ cũng như hữu cơ

Đó là amoni sunfat, phosphat rồi đến các muối acetat, lactat, malat và succinat

Trong môi trường có muối amoni, đặc biệt là sulfat, thì nấm men sẽ sử dụng gốc amonitrước, gốc acid còn lại sẽ sử dụng sau hoặc ít sử dụng sẽ làm cho môi trường acid hóa, giảm pH Trong môi trường lỏng amoniac (NH3) ở dạng NH4+ gần với tiền chất của nitơ hữu cơ và lànguồn nitơ rất dễ cho nấm men sử dụng, chỉ xếp sau các acid amin Nấm men còn sử dụng đượcurê và pepton Trong môi trường lỏng urê sẽ bị urease của nấm men phân ly thành NH4+ và CO2.Nấm men tiêu hóa rất tốt các acid amin, còn pepton kém hơn và hoàn toàn không sử dụngđược protein Các muối amon được nấm men sử dụng tốt hơn các acid amin Trong quá trình nuôicấy nấm men các acid amin vừa là nguồn nitơ vừa là nguồn cacbon dinh dưỡng

Đa số nấm men không đồng hóa được nitrat

Các nguyên tố vô cơ trong nuôi cấy vi sinh vật nói chung, trong đó có nấm men, phosphođược quan tâm trước hết, sau đó là kali và magiê, lưu huỳnh…

 Dinh dưỡng các chất sinh trưởng

Những chất kích thích sinh trưởng là các vitamin, các base purin và pyrimidin, một số acidamin Những nhân tố sinh trưởng cơ bản đối với nấm men không có sắc tố là 6 vitamin nhóm B:inositol (vitamin B8), biotin (vitamin B7 hay H), acid pantotenic (B5), tiamin (B1), pyridoxin (B6),acid nicotinic (B3 hay PP)

Trong công nghiệp thường dùng các nguồn vitamin là cao ngô, cao nấm men, nước chiếtcám, dịch thủy phân đậu tương bằng enzyme và đặc biệt là rỉ đường

1.6.3 Sinh trưởng nấm men

Khi cấy nấm men hay vi sinh vật nói chung vào môi trường dinh dưỡng, chúng sẽ sinh sảncho đến khi cơ chất dinh dưỡng cần thiết ở trong môi trường giảm tới mức thấp nhất Khi đó sinhtrưởng của chúng chậm dần và ngừng hẳn, cũng có thể tế bào còn phân chia tiếp nhưng sự tăngsinh khối không đáng kể

Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật nói chung, trong đó có nấm men, chia làm

4 giai đoạn:

Pha lag (pha tiềm phát hay pha làm quen): đây là giai đoạn nấm men mới đượccấy vào môi trường còn chưa sinh sản.Vận tốc sinh trưởng coi như bằng không Nấm mencòn trải qua giai đoạn thích nghi với môi trường mới, trong đó một số tế bào bị ức chế, thậmchí có thể bị chết Số lượng tế bào nấm men ở giai đoạn này là không tăng hoặc tăng khôngđáng kể, nhưng khối lượng tế bào tăng mạnh (protein, acid nucleic, các enzyme) Trong môitrường càng đầy đủ chất dinh dưỡng giống nấm men cấy vào càng trẻ khỏe thì pha lag càngngắn

Pha logarit (pha phát triển chỉ số hay pha phát triển theo cấp số nhân): trong pha này,

tế bào vi sinh vật nào khác phát triển theo cấp số nhân với tốc độ sinh sản là cực đại Kíchthước trung bình của tế bào nấm men ở pha này nói chung là nhỏ nhất, vì chúng còn phảisinh sản (nảy chồi, phân chia tế bào)

Pha ổn định: trong pha này các tế bào sống là ổn định và mật độ quần thể là tối đa.Cũng có nghĩa là số lượng tế bào sinh ra bằng số lượng tế bào chết

Pha suy vong: các tế bào sống giảm dần và tế bào chết tăng dần, một số tế bào chết bị

tự phân do các enzyme protease nội bào Các tế bào sống trở nên già đi, kích thước nhỏ lại,biến dạng và tế bào chết xuất hiện dạng hạt Tế bào chết bị tự phân trở nên trống rỗng vàbên trong còn các hạt chất béo nhỏ

1.6.4 Sinh sản và chu kỳ sống

Nấm men có 2 kiểu sinh sản: sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 23

Sinh sản vô tính: trong điều kiện bình thường, nấm men thuộc giống

Saccharomyces sinh sản bằng cách nảy chồi Ở điều kiện thuận lợi nấm men sinh sôi nảy

nở nhanh, quan sát dưới kính hiển vi thấy hầu như tế bào nấm men nào cũng có chồi Khimột chồi xuất hiện các enzymee thủy phân sẽ làm phân giải phần polysaccaride của thành

tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ Vật chất mới được tổng hợp sẽ được huy độngđến chồi và làm chồi phình to dần lên, khi đó sẽ xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tếbào mẹ Thành phần của vách ngăn cũng tương tự như thành tế bào Khi tế bào chồi táchkhỏi tế bào mẹ ở chỗ tách ra còn giữ lại một vết sẹo của chồi, trên tế bào con cũng mangmột vết sẹo, các vết sẹo này có thể thấy rõ khi xử lý bằng thuốc nhuộm primulin haycalcafluor rồi quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang Dưới kính hiển vi điện tử càng có thểthấy rõ hơn

Hình 1.6: Phương thức sinh sản nảy chồi

Sinh sản hữu tính: khi gặp điều kiện không thuận lợi, nó có thể sinh sản theo

phương pháp tạo bào tử Bào tử túi được sinh ra trong các túi Hai tế bào khác giới (mang dấu+ và dấu -) đứng gần nhau sẽ mọc ra 2 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 phốichất, nhân cùng đi qua để tiến hành phối nhân Sau đó nhân phân cách thành 2, thành 4, thành

8 Mỗi nhân được bao bọc bởi chất nguyên sinh rồi được tạo màng dày chung quanh và hình

thành các bào tử túi Tế bào dinh dưỡng biến thành túi Đối với giống Saccharomyces bào tử túi

là hình cầu, hình bầu dục, vỏ nhẵn, không màu

Nấm men thuộc giống Saccharomyces là loại hiếu khí không bắt buộc Trong điều

kiện có oxy chúng tiến hành quá trình tăng sinh khối là chính Trong điều kiện không có oxy

chúng tham gia quá trình lên men để tạo rượu ethylic, CO2 và các sản phẩm lên men khác.Trong quá trình lên men, lúc đầu môi trường mới có chứa oxy hòa tan, nấm men dùng oxy đó đểoxy hóa cơ chất tạo năng lượng cho sinh sản và phát triển Khi dịch lên men đã trải qua mộtgiai đoạn lên men, lượng oxy hòa tan cạn dần thì tế bào nấm men lại thu năng lượng nhờ hệenzyme đặc biệt của mình qua phản ứng oxy hóa khử các cơ chất.

Hình 1.7: Giống nấm men Saccharomyces

Trong đồ án này, em sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae làm để làm thí nghiệm

* Saccharomyces cerevisiae: thuộc loại nấm men nổi, được sử dụng phổ biến trong

công nghệ sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men, bánh mì và rượu vang Tế bào thường

có dạng hình cầu, hình oval, kích thước khoảng 7÷10µm, sinh sản theo lối nảy chồi

Nấm men Saccharomyces cerevisae có 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 nấmmen lắng chậm

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 25

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu:

2.1.1 Ca cao:

Ca cao được mua tại chợ Gạo-Tiền Giang

Trái ca cao được chọn làm nguyên liệu có những đặc

điểm sau:

- Giống ca cao: Trinotario

- Khối lượng nguyên liệu: 400-600 g/trái

-Trái ở giai đoạn chín (độ chín kỹ thuật), lúc này cơm

ca cao có hàm lượng acid giảm và hàm lượng đường đạt cao nhất

Ca cao khi hái trên cây xuống nên đem chế biến càng sớm càng tốt vì để lâu thành phầncơm ca cao sẽ mất đi Để kéo dài thời gian bảo quản và giữ chất lượng trái được lâu thì phải đểtrái trong điều kiện nhiệt độ 6-70C (ngăn mát của tủ lạnh), thời gian bảo quản tối đa 1 tuần

Bảng 2.1.Tiêu chuẩn chất lượng của đường

Na2CO3 có tác dụng làm tăng acid có trong dịch quả lên men hay làm giảm pH dịch quả,của phòng thí nghiệm công nghệ-Khoa công nghệ thực phẫm-Trường Đại Học Kỹ Thuật CôngNghệ TPHCM cung cấp

2.1.4 Pectinase:

Enzyme pectinase sử dụng trong đồ án do công ty TNHH thương mại-dịch vụ Nam Giangcung cấp

Tên thương mại: Pectinex ultra spl

Pectinase được sử dụng để xử lý ca cao với mục đích: phân cắt chuỗi pectin trong khối thịtquả thành những đơn vị ngắn hơn nhằm làm giảm độ nhớt, làm trong, tách hạt được dễ dàng vàtăng năng suất thu hồi trong quá trình lọc sau này

2.1.5 Nước

Hai nguồn nước được sử dụng chính khi tiến hành thí nghiệm là:

- Nước cất: Được lấy từ máu cất nước trong phòng thí nghiệm, nước cất được dùng trongcác công đoạn như pha loãng, pha hóa chất, các quá trình phân tích, kiểm nghiệm…

- Nước máy: Được lấy từ hệ thống cấp nước của thành phố, nước máy được dùng trong cáccông đoạn như rửa nguyên liệu, vệ sinh thiết bị, vệ sinh dụng cụ, máy móc …

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng trong công nghiệp thực phẩm

Tổng số vi sinh vật hiếu khí < 100 cfu/ml

Chỉ số Coli ( số Coli/1l nước ) <20

Chuẩn số Coli ( số ml nước có 1 Coli ) >50

2.2 Phương pháp nghiên cứu:

2.2.1 Sơ đồ thí nghiệm thăm dò

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 28

Tỷ lệ nấm men 1% so với dịch lên men

800C; 15PhútLọc

Trái ca cao

Sản phẩm

Thuyết minh quy trình:

■ Lựa chọn nguyên liệu: đây là khâu đầu tiên của quy trình có ảnh hưởng đến chất

lượng dịch lên men

Ca cao được thực hiện nghiên cứu trong đề tài này là giống Trinotario, trái khi chín có màuvàng

Trái ca cao khi hái từ trên cây xuống phải sử dụng ngay hoặc bảo quản ngăn mát của tủ

lạnh, thời gian tối đa không quá 1 tuần vì để lâu lượng cơm ca cao sẽ mất đi.

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 29

■ Tách ruột: Trái ca cao được tiến hành tách vỏ để lấy ruột ra khỏi cùi và vỏ Tách ruột

được làm bằng dao bổ đôi trái hay dùng một cán gỗ đập vào trái làm cho vỡ vỏ theo chiều thẳngđứng Trái ca cao sau khi đập vỡ thì dùng mũi dao nhọn lách theo chiều dài của trái, hạt sẽ tách

■ Thanh trùng

Tiêu diệt vi sinh vật gây hại Thanh trùng ở nhiệt độ 750C trong 10 phút

Lưu ý: không nên nấu ở nhiệt độ quá cao và quá lâu sẽ không tốt vì các vitamin trongdịch quả bị phân hủy, đường và acid bị thất thoát do bay hơi hay biến chất, mùi ca cao sẽ bịmất đi, sau khi thanh trùng xong phải hạ nhiệt độ dịch ca cao xuống khoảng 28÷30oC để lênmen

■ Lên men

Dung dịch sau khi đã điều chỉnh nồng độ chất khô, acid thích hợp, thanh trùngbằng nhiệt được chuyển vào bình lên men Thông thường dịch quả cho vào không đầy lênmiệng bình mà chỉ chiếm khoảng 70÷80% dung tích bình để tránh khi lên men sủi bọt mạnh,dịch quả có thể bị trào ra ngoài gây nhiễm khuẩn Quá trình lên men được tiến hành ở nhiệt độphòng trong 2 ngày

Nấm men sau khi đã được tăng sinh, được cho vào dịch cơm ca cao đem lên men với tỷ lệcái nước men là 1% so với dịch ca cao

Đây là sản phẩm lên men với thời gian ngắn (3 ngày) nên tốt nhất là bảo quản ở nhiệt độthấp khoảng 15-160C Vậy nên khi sử dụng có thể bằng 2 trạng thái uống lạnh và không lạnh

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 31

2.2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

Xử lý Enzyem petinase cho ruột ca cao

Xác định hàm lượng Enzyme pectinase

Xác định thời gian ủ Enzyme pectinase

2.2.2.1 Thí nghiệm 1:Xác định hàm lượng Pectinase để xử lý ruột ca cao

Mục đích nghiên cứu: Xác định tỉ lệ enzym pectinase bổ sung thích hợp vào ruột ca cao

nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi cơm ca cao

Phương pháp bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên, một yếu tố, 6 nghiệm

thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

Yếu tố A: hàm lượng enzyme pectinase (%) so với khối lượng ruột ca cao.

Hàm lượng enzyme

pectinase

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 33

Khối lượng mỗi mẫu: 50g thịt ca cao + 100g H2O

Hình 2.4: Sơ đồ xác định hàm lượng Enzyme Pectinase

Bổ sung enzyme

Ủ 400C, Trong 2 giờ

Xác định lượng tỷ lệ thu hồi cơm ca cao

Lựa chọn hàm lượng enzyme pectinase thích hợp

Chỉnh pH = 4,5

Xác định hàm lượng Enzyme Pectinase thích hợp

Phương pháp tiến hành: Tiến hành thí nghiệm với 6 mẫu, mỗi mẫu 50g ruột ca cao và

100ml H2O, bổ sung enzyme pectinase với các tỉ lệ như phần bố trí thí nghiệm Tiếp theo, cho ruột ca cao đã bổ sung enzyme pectinase vào tủ ấm để ủ trong 2 giờ Sau đó tiến hành tách hạt vàđánh giá dịch thịt ca cao thu được

Chỉ tiêu theo dõi: - Khối lượng thu hồi cơm ca cao.

- Đánh giá cảm quan: mùi

2.2.2.2 Thí nghiệm 2: Xác định thời gian ủ ruột ca cao

Mục đích nghiên cứu: Xác định thời gian ủ enzym pectinase thích hợp để nâng cao hiệu

suất thu hồi cơm ca cao

Phương pháp bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên, một yếu tố, 4 nghiệm

thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

Yếu tố B: thời gian ủ enzyme pectinase

B1: thời gian ủ enzyme pectinase trong 1 giờ

B2: thời gian ủ enzyme pectinase trong 2 giờ

B3: thời gian ủ enzyme pectinase trong 3 giờ

B4: thời gian ủ enzyme pectinase trong 4 giờ

Phương pháp tiến hành: Tiến hành thí nghiệm với 4 mẫu, mỗi mẫu 50g ruột ca cao và

100ml H2O, bổ sung enzyme pectinase với các tỉ lệ 0,6% được chọn ở thí nghiệm 1 vào 4 mẫu, sau đó cho vào tủ ấm ủ ở 400C trong thời gian như phần bố trí thí nghiệm Kết thúc thời gian ở mỗi mẫu đem đi tách hạt thu dịch thịt ca cao

Chỉ tiêu theo dõi: Khối lượng thu hồi cơm ca cao.

2.2.2.3 Thí nghiệm 3:Xác định hàm lượng chất khô hòa tan của dịch cơm ca cao thích hợp cho lên men

Mục đích nghiên cứu: Xác định hàm lượng chất khô ban đầu của dịch lên men thích hợp

cho quá trình lên men

Phương pháp bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên một yếu tố, 4 nghiệm

thức mỗi nghiệm thức lặp lại 3lần

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 35

Yếu tố C: Hàm lượng chất khô thích hợp cho quá trình lên men (Bx)

 C1: nồng độ chất khô của dịch lên men 14oBx

 C2: nồng độ chất khô của dịch lên men 16oBx

 C3: nồng độ chất khô của dịch lên men 18oBx

 C4: nồng độ chất khô của dịch lên men 20oBx

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 37

Lựa chọn hàm lượng chất khô thích hợp

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng

chất khô thích hợp cho lên men

Thời gian = 72

giờ

Điều chỉnh pH= 4,5Dịch quả

Nghiên cứu xác định hàm lượng chất khô

Lên men Nhân giống Nấm men

Xử lý sau lên men

Ủ ở 400CThời gian: 3giờ

Phương pháp tiến hành: Dịch thịt ca cao sau khi đã ủ enzyme, đi điều chỉnh dịch lên men,

phối trộn đường để đạt được nồng độ chất khô hòa tan như phần bố trí thí nghiệm, sau đó thanh trùng, để nguội xuống 28-300C bổ sung nấm men vào rồi tiến hành lên men

Các yếu tố cố định:

- Thề tích dịch lên men mỗi mẫu: 300ml

- Độ pH của dịch thịt ca cao : 4,5

- Tỷ lệ nấm men là 1,5%so với dịch lên men

- Thời gian lên men: 3 ngày ở nhiệt độ phòng 300C

Chỉ tiêu theo dõi:

- Chỉ tiêu hóa lý: nồng độ chất khô, pH, độ cồn sau 3 ngày lên men

- Chỉ tiêu cảm quan: theo dõi mùi, vị của sản phẩm sau 3 ngày lên men

2.2.2.4 Thí nghiệm 4: Xác định pH thích hợp cho lên men

Mục đích nghiên cứu: xác định pH dịch lên men ban đầu thích hợp cho quá trình lên men và

tạo sản phẩm có hương vị hài hòa

Phương pháp bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên một yếu tố, ba nghiệm

thức mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

Yếu tố D: pH dịch lên men ban đầu

 D1: pH của dịch lên men 3,5

 D2: pH của dịch lên men 4

 D3: pH của dịch lên men 4,5

 D4: pH của dịch lên men 5

SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Thy Trang 39

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH thích hợp cho

lên men