TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về dứa
Dứa là loại trái cây của miền nhiệt đới có nguồn gốc từ các nước Brazil, Paraquay ở Trung và Nam Mỹ
Dứa, ban đầu được gọi là "Ananas", đã được các nhà thám hiểm Tây Ban Nha đặt tên là "Pine" do hình dáng giống chóp quả thông Người Anh thêm chữ "Apple" để nhấn mạnh vị ngọt dịu và khả năng ăn được của loại trái cây này Trong tiếng Việt, dứa còn được gọi là "thơm" hoặc "khóm".
Theo thống kê của FAO (2016), Việt Nam đứng thứ 10 thế giới về sản lượng dứa, với tổng diện tích trồng khoảng 34.642 ha.
555047 tấn Các tỉnh có diện tích canh tác dứa lớn đáng kể như Tiền Giang, Kiên Giang, Long An và Hậu Giang chiếm 70 – 80% sản lượng dứa cả nước [6]
Theo Báo cáo ngành trồng trọt tại Việt Nam 2017, tình hình sản xuất dứa ở nước ta năm 2015 đến 2017 và kế hoạch năm 2018 được thể hiện ở bảng sau:
B ả ng 2.1 Tình hình sản xuất dứa từ năm 2015 – 2018 và kế hoạch sản xuất năm 2018
Nguồn: Theo Bộ NN và PTNT, 2017
Tình hình chế biến và sử dụng sản phẩm từ dứa ở Việt Nam còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào dứa khoanh đóng hộp, dứa rẻ quạt, dứa đông lạnh, nước ép và dứa pure cho xuất khẩu hoặc tiêu thụ tươi Do đó, việc nghiên cứu và phát triển đa dạng hóa các sản phẩm từ dứa là rất cần thiết.
2.1.1 Ngu ồn gốc v à phân lo ại
2.1.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển của quả dứa trên thế giới
Theo một số tài liệu đang lưu hành ở Việt Nam, dứa được phát hiện ra vào năm
Năm 1942, trong cuộc thám hiểm tìm ra tân thế giới của Christopher Columbus, ông đã phát hiện ra nhiều quả dứa tại vùng sông Amazon, được người dân bản xứ gọi là Ananas, có nghĩa là “quả cây tuyệt hảo” Vào thế kỷ 17, dứa chỉ được giới thượng lưu và giai cấp thống trị thưởng thức, vì vậy nó còn được mệnh danh là “trái cây của vua”.
Dứa hiện nay được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia như Hawai, Úc, Đài Loan, Thái Lan, Philippines, Nam Phi, Brazil và Mexico Loại trái cây này không chỉ nổi tiếng với giá trị dinh dưỡng cao, hương thơm, vị ngọt và màu sắc bắt mắt, mà còn được biết đến như một loại thuốc hỗ trợ tiêu hóa protein và có vai trò quan trọng trong y học, đặc biệt trong phẫu thuật, điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến nội tạng.
2.1.2 Tình hình s ản xuất v à tiêu th ụ dứa tr ên th ế giới v à Vi ệt Nam
Năm 2007, sản lượng dứa toàn cầu đạt 18,9 triệu tấn, tăng 19% so với năm 2002 Thái Lan, Philippines và Indonesia là những quốc gia chủ yếu sản xuất dứa chế biến như nước ép và dứa đóng hộp cho xuất khẩu Mặc dù Ấn Độ và Trung Quốc là những nhà xuất khẩu lớn, nhưng thị trường nội địa của họ rất lớn, dẫn đến việc ít hàng hóa được cung cấp cho xuất khẩu Costa Rica là nước xuất khẩu dứa tươi lớn nhất, chiếm 47% thị phần xuất khẩu toàn cầu.
Sản xuất của thế giới 15,801 16,139 16,714 17,852 19,038 18,874
Bờ biển Ngà 228,00 243,00 216,00 195,00 250,00 240,00 Ở nước ta trong giai đoạn 1991 ÷ 1997, diện tích dứa có sự giảm sút đáng kể từ
Diện tích đất canh tác đã giảm từ 39 ngàn ha vào năm 1995 xuống chỉ còn 26 ngàn ha vào năm 1997 Nguyên nhân chủ yếu của sự suy giảm này là do mất thị trường xuất khẩu chính là Liên Xô và các nước Đông Âu cũ, điều này đã ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất trong nước.
Từ năm 1997, sự năng động của các công ty trong việc khai thác thị trường, cùng với chính sách mở cửa của nhà nước, đã giúp thị trường xuất khẩu ngày càng mở rộng và ổn định Diện tích trồng dứa tăng từ 26.000 ha năm 1997 lên gần 38.000 ha năm 2002, đánh dấu sự tăng trưởng đáng kể của ngành dứa Việt Nam Sự phát triển này không chỉ thúc đẩy sản xuất nông hộ mà còn tạo ra thu nhập, việc làm cho người sản xuất và góp phần vào sự tăng trưởng xuất khẩu nông sản.
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng sản xuất cây ăn quả chủ yếu của Việt Nam, với diện tích dứa đạt trên 20.000 ha vào năm 2002, chiếm 55,6% tổng diện tích dứa cả nước Tỉnh Kiên Giang dẫn đầu với khoảng 8.700 ha, chiếm 43% diện tích dứa của vùng, tiếp theo là Tiền Giang với 6.870 ha, chiếm 35% Với diện tích lớn, ĐBSCL đóng góp tới 65,9% sản lượng dứa toàn quốc.
Theo báo cáo của Cục Nông nghiệp, cả nước hiện mới trồng 3.600 ha Dứa Cayen, chiếm chưa đến 10% tổng diện tích Dứa Trong những năm qua, ngân sách Nhà nước Trung ương và các tỉnh đã đầu tư hơn 90 tỉ đồng để nhập khoảng 1.200 triệu chồi Dứa Cayen, canh tác trên 3.227 ha Chi phí giống nhập ngoại cho mỗi ha Dứa Cayen trồng mới là 29,36 triệu đồng.
2.1.3 Thành ph ần hóa học c ủa dứa [9]
Quả dứa chứa khoảng 72 – 88% nước, 8 – 18,5% đường, 0,3 – 0,8% acid, 0,25 – 0,5% protein và khoảng 0,25% muối khoáng Trong đó, 70% lượng đường có trong dứa là saccharose, trong khi phần còn lại là glucose Thành phần acid hữu cơ chủ yếu trong dứa là citric acid chiếm 65%, tiếp theo là malic acid 20%, tartaric acid 10% và succinic acid 3%.
Quả dứa chứa enzyme bromelin, hỗ trợ tiêu hóa hiệu quả nhờ khả năng thủy phân protein Hàm lượng bromelin tăng dần từ lớp vỏ vào đến cùi và từ gốc đến ngọn của quả Ngoài ra, dứa còn cung cấp một lượng vitamin C đáng kể, góp phần nâng cao sức khỏe.
15 – 55mg%, vitamin A 0,06mg%, vitamin B1 0,09mg%, vitamin B2 0,04mg%, Thành phần hóa học của dứa thay đổi tùy theo giống, độ chín, thời vụ, địa điểm và điều kiện trồng trọt
B ả ng 2.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa
2.1.4 Thu ho ạch v à b ảo quản dứa [9]
Theo Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam, độ chín của dứa được phân loại thành 5 mức độ Mức độ chín 0 là khi trái vẫn còn xanh sẫm và mắt chưa mở Mức độ chín 1 thể hiện trái xanh bóng với một hàng mắt mở Mức độ chín 2 có từ 3 hàng mắt mở và 25-75% vỏ trái chuyển sang màu vàng tươi Mức độ chín 3 có khoảng 4 hàng mắt mở và 75-100% vỏ trái vàng tươi Cuối cùng, mức độ chín 4 là khi 100% vỏ trái có màu vàng sẫm và trên 5 hàng mắt mở.
Dứa được thu hoạch ở độ chín 1 và 2 tại nông trường, cho màu sắc đẹp và chất lượng tốt trong khoảng 4 – 8 ngày sau thu hoạch, thích hợp cho việc ăn tươi hoặc chế biến Ngược lại, trái ở độ chín 3 và 4 dễ bị hỏng sau khi thu hoạch.
Giới thiệu về rượu vang
Rượu vang là sản phẩm tự nhiên được tạo ra từ quá trình lên men toàn phần của nước nho tươi, hoặc từ sự kết hợp giữa nước nho và bã nho.
Rượu vang được phân loại chủ yếu dựa trên màu sắc, bao gồm vang đỏ và vang trắng, trong đó vang đỏ thường có giá trị cao hơn Trước đây, người ta tin rằng chỉ có nho đỏ chất lượng dinh dưỡng cao mới được dùng để sản xuất rượu vang Tuy nhiên, hiện nay, nguyên liệu chế biến rượu vang đã được mở rộng, bao gồm nhiều loại trái cây khác nhau với sự đa dạng về màu sắc và chất lượng.
Vang ngọt và vang khô là hai loại rượu vang phổ biến Vang ngọt là loại rượu được lên men với đường, thường được thưởng thức sau bữa ăn, trong khi vang khô là loại rượu đã lên men hết đường và thường được dùng trong suốt bữa ăn.
Rượu vang trắng và vang màu đều được ưa chuộng, nhưng quy trình sản xuất của chúng có sự khác biệt Vang trắng được chế biến thông qua công nghệ lên men không có xác quả, trong khi vang màu sử dụng công nghệ lên men có xác quả.
2.2.2 Tình hình nghiên c ứu v à s ản xuất rượu vang
2.2.2.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất rượu vang trên thế giới
Người ta đã biết đến việc làm rượu vang từ 3000 năm trước công nguyên, và đến nay, ngành công nghiệp rượu vang đã phát triển mạnh mẽ với hàng loạt loại rượu khác nhau Công nghệ chế biến rượu vang ngày càng tiên tiến, góp phần tạo nên một ngành thương mại phát triển tại nhiều quốc gia như Pháp, Italia, Mỹ, Nga và Đức, với tổng sản lượng gần 29 tỷ lít mỗi năm.
Trước đây, nguyên liệu chính để sản xuất rượu vang chủ yếu là quả nho chín, được thu hoạch từ những giống nho được chọn lọc kỹ lưỡng, chuyên dụng cho việc làm vang, và được trồng ở những vùng địa lý nhất định.
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, đặc biệt trong lĩnh vực sinh hóa và vi sinh vật, đã dẫn đến việc chuyển đổi nguồn nguyên liệu sản xuất vang sang các loại trái cây khác như dâu, táo, lê và dứa.
Sự phát triển công nghệ chế biến rượu vang tại một số quốc gia trên thế giới được thể hiện qua bảng sau:
B ả ng 2.4: Sản lượng rượu ở một số quốc gia trên thế giới (lít/người/năm)
Ngành sản xuất rượu vang tại Việt Nam bắt đầu phát triển từ những năm 1980, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực này.
XX đã ghi dấu ấn trên thị trường nội địa với sự xuất hiện của rượu vang mang nhãn hiệu Thăng Long Trước năm 2001, thị trường chủ yếu bị chiếm lĩnh bởi rượu vang Pháp và Ý, nhưng hiện nay, với sự gia tăng của vang từ Chile, Úc, và Tây Ban Nha, rượu vang nội địa đang cạnh tranh mạnh mẽ nhờ vào lợi thế giá cả thấp hơn, không bị thuế nhập khẩu, giúp người tiêu dùng có thu nhập thấp dễ dàng tiếp cận vào mỗi dịp Tết.
Theo hiệp hội rượu bia và nước giải khát Việt Nam, hiện có khoảng 10 doanh nghiệp sản xuất rượu vang trong nước, với sản lượng trung bình đạt 12,5 triệu lít mỗi năm Các nhãn hiệu rượu vang quen thuộc với người tiêu dùng bao gồm vang Đà Lạt của công ty thực phẩm Lâm Đồng, vang Thăng Long và vang Đông Đô Đồng thời, lượng vang ngoại nhập cũng đang tăng nhanh chóng về số lượng.
Rượu vang Đà Lạt của công ty thực phẩm Lâm Đồng đã thu hút sự yêu thích của người tiêu dùng Việt Nam nhờ vào chất lượng ổn định, hương vị phù hợp với khẩu vị người Việt và mức giá hợp lý, thấp hơn so với các loại vang nhập khẩu, làm cho sản phẩm này trở thành lựa chọn lý tưởng cho đa số người tiêu dùng bình dân.
Sự gia tăng lượng khách nước ngoài đến Việt Nam qua công việc và du lịch đã dẫn đến nhu cầu sử dụng rượu vang tăng mạnh.
Uống rượu vang với mức độ vừa phải có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe và kích thích sự thèm ăn Với hàm lượng cồn trung bình, rượu vang là lựa chọn phù hợp cho cả người cao tuổi và phụ nữ.
Rượu vang chứa nhiều chất dinh dưỡng vượt trội so với các loại rượu khác, với thành phần ổn định nhờ quá trình lên men từ nước quả, tạo nên hương vị và mùi thơm đặc trưng riêng của từng loại trái cây.
Sản xuất rượu vang thương phẩm làm tăng giá trị kinh tế và đem lại lợi nhuận cho người làm vườn
2.2.4 Phân lo ại rượu vang
Sản phẩm rượu vang được phân loại dựa trên màu sắc thành các loại như vang đỏ, vang trắng và vang hồng, mỗi loại đều có những tiêu chí và giới hạn màu sắc riêng biệt.
Quá trình lên men rượu vang
2.3.1 Gi ới thiệu về nấm men
Nấm men là nhóm nấm đơn bào, sống độc lập hoặc thành cụm, không di động và sinh sản vô tính qua nảy chồi Chúng có mặt rộng rãi trong tự nhiên, đặc biệt là trong đất, nước và thực phẩm, với sự tập trung cao trong các loại trái cây chín và ngọt.
Nấm men thường được sử dụng trong sản xuất vang là các chủng thuộc giống
So với các vi sinh khác, tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn: đường kớnh khoảng 7 àm; chiều dài 8–12 àm
Trọng lượng riêng của tế bào nấm men không khác mấy so với vi khuẩn:
- Ở nấm men chỉ số này là: 1,055–1,060
- Ở vi khuẩn chỉ số này là: 1,050–1,112[3;11; 18]
Hình 2.1 Hình thái tế bào nấm men
2.3.2 N ấm men d ùng trong s ả n xu ất rượu vang
Trong nước quả tươi, có sự hiện diện của nhiều vi sinh vật từ môi trường, chủ yếu là nấm mốc, nấm men, và một số loại vi khuẩn Mặc dù nấm men ít phổ biến hơn nấm mốc, nhưng chúng phát triển nhanh chóng trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy, dẫn đến quá trình lên men và tích tụ cồn Điều kiện kỵ khí cùng với sự hiện diện của cồn ức chế sự phát triển của nấm mốc, tạo điều kiện cho nấm men chiếm ưu thế trong quá trình lên men.
Các men tự nhiên hay men dại luôn có sẵn trên bề mặt quả Một số loại như:
Việc để men dại như Sacchraromyces apiculata, Mycorderma, Hancelnula, Gichia phát triển tự nhiên sẽ dẫn đến quá trình lên men khó kiểm soát và chất lượng rượu thu được sẽ không ổn định.
Men bánh là loại men truyền thống được sản xuất ở các vùng có nghề nấu rượu, chủ yếu từ nguyên liệu gạo Quy trình chế biến men bao gồm nhiều nguyên liệu bí mật, trong đó có hàng chục loại thuốc bắc như đại tiểu hồi, thảo quả, xuyên khung, bạch chỉ, đinh hương, nhục đậu, liên kiều, và cát cánh Sau khi hoàn tất, men được tạo thành các khối hình tròn dẹt, có bề mặt phủ lớp trấu giúp khối men trở nên xốp Khối lượng mỗi bánh men dao động từ 10 đến 100g.
Hệ vi sinh vật trong bánh men:
-Nấm mốc gồm có Aspergillus oryzea, A flavus, A awamori, A usami, A niger, Mucor (M Sircinilloides), Rhizopus, Penicillium và Amylomyces rouxii, Nấm mốc sinh enzyme amylase đường hóa tinh bột
-Nấm men chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae Ngoài ra còn thấy
Hyphopichia butonii, Pichia anomada và Candida là những loại nấm men dại không mong muốn, thường lẫn trong các loại nấm men khác Những nấm men này có khả năng chuyển hóa đường thành rượu, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất rượu.
Bánh men chứa loài men giả Endomycopsis fibuliger, có cấu trúc tương tự như nấm men nhưng có khả năng mọc sợi Loài này có khả năng sinh ra glucoamylase, giúp thủy phân tinh bột thành đường glucose.
Vi khuẩn thường gặp trong bánh men bao gồm vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic Những loại vi khuẩn này thường là tạp nhiễm và không mong muốn xuất hiện trong quá trình sản xuất bánh.
2.3.2.2 Nấm men nuôi cấy thuần chủng [3; 10]
Việc áp dụng nấm men thuần khiết trong sản xuất rượu vang công nghiệp đang trở nên phổ biến nhờ những lợi ích vượt trội Nấm men thuần khiết giúp rút ngắn thời gian lên men, đảm bảo quá trình này diễn ra liên tục mà không bị gián đoạn, mang lại nồng độ cồn cao hơn so với lên men tự nhiên Kết quả là rượu vang có màu sắc sáng hơn và hương vị tinh khiết hơn.
Những chủng nấm men thuần khiết thường dùng cho lên men rượu vang là
Saccharomyces vini, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces oviform
Nấm men Saccharomyces vini là loại nấm men chủ yếu trong quá trình lên men nước quả, chiếm tới 80% tổng số Saccharomyces có trong nước quả Tế bào của loài này có hình oval, kích thước từ 3 đến 8 micromet chiều dài và 5 đến 12 micromet chiều rộng, sinh sản bằng cách nảy chồi và tạo bào tử Saccharomyces vini có khả năng chuyển hóa đường saccharose thành fructose và glucose, cho phép bổ sung loại đường này vào dịch quả, tuy nhiên, hàm lượng rượu đạt được chỉ từ 8 đến 10% so với thể tích Ở giai đoạn cuối của quá trình lên men, nấm men này thường bị già và không còn khả năng chuyển đổi đường thành cồn, dẫn đến việc chết nhanh chóng.
Nấm men Saccharomyces uvarum, được chiết xuất từ nước nho, rượu và nước quả, có khả năng lên men tự nhiên mạnh mẽ Hình thái của nấm men này tương tự như các loài khác, nhưng khả năng sinh bào tử của nó rất đáng chú ý, đặc biệt trên môi trường thạch – malt Các nòi của Saccharomyces uvarum có thể lên men đạt mức 12 – 13 độ cồn trong dung dịch nước nho.
Nấm men Saccharomyces oviformis, được tách ra từ nước nho lên men, ít phổ biến hơn so với Saccharomyces vini Giống nấm men này phát triển tốt trong nước nho và các loại nước trái cây khác, có khả năng chịu được nồng độ đường và cồn cao, thực hiện quá trình lên men triệt để đường và tạo ra đến 18% cồn Trong quá trình lên men, nấm men thường nổi lên bề mặt dịch, hình thành một lớp màng.
Nấm men Saccharomyces chevalieri được chiết xuất từ nước nho lên men tự nhiên, thường được sử dụng trong sản xuất vang non với sự kết hợp của nước dừa hoặc nước cọ Loại nấm men này có khả năng tạo ra tới 16 độ cồn khi lên men nước nho.
2.3.3 Cơ chế lên men rượ u [16]
2.3.3.1 Tác nhân gây lên men Điển hình của tác nhân gây lên men là nấm men Trong số các giống nấm men, Saccharomyces là giống được dùng rộng rãi Nấm men có đặc điểm là trong điều kiện sinh hoạt yếm khí, chúng có khả năng chuyển đường thành rượu ethanol và
Trong điều kiện yếm khí, nấm men không thể tiếp tục chuyển hóa ethanol đã được tạo ra, dẫn đến việc quá trình lên men dừng lại ở giai đoạn tích lũy rượu ethanol Do đó, biện pháp kỹ thuật cần thiết là thực hiện quá trình lên men trong thùng kín.
Tế bào nấm men có khả năng tạo ra các nội enzyme (endoferment), cho phép xúc tác các phản ứng bên trong tế bào Quá trình phân ly đường diễn ra trong tế bào nấm men, trong khi rượu êtylic và CO2 được sản xuất sẽ thoát ra ngoài và tích tụ trong môi trường xung quanh.
2.3.3.2 Các điều kiện lên men rượu
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men như: nồng độ đường, độ acid của môi trường, nhiệt độ
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men vang
Quá trình lên men vang chịu ảnh hưởng đáng kể từ các yếu tố sản xuất như chủng nấm men, thiết bị lên men và môi trường lên men, bao gồm độ pH, hàm lượng đường và nồng độ ôxy hòa tan Mỗi yếu tố này có mức độ tác động và ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng của sản phẩm.
R-CO-COOH + CH3 - CH - COOH
Acid pyruvic Amino acid Ceto acid Amino acid
2R-CO-COOH 2RCHO RCOOH + RCH2OH
2.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng đường
Nấm men có tốc độ lên men nhanh nhất khi lượng đường trong dịch là 11- 12
Để tối ưu hóa lượng cồn trong quá trình lên men, nồng độ đường cần phải đạt từ 12-20%, trong khi hàm lượng đường 25% có thể ức chế quá trình này Sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa tế bào nấm men và môi trường lên men càng lớn khi lượng đường cao, làm giảm hoạt động sống của nấm men Tỷ lệ đường trong dịch lên men không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ mà còn đến hiệu suất lên men Kết quả nghiên cứu cho thấy glucose là loại đường tối ưu cho sự phát triển của nấm men và quá trình tạo rượu, tiếp theo là fructose và saccharose Do đó, quả có hàm lượng đường khử cao sẽ mang lại lợi ích cho quá trình lên men và nâng cao chất lượng vang.
2.4.2 Ảnh hưởng của độ pH
Nấm men có thể phát triển trong môi trường pH từ 2,5 đến 7,5, với mức pH lý tưởng cho sự sinh sản và phát triển là từ 4 đến 6, trong khi nhiều chủng nấm men hoạt động tốt ở pH 3-3,5 Để ngăn ngừa sự lây nhiễm vi khuẩn và đảm bảo chất lượng vang, các nhà sản xuất thường duy trì pH trong khoảng 3,2 đến 4,0 Để điều chỉnh độ pH của dịch lên men, họ thường sử dụng NaHCO3, CaCO3, axit tartaric và axit citric Độ pH không chỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm men mà còn tác động đến khả năng hoạt hóa của các enzyme tham gia vào quá trình lên men vang; mức pH quá thấp hoặc quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc protein của enzyme, dẫn đến giảm khả năng hoạt hóa.
2.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ rượu
Mỗi giống nấm men có khả năng chịu đựng nồng độ rượu khác nhau, với một số giống như Hasenula và Alanama chịu được nồng độ thấp, trong khi các chủng thuộc giống Saccharomyces có thể chịu từ 9-12%V cồn và đạt mức lên men 14-16%V Trong quá trình lên men, nồng độ rượu tăng dần sẽ ức chế hoạt động sống của nấm men và ảnh hưởng đến enzym chuyển hóa đường thành rượu Khả năng sống sót của nấm men phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ rượu trong dịch lên men; ở 50°C, nồng độ 12-15%V sẽ làm chết toàn bộ nấm men chỉ sau 2 phút Những chủng nấm men có khả năng lên men ở nhiệt độ cao thường có hiệu suất và độ rượu thấp, không phù hợp với việc sản xuất rượu vang chất lượng cao Hơn nữa, rượu có phân tử lượng cao cũng gây ức chế hoạt động của nấm men, do đó, việc chọn lựa giống nấm men có khả năng lên men với độ cồn và hiệu suất cao là rất quan trọng.
2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh sản và phát triển của nấm men, cũng như chất lượng của vang Nấm men có thể sống và phát triển trong khoảng nhiệt độ từ 4 đến 45 độ C, với nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh sản là từ 28 đến 30 độ C Ở nhiệt độ thấp, nấm men sinh sản chậm và thời gian lên men kéo dài, nhưng lại hạn chế sự nhiễm khuẩn; trong khi đó, ở nhiệt độ cao trên 38 độ C, nấm men phát triển nhanh hơn, thời gian lên men ngắn hơn nhưng nguy cơ nhiễm khuẩn tăng cao Theo nghiên cứu của Jordan, nhiệt độ trên 26,7 độ C làm giảm chất lượng rượu vang trắng Các nghiên cứu khác cho thấy, lên men ở nhiệt độ lạnh giúp rượu có hương vị trái cây tươi mát hơn, với hàm lượng acid bay hơi thấp và glyxerin cao hơn Nhiều tác giả Việt Nam cũng khuyến nghị nhiệt độ lý tưởng cho quá trình lên men vang là từ 25 đến 31 độ C, và việc duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình lên men là rất quan trọng.
2.4.5 Ảnh hưởng của a cid h ữu cơ
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng acid là yếu tố quan trọng trong việc giảm độ pH và ức chế nhiều loại vi khuẩn Ảnh hưởng của acid hữu cơ đến quá trình lên men không chỉ phụ thuộc vào tổng hàm lượng các acid hữu cơ không bay hơi, mà còn vào thành phần và hàm lượng của một số loại acid hữu cơ như acid béo, acetic, butyric và propyolic, những acid này có vai trò quyết định trong sự sinh sản và phát triển của nấm men.
Nitơ là thành phần thiết yếu trong quá trình hình thành và phát triển tế bào, với hầu hết các thành phần tế bào chứa Nitơ ở tỷ lệ khác nhau Protein trong tế bào chiếm từ 25 - 60% trọng lượng khô, trong đó Nitơ tổng số chiếm 4 - 12% và Nitơ dạng NH2 khoảng 75% Mặc dù nấm men không có nhu cầu tuyệt đối về amino acid, nhưng hàm lượng amino acid trong dịch quả chỉ đủ cho 4 - 5 ngày lên men Do đó, có ý kiến cho rằng cần bổ sung Nitơ vào dịch lên men, nhưng theo Schanderl, việc này không cần thiết trong hầu hết các trường hợp, ngoại trừ một số tình huống bất thường Sự bổ sung Nitơ chủ yếu chỉ cần thiết cho quá trình lên men lần thứ hai của vang gas Trong thực tế, để tăng cường khả năng sinh sản của nấm men trong sản xuất vang, người ta thường bổ sung lizin, arginin hoặc (NH4)2SO4 với nồng độ 0,6%.
2.4.7 Ảnh hưởng của các loại muối khoáng
Muối khoáng cần thiết cho quá trình lên men vang gồm:Mg, K, I2, Ca, Co, Fe,
S, P Trong dịch quả đã có đầy đủ muối khoáng nên việc bổ sung muối khoáng cần thận trọng và phụ thuộc vào loại nấm men, bản chất dịch quả sự dư thừa của nguyên tố khoáng sẽ kìm hãm quá trình lên men Một sốvitamin (B1, biotin, E ) tác dụng tốt đến sự sinh sản và phát triển của nấm men Các amino acid, vitamin do nấm men giải phóng ra trong quá trình lên men đã làm tăng giá trị của vang Nhiều vitamin có tác dụng tăng cường sự hoạt hoá của một số loại enzyme trong quá trình lên men rượu [13;14]
2.4.8 Ảnh hưởng của lượng men giống
Lượng men giống trong dịch lên men có ảnh hưởng lớn đến thời gian và chất lượng quá trình lên men vang Khi lượng men giống thấp, thời gian lên men sẽ kéo dài và dễ bị nhiễm khuẩn Ngược lại, nếu lượng men giống cao, thời gian lên men sẽ ngắn hơn và khả năng nhiễm khuẩn được hạn chế nhờ sự áp đảo của nấm men Tuy nhiên, nếu men giống quá cao, nó có thể làm thay đổi thành phần môi trường lên men, ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm Theo nhiều tác giả, lượng men giống lý tưởng trong dịch lên men nên nằm trong khoảng từ 4.
10 triệu tế bào/1ml dịch là thích hợp [7; 13]
2.4.9 Ảnh hưởng nồng độ ôxy ho à tan
Nồng độ oxy hoà tan đóng vai trò thiết yếu trong việc sinh sản và phát triển tối ưu của nấm men, vì chúng là sinh vật hiếu khí và không thể tồn tại lâu trong môi trường kỵ khí.
Trong quá trình lên men rượu, các đường đơn như glucose và fructose được phân giải qua con đường EMP và chu trình acid tricacboxylic Nấm men thực hiện hoạt động hô hấp, tạo ra năng lượng và tăng sinh khối trong dịch lên men Khi môi trường chuyển sang kỵ khí, nấm men chuyển sang quá trình lên men rượu, sản phẩm cuối cùng bao gồm ethanol, CO2, sinh khối, axit hữu cơ, và các sản phẩm phụ như glycerin và axit.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Môi trường có đầy đủ oxy nấm men dùng đường làm nguồn năng lượng tăng sinh khối theo phương trình:
Ngược lại khi môi trường thiếu oxy nấm men hô hấp kỵ khí chuyển hoá đường thành rượu theo phương trình:
Để đạt được hiệu suất lên men rượu tối ưu, cần hạn chế tối đa sự hiện diện của oxy trong quá trình lên men và thực hiện lên men kỵ khí.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.1 Đối tượng nghi ên c ứu
+ Dứa tươi mua ở thị trường Quảng Trị
+ Đường cát trắng RE (tiêu chuẩn TCVN 6958:2001 (Phụ lục 1))
Hình 3.1 Bánh men Làng Vân
The article discusses various chemicals including potassium permanganate (KMnO4), ethanol, oxalic acid, dinatrium cromotropate, methanol, orthophosphoric acid, and standard solutions such as 0.1N NaOH and 0.1N H2SO4 It also mentions phenolphthalein, isobutanol, isopentanol, salicylic aldehyde, K2S2O5, sulfuric acid, hydrochloric acid, boric acid, sodium hydroxide tablets, dihydrogen phosphate, Complexon III, starch solution, 0.1N iodine solution, nitric acid, hydrogen peroxide, and lead, arsenic, cadmium, and mercury standards from MERCK with a purity of over 90%.
- Thiết bị dùng trong nghiên cứu:
+Máy ép trái cây COMET của Trung Quốc
+Máy đo pH HANNA của Mỹ
+ Khúc xạ kế ATAGO (0 – 32%) của Nhật Bản
+ Thiết bị lên men 15L CENTRION của Hàn Quốc
Hình 3.2 Thiết bị lên men 15L CENTRION
+Cồn kế 0 – 100% FUNKE – GERBER của Đức
+ Nồi hấp áp suất YUIN của Việt Hàn
+ Máy chưng cất rượu BUCHI của Thụy Sĩ
+ Máy đo quang UV –VISPERKIN ELMER của Mỹ
+ Bộ ngưng tụ ester BUCHI của Thụy Sĩ
+ Các dụng cụ thông thường trong phòng thí nghiệm: ống đong, cốc đong, bình cầu cổ nhám, bình định mức, phễu, đũa thủy tinh, bình tia …
3.1.2 Ph ạm vi nghiên c ứu
+ Phòng thí nghiệm khoa Cơ khí - Công nghệ
+ Trung tâm Nghiên cứu, ứng dụng và thông tin khoa học và công nghệ thuộc
Sở khoa học và công nghệ tỉnh Quảng Trị
+ Trung tâm kiểm nghiệm ATVSTP khu vực Tây Nguyên thuộc Viện vệ sinh dịch tễ Tây Nguyên
- Thời gian thực hiện: từ ngày 08/11/2018 đến ngày 01/03/2019.
Nội dung nghiên cứu
3.2.1 Nghiên c ứu xác định hàm lượng đường của dịch dứa theo độ chín
3.2.2 Nghiên c ứu ảnh hưởng của một số thông số lên hàm lượng ethanol v à các s ản phẩm bậc hai tạo th ành trong s ản phẩm
3.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm
3.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng nấm men ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm
3.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên men lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu
3.3.1.1 Xác định Bx bằng Bx kế Atago
3.3.1.2 Xác định pH bằng máy đo pH Hanna
3.3.2.1 Phương pháp xác định độ cồn[23]
Quá trình xác định độ cồn trong mẫu thí nghiệm được thực hiện theo các bước như sau:
- Hút lấy 250ml mẫu cho vào bình cầu của bộ chưng cất rượu và thêm vào vài hạt đá bọt hoặc bi thủy tinh
Lắp đặt hệ thống chưng cất, thu hồi dịch cất vào bình định mức 250ml đã chứa sẵn 20ml nước cất Trong suốt quá trình chưng cất, cần đảm bảo bình thu hồi được làm lạnh và mỏ ống hồi lưu phải ngâm hoàn toàn trong nước.
- Quỏ trỡnh cất kết thỳc khi cất được khoảng ắ thể tớch mẫu (thời gian khoảng
Sau khi hoàn thành quá trình cất trong 90 phút, hãy thêm nước cất vào bình thu hồi đến vạch định mức Tiếp theo, đo hàm lượng etanol và nhiệt độ của dịch Cuối cùng, sử dụng bảng tra để quy đổi nồng độ rượu về 20 độ C.
- Nếu nhiệt độ dung dịch rượu thu được >30 o C thì phải làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống dưới 30 o C rồi mới tiến hành đo
3.3.2.1 Xác định hàm lượng andehyde bằng phương pháp chuẩn độ [24]
Thí nghiệm được thực hiện song song giữa mẫu thử và mẫu trắng, trong đó mẫu trắng sử dụng dung dịch Etanol có nồng độ tương ứng với mẫu thử Chi tiết quá trình thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.1.
B ả ng 3.1 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm Ống
Hóa chất Mẫu thử Mẫu trắng
Dung dịch metasulfit, ml 10 Để yên 15 phút
Dung dịch Complexon III và phosphat kiềm, ml 10 Để yên 15 phút, kiểm tra pH = 7-7,2
Dung dịch HCl loãng, ml 10
Hồ tinh bột Vài giọt
Nhỏ từng giọt dung dịch Iot 0.1N cho đến khi dung dịch có màu xanh tím
Dung dịch Borat kiềm, ml 10
Chuẩn độ bằng dung dịch Iot 0,01N cho đến khi dung dịch có màu xanh tím, đọc thể tích dung dịch Iot đã dùng
Hàm lượng Aldehyde trong mẫu thử được tính theo công thức:
Với: V1: thể tích dung dịch Iot 0,01N dùng chuẩn độ mẫu thử, ml
V2: thể tích dung dịch Iot 0,01N dùng chuẩn độ mẫu trắng, ml
A: hàm lượng Ethanol trong mẫu ở 20 o C
3.3.2.2 Xác định hàm lượng rượu bậc cao bằng phương pháp đo mật độ quang[26]
Để pha dung dịch chuẩn isobutanol, cân 0,25g isobutanol chuẩn gốc và sau đó định mức bằng ethanol có nồng độ tương ứng với mẫu phân tích vào bình định mức 250 mL, từ đó tạo ra dung dịch isobutanol với nồng độ 1000ppm.
Quá trình tiến hành thí nghiệm đuợc thực hiện trên bảng 3.2
B ả ng 3.2 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm Ống
Hàm lượng rượu tạp, ml 0 25 50 75 100 0 0
Dung dịch Aldehyd salisilic 1% trong cồn tuyệt đối, ml 0,2
Dung dịch H2SO4 đậm đặc, ml 10 Để yên 45 phút sau đó đem đi đo mật độ quang ở bước sóng 540nm
Hàm lượng rượu tạp trong mẫu thử được tính theo công thức: o 100 o
Với: Co: hàm lượng rượu tạp xác định theo đồ thị
A o : hàm lượng Etanol trong mẫu ở 20 o C
100: hệ số chuyển đổi về rượu 100 o
3.3.2.3 Xác định hàm lượng ester bằng phương pháp chuẩn độ [27]
Quá trình tiến hành xác định hàm lượng ester được thực hiện theo các bước như sau:
- Lấy chính xác 50ml mẫu cho vào bình cầu dung tích 250ml sau đó thêm vài giọt chỉ thị Phenol phtalein
- Chuẩn độ lượng acid tự do bằng dung dịch dung dịch NaOH 0.1N đến khi xuất hiện màu hồng nhạt
- Thêm vào bình chính xác 10ml dung dịch NaOH 0.1N, lắc đều rồi lắp vào hệ thống hoàn lưu và đun trên bếp cách thủy trong 1 giờ
Sau khi để nguội, thêm 10ml dung dịch H2SO4 0.1N vào hỗn hợp và lắc đều Tiếp theo, tiến hành chuẩn độ lượng H2SO4 dư bằng dung dịch NaOH 0.1N cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt Cuối cùng, ghi lại thể tích dung dịch NaOH 0.1N đã sử dụng.
Hàm lượng Este trong mẫu thử được tính theo công thức:
Với: V: thể tích dung dịch NaOH 0.1N đã dùng chuẩn độ, ml
Vo: thể tích mẫu, ml
A o : hàm lượng Etanol trong mẫu ở 20 o C
3.3.2.4 Xác định hàm lượng methanol bằng phương pháp so màu [25]
Quá trình tiến hành thí nghiệm đuợc thực hiện trên bảng 3.3
B ả ng 3.3 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm Ống
Nồng độ Metanol trong các ống, % 0 0.04 0.08 0.12 0.16 ?
Dung dịch KMnO4, ml 5 Để yên 15 phút
Lắc đều cho tan kết tủa
- Hút từ mỗi ống nghiệm 1ml dung dịch rồi cho vào ống nghiệm khác, thêm tiếp 1ml thuốc thử Dinatri cromotropat và 8ml dung dich H2SO4 (3:1), lắc đều
- Ngâm trong nước nóng 60 o C trong 15 phút
- Để nguội rồi đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 540 nm
Hàm lượng Metanol trong mẫu thử được tính theo công thức: o 100 o
Với: Co: hàm lượng Metanol xác định theo đồ thị
A o : hàm lượng Etanol trong mẫu ở 20 o C
3.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm để thực hiện nội dung nghi ên c ứu 3.3.3.1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát được thể hiện trên Hình 3.3
Theo dõi một số chỉ tiêu trong quá trình lên men
Xác định nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men thích hợp Để nguội
Khi chọn quả dứa, hãy chú ý đến độ chín thích hợp, đảm bảo quả không bị sâu bệnh hay dập nát Để xác định chất lượng của quả, bạn có thể phân nhóm theo màu sắc của vỏ Cuối cùng, tiến hành ép và lọc để thu được nước dứa tươi ngon.
Cho vào thiết bị lên men và thanh trùng
Phối trộn ở các nồng độ đường khác nhau
Cho bánh men vào Đường
Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bánh men gieo cấy ban đầu
Xác định sự thay đổi của các chỉ tiêu
Xác định lượng bánh men thích hợp
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
3.3.3.2 Thuyết minh quy trình sơ đồ tổng quát
Để thực hiện thí nghiệm với dứa, trước tiên cần chọn những quả dứa chín thích hợp, không bị sâu bệnh và dập nát, dựa vào màu sắc của vỏ quả Sau đó, dịch ép từ quả sẽ được đo chỉ số đường bằng phương pháp khúc xạ ở thiết bị Bx kế, nhằm chọn dứa có hàm lượng đường cao nhất tương ứng với màu sắc Tiếp theo, thu dịch dứa để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu lên các giá trị Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai Quá trình thực hiện bao gồm ép lấy dịch dứa, phối trộn với đường ở các nồng độ 20%, 30%, 40%, 50% và điều chỉnh pH phù hợp Cuối cùng, dịch sẽ được đưa vào thiết bị lên men để thanh trùng, sau khi thanh trùng cần để nguội trước khi bổ sung bánh men, tránh nhiệt độ gây hại cho nấm men.
Trước khi đưa bánh men vào thiết bị lên men, cần làm sạch lớp trấu ở đáy bánh và nghiền nhỏ để nấm men có thể phân tán và hoạt động hiệu quả Sau khi nghiền, bột bánh men sẽ được đưa vào thiết bị lên men để tiến hành quá trình lên men Trong suốt quá trình này, cần theo dõi sự thay đổi của các chỉ số như Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai để xác định nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men phù hợp.
Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng bánh men gieo cấy ban đầu lên các giá trị Bx, pH, ethanol và sản phẩm bậc hai Với nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men đã được xác định, chúng ta sẽ dựa vào thời gian này để theo dõi sự thay đổi của các giá trị trên, từ đó tìm ra lượng bánh men gieo cấy ban đầu phù hợp.
Các thông số được lựa chọn dựa vào hàm lượng của ethanol và các sản phẩm bậc
Sản phẩm rượu vang cần đảm bảo hàm lượng các hợp chất như methanol, aldehyde, rượu bậc cao và ester phải tuân thủ tiêu chuẩn an toàn thực phẩm của Bộ Y tế, cụ thể là TCVN 7045:2013.
3.3.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng đường trong quả dứa theo độ chín Để lựa chọn quả dứa có độ chín phù hợp không bị sâu bệnh, dập nát cho quá trình lên men ruợu chúng tôi tiến hành xác định pH của dịch dứa Quả dứa thu nhận trên thị truờng đuợc chia thành 7 nghiệm thức dựa trên màu sắc của vỏ quả từ xanh đến vàng đậm Các nghiệm thức này đuợc đánh dấu từ D1 đến D7, mỗi nghiệm thức đuợc lặp lại 3 lần
Nghiệm thức được chọn lựa sẽ đem đi rửa sạch, loại bỏ vỏ, mắt dứa, cắt nhỏ sau đó ép ở máy ép trái cây COMET để thu dịch dứa
Dứa được xử lý để thu được dịch trong suốt, không có cặn lắng Sau đó, nồng độ chất khô được đo bằng phương pháp khúc xạ với thiết bị Bx kế Atago, trong khi chỉ số pH được xác định bằng thiết bị Hanna.
3.3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm
Quả dứa được chọn có độ chín thích hợp, sau đó ép lấy dịch để xác định Bx Đường saccharose được bổ sung để điều chỉnh Bx lên các mức khảo sát 20%, 30%, 40% và 50% Dịch dứa sau khi điều chỉnh Bx sẽ được bổ sung hóa chất nhằm điều chỉnh pH ban đầu xuống 1,5 Cuối cùng, dịch dứa sẽ trải qua quá trình thanh trùng.
Nhiệt độ 80 độ C được duy trì trong 15 phút để thanh trùng dịch dứa, sau đó bổ sung 2g/l bánh men khi dịch đã nguội xuống 25 độ C để lên men Để theo dõi sự biến đổi của hàm lượng chất khô, pH, ethanol, andehyde, rượu bậc cao và ester, các mẫu thí nghiệm được lấy tại các thời điểm 0 giờ và 24 giờ.
Trong quá trình thí nghiệm, mẫu 50% đường được lấy ở các thời điểm 48 giờ, 72 giờ, 96 giờ, 120 giờ, 144 giờ, 168 giờ và 216 giờ Thời gian lên men được xác định dựa vào sự diễn biến của bọt khí và mùi hương của cồn sinh ra trong quá trình này, cùng với nồng độ chất khô ban đầu để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng nấm men ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm
Quá trình lên men để xác định hàm luợng bánh men thích hợp đuợc thực hiện ở
25 o C và thời gian lên men thích hợp là 168 giờ Bố trí ngẫu nhiên 5 nghiệm thức là hàm lượng nấm men ban đầu cho vào lần lượt là: 1,0g/L; 1,5g/L; 2,0g/L; 2,5g/L; 3,0g/L
Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần