Mục đích của đề tài là cung cấp một số thông số công nghệ thích hợp có ảnh hưởng đến hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành trong quá trình lên men rượu dứa được nuôi cấy trong thiết bị lên men 15L. Phương pháp nghiên cứu là xác định hàm lượng rượu bậc cao, hàm lượng methanol, hàm lượng andehyde… bằng thiết bị máy chưng cất rượu, máy đo quang UV-VIS, bộ ngưng tụ ester…
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, có tên khoa học là “Ananas”, được các nhà thám hiểm Tây Ban Nha đặt tên là “Pine” vì hình dáng giống chóp quả thông Người Anh đã thêm từ “Apple” để thể hiện vị ngọt dịu của nó 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 dứa 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 để 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 vùng sông Amazon có nhiều dứa, mà người dân bản địa gọi là Ananas, nghĩa là "quả cây tuyệt hảo" Vào thế kỷ 17, dứa chỉ được tiêu thụ bởi tầng lớp thượng lưu và giai cấp thống trị, do đó, nó còn được gọi 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 bật với giá trị dinh dưỡng cao, hương thơm quyến rũ, vị ngọt ngon và màu sắc bắt mắt, mà còn được biết đến như một loại thuốc hỗ trợ tiêu hóa protein Dứa còn đóng vai trò quan trọng trong y học, giúp điều trị bệnh ung thư và hỗ trợ trong các ca phẫu thuật lớn.
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 xuất dứa toàn cầu đạt 18,9 triệu tấn, tăng 19% so với năm 2002 Thái Lan, Philippines và Indonesia là những quốc gia hàng đầu trong sản xuất dứa chế biến, bao gồm nước ép dứa và dứa đóng hộp, phục vụ cho thị trường xuất khẩu Mặc dù Ấn Độ và Trung Quốc là những nhà xuất khẩu lớn, nhưng do thị trường nội địa lớn, họ không cung cấp nhiều hàng cho xuất khẩu Costa Rica dẫn đầu về xuất khẩu dứa tươi, chiếm 47% thị phần 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 còn 26 ngàn ha vào năm 1997 Nguyên nhân chủ yếu là do sự mất thị trường xuất khẩu chính từ Liên Xô và các nước Đông Âu cũ, dẫn đến tác động tiêu cực tới sản xuất trong nước.
Kể từ năm 1997, sự năng động của các công ty trong việc khai thác thị trường, cùng với các chính sách mở cửa của nhà nước, đã giúp thị trường xuất khẩu ngày càng mở rộng và ổn định Diện tích trồng dứa đã tăng từ 26.000 ha năm 1997 lên gần 38.000 ha năm 2002, đánh dấu sự phát triển đáng kể của ngành dứa Việt Nam Sự phát triển này không chỉ góp phần vào sản xuất nông hộ mà còn tạo ra thu nhập, việc làm cho người sản xuất và thúc đẩy tăng trưởng xuất khẩu nông sản.
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng sản xuất cây ăn quả chủ yếu của Việt Nam, đặc biệt nổi bật với diện tích trồng dứa Năm 2002, diện tích dứa của ĐBSCL đạt trên 20.000 ha, chiếm 55,6% tổng diện tích dứa cả nước Trong đó, Kiên Giang dẫn đầu với khoảng 8.700 ha, tương đương 43% diện tích của vùng, tiếp theo là Tiền Giang với 6.870 ha, chiếm 35% Với tỷ trọng lớn về diện tích, 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, chỉ chiếm dưới 10% tổng diện tích dứa Trong những năm gần đây, 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 và canh tác trên 3.227 ha, với chi phí trung bình 29,36 triệu đồng cho mỗi ha dứa Cayen trồng mới.
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 trong dứa là saccharose, trong khi phần còn lại chủ yếu là glucose Acid citric chiếm tỷ lệ cao nhất trong các acid hữu cơ của dứa với 65%, tiếp theo là malic acid 20%, tartaric acid 10% và succinic acid 3%.
Quả dứa chứa enzyme bromelin, giúp cải thiện quá trình tiêu hóa nhờ khả năng thủy phân protein Hàm lượng bromelin tăng dần từ vỏ và cùi dứa vào trong, cũng như từ gốc lên ngọn Ngoài ra, dứa còn cung cấp một lượng vitamin C đáng kể, góp phần vào sức khỏe tổng thể.
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 chín 0 là trái vẫn còn xanh sẫm với mắt chưa mở; Độ chín 1 là trái xanh bóng với một hàng mắt mở; Độ chín 2 có 3 hàng mắt mở và 25 – 75% vỏ trái có màu vàng tươi; Độ chín 3 có khoảng 4 hàng mắt mở và 75 – 100% vỏ trái vàng tươi; Độ chín 4 là trái có 100% vỏ vàng sẫm và trên 5 hàng mắt mở.
Dứa được thu hoạch tại các nông trường khi đạt độ chín 1 và 2, sẽ có màu sắc tươi sáng và thích hợp để ăn tươi hoặc chế biến trong vòng 4 – 8 ngày sau thu hoạch Ngược lại, trái dứa ở độ chín 3 và 4 dễ bị hỏng sau khi thu hoạch.
Giới thiệu về rượu vang
Rượu vang là sản phẩm nguyên chất được tạo ra từ quá trình lên men toàn phần của nho tươi, bao gồm nước ép từ 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 nhất Trước đây, rượu vang được cho là chỉ được sản xuất từ nho đỏ có chất lượng dinh dưỡng tốt Tuy nhiên, hiện nay, nguyên liệu chế biến rượu vang đã được mở rộng với nhiều loại trái cây khác nhau, phong phú về màu sắc và chất lượng.
Vang ngọt và vang khô là hai loại vang phổ biến Vang ngọt là loại vang có đường, thường được thưởng thức sau bữa ăn, trong khi vang khô là loại vang đã lên men hết đường và thường được dùng trong suốt bữa ăn.
Rượu vang trắng và vang màu đều được yêu thích, nhưng quy trình sản xuất của chúng có sự khác biệt Vang trắng được làm theo 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
Rượu vang đã được sản xuất từ 3000 năm trước công nguyên và hiện nay có nhiều loại rượu khác nhau trên thế giới Công nghệ chế biến rượu vang ngày càng phát triển, trở thành một ngành thương mại quan trọng ở nhiều quốc gia như Pháp, Italia, Mỹ, Nga, và Đức, với tổng sản lượng gần 29 tỷ lít mỗi năm.
Trước đây, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất rượu vang ở nhiều quốc gia là quả nho chín, được thu hoạch từ các giống nho được tuyển chọn kỹ lưỡng và trồng ở những vùng cụ thể.
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 nguyên liệu sản xuất vang sang một số 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 chỉ mới phát triển từ những năm 1980, đánh dấu sự khởi đầu của một lĩnh vực tiềm năng trong nền công nghiệp thực phẩm.
Thị trường rượu vang Việt Nam đã chứng kiến sự chuyển mình với sự xuất hiện của vang Thăng Long, đánh dấu sự cạnh tranh mạnh mẽ giữa rượu vang nội địa và ngoại nhập Trước năm 2001, rượu vang Pháp và Ý chiếm ưu thế, nhưng hiện nay, rượu vang từ Chile, Úc, và Tây Ban Nha đang gia tăng sự hiện diện Rượu vang nội địa đang tận dụng lợi thế về giá cả, không phải chịu thuế nhập khẩu, giúp người tiêu dùng có thu nhập thấp dễ dàng tiếp cận sản phẩm, đặc biệt trong 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 hàng năm đạt 12,5 triệu lít Các nhãn hiệu rượu vang nội địa như vang Đà Lạt của Công ty Thực phẩm Lâm Đồng, vang Thăng Long và vang Đông Đô đã trở nên quen thuộc với người tiêu dùng Đồng thời, rượu vang ngoại nhập cũng đang gia tăng đáng kể về số lượng.
Rượu vang Đà Lạt của công ty thực phẩm Lâm Đồng đã thu hút người tiêu dùng Việt Nam nhờ vào chất lượng ổn định, hương vị phù hợp với sở thích của người Việt, và giá cả phải chăng so với các loại vang ngoại, làm cho sản phẩm này trở thành lựa chọn lý tưởng cho đại đa số người tiêu dùng bình dân.
Hiện nay, số lượng khách nước ngoài đến Việt Nam ngày càng gia tăng, cả trong lĩnh vực làm việc và du lịch, dẫn đến nhu cầu sử dụng rượu vang tăng mạnh.
Sử dụng rượu vang với lượng vừa phải có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe, đặc biệt là do nồng độ cồn trung bình, phù hợp cho người già và phụ nữ.
Rượu vang chứa nhiều chất dinh dưỡng hơn so với các loại rượu khác, với thành phần tương đối ổn định Được lên men từ nước quả, rượu vang mang 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 ba loại chính: 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 đơn lẻ hoặc thành đám, không di động và sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi Chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt là trong đất, nước và thực phẩm, với sự tập trung cao trong các loại hoa quả chín, 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, vi sinh vật từ môi trường xung quanh như nấm mốc, nấm men, và một số vi khuẩn xuất hiện Mặc dù nấm men ít hơn nấm mốc, nhưng chúng phát triển nhanh hơn trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy, dẫn đến quá trình lên men và tích tụ cồn Điều kiện kỵ khí và sự hiện diện của cồn giúp ức chế nấm mốc, tạo cơ hội 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:
Saccharomyces apiculata, Mycoderma, Hancelnula và Gichia là những loại men có thể ảnh hưởng đến quá trình lên men Nếu để men dại phát triển tự nhiên, việc điều chỉnh quá trình lên men sẽ gặp khó khăn và chất lượng rượu thu được sẽ không ổn định.
Men bánh là sản phẩm truyền thống được sản xuất ở những vùng có nghề nấu rượu, chủ yếu từ nguyên liệu là gạo Để tạo ra men, người sản xuất sử dụng bột gạo kết hợp với một số nguyên liệu bí mật, bao gồm nhiều loại thuốc bắc như đại tiểu hồi, thảo quả, và đinh hương Sau khi chế biến, men có hình dạng giống như bánh tròn dẹt, với bề mặt phủ lớp trấu giúp tăng độ 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, thường xuất hiện không mong muốn trong quá trình sản xuất Những nấm men này có khả năng chuyển hóa đường thành rượu, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm rượu.
Trong bánh men, có sự hiện diện của loài men giả Endomycopsis fibuliger, tương tự như nấm men nhưng có khả năng mọc sợi Loài men này có khả năng sinh glucoamylase, giúp thủy phân tinh bột thành đường glucose.
Vi khuẩn trong bánh men chủ yếu bao gồm vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic Những loại vi khuẩn này thường được coi là vi khuẩn tạp nhiễm, 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 ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào những lợi ích vượt trội Sử dụng nấm men thuần khiết không chỉ rút ngắn thời gian lên men mà còn đảm bảo quá trình này diễn ra liên tục, mang lại nồng độ cồn cao hơn so với phương pháp lên men tự nhiên Kết quả là, rượu vang có màu sắc sáng hơn và hương vị tinh khiết hơn, tạo nên sản phẩm chất lượng cao.
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 80% tổng số Saccharomyces có mặt Tế bào của Saccharomyces vini có hình oval, kích thước từ 3-8 x 5-12 micromet, và sinh sản bằng cách nảy chồi tạo thành bào tử Loại nấm men này có khả năng chuyển hóa đường saccharose thành fructose và glucose, cho phép bổ sung loại đường này vào dịch quả, với hàm lượng rượu đạt 8-10% thể tích Tuy nhiên, ở giai đoạn cuối của quá trình lên men, Saccharomyces vini thường bị già và không còn khả năng chuyển hóa 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 nó tương tự như các loài nấm men khác, nhưng đặc biệt, nó sinh bào tử hiệu quả trên môi trường thạch – malt Loài nấm này có khả năng lên men trong dung dịch nước nho với nồng độ cồn từ 12 đến 13 độ.
Nấm men Saccharomyces oviformis, được chiết xuất từ nước nho lên men, ít phổ biến hơn so với Saccharomyces vini Giống nấm men này phát triển mạnh trong nước nho và các loại nước trái cây khác, có khả năng chịu đựng nồng độ đường và cồn cao, đồng thời lên men triệt để đường, tạo ra đến 18 độ 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, có khả năng lên men vang non từ nước dừa hoặc nước cọ Loại nấm men này có thể 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 hoá ethanol đã tạo thành, dẫn đến việc quá trình lên men dừng lại ở giai đoạn hình thành và tích luỹ rượu ethanol Do đó, biện pháp kỹ thuật cần thiết là thực hiện lên men trong thùng kín.
Tế bào nấm men có khả năng tạo ra các nội enzyme (endoferment), giúp xúc tác quá trình phân ly đường bên trong tế bào Kết quả là rượu êtylic và CO2 được sinh ra sẽ thoát ra khỏi tế bào 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 mạnh mẽ từ nhiều yếu tố sản xuất, bao gồm chủng nấm men, thiết bị sử dụng và môi trường lên men như độ pH, hàm lượng đường và nồng độ oxy hòa tan Mỗi yếu tố này có mức độ tác động khác nhau đến chất lượng và hương vị của vang.
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 đạt được lượng cồn tối đa trong quá trình lên men vang, nồng độ đường cần phải cao, với mức lý tưởng từ 12-20% Nếu nồng độ đường vượt quá 25%, quá trình lên men sẽ bị ức chế Sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa tế bào nấm men và môi trường lên men sẽ làm giảm hoạt động sống của nấm men khi lượng đường cao Tỷ lệ đường trong dịch lên men ảnh hưởng lớn đến tốc độ và hiệu suất lên men, trong đó glucose là loại đường phù hợp nhất 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 chất lượng vang.
2.4.2 Ảnh hưởng của độ pH
Nấm men phát triển tốt trong môi trường có pH từ 2,5 đến 7,5, với pH lý tưởng cho sự sinh sản là từ 4 đến 6, và nhiều chủng nấm men có thể sinh trưởng ở pH 3 đến 3,5 Trong sản xuất vang, các nhà sản xuất duy trì pH từ 3,2 đến 4,0 để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và đảm bảo chất lượng sản phẩm Để điều chỉnh độ pH của dịch lên men, thường sử dụng NaHCO3, CaCO3, acid tartaric và acid citric Độ pH không chỉ ảnh hưởng đến sự sinh sản của nấm men mà còn tác động đến hoạt động của các enzyme trong quá trình lên men, vì pH quá thấp hoặc quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc protein của enzyme, dẫn đến giảm khả năng hoạt hóa của chúng.
2.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ rượu
Mỗi giống nấm men có khả năng chịu nồng độ rượu khác nhau; ví dụ, Hasenula và Alanama chịu được nồng độ cồn thấp, trong khi nhiều chủng Saccharomyces có thể chịu từ 9 - 12%V cồn và lên men đạt 14 - 16%V Trong quá trình lên men, nồng độ rượu tăng dần, ức chế hoạt động của nấm men và nhiều 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 rượu 12 - 15%V chỉ sau 2 phút khiến tất cả nấm men không còn sống sót Những chủng nấm men lên men ở nhiệt độ cao thường có hiệu suất và độ rượu thấp, không phù hợp với việc sản xuất vang chất lượng cao Ngoài ra, rượu có phân tử lượng cao cũng làm giảm hoạt động sống của nấm men, vì vậy việc chọn lọc chủng 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 lớn đến sự sinh sản và phát triển của nấm men, cũng như chất lượng của rượu vang Nấm men có thể 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 nguy cơ nhiễm khuẩn Ngược lại, ở nhiệt độ cao trên 38 độ C, nấm men sinh sản nhanh hơn, thời gian lên men rút ngắn nhưng tăng khả năng nhiễm khuẩn Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ trên 26,7 độ C có thể làm giảm chất lượng rượu vang trắng Lên men ở nhiệt độ lạnh giúp rượu có hương vị trái cây tươi mát, với hàm lượng acid bay hơi thấp và glyxerin cao hơn Nhiều tác giả Việt Nam cũng khuyến nghị rằng nhiệt độ lý tưởng cho quá trình lên men vang nên duy trì trong khoảng 25 đến 31 độ C để đảm bảo chất lượng tốt nhất.
2.4.5 Ảnh hưởng của a cid h ữu cơ
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng acid đóng vai trò 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 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, điều này quyết định 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 tỉ lệ khác nhau Protein chiếm từ 25 - 60% trọng lượng khô tế bào, trong đó Nitơ tổng số chiếm 4 - 12%, với 75% là dạng NH2 Mặc dù nấm men không có nhu cầu tuyệt đối về amino acid, nhưng hàm lượng amino acid trong dịch quả chỉ đủ cung cấp cho 4 - 5 ngày lên men Do đó, cần xem xét việc bổ sung Nitơ vào dịch lên men; tuy nhiên, theo Schanderl, việc bổ sung Nitơ không cần thiết trong quá trình lên men vang từ nho, ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt Trong sản xuất vang, để tăng cường khả năng sinh sản của nấm men, 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 ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian lên men và khả năng nhiễm khuẩn Nếu lượng men giống thấp, thời gian lên men sẽ kéo dài và dễ bị nhiễm khuẩn Ngược lại, khi lượng men giống cao, thời gian lên men sẽ ngắn hơn và khả năng nhiễm khuẩn sẽ giảm do sự áp đảo của nấm men Tuy nhiên, nếu lượng men giống quá cao, nó có thể làm thay đổi thành phần môi trường lên men, gây bất lợi cho quá trình lên men và chất lượng sản phẩm Theo nhiều tác giả, lượng men giống lý tưởng trong dịch lên men nên được duy trì 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 hòa tan là yếu tố quan trọng cho sự 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, đường đơn như glucose và fructose được phân giải qua con đường EMP và chu trình axit tricacboxylic, dẫn đến hoạt động hô hấp của nấm men Quá trình này tạo ra nhiều năng lượng và tăng sinh khối trong dịch lên men Khi môi trường chuyển sang kỵ khí, nấm men bắt đầu 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 cao nhất, quá trình lên men vang cần hạn chế tối đa sự có mặt của oxy trong dịch 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 lists various chemical substances, including potassium permanganate (KMnO4), ethanol, oxalic acid, dinatri chromotropate, methanol, orthophosphoric acid, and standard solutions of NaOH 0.1N and H2SO4 0.1N It also mentions phenolphthalein, isobutanol, isopentanol, salicylic aldehyde, K2S2O5, sulfuric acid, hydrochloric acid, boric acid, sodium hydroxide tablets, dipotassium hydrogen phosphate, Complexon III, starch solution, iodine standard 0.1N, 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 và thu hồi dịch cất vào bình định mức 250ml, trong đó đã có sẵn 20ml nước cất Trong suốt quá trình chưng cất, bình thu hồi cần được làm lạnh, và mỏ của ống hồi lưu phải được 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, cần thêm nước cất vào bình thu hồi cho đến vạch định mức Tiếp theo, tiến hành 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]
Tiến hành song song mẫu thử và mẫu trắng, trong đó mẫu trắng sử dụng dung dịch Etanol có nồng độ tương ứng với mẫu thử Quá trình thí nghiệm được thực hiện theo 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, cần cân 0,25g isobutanol chuẩn gốc và định mức bằng ethanol, sau đó cho vào bình định mức 250 mL Kết quả thu được là 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 và lắc đều Tiến hành chuẩn độ lượng H2SO4 dư bằng dung dịch NaOH 0.1N cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt 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
Chọn quả chín đúng độ, không bị sâu bệnh hay dập nát Phân loại quả theo màu sắc vỏ để xác định Bx của dịch quả, sau đó tiến hành ép và lọc.
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 tiến hành thí nghiệm với dứa, trước tiên cần chọn những quả dứa chín vừa, không bị sâu bệnh hoặc dập nát Độ chín của dứa được xác định dựa vào màu sắc vỏ quả và chỉ số đường đo bằng thiết bị Bx kế Sau khi chọn dứa có hàm lượng đường cao nhất tương ứng với màu sắc, tiến hành 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 Các bước thực hiện bao gồm ép dịch dứa, phối trộn với đường ở các nồng độ 20%, 30%, 40%, 50% và điều chỉnh pH thích hợp Dịch sau đó được đưa vào thiết bị lên men để thanh trùng, cần để nguội trước khi bổ sung bánh men nhằm bảo vệ hoạt động của nấm men.
Trước khi cho bánh men vào thiết bị lên men, cần làm sạch lớp trấu ở phần đế và nghiền nhỏ để nấm men có thể phân tán và hoạt động hiệu quả Sau khi nghiền, bột bánh men được đưa vào thiết bị lên men để bắt đầu 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, từ đó xác định nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men tối ưu.
Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng bánh men gieo cấy ban đầu lên các giá trị Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai Với nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men đã xác định, chúng ta sẽ dựa vào thời gian này để theo dõi sự thay đổi các giá trị trên Qua đó, xác định 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
Trong sản phẩm rượu vang, có thể hình thành các hợp chất như methanol, aldehyde, rượu bậc cao và ester Hàm lượng của những sản phẩm này cần 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 bằng cách lắng và lọc để thu được dịch trong suốt, không có cặn lắng Sau đó, nồng độ chất khô được đo bằng phương pháp khúc xạ sử dụng 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
Những quả dứa đạt độ chín thích hợp sẽ được ép lấy dịch để xác định Bx Sau đó, đường saccharose được bổ sung nhằm điều chỉnh Bx lên các giá trị khảo sát như 20%, 30%, 40% và 50% Dịch dứa sau khi điều chỉnh Bx sẽ tiếp tục được bổ sung hóa chất để điều chỉnh pH ban đầu xuống còn 1,5 Cuối cùng, dịch dứa sẽ trải qua quá trình thanh trùng.
Sau khi thanh trùng dịch dứa ở nhiệt độ 80 độ C trong 15 phút và làm nguội, bánh men được bổ sung với khối lượng 2g/l tại nhiệt độ lên men 25 độ C Để theo dõi sự biến đổi của hàm lượng chất khô, pH, ethanol, andehyde, rượu bậc cao và ester, các mẫu thí nghiệm được thu thập 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 thêm mẫu ở 216 giờ Sự diễn biến của sủi bọt khí và mùi hương của cồn trong quá trình lên men sẽ được theo dõi để xác định thời gian lên men cũng như nồng độ chất khô ban đầu, từ đó phục vụ cho 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