Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành trong quá trình lên men rượu dứa ở quảng trị

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM VŨ THỊ THU GIANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN HÀM LƯỢNG CÁC SẢN PHẨM BẬC HAI TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU DỨA Ở QUẢNG TRỊ

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

VŨ THỊ THU GIANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN HÀM LƯỢNG CÁC SẢN PHẨM BẬC HAI TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU DỨA Ở QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC,THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

HUẾ - 2019

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

VŨ THỊ THU GIANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN HÀM LƯỢNG CÁC SẢN PHẨM BẬC HAI TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU DỨA Ở QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành trong quá trình lên men rượu dứa ở Quảng Trị” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và tài liệu trong luận

văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ

Học viên

Vũ Thị Thu Giang

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành luận văn thạc sĩ tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của các

cá nhân và tập thể Tôi xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Huế đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong suốt thời gian tôi học tập và rèn luyện tại trường

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS Đỗ Thị Bích Thủy, người hướng dẫn khoa học, đã luôn luôn động viên giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn này Những nhận xét và đánh giá của cô, đặc biệt là những gợi ý về hướng giải quyết vấn đề trong suốt quá trình nghiên cứu-thực sự là những bài học vô cùng quý giá đối với tôi không chỉ trong quá trình viết luận văn mà

cả trong hoạt động nghiên cứu chuyên môn sau này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên Khoa cơ khí và công nghệ trường Đại học Nông Lâm Huế, các Thầy Cô đã giúp đỡ, góp ý và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị giáo viên phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí -Công nghệ, Trung tâm ứng dụng và thông tin khoa học và công nghệ Quảng Trị và Trung tâm kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm khu vực Tây Nguyên thuộc Viện

vệ sinh dịch tễ Tây Nguyên, nơi tôi đang công tác, những đồng nghiệp đã chia sẻ, động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã động viên và

hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Do hạn chế về mặt thời gian và năng lực của bản thân nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của quý thầy cô, bạn đọc

để luận văn được hoàn thiện hơn nữa

Tôi xin chân thành cảm ơn

Huế, tháng 6 năm 2019

Học viên

Vũ Thị Thu Giang

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên hàm lượng các sản

phẩm bậc hai tạo thành trong quá trình lên men rượu dứa ở Quảng Trị”đã được thực

hiện tại Trung tâm Nghiên cứu, ứng dụng và thông tin khoa học và công nghệ thuộc Sở khoa học và công nghệ tỉnh Quảng Trị, Phòng thí nghiệm khoa Cơ khí - Công nghệ và Trung tâm kiểm nghiệm ATVSTP khu vực Tây Nguyên thuộc viện vệ sinh dịch tễ Tây Nguyên từ ngày 08/11/2018 đến ngày 01/03/2019 với sự hướng dẫn của PGS.TS.Đỗ Thị Bích Thủy nhằm khảo sát khả năng lên men của nước dứa phục vụ cho nhu cầu của người dân trong nước và xuất khẩu, đa dạng hóa sản phẩm dứa nâng cao giá trị kinh tế của quả dứa qua đó cải thiện đời sống cho bà con nông dân

Quả dứa được trồng ở nhiều nước khác nhau Dứa là một loại cây dễ trồng, giá thành tương đối rẻ lại chứa nhiều vitamin, khoáng chất và có mùi thơm rất đặc trưng

Vì vậy, dứa rất được ưa chuộng ở khắp nơi trên thế giới và tại Việt Nam Dứa được sử dụng ở dạng tươi hay chế biến thành các sản phẩm (nước ép, mứt dứa, dứa sấy khô) đều có giá trị dinh dưỡng cao Đặc biệt dứa còn có khả năng chữa bệnh dân gian thường dùng rễ dứa làm thuốc lợi tiểu, chữa tiểu tiện khó, dùng dịch ép dứa chưa chín làm thuốc tẩy nhuận tràng, chữa huyết áp cao, chữa sỏi thận

Dứa chứa nhiều vitamin, khoáng chất và một số chất dinh dưỡng thiết yếu khác cho quá trình lên men rượu Vì vậy chỉ cần bổ sung một lượng đường thích hợp và cho lên men ở những điều kiện tối ưu chúng ta sẽ có một loại rượu vang mới lạ, thơm ngon, bổ dưỡng và có giá trị cao về mặt y học

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…

Kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu là: Độ chín của quả dứa thích hợp (dựa trên màu sắc của vỏ) để làm nguyên liệu lên men rượu là những quả dứa có màu

từ vàng nhạt đến vàng cam thẫm Các thông số công nghệ thích hợp để tạo ra sản phẩm rượu dứa có cảm quan tốt, sản phẩm bậc hai thấp đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm là: Độ Bx ban đầu: 30%, Thời gian lên men: 168 giờ, Hàm lượng bánh men ban đầu: 2 g/L dịch lên men ban đầu, Nhiệt độ lên men thích hợp là 20oC

Sản phẩm rượu vang dứa có màu vàng nhạt, hương thơm, vị hài hòa Sản phẩm đạt yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

2.1 Tổng quan về dứa 3

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại 3

2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới và Việt Nam 4

2.1.3 Thành phần hóa học của dứa 5

2.1.4 Thu hoạch và bảo quản dứa 6

2.2 Giới thiệu về rượu vang 7

2.2.1 Khái quát về rượu vang 7

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất rượu vang 7

2.2.3 Giá trị rượu vang 9

2.2.4 Phân loại rượu vang 9

2.2.5 Tiêu chuẩn chất lượng vang 9

2.2.6 Thành phần cơ bản của vang 11

2.3 Quá trình lên men rượu vang 14

2.3.1 Giới thiệu về nấm men 14

2.3.2 Nấm men dùng trong sản xuất rượu vang 14

2.3.3 Cơ chế lên men rượu 17

2.3.4 Sự tạo thành các sản phẩm phụ của quá trình lên men rượu 21

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men vang 23

2.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng đường 24

2.4.2 Ảnh hưởng của độ pH 24

2.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ rượu 24

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 25

2.4.5 Ảnh hưởng của acid hữu cơ 25

2.4.6 Ảnh hưởng của Nitơ 25

2.4.7 Ảnh hưởng của các loại muối khoáng 25

2.4.8 Ảnh hưởng của lượng men giống 26

2.4.9 Ảnh hưởng nồng độ ôxy hoà tan 26

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 27

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 28

3.2 Nội dung nghiên cứu 29

3.2.1 Nghiên cứu xác định hàm lượng đường của dịch dứa theo độ chín 29

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm 29

3.3 Phương pháp nghiên cứu 29

3.3.1 Phương pháp vật lý 29

3.3.2 Phương pháp hóa học 29

3.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm để thực hiện nội dung nghiên cứu 34

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

4.1 Nghiên cứu xác định nồng độ chất khô trong dứa theo độ chín 38

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của Bx ban đầu lên sự biến đổi một số chỉ tiêu trong quá trình lên men 39

4.2.1 Sự thay đổi của Bx theo thời gian với các nồng độ chất khô ban đầu của dịch lên

men khác nhau 42

4.2.2 Sự thay đổi của giá trị pH 44

4.2.3 Sự biến đổi của nồng độ ethanol 46

4.2.4 Sự thay đổi của hàm lượng các sản phẩm bậc hai trong quá trình lên men 48

4.2.5 Biện luận xác định thời gian lên men chính và chọn nồng độ chất khô ban đầu của dịch lên men phù hợp 52

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng bánh men lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm 53

4.3.1 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên hàm lượng đường còn lại 53

4.3.2 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên giá trị pH cuối cùng 54

4.3.3 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên giá trị ethanol 54

4.3.4 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên giá trị các sản phẩm bậc hai 55

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên men lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm 57

4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men lên hàm lượng ethanol tạo thành 57

4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men lên hàm lượng các sản phẩm bậc hai và mô tả cảm quan sản phẩm 58

4.5 Đề xuất quy trình lên men ruợu dứa 60

4.5.1 Quy trình lên men rượu dứa 60

4.5.2.Thuyết minh quy trình 61

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 62

1 Kết luận 62

2 Đề nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 66

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tình hình sản xuất dứa từ năm 2015 – 2018 và kế hoạch sản xuất năm

2018 3

Bảng 2.2: Sản xuất dứa, 2002 – 2007 4

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa 6

Bảng 2.4: Sản lượng rượu ở một số quốc gia trên thế giới (lít/người/năm) 8

Bảng 2.5 Tiêu chuẩn hóa học của vang 10

Bảng 2.6 Thành phần các loại rượu có trong vang 12

Bảng 3.1 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm 30

Bảng 3.2 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm 31

Bảng 3.3 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm 32

Bảng 4.1 Diễn biến bên ngoài của quá trình lên men 39

Bảng 4.2 Mô tả cảm quan bằng chủ quan của người làm thí nghiệm 52

Bảng 4.3 Các giá trị Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai tại thời điểm lựa chọn kết thúc lên men chính 53

Bảng 4.4 Mô tả cảm quan bằng chủ quan của người làm thí nghiệm 56

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men lên hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo ra trong sản phẩm 58

Bảng 4.6 Kết quả mô tả cảm quan của sản phẩm 59

Bảng 4.7 Bảng chất lượng sản phẩm 61

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hình thái tế bào nấm men 14

Hình 2.2 Men bánh 15

Hình 2.3 Sơ đồ tóm tắt quá trình đường phân xảy ra trong tế bào nấm men 18

Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt lên men và hô hấp xảy ra trong tế bào nấm men 19

Hình 2.5 Tóm tắt cơ chế hóa sinh của quá trình lên men rượu 20

Hình 2.6 Sơ đồ tóm tắt cơ chế hóa sinh sự tạo thành sản phẩm phụ trong quá trình lên men rượu 22

Hình 3.1 Bánh men Làng Vân 27

Hình 3.2 Thiết bị lên men 15L CENTRION 28

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 34

Hình 4.1 Sự thay đổi giá trị Bx và pH dịch dứa theo màu sắc của vỏ 38

Hình 4.2 Sự thay đổi hàm lượng đường trong quá trình lên men 42

Hình 4.3 Sự thay đổi của pH trong quá trình lên men 45

Hình 4.4 Sự thay đổi ethanol trong quá trình lên men 47

Hình 4.5 Sự thay đổi của các sản phẩm bậc hai trong quá trình lên men của nồng độ chất khô ban đầu 20% 48

Hình 4.6 Sự thay đổi của các sản phẩm bậc hai trong quá trình lên men của nồng độ chất khô ban đầu 30% 49

Hình 4.7 Sự thay đổi của các sản phẩm bậc hai trong quá trình lên men của nồng độ chất khô ban đầu 40% 50

Hình 4.8 Sự thay đổi của các sản phẩm bậc hai trong quá trình lên men của nồng độ chất khô ban đầu 50% 51

Hình 4.9 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên hàm luợng đuờng còn lại 53

Hình 4.10 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên giá trị pH 54

Hình 4.11 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên giátrị ethanol 55

Hình 4.12 Ảnh hưởng của khối lượng bánh men ban đầu lên các sản phẩm bậc hai 55

Hình 4.13: Sự biến đổi của hàm lượng ethanol theo thời gian ở các mức nhiệt độ lên men khác nhau 57

Hình14 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men (25oC) lên hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo ra trong sản phẩm 59Hình 15 Quy trình lên men ruợu dứa 60

là có thể sống ở các vùng đất phèn, ngoài ra cây dứa còn có khả năng chống xói mòn đất Trong những năm qua, dứa đã trở thành một loại quả có giá trị xuất khẩu cao, được nhiều thị trường trong và ngoài nước yêu thích nhất là thị trường các nước châu

Âu, các nước thuộc vùng khí hậu ôn đới Hiện nay các mặt hàng được chế biến từ dứa rất đa dạng trong đó có rượu vang.Quả dứa có chứa hàm lượng đường đáng kể nên có thể sử dụng để sản xuất rượu vang Hàm lượng đường cao cùng với sự cân bằng giữa đường và acid tạo nên vị hài hòa của dứa Đa số các công bố chỉ ra rằng Bx của dịch quả dứa dao động trong khoảng 13 -17,5% và hàm lượng acid tổng số là 0,2% đến 0,76% [37, 38, 41, 44] Bên cạnh đó, quả dứa còn chứa nhiều loại vitamin như vitamin

A (0,16 mg/100g – 0,38 mg/100g), C (22,5 mg/100g – 33,5 mg/100g), B3 (0,38 mg/100g – 2,4 mg/100g), B12 (0,2 mg/100g – 1,2 mg/100g) [34, 40, 39, 43] Trong quả dứa còn chứa một lượng khá lớn các hợp chất polyphenol [42, 36] Các hợp chất polyphenol trong quả dứa có khả năng chống oxy hóa tốt cho sức khỏe [35, 38] Tuy nhiên ngành công nghiệp sản xuất rượu vang ở nước ta vẫn chưa thực sự đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng, quy mô sản xuất nhỏ theo phương pháp thủ công, chất lượng còn hạn chế Nhiều sản phẩm rượu trên thị trường còn chứa nhiều các hợp chất thứ cấp như methanol, aldehyde, rượu cao, ester… gây ngộ độc rượu tràn lan Do đó việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách hoàn thiện công nghệ sản xuất là vấn đề cần thiết Xuất phát từ vấn đề này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực hiện đề

tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên hàm lượng các sản phẩm bậc hai

tạo thành trong quá trình lên men rượu dứa ở Quảng Trị”

1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung thêm những thông tin tài liệu liên quan đến sản xuất rượu vang dứa nói riêng và các lĩnh vực trong công nghệ thực phẩm nói chung

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu về sản xuất rượu vang dứa sẽ tạo tiền đề cho việc xây dựng

cơ sở sản xuất rượu vang dứa ở quy mô công nghiệp nhằm tạo ra loại rượu vang mới độc đáo, góp phần đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường hiện nay và tiến tới đưa sản phẩm vào sản xuất với quy mô công nghiệp

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

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:

Bảng 2.1 Tình hình sản xuất dứa từ năm 2015 – 2018

và kế hoạch sản xuất năm 2018

đa dạng hơn các sản phẩm từ dứa là cần thiết

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại

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

1942 trong cuộc thám hiểm tìm ra tân thế giới (Châu Mỹ) của Chrixtopha Comlomb Khi đến châu Mỹ thì Chrixtopha Comlomb đã tìm thấy tại vùng sông Amazone có rất nhiều dứa mà người dân bản xứ tại đây (người da đỏ) gọi là Ananas có nghĩa là “quả

cây tuyệt hảo” Do vậy, trước đây vào khoảng thế kỷ thứ 17 chỉ có những người thuộc tầng lớp thượng lưu, giai cấp thống trị mới được ăn quả này, chính vì điều này nên người ta còn gọi dứa là ”trái cây của vua”

Hiện nay, trên thế giới dứa được trồng nhiều nhất ở Hawai, Úc, Đài Loan, Thái Lan, Philippin, Nam Phi, Braxin, Mêxico…Người ta biết đến dứa không chỉ đơn thuần

là loại trái cây “hoàng đế” do có những giá trị dinh dưỡng cao, hương thơm, vị ngọt, màu sắc đẹp mà còn biết đến dứa như là một loại thuốc dùng trong lĩnh vực men tiêu hóa protein và là vị cứu tinh ở lĩnh vực biệt dược trong đại phẩu thuật, việc trị bệnh ung thư và nội tạng

2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới và Việt Nam

Năm 2007, sản xuất Dứa của thế giới đạt 18,9 triệu tấn So với năm 2002, sản lượng đã tăng 19% Thái Lan, Philippines và Indonesia là những nước sản xuất chính mặt hàng dứa đã chế biến (như nước ép dứa và dứa đóng hộp) cho thị trường xuất khẩu Ấn Độ và Trung Quốc là những nhà xuất khẩu lớn nhưng những nước này có thị trường nội địa lớn và không cung cấp nhiều hàng cho xuất khẩu Nước xuất khẩu lớn nhất mặt hàng dứa tươi là Costa Rica với 47% thị phần xuất khẩu của cả thế giới

Ở nước ta trong giai đoạn 1991 ÷ 1997, diện tích dứa có sự giảm sút đáng kể từ

39 ngàn ha (năm 1995) xuống chỉ còn 26 ngàn ha (năm 1997) Nguyên nhân chủ yếu

là do mất thị trường xuất khẩu chính là Liên Xô và các nước Đông Âu cũ ảnh hưởng xấu tới sản xuất trong nước

Từ năm 1997 đến nay sự năng động của các công ty trong việc khai thác, tìm kiếm thị trường và nhờ các chính sách mở của nhà nước trong việc tăng cường phát triển thương mại với bên ngoài nên thị trường xuất khẩu ngày càng mở rộng và ổn định Diện tích dứa tăng từ 26 ngàn ha năm 1997 lên xấp xỉ 38 ngàn ha năm 2002 Đây thực sự là bước tăng trưởng đáng kể của ngành dứa Việt Nam, góp phần vào phát triển sản xuất nông hộ, tạo thu nhập, việc làm cho người sản xuất và đẩy mạnh tăng trưởng xuất khẩu nông sản

Trong các vùng của cả nước, Đồng bằng sông cửu Long (ĐBSCL) là vùng sản xuất cây ăn quả chủ yếu của cả nước Năm 2002, diện tích dứa của vùng đạt trên 20 ngàn ha chiếm 55,6% tổng diện tích dứa của cả nước Các tỉnh trồng dứa chính của ĐBSCL là Kiên Giang với khoảng 8700 ha (chiếm 43% diện tích của vùng) Tiếp theo

là Tiền Giang với 6.870 ha dứa, chiếm 35% diện tích vùng Do chiếm tỷ trọng khá lớn

về diện tích lên, ĐBSCL chiếm tới 65,9% sản lượng cả nước

Theo báo cáo của Cục Nông nghiệp, đến nay thống kê trong cả nước mới trồng được 3.600 ha Dứa Cayen (chưa đến 10% tổng diện tích Dứa cả nước) Trong mấy năm gần đây, ngân sách Nhà nước Trung ương và các tỉnh đã chi ra hơn 90 tỉ đồng để nhập khoảng 1.200 triệu chồi Dứa Cayen và canh tác trên 3.227 ha Tính mỗi ha dứa Cayen trồng mới chi hết 29,36 triệu đồng tiền giống nhập ngoại

2.1.3 Thành phần hóa học của dứa [9]

Quả dứa có khoảng 72 – 88% nước, 8 – 18,5% đường, 0,3 – 0,8% acid, 0,25 – 0,5% protein, khoảng 0,25% muối khoáng 70% đường dứa là saccharose, còn lại là glucose Acid nhiều nhất trong thành phần acid hữu cơ của dứa là citric acid 65%, còn lại là malic acid 20%, tatric acid 10%, succinic acid 3%

Trong quả dứa còn có enzyme thủy phân protein là bromelin giúp cho việc tiêu hóa tốt Hàm lượng bromelin được tăng dần từ ngoài vào trong và từ dưới gốc lên trên ngọn, được sản xuất bằng cách trích ly từ vỏ và cùi dứa Hàm lượng vitamin C khoảng

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

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa

2.1.4 Thu hoạch và bảo quản dứa [9]

Theo Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam, người ta đánh giá độ chín của dứa theo 5 mức sau đây:

Độ chín 0: trái vẫn còn xanh sẫm, mắt chưa mở

Độ chín 1: trái vẫn còn xanh bóng, một hàng mắt mở

Độ chín 2: 3 hàng mắt mở, 25 – 75% vỏ trái có màu vàng tươi

Độ chín 3: Khoảng 4 hàng mắt mở, 75 – 100% vỏ trái có màu vàng tươi

Độ chín 4: 100% vỏ trái có màu vàng sẫm, trên 5 hàng mắt mở

Tại các nông trường, dứa được thu hoạch khi độ chín tại ruộng là 1 và 2, sẽ có màu sáng đẹp, khoảng 4 – 8 ngày sau dùng để ăn tươi hay chế biến đều tốt Trái ở độ chín 3 và 4 tại ruộng sẽ dễ dàng bị hỏng sau khi thu hoạch

2.2 Giới thiệu về rượu vang [17, 19]

2.2.1 Khái quát về rượu vang

Rượu vang là một sản phẩm nguyên chất thu được từ sự lên men rượu toàn phần từ nho tươi ép ra nước, hoặc từ hỗn hợp nước nho và bã nho ép ra nước [19] Phân loại rượu vang được dựa trên màu sắc của chúng như vang màu và vang trắng Trong các loại vang màu thì vang đỏ có giá trị nhất Trước đây người ta quan niệm rằng rượu vang chỉ được sản xuất từ nho đỏ chất lượng dinh dưỡng cao Ngày nay nguyên liệu chế biến vang được mở rộng ra các loại nguyên liệu quả khác nhau rất phong phú về màu sắc và chất lượng của chúng Ngoài màu sắc còn có thể phân loại là

“vang ngọt” và “vang khô” Vang ngọt là loại vang lên men còn đường và dùng sau mỗi bữa ăn, còn vang khô là loại vang lên men hết đường và được dùng trong khi ăn

Cả vang trắng và vang màu đều là những loại rượu mà con người ưa thích, công nghệ sản xuất vang này có khác nhau đôi chút về công đoạn xử lý quả và công đoạn lên men Vang trắng được sản xuất theo công nghệ lên men không có xác quả, còn vang màu được sản xuất theo công nghệ lên men có xác quả [10], [16]

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất rượu vang

2.2.2.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất rượu vang trên thế giới

Người ta biết làm rượu vang từ 3000 năm trước công nguyên Cho đến nay trên thế giới đã có hàng loạt rượu khác nhau và công nghệ chế biến rượu vang ngày càng phát triển ở mức độ cao trở thành ngành thực sự mang lại tính thương mại tại nhiều quốc gia thuộc Châu Âu, Châu Mỹ… như Pháp, Italia, Mỹ, Nga, Đức…với tổng sản lượng gần 29 tỷ lít/ năm

Trước kia nguồn nguyên liệu để sản xuất rượu vang hầu hết ở các quốc gia chỉ

là quả nho chín được thu hoạch từ các giống nho đã được tuyển chọn kỹ dành riêng cho sản xuất vang và được trồng ở một số vùng nhất định

Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học nhất là lĩnh vực sinh hóa, vi sinh vật và nguồn nguyên liệu để sản xuất vang cũng chuyển dần sang một

số quả khác như dâu, táo, lê, dứa….[16]

Sự phát triển công nghệ chế biến rượu vang tại một số quốc gia trên thế giới được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 2.4: Sản lượng rượu ở một số quốc gia trên thế giới (lít/người/năm)

2.2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất rượu vang tại Việt Nam

Ở Việt nam ngành sản xuất rượu vang mới bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ

XX, được đánh dấu từ sự hiện diện của vang mang nhãn hiệu Thăng Long trên thị trường nội địa Trước năm 2001 rượu vang của Pháp và Ý chiếm lĩnh thị trường nhưng nay thời thế đã khác, khi mà rượu vang của Chile, Úc, Tây Ban Nha đang tràn vào thị trường Việt Nam thì vang trong nước cũng đang cạnh tranh quyết liệt với vang ngoại nhập nhờ lợi thế giá thấp hơn vang ngoại, không phải chịu thuế nhập khẩu và người tiêu dùng có thu nhập thấp vẫn có thể mua được vào mỗi dịp tết

Theo hiệp hội rượu bia và nước giải khát Việt Nam, hiện nay trong nước có khoảng 10 doanh nghiệp sản xuất rượu vang, với sản lượng trung bình mỗi năm 12,5 triệu lít Các nhãn hiệu rượu vang trong nước đã quá quen thuộc với người tiêu dùng

như vang Đà Lạt của công ty thực phẩm Lâm Đồng, vang Thăng Long, vang Đông Đô.Trong khi đó vang ngoại nhập cũng đang tăng mạnh về số lượng

Rượu vang Đà Lạt của công ty thực phẩm Lâm Đồng đã chiếm được cảm tình của người tiêu dùng trong nước với chất lượng ổn định, hợp gu người Việt và giá bán thấp so với vang ngoại, phù hợp với đa số người tiêu dùng bình dân

Hiện nay khách nước ngoài đổ về Việt Nam ngày càng nhiều thông qua con đường làm việc và du lịch Vì vậy nhu cầu sử dụng rượu vang tăng lên đáng kể

2.2.3 Giá trị rượu vang

Dùng rượu vang với lượng vừa phải có tác dụng kích thích, lợi cho sức khỏe, rượu vang có lượng cồn trung bình nên người già và phụ nữ có thể sử dụng được [19] Rượu vang có nhều chất dinh dưỡng hơn hẳn các loại rượu khác và có thành phần tương đối ổn định, lên men từ nước quả nên có hương vị và mùi thơm đặc trưng riêng đặc trưng cho loại quả đó

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 loại rượu vang

Căn cứ vào màu sắc sản phẩm phân thành: vang đỏ, vang trắng, vang hồng, tương ứng với từng loại vang này có chỉ tiêu về giới hạn, màu sắc nhất định

Căn cứ theo độ rượu, hàm lượng đường, hàm lượng acid có trong vang mà phân tích thành các loại: vang khô, vang dịu, vang ngọt nhưng xu hướng chung vang được phân làm hai nhóm chính là vang không gas và vang có gas (CO2), trong đó mỗi nhóm lại phân thành một số loại khác nhau tuỳ theo hương, vị của từng loại sản phẩm [12]

2.2.5 Tiêu chuẩn chất lượng vang

Thành phần hóa học của rượu vang tương đối phức tạp và có sự thay đổi tùy vào thành phần nguyên liệu sử dụng, những biến đổi trong quá trình lên men chính, lên men phụ và quá trình tàng trữ kết hợp với phương pháp hay công nghệ sản xuất

2.2.5.1 Tiêu chuẩn hóa học

Bảng 2.5 Tiêu chuẩn hóa học của vang [22]

1 Hàm lượng ethanol (cồn) ở 20 oC, % thể tích, không nhỏ hơn 8,5

2 Hàm lượng methanol, mg/l ethanol 100o, không lớn hơn

3 Độ axit dễ bay hơi, meq/l sản phẩm a), không lớn hơn 20

4 Hàm lượng lưu huỳnh dioxit (SO2), mg/l sản phẩm, không lớn hơn

- Rượu vang đỏ có hàm lượng đường kính theo tổng hàm lượng glucose

- Rượu vang đỏ có hàm lượng đường tính theo tổng hàm lượng glucose

- Rượu vang trắng và rượu vang hồng có hàm lượng đường tính theo

- Rượu vang trắng và rượu vang hồng có hàm lượng đường tính theo

tổng hàm lượng glucose và fructose không nhỏ hơn 5 g/l 250

5 Áp suất dư trong chai tại 20 oC, bar, không nhỏ hơn

a)

meq = mili đương lượng, 1 meq tương đương với 60 mg axit axetic

Các kim loại nặng: Đồng 4 mg/l; Kẽm 5 mg/l; Sắt 10 mg/l; Thiếc 20 mg/l; Chì 0,2 mg/l; Asen 0,2 mg/l

Các hợp chất Cyanua không được có

Độ lệch các chỉ tiêu: etylic ± 0,5%; đường ± 0,5g/100 ml; acid ± 0,1 g/l

2.2.5.2 Tiêu chuẩn vi sinh vật

Không được có các vi sinh vật gây bệnh như E.coli, Coliform, Clostridium perfringens, Salmonella, P aeruginosa, B.cereus, Streptococcus faecalis…

Đối với vi khuẩn hiếu khí thì 100 (khuẩn lạc/gr, ml)

2.2.5.3 Tiêu chuẩn cảm quan [22]

- Màu sắc: đặc trưng cho từng loại sản phẩm

+ Vang đỏ là: màu đỏ, đỏ lựu, đỏ thắm

+ Vang hồng là màu hồng đến đỏ tươi

+ Vang trắng là vàng rơm đến vàng ánh

- Mùi: thơm đặc trưng của nguyên liệu và sản phẩm lên men, không có mùi lạ

- Vị: đặc trưng cho từng loại sản phẩm, không có vị lạ

- Trạng thái: trong, không vẩn đục

2.2.6 Thành phần cơ bản của vang

Hiện nay, việc nghiên cứu các thành phần trong rượu vang vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu Cho đến nay, chúng ta mới biết được một số thành phần cơ bản như sau:

2.2.6.1 Các loại rượu

Trong vang rượu etylic đóng vai trò chủ yếu etylic có vai trò trong tạo mùi của vang Ngoài rượu etylic là chủ yếu trong vang còn có nhiều loại rượu bậc cao khác như:

Bảng 2.6 Thành phần các loại rượu có trong vang [13]

STT Tên các loại rượu Hàm lượng trong vang

(mg/l)

Ngưỡng nồng độ cảm nhận được (mg/l)

1 Metylic

Vang trắng: 20-1000 Vang đỏ: 80-350

2.2.6.2 Các acid hữu cơ

Các loại acid hữu cơ có trong vang có nguồn gốc từ dịch quả và một phần là sản phẩm của quá trình lên men

Các acid hữu cơ đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hương vị của vang (lượng có trong các loại quả khác nhau sẽ tạo nên hương vị đặc trưng cho loại rượu đó) Các acid như tartaric, lactic, citric là những acid hữu cơ có lợi Còn các acid: formic, propionic, butyric, acetic ở hàm lượng cao có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm (như acid acetic nếu hàm lượng cao sẽ làm cho vang bị chua, mùi nồng, nhưng nếu không có thì hương vị của vang sẽ bị giảm) Các acid hữu cơ giúp cho việc duy trì độ pH thấp và ngăn chặn sự xâm nhập của các loại vi khuẩn, tăng cường sự ổn định cho vang

2.2.6.3 Các loại đường

Đường là nguyên liệu tạo nên các loại rượu trong quá trình lên men Trong dịch quả chính chủ yếu là các loại đường khử: fructose, glucose, galactose Ngoài ra, còn có saccharose Thành phần và tỷ lệ các loại đường là khác nhau phụ thuộc vào loại quả, vùng, năm và vụ thu hoạch Trong quá trình lên men các loại đường khử nhanh chóng được nấm men sử dụng chuyển hoá thành rượu và CO2 Đường saccharose trong quá trình lên men được các enzyme của nấm men thủy phân thành đường đơn sau đó chuyển thành rượu Hàm lượng đường sót trong vang thành phẩm được coi là một trong những chỉ tiêu phân loại và đánh giá chất lượng của vang Tuỳ theo loại vang mà hàm lượng đường sót còn lại nhiều hay ít

vị đặc trưng riêng)

2.2.6.6 Các chất thơm

Hợp chất thơm trong trái cây do các chất có nguồn gốc terpen quyết định, hầu hết chúng đều bị phân huỷ hoặc bị thoát ra ngoài cùng CO2 trong quá trình lên men vang Mùi thơm của vang thành phẩm do các cấu tử thơm như các loại rượu bậc cao, etylacetate, metylacetate, acetaldehyd, acetic tạo ra từ quá trình lên men và tàng trữ Mùi thơm của vang không phải là mùi thơm của chính nguyên liệu làm ra vang, mà mùi thơm của vang phải là mùi đặc trưng của sản phẩm lên men từ một loại trái cây nhất định Các chất thơm đóng vai trò quan trọng đối với giá trị cảm quan của vang [13]

2.2.6.7 Các chất khoáng

Các chất khoáng như Ca, Mg, Mn, Al, P, S, Na, K, mặc dù có hàm lượng rất nhỏ phụ thuộc vào từng nguyên liệu nhưng giữ vai trò quan trọng trong quá trình lên men vang Các chất khoáng có tác dụng tốt đối với sự sinh sản và phát triển của nấm men làm tăng hương, vị, giá trị dinh dưỡng của vang [7], [13]

2.3 Quá trình lên men rượu vang

2.3.1 Giới thiệu về nấm men

Nấm men là tên chung để chỉ những nhóm nấm có cấu tạo đơn bào, sống riêng lẻ hoặc sống thành từng đám, không di động và sinh sản vô tính bằng hình thức nảy chồi Chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên như trong đất, nước, lương thực thực phẩm đặc biệt có nhiều trong các loại hoa quả chín, ngọt

Nấm men thường được sử dụng trong sản xuất vang là các chủng thuộc giống

Hình 2.1 Hình thái tế bào nấm men

2.3.2 Nấm men dùng trong sản xuất rượu vang

2.3.2.1 Nấm men tự nhiên

Trong nước quả tươi có các vi sinh vật khác nhau nhiễm vào từ môi trường xung quanh Phần lớn là nấm mốc, nấm men, một số vi khuẩn, xạ khuẩn Nấm men ít hơn nấm mốc nhưng lại có khả năng sinh trưởng và phát triển nhanh hơn trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu O2 đồng thời lên men tích tụ cồn Nhờ điều kiện kỵ khí và trong dịch cồn làm ức chế nấm mốc, tạo điều kiện cho nấm men phát triển chiếm ưu thế trong lên men [7]

Các men tự nhiên hay men dại luôn có sẵn trên bề mặt quả Một số loại như:

Sacchraromyces apiculata, Mycorderma, Hancelnula, Gichia Nếu để men dại phát

triển tự nhiên thì quá trình lên men rất khó điều chỉnh và chất lượng rượu thu được không ổn định

2.3.2.2 Men bánh

Men bánh là men nhân dân sản xuất ở những vùng có tập quán nấu rượu Vì nguyên liệu dùng để chế biến rượu trong nhân dân là gạo nên môi trường nền là bột gạo, đồng thời với một số nguyên liệu khác mà người sản xuất men vẫn giữ bí mật và gồm vài chục vị thuốc bắc như: đại tiểu hồi, thảo quả, xuyên khung, bạch chỉ, đinh hương, nhục đậu, liên kiều, cát cánh, Sau khi chế biến xong các khối men giống như bánh, hình tròn dẹt mặt trên phủ một lớp trấu có tác dụng làm cho khối men xốp (Hình 2.2) Khối lượng một bánh men từ 10 – 100g. [7; 10]

Hình 2.2 Men bánh

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, Candida, Những nấm men này coi như là

men dại, men tạp có lẫn trong nấm men và không mong muốn Nấm men rượu chuyển hóa đường thành rượu

- Trong bánh men còn thấy có loài men giả là Endomycopsis fibuliger Giống Endomycopsis tương tự như nấm men nhưng có thể mọc sợi, có khả năng sinh

glucoamylase và thủy phân tinh bột thành đường glucose

- Vi khuẩn: thường thấy có mặt vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic, Nói chung, vi khuẩn có mặt trong bánh men đều là vi khuẩn tạp nhiễm, không mong muốn xuất hiện

2.3.2.2 Nấm men nuôi cấy thuần chủng [3; 10]

Việc sử dụng nấm men thuần khiết trong sản xuất rượu vang ở quy mô công nghiệp được phổ biến rộng rãi do tính ưu việt của nó Sử dụng nấm men thuần khiết giúp cho thời gian lên men nhanh, quá trình lên men không bị dừng giữa chừng, nồng

độ cồn thu được cao hơn lên men tự nhiên, vang có màu sáng hơn và hương vị thanh khiết hơn

Những chủng nấm men thuần khiết thường dùng cho lên men rượu vang là

Saccharomyces vini, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces oviform

Saccharomyces vini

Nấm men Saccharomyces vini khá phổ biến trong quá trình lên men nước quả, chiếm tới 80% trong tổng số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men Đa số các

tế bào của loài này hình oval, có kích thước (3 – 8) x (5 – 12)µm, sinh sản theo lối nảy

chồi và tạo thành bào tử Saccharomyces vini có khả năng khử đường saccharose thành

đường fructose và glucose, vì vậy trong lên men có thể bổ sung loại đường này vào dịch quả và hàm lượng rượu được hình thành đối với nhiều nòi của nấm men này chỉ đạt được 8 – 10% so với thể tích Khả năng kết lắng nhanh, ở giai đoạn cuối của quá

trình lên men Saccharomyces vini thường bị già không tiếp tục chuyển đường thành

cồn và bị chết nhanh

Saccharomyces uvarum

Nấm men Saccharomyces uvarum được tách ra từ nước nho, rượu và nước quả

giúp bào tử lên men tự nhiên Về hình thái nó không khác với các loài khác Khả năng sinh bào tử khá mạnh trên môi trường thạch – malt Các nòi của loài này có thể lên men 12 – 13o cồn trong dung dịch nước nho

Saccharomyces chevalieri

Nấm men này được tách ra từ nước nho lên men tự nhiên, từ vang non được gây

men nước dừa hoặc nước cọ Sacchromyces chevalieri thuần chủng lên men nước nho

có thể tạo 16o cồn

2.3.3 Cơ chế lên men rượu [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

CO2 Trong điều kiện yếm khí, nấm men không có khả năng chuyển hoá tiếp các ethanol đã được tạo thành, có nghĩa là sự lên men sẽ dừng lại giai đoạn hình thành và tích luỹ rượu ethanol Như vậy, biện pháp kỹ thuật tương ứng là phải cho lên men trong thùng kín

Tế bào nấm men còn có đặc điểm nữa là khả năng tạo ra các nội enzyme

(endoferment), nghĩa là những enzyme tiến hành xúc tác ở bên trong tế bào Như vậy,

sự phân ly đường sẽ xảy ra ở bên trong tế bào nấm men, còn rượu êtylic và CO2 được tạo thành thì đi ra khỏi tế bào và tích tụ ở trong môi trường

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

Nồng độ đường thích hợp cho đa số nấm men là 12-16% Khi nồng độ đường quá cao hoặc quá thấp thì hiệu lực lên men đều bị giảm thấp

Độ acid của môi trường cũng giữ vai trò quan trọng Quá trình lên men xảy ra bình thường khi pH 4-4,5 Trong môi trường kiềm, sự lên men tiến triển theo đường hướng đặc biệt, tạo sản phẩm chính là glycerin

Nhiệt độ có ảnh hưởng tới vận tốc lên men Thường vận tốc lên men lớn nhất vào khoảng 29-32oC Trong thực tế, tuỳ yêu cầu, quá trình lên men cũng có thể tiến hành trong khoảng nhiệt độ từ 24-28oC

Sự tích tụ rượu trong môi trường có tác dụng độc hại đối với nấm men Đa số trường hợp sự lên men đường đình chỉ khi nồng độ rượu trong môi trường đạt từ 12-14% thể tích

Khí CO2 ức chế sự lên men, nhưng sự thoát khí CO2 có tác dụng khuấy động dịch lên men do đó làm tăng tốc độ lên men

Cơ chế sinh hóa xảy ra trong quá trình lên men rượu

Lên men rượu là quá trình yếm khí chuyển hóa đường mà chủ yếu là glucose và

fructose thành ethanol và carbon dioxide Quá trình lên men rượu được tóm tắt bởi

phản ứng tổng quát như sau:

C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 Hexos

e

Carbon dioxide Ethanol

Tuy nhiên, lên men rượu là quá trình phức tạp Nhiều quá trình hóa lý, hóa học

và sinh hóa xảy ra đồng thời với phản ứng tổng quát này Các quá trình này làm hoàn thiện thêm giá trị của đồ uống có độ rượu (rượu vang, bia ) Vì vậy, bên cạnh ethanol nhiều hợp chất khác cũng được tạo ra trong quá trình lên men như rượu cao, ester, glycerol, succinic acid, acetoin và 2,3-butadiol Ngoài sự chuyển hóa đường, các hợp chất khác có trong môi trường lên men cũng được chuyển hóa bởi nấm men tạo nên giá trị cảm quan cho sản phẩm đồ uống

* Quá trình đường phân

Quá trình đường phân chuyển hóa glucose hoặc fructose thành pyruvate trong tế bào Đây là quá trình đầu tiên của sự chuyển hóa carbohydrate trong hầu hết các sinh vật Nấm men sử dụng quá trình đường phân như là con đường chính để chuyển hóa đường (Hình 2.3)

Hình 2.3 Sơ đồ tóm tắt quá trình đường phân xảy ra trong tế bào nấm men

(Đỗ Thị bích Thủy, 2011)

Kết thúc quá trình đường phân, pyruvate được chuyển hóa bởi nấm men theo một vài hướng khác nhau Các hướng chuyển hóa tiếp theo có thể được thực hiện bằng lên men yếm khí hoặc hô hấp hiếu khí

* Lên men và hô hấp

Nấm men là những vi sinh vật hô hấp tùy tiện Chúng có thể chuyển hóa đường trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí Vì vậy, nấm men có thể tiêu thụ đường theo hai con đường chuyển hóa là lên men yếm khí và hô hấp hiếu khí Hình 2.4 là sơ đồ tóm tắt của hai quá trình này

Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt lên men và hô hấp xảy ra trong tế bào nấm men

(Đỗ Thị Bích Thủy, 2011)

Cả hai quá trình này đều bắt đầu với quá trình đường phân tạo nên pyruvate Pyruvate có thể được chuyển hóa thành acetaldehyde và CO2 dưới tác dụng xúc tác bởi enzyme pyruvate decarboxylase Sau đó, acetaldehyde (ethanal) được khử để tạo thành ethanol Quá trình này xảy ra trong tế bào chất và được gọi là quá trình lên men rượu

Pyruvate cũng có thể được chuyển hóa thành Acetyl-CoA và CO2 dưới tác dụng xúc tác bởi pyruvate dehydrogenase Sau đó Acetyl- CoA đi vào chu trình Krebs, tạo nên CO và một vài coenzyme dạng khử (NADH và FADH ) Các coenzyme khử được

tạo thành trong chu trình Krebs và trong quá trình đường phân sau đó bị oxy hóa trong chuỗi hô hấp để khử oxy phân tử thành H2O Từ đó cho thấy rằng mấu chốt của quá trình điều hòa sự trao đổi chất của tế bào nấm men là điều khiển để nấm men chuyển hóa pyruvic thành acetaldehyde hoặc Acetyl-CoA

* Sự lên men rượu

Trong quá trình lên men rượu, Saccharomyces cerevisiea chủ yếu chuyển hóa

pyruvate thành ethanol để tái tạo NAD+ đã được tiêu thụ bởi quá trình đường phân Quá trình lên men rượu xảy ra trong tế bào nấm men được tóm tắt trên hình 2.5

Hình 2.5 Tóm tắt cơ chế hóa sinh của quá trình lên men rượu

(Đỗ Thị Bích Thủy, 2011)

Đầu tiên là quá trình decarboxyl pyruvate tạo thành ethanal dưới tác dụng xúc tác bởi pyruvate decarboxylase Enzyme này cần Mg và thiamine pyrophosphate như

là các yếu tố đồng phản ứng Sau đó, alcohol dehydrogenase khử ethanal thành ethanol

và chuyển NADH thành NAD+

Ở đây NADH2 tạo thành trong phản ứng oxy hoá glyceraldehyde-3- phosphate của quá trình đường phân đóng vai trò chất cho hydro, còn acetaldehyde là chất nhận Sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men (ethanol, CO2) được vận chuyển ra ngoài tế bào bằng cơ chế khuếch tán đơn giản

2.3.4 Sự tạo thành các sản phẩm phụ của quá trình lên men rượu[15; 16]

Bên cạnh tạo thành sản phẩm chính của quá trình lên men rượu là ethanol đó, một số sản phẩm phụ cũng được tạo thành trong quá trình lên men

2.3.4.1 Diacetyl, acetoin và 2,3-butadiol

Các hợp chất này được tạo thành do sự kết hợp pyruvate với ethanal Phản ứng này tạo nên acetolactate; sau đó, hợp chất này bị decarboxyl hóa Diacetyl sẽ được tạo thành nếu sự decarboxyl hóa là sự oxy hóa, trong khi đó, acetoin được tạo thành khi sự decarboxyl hóa không phải là quá trình oxy hóa Acetoin cũng có thể được hình thành bằng cách khử trực tiếp diacetyl Cuối cùng, acetoin có thể bị khử để tạo thành 2,3-butadiol Phản ứng này là thuận nghịch Acetoin và đặc biệt là diacetyl có mùi bơ góp phần hương thơm cho sản phẩm

Sự tạo thành acetoin, diacetyl và 2,3-butadiol theo sơ đồ:

Hình 2.6 Sơ đồ tóm tắt cơ chế hóa sinh sự tạo thành sản phẩm phụ trong quá trình

lên men rượu (Đỗ Thị Bích Thủy, 2011)

2.3.4.2 Ethanal

Ethanal (acetaldehyde) là sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu có được do sự decarboxyl pyruvate Sau đó, ethanal bị khử để tạo nên ethanol Tuy nhiên, một phần ethanal được giải phóng ra môi trường và góp phần tạo hương cho sản phẩm

đồ uống

2.3.4.3 Acetic acid

Acetic acid là acid dễ bay hơi Nồng độ của acid này cao sẽ cho mùi giấm và tạo nên mùi vị khó chịu cho sản phẩm Acetic acid có thể được tạo thành bởi nấm men, vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic Tuy nhiên, nấm men chỉ tạo ra một lượng rất nhỏ acetic acid (0,1-0,3 g/l) nếu không có sự cố trong quá trình lên men Sự tạo thành nhiều acetic acid trong môi trường chỉ có thể xảy ra do sự phát triển của vi khuẩn lactic hoặc do nấm men sản sinh ra nhiều hơn bình thường bởi sự thủy phân Acetyl-CoA

2.3.4.4 Rượu cao

Các loại rượu cao được tạo thành do sự sai lệch về đường hướng chuyển hóa amino acid Khi các ceto acid tương ứng với sườn carbon của các amino acid khác nhau bị decarboxyl hóa và bị khử sẽ tạo nên rượu cao

Thường thì hàm lượng rượu cao tạo thành dưới ngưỡng phát hiện được Tuy nhiên chúng tạo thành ester nên ảnh hưởng lớn đến cảm quan

2.3.4.5 Ester

Ester được tổng hợp từ Acetyl- CoA và rượu bởi một nhóm enzyme làm xúc tác Về cơ bản, có hai nhóm ester tạo thành trong quá trình lên men rượu là: ester của acetate với rượu cao và ester của các acid béo và ethanol Nhóm thứ nhất được tạo tổng hợp từ Acetyl-CoA và các loại rượu cao khác nhau Nhóm này cho các mùi thơm khác nhau như mùi chuối (isoamyl acetate), mùi hoa hồng (phenylethanol acetate) Các ester của acid béo và ethanol cho mùi trái cây

2.3.4.6 Succinic acid

Succinic acid là một sản phẩm phụ của quá trình lên men rượu Một số tác giả cho rằng succinic acid được tổng hợp thông qua chu trình Krebs Tuy nhiên một số tác giả khác thì cho rằng chu trình này không tồn tại trong quá trình lên men rượu Trong bất cứ quan điểm nào thì succinic vẫn tồn tại trong sản phẩm lên men rượu

Trong công nghiệp, sự lên men rượu chiếm một vị trí quan trọng, được ứng dụng nhiều để sản xuất cồn công nghiệp, rượu và đồ uống có rượu (bia, rượu vang ),

đồ uống có gas, sản xuất bánh mỳ

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men vang

Lên men vang chịu ảnh hưởng rất lớn của điều kiện sản xuất: chủng nấm men, thiết bị lên men, môi trường lên men, (độ pH, hàm lượng đường, nồng độ ôxy hoà tan ) Mức độ tác động và ảnh hưởng của các yếu tố không như nhau

Acid béo Rượu cao

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 có lượng cồn tối đa thì nồng độ đường phải cao hơn nhiều Nhiều nghiên cứu cho thấy lượng đường phù hợp trong quá trình lên men vang là 12 - 20% Còn ở hàm lượng đường 25% ức chế quá trình lên men Khi lượng đường trong dịch lên men càng cao thì sự chênh lệch áp suất thẩm thấu trong tế bào nấm men với môi trường lên men càng lớn ức chế hoạt động sống của nấm men Tỷ lệ đường trong dịch lên men ảnh hưởng tới tốc độ và hiệu suất lên men Kết quả cho thấy đường glucose phù hợp nhất cho sự sinh sản và phát triển của nấm men cũng như qúa trình tạo rượu, tiếp đó là đường fructose, saccharose Vì vậy, quả chứa hàm lượmg đường khử càng cao thì càng có lợi cho quá trình lên men và chất lượng vang [3; 13]

2.4.2 Ảnh hưởng của độ pH

Nấm men có thể sinh sản, phát triển trong môi trường có pH từ 2,5 - 7,5 pH phù hợp nhất đối với sự sinh sản và phát triển của nấm men là 4- 6, nhiều chủng nấm men có thể sinh sản và phát triển tốt ở pH 3 – 3,5 Để hạn chế quá trình lây nhiễm và phát triển của nhiều loại vi khuẩn, phù hợp với độ pH tự nhiên của nguyên liệu và chất lượng của vang, trong sản xuất vang các nhà sản xuất duy trì độ pH ở mức 3,2 – 4,0 Thường dùng NaHCO3, CaCO3, tartric acid , citric acid để điều chỉnh độ pH của dịch lên men Độ pH không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh sản và phát triển của nấm men mà còn ảnh hưởng đến khả năng hoạt hoá của liên kết các enzyme tham gia trực tiếp vào quá trình lên men vang Độ pH quá thấp hoặc quá cao làm thay đổi cấu trúc protein của nhiều loại enzyme, giảm khả năng hoạt hoá của enzyme [13]

2.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ rượu

Mỗi giống nấm men có khả năng chịu được nồng độ rượu khác nhau, có giống

chịu được nồng độ cồn thấp như Hasenula, Alanama, nhiều chủng thuộc giống Saccharomyces có thể chịu được 9 - 12%V cồn, lên men đạt 14 - 16 %V Trong quá

trình lên men rượu, nồng độ rượu tăng dần gây ức chế cho hoạt động sống của nấm men và kìm hãm hoạt động của nhiều loại enzym chuyển hoá đường thành rượu Khả năng sống sót của nấm men phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ rượu có trong dịch lên men Ở khoảng 50oC, nồng độ rượu 12 -15%V chỉ sau 2 phút tất cả nấm men không còn sống sót Những chủng lên men được ở nhiệt độ cao thì hiệu suất lên men và độ rượu lại rất thấp điều này không có lợi và không phù hợp với lên men vang có chất lượng cao Ngoài ra, rượu có phân tử lượng càng cao thì hoạt động sống của nấm men càng bị ức chế Vì vậy, việc tuyển chọn chủng nấm men có khả năng lên men đạt độ

cồn và hiệu suất cao là điều quan trọng [13; 17]

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh sản và phát triển của nấm men và chất lượng của vang Nấm men có thể tồn tại và phát triển ở nhiệt độ từ 4 – 45oC, nhiệt độ phù hợp cho sự sinh sản và phát triển của nấm men là 28 – 30oC Ở nhiệt độ thấp, nấm men sinh sản chậm, thời gian lên men kéo dài, nhưng hạn chế sự nhiễm khuẩn ngược lại ở nhiệt độ cao (quá 38oC) nấm men sinh sản nhanh, thời gian lên men ngắn hơn, khả năng nhiễm khuẩn cao Theo Jordan ở nhiệt độ >80oF (26,7oC) làm rượu vang trắng bàn ăn kém hơn, theo Hickinbotham và Ryan, Breckmann và Stier lên men ở nhiệt độ lạnh hương, vị của rượu có mùi trái cây, tươi hơn, hàm lượng acid bay hơi thấp hơn, hàm lượng glyxerin tăng hơn Theo nhiều tác giả Việt Nam, nhiệt độ phù hợp cho quá trình lên men vang là 25 – 31oC, duy trì nhiệt độ trong suốt quá trình lên men là quan trọng và cần thiết [17]

2.4.5 Ảnh hưởng của acid hữu cơ

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy: acid là thành phần quan trọng làm giảm

độ pH, có tác dụng ức chế nhiều loại vi khuẩn Sự ảnh hưởng của acid hữu cơ đối với quá trình lên men không phải do hàm lượng tổng số của các acid hữu cơ không bay hơi mà do thành phần và hàm lượng một số loại acid hữu cơ trong dịch lên men: các acid béo, acetic, butyric, propyolic ảnh hưởng quyết dịnh đến sự sinh sản và phát triển của nấm men [8]

2.4.6 Ảnh hưởng của Nitơ

Nitơ là thành phần quan trọng tham gia vào quá trình hình thành và phát triển của tế bào nói chung Hầu như mọi thành phần tế bào đều chứa Nitơ ở tỉ lệ khác nhau Protein chiếm 25 - 60% trọng lượng khô tế bào trong đó Nitơ tổng số 4 - 12%, Nitơ dạng NH2 chiếm khoảng 75% Hầu hết, 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 Vì vậy, có ý kiến cần bổ sung thêm Nitơ vào dịch lên men nhưng theo Schanderl ngoại trừ một số trường hợp không bình thường của dịch quả nhìn chung việc bổ sung Nitơ vào quá trình lên men vang từ nho không cần thiết, sự bổ sung Nitơ chỉ cho quá trình lên men vang lần thứ hai của vang gas Thực tế, sản xuất vang khi nhân giống nấm men người ta bổ sung thêm lizin, arginin hoặc (NH4)2SO4 ở nồng độ 0,6% để tăng cường khả năng sinh sản của nấm men [3;13]

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 thấp thì thời gian lên men vang sẽ bị kéo dài và dễ bị nhiễm khuẩn, khi lượng men giống càng cao thì thời gian lên men ngắn, hạn chế được khả năng nhiễm khuẩn do sự áp đảo của nấm men Nếu lượng men giống quá cao sẽ làm thay đổi thành phần môi trường lên men không có lợi cho quá trình lên men

và chất lượng sản phẩm Theo nhiều tác giả lượng men giống trong dịch lên men từ 4 -

10 triệu tế bào/1ml dịch là thích hợp [7; 13]

2.4.9 Ảnh hưởng nồng độ ôxy hoà tan

Nồng độ oxy hoà tan là điều kiện quan trọng cho sự sinh sản và phát triển tối đa của nấm men vì nấm men là cơ thể hiếu khí, không thể sống lâu trong điều kiện kỵ khí Trong lên men rượu đầu tiên các đường đơn glucose, fructose phân giải theo con đường EMP và chu trình tricacboxylic acid bắt đầu thực hiện, hoạt động hô hấp, nấm men thu được nhiều năng lượng, sinh khối trong dịch lên men tăng, môi trường dần chuyển sang kỵ khí và nấm men chuyển sang lên men rượu do đó sản phẩm sẽ là ethanol, CO2, sinh khối, axít hữu cơ, sản phẩm phụ( glycerin, acid )

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:

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nguyên liệu:

+ Dứa tươi mua ở thị trường Quảng Trị

+ Đường cát trắng RE (tiêu chuẩn TCVN 6958:2001 (Phụ lục 1))

+ Bánh men Làng Vân

Hình 3.1 Bánh men Làng Vân

- Hóa chất: Kali pemaganat (KMnO4), ethanol, oxalic acid, dinatri cromotropat, methanol, Acid orthophotphoric, ống chuẩn NaOH 0.1N, ống chuẩn H2SO40.1N, Phenolphtalein, Isobutanol, Isopentanol, Aldehyde salisilic,K2S2O5,acid sunfuric, acid clohydric, acid boric, natrihydroxit viên,Kali dihydrophosphat, Complexom III, hồ tinh bột, ống chuẩn Iot 0.1N, Acid Nitric, hydro peroxit, chuẩn gốc chì, asen, cadimi, thủy ngân của hãng MERCK có độ tinh khiết trên 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 Phạm vi nghiên cứu

- Địa điểm thực hiện:

+ 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