Nghiên cứu điều kiện lên men để chế biến đồ uống từ gạo lứt nảy mầm

43 3.1.2 Theo dõi quá trình sinh trưởng của các chủng nấm men trong môi trường dịch thủy phân gạo lứt nảy mầm .... 45 3.2.2 Khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn lactic trong môi t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu điều kiện lên men để

chế biến đồ uống từ gạo lứt nảy mầm

PHẠM THÙY LINH

LinhPTCB190016@sis.hust.edu.vn

Ngành: Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hằng

Viện: Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu điều kiện lên men để

chế biến đồ uống từ gạo lứt nảy mầm

PHẠM THÙY LINH

LinhPTCB190016@sis.hust.edu.vn

Ngành: Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hằng

Viện: Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm

Chữ ký của GVHD

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn này là kết quả nghiên cứu và làm việc của nhóm nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong luận văn đã được sự

đồng ý của cả nhóm Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với các kết quả trên

Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên

Phạm Thùy Linh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình học thạc sĩ khoa học chuyên ngành Công nghệ thực phẩm của mình, trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Thanh Hằng - Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, Trường đại học Bách khoa Hà Nội người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Trường Giang và nghiên cứu sinh Lưu Anh Văn cùng các thầy cô giáo, các cán bộ đang làm việc

và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm đã tận tình chỉ dẫn, truyền đạt nhiều ý kiến chuyên môn và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các bạn, các em phòng thí nghiệm C10 thuộc Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm đã luôn góp ý, động viên và giúp

đỡ em những lúc khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin cảm ơn bố mẹ, gia đình, tất cả người thân, bạn bè đã luôn bên em động viên và ủng hộ em hoàn thành đề tài nghiên cứu này!

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Học viên

Phạm Thùy Linh

M ỤC LỤC

M ỤC LỤC i

L ỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về gạo lứt và gạo lứt nảy mầm 3

1.1.1 Gạo lứt 3

1.1.2 Gạo lứt nảy mầm 4

1.1.3 Một số thành phần có lợi cho sức khỏe của gạo lứt và gạo lứt nảy mầm 6

1.1.4 Gạo nếp lứt Anh Đào và dịch thủy phân gạo nếp lứt Anh Đào 8

1.2 Tổng quan về lên men 12

1.2.1 Nấm men 12

1.2.2 Vi khuẩn lactic 13

1.2.3 Tương tác của hệ vi sinh vật trong quá trình lên men 18

1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 20

1.3.1 Thức uống từ hạt và xu hướng của xã hội hiện đại 20

1.3.2 Các nghiên cứu trong nước 20

1.3.3 Các nghiên cứu nước ngoài 21

1.4 Tiêu chí sản phẩm nghiên cứu 23

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Vật liệu nghiên cứu 25

2.1.1 Dịch thủy phân 25

2.1.2 Vi sinh vật 26

2.2 Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 26

2.3 Hóa chất - môi trường 27

2.3.1 Môi trường Sabouraud 27

2.3.2 Môi trường MRS 27

2.3.3.Môi trường Luria-Bertani (LB) 28

2.4 Phương pháp nghiên cứu 28

2.4.1 Nghiên cứu chọn chủng nấm men thích hợp 28

2.4.2 Khảo sát các chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong lên men 29

2.4.3 Nghiên cứu tuyển chọn tổ hợp nấm men-vi khuẩn lactic 29

2.4.4 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình lên men bởi tổ hợp S.cerevisiae 28 và Leu.mesenteroides K 30

2.4.5 Đánh giá cảm quan sản phẩm cuối 32

2.4.6 Theo dõi một số chỉ tiêu của sản phẩm trong thời gian bảo quản 32

2.5 Phương pháp phân tích 32

2.5.1 Phương pháp vi sinh 32

2.5.2 Phương pháp hóa học 33

2.5.3 Phương pháp vật lý 37

2.5.4 Phương pháp đánh giá cảm quan 39

2.5.5 Phương pháp xử lý số liệu 41

2.5.6 Các phương pháp khác 42

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Nghiên cứu tuyển chọn chủng nấm men thích hợp 43

3.1.1 Hình thái của các chủng nấm men 43

3.1.2 Theo dõi quá trình sinh trưởng của các chủng nấm men trong môi trường dịch thủy phân gạo lứt nảy mầm 43

3.1.3 Nghiên cứu khả năng lên men của các chủng nấm men 44

3.2 Khảo sát các chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong lên men 45

3.2.1 Quan sát hình thái của các chủng vi khuẩn lactic 45

3.2.2 Khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn lactic trong môi trường dịch thủy phân gạo lứt nảy mầm 46

3.3 Nghiên cứu tuyển chọn tổ hợp nấm men-vi khuẩn lactic 47

3.3.1 Khảo sát tính đối kháng của nấm men-vi khuẩn lactic 47

3.3.2 Nghiên cứu khả năng kết hợp của tổ hợp chủng S.cerevisiae 28 và các chủng vi khuẩn lactic 48

3.3.3 Đánh giá cảm quan các tổ hợp nấm men-vi khuẩn lactic 54

3.4 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình lên men bởi tổ hợp S.cerevisiae 28 và Leu.mesenteroides K 58

3.4.1 Tỷ lệ giống cấp 58

3.4.2 Nhiệt độ lên men 61

3.4.3 Độ pH dịch trước lên men 63

3.4.4 Động thái quá trình lên men 65

3.5 Đánh giá sản phẩm cuối 67

3.5.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm 67

3.5.2 Đánh giá cảm quan sản phẩm cuối 69

3.6 Theo dõi một số chỉ tiêu của sản phẩm trong thời gian bảo quản 70

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

4.1 Kết luận 72

4.2 Kiến nghị 72

PH Ụ LỤC 78

DANH M ỤC VIẾT TẮT

GAD Glutamat decacboxylase

GABA γ-aminobutiric acid

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Thóc, gạo lứt và gạo lứt nảy mầm Anh Đào 9

Hình 2-1 Dịch gạo lứt sau khi thủy phân, tiệt trùng 25

Hình 2-2 Bố trí thí nghiệm trưng cất cồn 34

Hình 3-1 Hình thái tế bào và khuẩn lạc của các chủng nấm men 43

Hình 3-2 Khả năng sinh trưởng của các chủng nấm men trong môi trường dịch thủy phân gạo lứt nảy mầm 44

Hình 3-3 Nghiên cứu khả năng lên men của các chủng nấm men 44

Hình 3-4 Hình thái tế bào của các chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong nghiên cứu 46

Hình 3-5 Khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn trong môi trường dịch thủy phân gạo lứt nảy mầm 47

Hình 3-6 Khảo sát tính đối kháng của các tổ hợp nấm men-vi khuẩn 48

Hình 3-7 Mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn lactic trong các tổ hợp lên men 49

Hình 3-8 Mật độ tế bào của chủng S.cerevisiae 28 khi lên men độc lập và trong các tổ hợp 49

Hình 3-9 Độ rượu trong quá trình lên men của các tổ hợp 50

Hình 3-10 Khảo sát sự biến đổi độ pH trong quá trình lên men của các tổ hợp 51

Hình 3-11 Khảo sát sự biến đổi nồng độ chất khô hòa tan trong quá trình lên men52 Hình 3-12 Khảo sát sự biến đổi lượng đường khử còn lại trong quá trình lên men53 Hình 3-13 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến mật độ tế bào S.cerevisiae 28, Leu.mesenteroides K trong dịch lên men sau 24 giờ 58

Hình 3-14 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến nồng độ chất khô hòa tan và lượng đường khử còn lại dịch lên men sau 24 giờ 59

Hình 3-15 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến độ pH và độ rượu của dịch lên men trong 24 giờ 60

Hình 3-16 Ảnh hưởng của nhiệt đô lên men đến mật độ tế bào S.cerevisiae 28, Leu.mesenteroides K trong dịch lên men sau 24 giờ 61

Hình 3-17 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nồng độ chất khô hòa tan và lượng đường khử còn lại trong dịch lên men sau 24 giờ 62

Hình 3-18 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ pH và độ rượu 62

Hình 3-19 Ảnh hưởng của pH trước khi lên men đến mật độ tế bào trong dịch lên men sau 24 giờ 63 Hình 3-20 Ảnh hưởng của pH trước khi lên men đến nồng độ chất khô hòa tan

và lượng đường khử còn lại trong dịch lên men sau 24 giờ 64 Hình 3-21 Ảnh hưởng của pH trước khi lên men đến độ pH của dịch sau lên men

và độ rượu sản phẩm 64 Hình 3-22 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến mật độ tế bào 65 Hình 3-23 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến nồng độ chất khô hòa tan và lượng đường khử còn lại trong sản phẩm 65 Hình 3-24 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ pH và độ rượu của sản phẩm66 Hình 5-1 Phiếu chuẩn bị của phép thử cho điểm chọn tổ hợp nấm men-vi khuẩn80 Hình 5-2 Phiếu trả lời cho phép thử cho điểm với tiêu chí mùi thơm 80 Hình 5-3 Phiếu trả lời cho phép thử cho điểm với tiêu chí vị chua của dịch lên men 81 Hình 5-4 Phiếu cho điểm phép thử cho điểm chất lượng tổng hợp của sản phẩm81 Hình 5-5 Phiếu trả lời phép thửu cho điểm thị hiếu của sản phẩm 82 Hình 5-6 Đường chuẩn Glucose 93

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt và gạo xát trắng 4

Bảng 1.2 Đánh giá thành phần dinh dưỡng trong gạo lứt Anh Đào 9

Bảng 2.1 Thành phần dịch gạo lứt Anh Đào nảy mầm sau thủy phân 25

Bảng 2.2 Danh mục thiết bị và dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu 26

Bảng 2.3 Thành phần môi trường Sabouraud 27

Bảng 2.4 Thành phần môi trường MRS 27

Bảng 2.5 Thành phần môi trường LB 28

Bảng 2.6 Lượng giống cấp vào quá trình lên men (x106 CFU/ml) 31

Bảng 2.7 Hệ số quan trọng 40

Bảng 2.8 Phương pháp xác định một số chỉ tiêu 42

Bảng 3.1 Độ rượu của các mẫu lên men dịch thủy phân gạo lứt nảy mầm bởi các chủng nấm men 45

Bảng 3.2 Hình thái của các chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong nghiên cứu 46

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá cảm quan mùi thơm của các tổ hợp chủng 55

Bảng 3.4 Kết quả đánh giá cảm quan về vị chua của tổ hợp chủng 56

Bảng 3.5 Tổng hợp khảo sát sự kết hợp của 3 tổ hợp chủng tại mốc 24 giờ 57

Bảng 3.6 Thành phần dinh dưỡng đồ uống lên men từ gạo lứt nảy mầm 67

Bảng 3.7 Hàm lượng các axit amin có trong dịch thủy phân và dịch lên men 68

Bảng 3.8 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm theo phép thử cho điểm thị hiếu70 Bảng 3.9 Sự biến đổi một số chỉ tiêu trong điều kiện bảo quản 4-60C 71

Bảng 5.1 Tiêu chí cảm quan 78

Bảng 5.2 Các mức chất lượng 79

Bảng 5.3 Điểm đánh giá của 30 người tham gia cảm quan 82

Bảng 5.4 Phân tích phương sai 85

Bảng 5.5 Điểm đánh giá của 30 người tham gia cảm quan 85

Bảng 5.0.6 Phân tích phương sai 88

Bảng 5.7 Tổng hợp kết quả các phiếu đánh giá 88

Bảng 5.8 Dựng đường chuẩn glucose 93

Bảng 5.13 Kết quả đo độ nhớt 94

Bảng 5.14 Kết quả chuẩn độ axit tổng số 94

L ỜI MỞ ĐẦU

Các loại đồ uống từ hạt đang là xu hướng tiêu dùng mới nổi trên thế giới và

đã bắt đầu được nói tới như một cuộc cách mạng trong ngành đồ uống Việt Nam Trong số các loại hạt được sử dụng sản xuất đồ uống, gạo lứt đã nhận được

sự chú ý ngày càng lớn từ người tiêu dùng Bởi lẽ, đây không chỉ là nguồn nguyên

liệu dồi dào, đơn giản, sẵn có trong mỗi gia đình mà nó còn mang nhiều giá trị dinh dưỡng, tính chất chức năng tốt cho sức khỏe

Gạo lứt là một nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng hơn so với gạo trắng về

chất xơ, các acid amin thiết yếu, khoáng chất, protein và vitamin B Tuy nhiên, gạo

lứt vẫn chưa được sử dụng thường xuyên trong cuộc sống hằng ngày Để tăng giá

trị sử dụng, giá trị kinh tế và đặc biệt là giá trị dinh dưỡng của gạo lứt nhiều sản

phẩm từ gạo lứt nảy mầm được nghiên cứu và phát triển trên thị trường trong và ngoài nước

Quá trình nảy mầm có vai trò quan trọng trong việc hoạt hóa, tích lũy về

khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme có trong hạt gạo lứt, làm gia tăng các yếu tố dinh dưỡng đã có trong gạo lứt như lysine, vitamin E, vitamin B1, vitamin B6, magie, canxi, sắt và đặc biệt là γ– amino butyric acid (GABA) tăng gấp 10 lần so

với gạo trắng đã qua xay xát và gấp 4 lần gạo lứt Chính vì vậy, gạo mầm còn được

gọi là gạo GABA

Chính vì vậy, đồ uống từ gạo lứt nảy mầm đang là một sản phẩm được người tiêu dùng quan tâm để nâng cao sức khỏe đặc biệt là các đồ uống lên men Quá trình lên men góp phần tăng giá trị dinh dưỡng và tăng tính bảo quản cho sản

phẩm

Từ giá trị của hạt gạo lứt nảy mầm kết hợp với quá trình lên men, đề

tài:”Nghiên c ứu điều kiện lên men để chế biến đồ uống từ gạo lứt nảy mầm” tạo

ra sản phẩm nước uống mới, đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng với đồ uống lên men có nhiều chất dinh dưỡng cần thiết

M ục đích của đề tài:

Tạo ra loại đồ uống lên men từ gạo lứt nảy mầm có lợi cho sức khỏe con người

N ội dung đề tài:

- Nghiên cứu lựa chọn tổ hợp chủng lên men

- Khảo sát quá trình lên men với các chỉ tiêu: tỷ lệ cấp giống, nhiệt độ lên men, pH của dịch trước khi lên men, thời gian lên men

- Đánh giá chất lượng sản phẩm

- Theo dõi một số chỉ tiêu của sản phẩm trong thời gian bảo quản

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 T ổng quan về gạo lứt và gạo lứt nảy mầm

G ạo lứt

1.1.1

Gạo lứt hay còn gọi với cái tên khác là gạo lức, gạo lật hay gạo rằn

Gạo lứt là loại gạo mà trong quá trình xay xát chỉ loại bỏ lớp vỏ trấu bên ngoài và giữ lại lớp vỏ cám bên trong Nếu giã sạch lớp cám này sẽ cho ra gạo

trắng là loại chúng ta ăn hàng ngày Trong quá trình chuyển từ gạo lứt sang gạo

trắng làm mất đi khoảng 67% vitamin B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, 50% mangan, phospho và 60% sắt, hầu hết các chất xơ và acid béo cần thiết [1]

Gạo lứt được cấu tạo từ ba thành phần chính, bao gồm: Lớp vỏ lụa, phôi và nội nhũ

Vỏ cám (4-5% trọng lượng hạt) bao gồm chất béo, protein, vitamin B, K và đặc biệt là vitamin E (có chứa a-tocopherol, tocotrienol) và γ-oryzanol là chất

chống oxy hóa làm giảm bệnh Alzheimer và dị ứng [2] Do đó, gạo lứt là một

nguồn rất giàu dinh dưỡng, đặc biệt là vitamin nhóm B, chất xơ, chất béo và khoáng cũng vì thế gạo lứt dễ bị hư hỏng hơn gạo trắng trong quá trình bảo quản

Nội nhũ là phần chủ yếu của gạo lứt (91-92% trọng lượng hạt), thành phần

chủ yếu của nội nhũ là tinh bột

Phôi (chiếm khoảng 1% trọng lượng hạt) là thành phần riêng lẻ nằm trong

nội nhũ, bên góc dưới hạt gạo Phôi là nơi dự trữ chất dinh dưỡng của hạt và nảy

mầm trong điều kiện thích hợp Phôi chứa nhiều protid, lipit, vitamin (vitamin B1 trong phôi chiếm 66% lượng vitamin B1 trong toàn hạt thóc)

Gạo lứt thường có màu đậm hơn gạo trắng thông thường Ngoài phần tinh

bột chiếm chủ yếu trong nội nhũ thì gạo lứt còn chứa một lượng lớn chất đạm, chất béo, các vitamin đặc biệt là nhóm B và các khoáng vi lượng Gạo lứt có hàm lượng vitamin nhóm B cao nhất trong các loại ngũ cốc

B ảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt và gạo xát trắng

Tên các chất Gạo lứt (%) Gạo xát trắng (%)

G ạo lứt nảy mầm

1.1.2

Sản xuất gạo mầm là quá trình được thực hiện nhằm tăng cường giá trị dinh dưỡng của gạo lứt sau nảy mầm Gạo lứt nảy mầm được làm từ gạo lứt trải qua quá trình ngâm và ủ với nhiệt độ và thời gian thích hợp, tùy từng loại giống sẽ tạo thành một loại gạo với nhiều thành phần chức năng gia tăng: gamma oryzanol,

chất xơ, inositol, axit ferulic, axit phytic, mangan, magiê, kali và đặc biệt là hàm lượng GABA tăng rất cao

Theo kết quả nghiên cứu của Su - Yeon You và cộng sự (2016), trong quá trình gạo lứt nảy mầm, tinh bột dưới tác dụng của enzyme đã bị thay đổi cấu trúc (biến tính) Các chuỗi amylopectin trở nên ngắn hơn, bề mặt tinh bột trở nên xốp

và rỗng hơn dưới kính hiển vi tử quét Hàm lượng tinh bột dễ tiêu hóa tăng lên trong hạt gạo lứt nảy mầm cụ thể: hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh, tinh bột tiêu hóa chậm, tinh bột kháng trong gạo lứt là: 50.5%, 42.4%, 7.1% và trong gạo

lứt nảy mầm là: 69%, 27.9%, 3.1% [3]

Các giai đoạn của quá trình nảy mầm [4]:

Giai đoạn I: Sự hoạt hóa:

Quá trình hấp thụ nước diễn ra nhanh kết quả là có sự xáo trộn về cấu trúc

xảy ra đặc biệt tại tế bào, điều này làm cho quá trình hút nước và hoạt hóa enzym

có sẵn trong hạt Quá trình hô hấp và tổng hợp protein bắt đầu diễn ra

Giai đoạn II: Phôi bắt đầu nảy mầm, dài ra:

Trong giai đoạn này quá trình tổng hợp protein sử dụng những mRNA có

sẵn, tế bào phân chia mạnh mẽ, nhu cầu tiêu thụ oxy là rất lớn để thực hiện quá trình hô hấp, hàng loạt quá trình sinh năng lượng diễn ra ở chu trình TCA, chu

trình glucolysis

Giai đoạn III: Sự tăng trưởng của cây mầm:

Các mRNA và DNA được tổng hợp mới, mầm phát triển nhanh hơn Sự phân chia tế bào xảy ra hai đầu của trục phôi Một đầu phát triển thành chồi mầm,

một đầu phát triển thành rễ mầm trên trục phôi có một hoặc hai lá mầm được gọi là

tử diệp Khi mầm bắt đầu tăng trưởng, trọng lượng tươi và khô của cây mầm bắt đầu tăng

Quá trình nảy mầm làm gia tăng các yếu tố dinh dưỡng đã có trong gạo lứt như lysine, vitamin E, vitamin B1, vitamin B6, magie, canxi, sắt và đặc biệt là γ– amino butyric acid (GABA) tăng gấp 10 lần so với gạo trắng đã qua xay xát và

gấp 4 lần gạo lứt [5]

Gạo mầm không những chỉ đem lại nhiều chất dinh dưỡng mà còn nấu rất

dễ dàng và cho vị hơi ngọt vì các enzyme đã tác động vào các chất đường và đạm trong hạt gạo [5] Quá trình nảy mầm của hạt gạo lứt giúp các enzyme nội bào bên

trong hạt gạo hoạt động và phân cắt thành các chất có khối lượng phân tử lớn (protein, tinh bột,…) thành những chất có khối lượng phân tử nhỏ làm thay đổi, cải thiện cấu trúc của hạt gạo lứt Vì vậy tinh bột dễ dàng bị thủy phân bởi enzyme amylase tạo thành các đường đơn, giúp quá trình tiêu hóa tốt hơn

Có thể sử dụng gạo lứt nảy mầm làm nguyên liệu trong sản xuất các loại

thực phẩm khác nhau, bao gồm: Bánh gạo lứt nảy mầm, bánh mì gạo lứt nảy mầm, bánh rán, bánh quy,…

M ột số thành phần có lợi cho sức khỏe của gạo lứt và gạo lứt nảy 1.1.3

γ-Gamma-aminobutyric acid (GABA)

Nhiều báo cáo đã cho thấy sự gia tăng đáng kể về nồng độ GABA ở gạo lứt

bằng cách nảy mầm (Saikusa và cộng sự, 1994b; Oh và cộng sự, 2002; Oh, 2003; Ohtsubo và cộng sự, 2005; Komatsuzaki và cộng sự, 2007; Sen và cộng sự, 2008;Choi và cộng sự, 2009) [6]

GABA (Gamma aminobutyric acid) có công thức phân tử là C4H9NO2,

là một axit amin quan trọng có ở cả sinh vật bậc thấp và bậc cao, được tạo ra do quá trình decacboxy hóa axit L-glutamic dưới sự xúc tác của enzyme glutamat decacboxylase (GAD)

Trong gạo lứt, GABA được tìm thấy với hàm lượng thấp Nhờ có quá trình

nảy mầm, enzym GAD được tăng cả về khối lượng và năng lực xúc tác, thông qua

sự trao đổi chất của hạt, axit glutamic được phân cắt với số lượng lớn, lượng

GABA tăng lên đáng kể [7]

GABA chất dẫn truyền thần kinh có tác dụng ức chế hệ thần kinh, đảm bảo duy trì sự hoạt động bình thường của não bộ đặc biệt là các neuron thần kinh GABA đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của não bộ, duy trì hoạt động của não có vai trò chính trong việc ức chế sự lan truyền của các tế bào dẫn truyền,

giảm hoạt động của các tế bào thần kinh căng thẳng đến trung khu thần kinh Thiếu GABA con người trở nên căng thẳng, mệt mỏi, lo lắng, mất ngủ, trầm cảm

Axit phenolic

Axit phenolic được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm có nguồn gốc thực

vật; hạt và vỏ của trái cây và lá của rau chứa hàm lượng cao nhất Axit phenolic là

chất chuyển hóa thực vật thứ cấp có mùi thơm, được phổ biến rộng rãi trong giới

thực vật Axit phenolic là một phân lớp của một loại lớn hơn các chất chuyển hóa

thường được gọi là “phenol” [8]

Axit phenolic dễ dàng được hấp thụ qua thành ruột và chúng có thể có lợi cho sức khỏe của bạn vì chúng hoạt động như chất chống oxy hóa ngăn ngừa tổn thương tế bào do các phản ứng oxy hóa gốc tự do Chúng cũng có thể thúc đẩy tình

trạng chống viêm trong cơ thể bạn khi bạn ăn chúng thường xuyên

Gama – oryzanol

Gamma-Oryzanol là một hỗn hợp các lipid có nguồn gốc từ gạo, xuất hiện

chủ yếu trong phần chất béo của cám gạo và dầu cám gạo Gamma-Oryzanol có trong dầu cám gạo ở mức 1-2% Gamma-oryzanol là hỗn hợp các phytosterol bao

gồm campesterol, cycloartanol, cycloartenol, beta-sitosterol, stigmasterol và acid ferulic Các chất phytosterol làm giảm hàm lượng lipid trong máu và acid ferulic

có hoạt tính chống oxy hóa Ngoài cám gạo, γ-Oryzanol cũng được tìm thấy trong lúa mì, ngô, lúa mạch đen, lúa mạch nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều

Gamma-oryzanol đã được chứng minh là có nhiều hoạt động chống oxy hóa, bao gồm dọn sạch các gốc hydroxyl, gốc anion superoxide và gốc DPPH (2,2-diphenyl-I-picrylhydrazyl, một gốc ổn định) Ngoài ra, nó cũng ức chế quá trình peroxy hóa lipid, làm giảm cholesterol, thúc đẩy tuần hoàn máu, bảo vệ sức khỏe tim mạch, huyết áp

Gạo lứt là nguồn cung cấp chất xơ tuyệt vời và ổn định Vì vậy sử dụng gạo

lứt trong bữa ăn, giúp phòng ngừa táo bón, bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư đường tiêu hóa, giảm mỡ máu, phòng ngừa điều trị bệnh tiểu đường

nên cơ thể khó dự trữ được, và lượng dư thường thải ra theo nước tiểu Chính vì

vậy, nó phải được cung cấp hằng ngày [9]

Chất khoáng tồn tại trong hạt gạo lứt chủ yếu ở vỏ cám Thành phần rất đa

dạng, từ các khoáng đa lượng như canxi, phospho đến các khoáng vi lượng như

sắt, kẽm, đồng, Đặc biệt gạo lứt được xem như một nguồn cung cấp magiê, mangan và selen tuyệt vời Các chất khoáng này tham gia vào quá trình điều hòa các hoạt động quan trọng trong cơ thể như trao đổi chất, hoạt động của cơ và hệ

thần kinh [9]

Nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh rằng trong lớp cám của gạo lứt

chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol

xấu, giúp ngăn ngừa các bệnh về tim mạch Đặc biệt, đối với phụ nữ, nó làm giảm nguy cơ ung thư, giảm cholesterol và tốt cho hệ tim mạch của phụ nữ sau mãn

kinh [10] [11]

Cám là lớp vỏ ngoài màu nâu của hạt gạo đã được sử dụng qua nhiều thế kỷ trong kỹ thuật chăm sóc da Dầu cám gạo có tác dụng làm hạ nồng độ cholesterol trong máu Dầu cám gạo là một hoạt chất chiết từ cám gạo có tác dụng chống ung thư, tăng hoạt tính miễn dịch của cơ thể bệnh nhân ung thư

G ạo nếp lứt Anh Đào và dịch thủy phân gạo nếp lứt Anh Đào 1.1.4

Trong sản xuất đồ uống, tinh bột gạo nếp có nhiều ưu điểm như độ hòa tan

tốt khi gia nhiệt, ít bị lắng cặn, có tính đồng nhất cao

Giống lúa nếp Anh Đào do Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp (VINABHTABA) - Bắc Ninh lai tạo và chọn lọc Hiện được gieo trồng ở các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Thái Bình

Đặc tính hạt gạo nếp Anh Đào: Hạt gạo tròn, dẻo sau khi nấu, mùi thơm ngay cả khi để nguội, vị ngọt và dẻo Giống gạo lứt Anh Đào có thành phần dinh dưỡng cân đối, hàm lượng GABA cao 57,33mg/100g và sau khi nảy mầm hàm lượng GABA đạt giá trị cao 190-230 mg/100g gạo Thời gian hút nước bão hòa

ngắn 6 giờ, nhiệt độ ủ ở 350C cho tỷ lệ nảy mầm đạt 99%, hoạt độ enzyme

α-amylase đạt 46,82 (U/g) và GAD đạt 6,32 (U/g) cao Các thông số này đều thích

hợp cho quá trình thủy phân, lên men dịch đường để làm đồ uống giàu dinh dưỡng

[12]

B ảng 1.2 Đánh giá thành phần dinh dưỡng trong gạo lứt Anh Đào

Thành ph ần dinh dưỡng Đơn vị Gạo lứt Gạo lứt nảy

Kết quả ở bảng 1.2 cho thấy, thông qua quá trình nảy mầm, thành phần hóa

học trong gạo có những thay đổi đáng kể, đáng chú ý nhất là thành phần tinh bột

Hình 1-1 Thóc, g ạo lứt và gạo lứt nảy mầm Anh Đào

và đường khử Bên cạnh đó một loạt các vitamin cũng được khảo sát về hàm lượng, mặc dù quá trình nẩy mầm thường sẽ làm giảm hàm lượng các vitamin và khoáng chất đi, nhưng kết quả cho ta thấy số lượng bị giảm đi không đáng kể Chưa kể có những vitamin trong điều kiện nẩy mầm của gạo lứt lại tăng lên như vitamin B2, B6, B9 Vì thế nguồn vitamin và khoáng chất trong gạo lứt nẩy mầm

vẫn là một trong những yếu tố đáng quan tâm khi nghiên cứu ở những công đoạn

tiếp theo

Sau khi nảy mầm ở 350C trong 36 giờ [12], gạo nếp lứt Anh Đào được thủy

phân trong điều kiện tốt nhất cho sự hoạt động của các enzym nội tại Thủy phân

dịch gạo bằng enzyme protease ở 550

C là 30 phút và thủy phân enzym α-amylase ở

750C là 30 phút, tổng thời gian thủy phân là 60 phút [13] Sau khi thủy phân, dịch

thủy phân được lọc sơ bộ bằng vải lọc để tách bã và tiệt trùng ở 1210

C trong 20 phút Đặc điểm dịch sau tiệt trùng có màu trắng đục, mùi gạo thơm nhẹ, dịch còn

lẫn một ít cặn

Quy trình chuẩn bị dịch thủy phân :

Rửa, ngâm nước sát khuẩn

1.2 T ổng quan về lên men

N ấm men

1.2.1

Nấm men phân bố rộng rãi trong tự nhiên Tế bào có hình oval, hình cầu

hoặc kéo dài [14] Nấm men có thể thay đổi hình dạng và kích thước trong các giai

đoạn phát triển và điều kiện môi trường xung quanh Hình thái của chúng không thay đổi chỉ ở các giống nuôi cấy khi còn trẻ trong các môi trường dinh dưỡng tiêu chuẩn So với các vi sinh vật khác tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn:

đường kính khoảng 7µm, chiều dài 8 - 12µm [15]

Nấm men là điển hình cho vi sinh vật kỵ khí tùy tiện Nấm men sử dụng đường để lên men, các chất dinh dưỡng khác có trong môi trường đầu tiên được

hấp thu, sau đó được khuếch tán vào trong tế bào nấm men Rượu và CO2 được tạo thành theo phản ứng tổng quát sau:

C6H12O6 + 2ADP + 3H3PO4 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + H2O

Trong quá trình lên men, ngoài rượu etylic và khí CO2, ta còn thấy nhiều sản phẩm phụ khác Đó là các sản phẩm thứ cấp Các sản phẩm thứ cấp

là glyxerin, axit malic, axetaldehyt, axit axetic, axit pyruvic, axit lactic,

diaxetyl, este, rượu bậc cao [15]

Giống Saccharomyces, quan trọng nhất là loài Saccharomyces cerevisiae (S.cerevisiae), được dùng nhiều trong công nghệ thực phẩm Một số chủng của nấm men này dùng làm bánh mì, một số khác dùng trong công nghiệp rượu, bia, rượu vang, sản xuất glyxerol hoặc enzym invertaza

Nguồn dinh dưỡng chủ yếu là sử dụng các loại đường như: glucose, galactose, saccharose, maltose như nguồn cung cấp cacbon Ngoài ra chúng còn sử dụng axit amin và muối amon như nguồn cung cấp nitơ Trong tế bào nấm men hầu như chứa tất cả các chất cần thiết cho sự sống như: protein, glucid, lipid, các enzyme, các vitamin, các acid amine, các khoáng chất Về mặt dinh dưỡng nấm men rất giàu protein và vitamin, đặc biệt là vitamin nhóm B

S cerevisiae thường có cấu tạo hình elip, đường kính lớn từ 5-10nm và đường kính nhỏ từ 1-7nm, tế bào gia tăng kích thước theo độ tuổi

Trong các sản phẩm đồ uống làm từ ngũ cốc có độ rượu thấp như: Boza,

Kvass, S.cerevisiae đóng vai trò quan trọng tạo ra các este thơm, nâng cao tính

chất cảm quan của sản phẩm

Trong quá trình lên men nấm men S.cerevisiae cung cấp một loạt các hoạt

chất tạo mùi thơm, rất quan trọng cho hương vị phức tạp của đồ uống lên men,

chẳng hạn như bia, rượu vang Có hai nhóm chính các este hoạt động tạo hương

trong đồ uống lên men [16]:

- Nhóm 1 chứa các este axetat (trong đó nhóm axit là axetat và nhóm rượu

là etanol hoặc rượu phức có nguồn gốc từ chuyển hóa axit amin), ví dụ như: isoamyl axetat (mùi thơm chuối) và phenyl etyl axetat (mùi hoa hồng, mật ong),

[16]

- Nhóm 2 là các este etylic (trong đó nhóm rượu là etanol và nhóm axit là axit béo chuỗi trung bình [MCFA]), ví dụ như: ethyl hexanoate (mùi hạt hồi), ethyl octanoate (mùi táo chua), và etyl decanoat (mùi hoa hắc) [16]

- Nhiệt độ tối ưu để sinh trưởng và phát triển của nấm men là khoảng

25-300C Khi nhiệt độ giảm, tốc độ phát triển sinh khối của nấm men giảm dần và hoàn toàn bị ức chế ở nhiệt độ dưới 50C Khi nhiệt độ tăng quá cao sinh trưởng của

nấm men bị ức chế và nấm men sẽ bị chết khi nhiệt độ trên 600

Vi khuẩn lactic được xếp vào họ Lactobacteriaccae Chúng có thể là cầu

khuẩn, trực khuẩn ngắn hoặc dài nhưng đều là vi khuẩn gram dương, không tạo

bào tử và hầu hết không di động [17]

Khả năng sinh tổng hợp của các vi khuẩn lactic thuộc dạng yếu Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật có yêu cầu dinh dưỡng cao Để sinh trưởng bình thường, ngoài một nguồn carbon, chúng cần nitơ một phần dưới dạng các acid amin, một

số vitamin, các chất sinh trưởng và chất khoáng

Lên men lactic là quá trình chuyển hoá đường thành acid lactic nhờ vi sinh

vật, điển hình là vi khuẩn lactic [18] [19] Lên men lactic là 1 trong những loại

hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên

Lên men lactic gồm có lên men đồng hình và lên men dị hình

Lên men đồng hình: Là quá trình lên men đường thành sản phẩm có chứa 85-95% axit lactic, chỉ 1 lượng nhỏ pyruvat bị khử carbon chuyển thành acid acetic, ethanol, CO2 và acetoin Lượng sản phẩm phụ tạo ra phụ thuộc sự có mặt của oxy

Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng hình:

C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP Lên men dị hình: Là quá trình lên men đường thành sản phẩm chỉ chứa dưới 50% axit lactic, ngoài ra còn có các sản phẩm phụ khác nhau như acid acetic, ethanol, CO2, các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành este có mùi thơm

Phương trình tổng quát trong quá trình lên men dị hình:

C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, môi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh Acid lactic thường chiếm 40% lượng đường đã được phân huỷ, acid succinic 20%, rượu etylic 10%, acid acetic 10% và các loại khí gần 20%

Một số loài vi khuẩn lactic có thể mang lại một số lợi ích về sức khỏe hoặc dinh dưỡng tiềm năng như: cải thiện giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, kiểm soát nhiễm trùng đường ruột, cải thiện tiêu hóa, kiểm soát một số loại ung thư và kiểm soát mức cholesterol Tiêu biểu như: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus

plantarum, Leuconostoc mesenteroides, Lactobaterium casei, Lactobacterium bulgaricus

Nhiều nghiên cứu về vi khuẩn lactic được thực hiện vì có khả năng ức chế các vi khuẩn khác, giúp tăng sức đề kháng cho vật chủ Nghiên cứu của Ouwehand

và Vesterlund (2004) đã xác định tế bào vi khuẩn lactic chứa các hợp chất có tính kháng khuẩn như reuterin, reutericyclin, acid 2- Pyrrolidone-5- carboxylic và trong

quá trình sinh trưởng đã tạo ra thêm những thành phần kháng khuẩn khác bao gồm acid lactic, bacteriocin, CO2, H2O2 và diacetyl [20]

Hệ vi sinh vật này là một trong những nguồn vi sinh vật sinh ra bacteriocin,

dạng chất kháng khuẩn có khả năng chống lại sự phát triển của các mầm bệnh và được ứng dụng như chất bảo quản thực phẩm

Hầu hết vi khuẩn lactic đều tổng hợp được bacteriocin nên thành phần kháng khuẩn này rất đa dạng như Lactacin, Nisin, Acidolin, Từ rất lâu các bacteriocin này đã được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm, điển hình là

Nisin [21]

Lactobacilus là một trong những nhóm vi khuẩn lactic có lợi và an toàn đối

với con người, chúng tồn tại ở nhiều nơi trong tự nhiên Lactobacillus là vi khuẩn

Gram dương, không hình thành bào tử, chúng có khả năng tạo ra axit lactic như

một sản phẩm cuối cùng chủ yếu Về mặt hình thái, vi khuẩn Lactobacillus

dạng que, đứng đơn độc hoặc thành chuỗi Chúng sống chủ yếu ở ruột non với khoảng 102

– 105 cfu/ml ruột hồi, và ít hơn với 1% trong ruột kết

Lactobacillus phòng ngừa và ngăn chặn rối loạn tiêu hóa, giúp cân bằng

hệ vi khuẩn đường ruột, khôi phục lại cân bằng vi khuẩn tự nhiên trong cơ thể

Mới đây, đã có nghiên cứu chứng minh được khả năng ức chế một số loại ung thư

của vi khuẩn Lactobacillus [22]

a, Lactobacillus acidophilus (L acidophilus )

L acidophilus là trực khuẩn lên men lactic đồng hình, chịu nhiệt, nhiệt độ tối

thích cho sinh trưởng là 37 – 400C, tối thiểu là 200C Một số chủng có khả năng tạo thành màng nhầy Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẻ, đôi khi chúng tạo thành những chuỗi ngắn, có khả năng chuyển động

Chúng có khả năng lên men 1 số loại đường glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose, saccharose để tạo ra acid lactic Chúng hoàn toàn không có khả năng lên men xylose, arabinose, rahamnose, glycerol, sorbitol, dulcitol, inositol

L acidophilus được coi là loại Probiotic thông dụng nhất Chúng có khả năng

sống 2 ngày trong dịch vị, 5 ngày trong dịch mật tinh khiết, 8 ngày trong dịch

tràng [23] Lactobacillus acidophilus cư trú tại ruột, âm đạo để bảo vệ chống lại sự

xâm nhập hay gia tăng của các sinh vật “có hại” có thể gây bệnh Chúng sản xuất acid lactic và các chất diệt khuẩn bacteriocin ngăn cản sự xâm nhập và ức chế sự tăng sinh của các vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm như E.coli, Salmonella và

một số vi khuẩn lactic khác, giúp cho cơ thể đề kháng với nhiễm khuẩn đường ruột

b, Lactobacillus plantarum (L plantarum)

L plantarum là vi khuẩn gram dương, trực khuẩn Tế bào hình que có đầu tròn, thẳng, kích thước tế bào rộng: 0.7 –1µm, dài: 3 – 8µm, xuất hiện đơn lẻ, theo cặp hoặc theo chuỗi ngắn

L plantarum có một trong những bộ gen lớn nhất được biết đến trong số các vi khuẩn axit lactic và là một loài rất linh hoạt Ước tính độ pH hoạt động sẽ tăng giữa pH 3,4 và 8,8 và khoảng nhiệt độ phát triển là 120C đến 400C, Nhiệt độ phát triển tối ưu là 300C, có khả năng chịu được nồng độ NaCl 5,5%

L plantarum có khả năng phân giải amino acid tyrosine và arginine, và có đến 6 con đường khác nhau chuyển hóa arginine, và đều sinh ra nitric oxide Việc

sinh ra NO giúp ngăn chặn các vi sinh vật gây bệnh như Candida abicans, E.coli,

Shigella, Helicobacter pylory, các amip và kí sinh trùng Bằng cách ngăn chặn sự

bám dính của E.coli vào màng nhầy, L plantarum làm giảm nội độc tố

do E.coli tiết ra

Leuconostoc là vi khuẩn Gram dương, không di động và không tạo bào tử, các tế bào có hình elip hoặc hình cầu, thường hình thành theo cặp hoặc theo chuỗi

Một số đặc trưng của chi Leuconostoc cho nó vị trí quan trọng trong thực phẩm

như: Sản sinh diacetyl, sự chịu đựng của những nồng độ muối cao

Leuconostoc mesenteroides (Leu mesenteroides)

Leu mesenteroides là một loại vi khuẩn lactic (LAB), đóng nhiều vai trò khác nhau, như sản xuất các hợp chất dextran, khí và hương vị Chúng có đường kính khoảng 0,5-0,7 µm và có chiều dài 0,7-1,2µm, tạo ra các khuẩn lạc nhỏ màu xám

thường có đường kính nhỏ hơn 1,0 mm [24]

Leu mesenteroides kỵ khí tùy tiện, Gram dương, không vận động, không bào tử và hình cầu Nó thường hình thành các tế bào theo cặp và chuỗi

Leu mesenteroides sử dụng glucose đường làm nguồn chuyển hóa chính

của nó, cũng như các loại đường khác như sucrose và fructose [25] Sau đó, nó tạo

ra ethanol, lactate và CO2 là sản phẩm của quá trình lên men [25] làm giảm nhanh

độ pH và ức chế sự phát triển của vi sinh vật hư hỏng Khi nuôi trong dung dịch sucrose, nó chuyển đổi đường thành dextrans có hầu hết các liên kết alpha 1,6,

nhưng cũng có liên kết 1,2, 1,3 và 1,4 [25] Leu mesenteroides có khả năng chịu

được pH dịch dạ dày, chịu muối mật và có khả năng kháng một số vi khuẩn gây

bệnh như: E.coli, Listeria, Entero, Staphylicoccus aureus, Pseudomonas

Leu mesenteroides phát triển tốt nhất ở 300C, nhưng có thể tồn tại ở nhiệt

độ từ 100C đến 300C, có thể chịu được nồng độ muối và đường khá cao so với các

vi khuẩn axit lactic khác Độ pH tối ưu của nó là 5,5 nhưng vẫn có thể cho thấy sự

tăng trưởng về độ pH từ 4,5-7,0 [26]

Trong bài báo đánh giá một số tính chất probiotic in vitro và in vivo

của Leu mesenteroides P45 phân lập từ pulque (một loại rượu truyền thống của

Mexico) đã xác định được các protein kháng khuẩn được mã hóa trong bộ gen

của chúng Trong đó có 1 pre-bacteriocins (bacteriocins là peptit có khả năng kháng khuẩn) và 6 enzym peptido glycan hydrolase (PGH) - PGH là các enzym có

thể thủy phân liên kết glycosidic hoặc peptit được tìm thấy trong lớp peptidoglycan của thành tế bào vi khuẩn và cũng tham gia vào các chức năng của

tế bào như tăng trưởng, phân chia và tự phân (autolysins) [27] Các thử nghiệm

hoạt động kháng khuẩn in vitro cho thấy Leu mesenteroides P45 có thể ức chế sự

phát triển của Escherichia coli gây bệnh đường ruột, Salmonella enterica serovar

Typhimurium, Salmonella enterica serovar Typhimurium và Listeria

monocytogenes Ho ạt động in vivo của Leu mesenteroides P45 chống lại sự xâm

nhập của Salmonella enterica serovar Typhimurium trong gan và lách chuột [27]

Sự hình thành màng sinh học gây khó khăn cho việc loại bỏ nhiễm khuẩn

Listeria từ các cơ sở chế biến thực phẩm Năm 2019 đã có nghiên cứu cho thấy

Leu mesenteroides phân lập từ kim chi có thể tạo ra các chất chuyển hóa hoặc protein góp phần ức chế màng sinh học của Listeria monocytogenes [28]

Tương tác của hệ vi sinh vật trong quá trình lên men 1.2.3

Các chủng vi sinh vật khác nhau sẽ có động lực khác nhau trong việc hấp

thụ nguồn cacbon Nấm men nhanh chóng sử dụng các hexose và maltose trước, trong khi sự hấp thụ disacarit của LAB phụ thuộc vào nồng độ các chất bên ngoài

và hiệu suất hấp thu nguồn cacbon thấp hơn nấm men [29] Điều này cũng phụ

thuộc rất nhiều vào lượng cacbonhydrat hoà tan có trong dịch thuỷ phân

Trong một số báo cáo chỉ ra rằng khi lên men chỉ sử dụng LAB thì sự nhân lên của LAB, lượng axit lactic và axit acetic sinh ra sẽ thấp hơn rất nhiều khi lên

men đồng thời LAB với nấm men [30] [31]

Một số chủng S cerevisiae rất nhạy cảm với axit axetic do LAB sản xuất,

đặc biệt là ở độ pH (4.0 ± 4.5)

Khi L plantarum được liên kết với nấm men (S cerevisiae hoặc S exiguus)

với sự hiện diện của sucrose như nguồn carbon, lượng tế bào và axit lactic sẽ tăng

Sự thủy phân sucrose của nấm men giải phóng glucose và fructose, sau đó LAB sẽ

sử dụng nhanh hơn so với sucrose Nấm men thủy phân sucrose nhanh hơn khoảng 200 lần so với các hexoses được lên men, gây ra sự biến mất nhanh chóng

của hàm lượng sucrose trong quá trình lên men [29]

Việc thiếu cạnh tranh cho nguồn carbon chính dường như là một trong

những điều kiện tiên quyết cho sự ổn định của các tổ hợp LAB và nấm men trong quá trình lên men thực phẩm (ví dụ, hệ men trong sữa lên men như kefir, leben và koumiss chủ yếu là không lên men lactose) [29]

Chất khô hòa tan giảm trong quá trình lên men do sự phát triển của nấm men, vi khuẩn hoặc sự đồng phát triển của nấm men và vi khuẩn Sự sụt giảm chất khô hòa tan nhanh chóng do các vi sinh vật trong hệ lên men tiêu thụ các nguồn dinh dưỡng hoà tan để xây dựng tế bào mới cũng như năng lượng hô hấp

Các chuyển hoá nito trong lên men tổ hợp chủng là một trong những chỉ tiêu đánh giá quan trọng về tương tác giữa chúng Khi lên men các axit amin đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích sinh trưởng của các vi sinh vật Axit amin không chỉ có sẵn trong môi trường dịch lên men mà sinh khối vi sinh vật cũng là

một nguồn nito mà khi được giải phóng thì sẽ cung cấp một lượng amin đáng kể

[29]

Sinh khối S cerevisiae chủ yếu giải phóng γ-aminobutyric acid, proline,

valine, isoleucine, glycine, alanine và peptit Trong khi đó LAB chủ yếu giải phóng ra glycine và alanine Đồng lên men LAB – nấm men, môi trường có sử

dụng hỗn hợp NH4C1 và axit amin thì nấm men ưu tiên sử dụng các ion NH4+

Các nấm men chỉ cạnh tranh một phần với LAB trong các nguồn nitơ có

mặt và nấm men cũng tổng hợp, bài tiết các axit amin thiết yếu và kích thích giúp

tăng năng suất tế bào của LAB [29]

LAB có ảnh hưởng đến CO2 và các sản phẩm lên men của nấm men So

với việc lên men S cerevisiae đơn độc thì khi kết hợp S

cerevisiae và L sanfranciscensis thời gian cần thiết để đạt được lượng CO2 tối đa

giảm xuống còn một phần thứ ba [29]

Sự liên kết của LAB và nấm men, bánh mì đạt chất lượng hương vị cao hơn, có thể là gây ra bởi hàm lượng cao hơn 2,3-ethyl-1-butanol, 2-axit methyl-propanoic, axit 3-methyl-butanoic và 2-phenyl-etanol

Kvass là một loại đồ uống lên men nổi tiếng với tổ hợp S cerevisiae - Leu

mesenteroides Trong một nghiên cứu, người ta đã tìm ra tới 25 hợp chất dễ bay hơi tạo mùi cho sản phẩm Kvass và chiết xuất kvass Trong tất cả Kvass và các

mẫu chiết xuất trong tổng số 25 hợp chất dễ bay hơi được phát hiện gồm có: este, rượu, axit, anđehit và xeton Tiêu biểu như: ethylacetate (hương trái cây), hexyl axetat (trái cây, thảo mộc) và etyl decanoate (nho), 2,3-butanedione (bơ) và phenethylbutyrate (hoa), axit axetic (chua), isoamyl axetat (chuối) [33]

1.3 Các nghiên c ứu trong và ngoài nước

Th ức uống từ hạt và xu hướng của xã hội hiện đại

1.3.1

Các loại đồ uống từ hạt đang là xu hướng tiêu dùng mới nổi trên thế giới và

đã bắt đầu được nói tới như một cuộc cách mạng trong ngành đồ uống Việt Nam Trong những năm gần đây, ở Việt Nam sống xanh gắn liền với việc lựa chọn dinh dưỡng sạch, lành và có nguồn gốc từ thiên nhiên Những sản phẩm nổi trội như đồ uống lên men từ hạt, sữa hạt, sữa thực vật ngày càng được ưa chuộng nhờ

những ích lợi mà dòng sản phẩm này mang lại

Sữa hạt hiện đang là nhóm sản phẩm có tốc độ tăng trưởng rất nhanh trên

thị trường thế giới Dựa vào nguồn gốc các nguyên liệu, sữa hạt được chia làm các loại chính: sữa được làm từ ngũ cốc, từ họ hàng nhà đậu như: gạo lứt, đậu

phộng, mè đen, đậu nành, đậu xanh, bắp… Các loại hạt giàu chất béo như: mắc

lợi cho tiêu hóa

Đồ uống từ các loại hạt được ưa chuộng bởi lẽ nó có hương vị thơm ngon, thanh mát, nhẹ nhàng Ngoài ra, chúng còn giúp làm chậm quá trình lão hóa, ổn định huyết áp, tim mạch, cải thiện lượng đường trong máu, ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường,

Các nghiên c ứu trong nước

1.3.2

Sản phẩm từ gạo lứt phù hợp cho người bệnh tim mạch, tiểu đường và muốn giảm cân mà không có tác dụng phụ Các sản phẩm được chế biến từ gạo lứt

đã được bán trên thị trường hiện nay như: cơm gạo lứt rong biển, các loại cháo gạo

lứt như muối mè, các loại bột gạo lứt, trà gạo lứt [10]

Năm 2013, có một đề tài được công bố về quá trình lên men sử dụng vi khuẩn lactic làm nước uống từ gạo lứt: “Thử nghiệm tạo thức uống lên men lactic

từ gạo lứt” của tác giả Nguyễn Thị Quỳnh Ly [34]

Đề tài đã đề xuất quy trình như sau: Gạo lứt sau khi ngâm và nấu chín thành dịch gạo, bổ sung đường và lên men trong 24 giờ, ở pH 4.8 – 5.0, nhiệt độ là 370C

Đồ uống có vị chua ngọt nhẹ và có vi khuẩn sống từ 107

–108CFU/ml Sản phẩm giữ được tình trạng tốt nếu được bảo quản ở nhiệt độ lạnh từ 4 – 60C trong vài tuần [34]

Hiện nay, tại Việt Nam các nghiên cứu về đồ uống từ gạo lứt lên men mới chỉ sử dụng một chủng nấm men hoặc một chủng vi khuẩn lactic, chứ chưa có đề tài nghiên cứu sử dụng tổ hợp nấm men-vi khuẩn lactic

Các nghiên c ứu nước ngoài

1.3.3

Hầu hết các nước trên thế giới đều có các loại đồ uống lên men từ hạt truyền thống riêng, đặc trưng cho khí hậu và văn hóa của mình như: Amazake của

Nhật Bản, Kvass của Nga, Bushera ở vùng cao nguyên phía Tây của Uganda, Oat

của Bulgaria và Mỹ, Boza của Thổ Nhĩ Kì , Bulgari

Boza là đồ uống thông dụng ở Anbani, Bulgari, Serbia, Montenegro, Macedonia, Thổ Nhĩ Kỳ

Đặc điểm: Thức uống này được làm từ bột bắp, lúa mì và gạo, là chất lỏng

có độ nhớt cao, chứa acid lactic và độ rượu dưới 1% được tạo ra trong quá trình lên men Boza có màu vàng nhạt, vị chua ngọt tùy theo các nước khác nhau

Quy trình sản xuất Boza:

- Hạt kê, gạo và đậu xanh (tỷ lệ: 2:1:1); chất lượng và hương vị tốt nhất của boza được quyết định phân lớn từ hạt kê

- Nước được thêm vào với tỷ lệ 1:5 (hạt ngũ cốc: nước) cho các hạt ngũ cốc

đã xay và hỗn hợp này được gia nhiệt tới nhiệt độ 750C trong 2 giờ bằng nồi hấp,

có khuấy trộn Khi thấy hỗn hợp được tạo thành dạng bột nhão đồng nhất thì dừng

lại

- Hỗn hợp được làm nguội, sau đó được pha loãng bằng nước đến hàm lượng chất khô là 8% bằng cách rửa bã với lượng nước khoảng ¼ dịch cần trước lên men Sau đó hỗn hợp được lọc thô để loại bỏ các hạt không mong muốn (hạt có kích thước quá to hoặc các loại tạp chât như cát, đá,…)

- Hỗn hợp sau khi lọc được làm nguội đến khoảng 300C Thời gian làm mát

có thể từ 12-24 tiếng Nhiệt độ lên men là 30oC, quá trình lên men được thực hiện trong 2 ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ quá trình lên men

Chủng giống lên men: L acidophilus, S cerevisiae

Thức uống Amazake là loại rượu của Nhật Bản được lên men từ gạo mà

chủ yếu là gạo lứt Sản phẩm có tinh bột, oligosarccharide, lactose, sữa nguyên kem

Đặc điểm: Nồng độ rượu khá thấp dưới 1%, có vị ngọt thanh, màu trắng đục đặc trưng khi rót ra nên thích hợp uống vào những ngày đông lạnh giá

Rượu Amazake có lợi cho sức khỏe bởi chứa nhiều canxi, chất sắt, vitamin

B, phosphorus,…và các mầm của hạt gạo cũng chứa nhiều axit béo cần thiết cho

cơ thể Loại rượu này chứa nhiều men vi sinh tốt cho đường tiêu hóa, phù hợp cho

cả trẻ em lẫn phụ nữ đang mang thai

Quy trình sản xuất Amazake: Gạo (16g) cho thêm nước cất 24ml → ngâm trong 30 phút → nấu chín ở 1050C trong 20 phút → làm lạnh, thêm dung dịch nuôi

cấy Lactobacillus amylovorus vào → đường hóa ở 550

Chủng giống lên men: Lactobacillus amylovorus

Môi trường nuôi Lactobacillus amylovorus gồm: 2% sữa không kem, 0,1%

cao men (pH 6,8), 1% glucose, sucrose, tinh bột hoặc bắp khô, nước 100ml Khử trùng ở 1050C trong 30 phút (nếu dùng bắp thì khử trùng ở 1500C trong 4 giờ)

Kvass là một loại nước truyền thống của Nga

Đặc điểm: Kvass là một thức uống lên men làm từ lúa mạch đen hoặc bánh

mì lúa mạch đen nguyên cám Màu của nguyên liệu lúa mạch là yếu tố quyết định màu đậm hay lợi của kvass Tuy là sản phẩm lên men nhưng ở Nga, kvass được

liệt là loại thức uống không cồn vì lượng rượu thấp hơn chỉ số 1,2% Kvass thông

thường có hàm lượng rượu khá thấp (0,05% - 1,0%) Món uống này được chế biến

với các gia vị phụ gia dùng rau thơm (như bạc hà) hay trái cây (như dâu tây) Ẩm

thực Nga còn dùng kvass để chế biến món súp lạnh mùa hè gọi là okroshka Kvass thường không được lọc, khi uống, nó vẫn còn nấm men, thêm hương vị tuyệt vời cũng như hàm lượng vitamin B khá cao trong thành phần của nó

Quy trình sản xuất: 1 kg bánh mì (cắt thành hình khối nhỏ và làm khô trong

không khí) được trộn với 3000ml nước ở nhiệt độ khoảng 800C trong 30 phút khuấy đều Sau 30 phút, thêm vào 3000ml nước ở nhiệt độ khoảng 700C Sau đó, chiết xuất trong 1,5 giờ với khuấy Sau đó lọc toàn bộ hỗn hợp qua vải thưa và thêm tiếp 3000 ml nước nữa ở nhiệt độ 700C Thêm 200g đường hòa tan trong

1000 ml nước, 40g men và 50g nho khô vào hỗn hợp được ủ trong 24 giờ ở 280

C

để lên men Sau đó kvass được tách khỏi cặn qua rây có lót bông gạc và 50g nho khô còn lại được thêm vào Kvass được làm ngọt (khoảng 100g đường cho khoảng

6 lít kvass), sau đó rót vào lọ thủy tinh (dung tích 1000ml), đậy nắp kín và bảo

quản trong tủ lạnh (khoảng 80C) trong thời gian hai tuần

Chủng giống lên men: S cerevisiae, Leu mesenteroides

Kvass không chỉ được yêu thích nhờ giá trị dinh dưỡng, mà các nhà khoa

học còn kết luận kvass tác dụng lên cơ thể cũng tương tự như sữa chua đặc Kvass cũng như mọi sản phẩm lên men của lactic, giúp điều hòa hoạt động giữa ruột và

dạ dày, ngăn ngừa những vi khuẩn gây bệnh, tăng cường quá trình trao đổi chất và

có tác dụng tốt với hệ tim mạch Những khả năng chữa bệnh của kvass có được là

nhờ hàm lượng axit, vitamin, những aminoaxit tự nhiên, các loại đường và các nguyên tố vi lượng khác có trong nó

1.4 Tiêu chí s ản phẩm nghiên cứu

Đồ uống nghiên cứu là sản phẩm của quá trình lên men đồng thời nấm men và vi khuẩn lactic từ dịch gạo lứt nảy mầm mang các tiêu chí sau đây:

- Sản phẩm có dạng lỏng, màu trắng đục, đồng đều

- Mùi thơm hài hòa giữa sự thơm nhẹ của sản phẩm lên men lactic, một chút xíu mùi rượu thoang thoảng và mùi thơm nhẹ nhàng của gạo lứt

- Vị chua ngọt nhẹ hài hòa tự nhiên

- Có lợi cho sức khỏe người sử dụng

- Nồng độ rượu: dưới 1%

- Một số thành phần dinh dưỡng tiêu biểu khác: GABA, Axit amin, chất xơ hòa tan, các vitamin nhóm B, các chát chống oxi hóa, khoáng chất

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 V ật liệu nghiên cứu

D ịch thủy phân

2.1.1

Gạo lứt Anh Đào được lấy từ Phòng thí nghiệm C10-101, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Sau đó được đem tách vỏ bằng máy xay xát Satake (Nhật) Gạo lứt bảo quản trong bao bì plastic trong ngăn mát tủ lạnh không quá 7 ngày Chuẩn bị dịch thủy phân và bảo quản ngăn mát tủ lạnh

Đặc điểm dịch sau tiệt trùng: Dịch có màu trắng đục, mùi gạo thơm nhẹ,

dịch còn lẫn một ít cặn sau quá trình thủy phân

B ảng 2.1 Thành phần dịch gạo lứt Anh Đào nảy mầm sau thủy phân

Vi sinh v ật

2.1.2

- Nấm men Saccharomyces cerevisiae (S cerevisiae) sử dụng trong nghiên

cứu là những chủng được lấy từ bộ sưu tập của Viện công nghệ Sinh học- công nghệ Thực phẩm, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội gồm:

+ Nấm men S cerevisiae K tạo hương tốt

+ Nấm men S cerevisiae 12 lên men nhanh, tạo nhiều cồn, tạo hương tốt

+ Nấm men S cerevisiae 28 lên men tốt, tạo hương vị tốt

- Vi khuẩn lactic sử dụng trong nghiên cứu là những chủng được lấy từ bộ sưu tập của Viện công nghệ Sinh học- công nghệ Thực phẩm, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội gồm:

+Vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides K (Leu mesenteroides K)

+Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus VAST (L acidophilus VAST)

+ Vi khuẩn Lactobacillus plantarum NCDN4 (L plantarum NCDN4)

2.2 Thi ết bị sử dụng trong nghiên cứu

B ảng 2.2 Danh mục thiết bị và dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu

12 Nồi hấp tiệt trùng Hirayama, Đức

15 Máy votex Trung Quốc

2.3 Hóa ch ất - môi trường

Môi trường Sabouraud

2.3.3 Môi trường Luria-Bertani (LB)

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên c ứu chọn chủng nấm men thích hợp

2.4.1

- Nấm men được hoạt hóa trong môi trường Sabouraud, sau đó tăng sinh trên môi trường dịch chiết malt lỏng, rồi tiến hành kiểm tra đặc điểm hình thái bằng phương pháp trang đĩa thạch môi trường Sabouraud có bổ sung agar 2% và soi kính hiển vi

- Quan sát hình thái tế bào của các chủng vi khuẩn bằng phương pháp nhuộm Gram

- Quan sát hình thái khuẩn lạc của chủng bằng phương pháp nuôi cấy trên đĩa peptri môi trường Sabouraud có bổ sung agar 2%

- Nấm men nghiên cứu được tăng sinh và hoạt hoá trong môi trường gồm: nước chiết malt 11o

Bx, MgSO4.7H2O: 0,7g, K2HPO4: 0,1g, KH2PO4: 1g,

NaCL:0,5g [39] Điều kiện nuôi ở nhiệt độ 300C

- Sau đó, nấm men được cấp sang môi trường dịch gạo với tỷ lệ cấp giống

là 106 CFU/ml, nuôi ở 300

C

- Định kỳ 3 giờ lấy mẫu để khảo sát khả năng sinh trưởng bằng phương pháp trang đĩa, đếm khuẩn lạc

- Khảo sát trong 36 giờ

- Khả năng lên men của các chủng nấm men được tiến hành trong ống einhorn