Kefir là một hệ vi sinh vật cộng sinh gồm Lactobacillus sp., Acetobacter sp., Leuconostoc sp., Bifidobacteria sp. và nấm men và nước Kefir đem lại nhiều lợi ích về sức khỏe. Nước ép lựu có hương vị thơm ngon, giàu dinh dưỡng và cũng có tác dụng bất ngờ với sức khỏe. Quá trình lên men nước ép lựu bằng Kefir bao gồm lên men Lactic và lên men rượu. Nghiên cứu được thực hiện bằng các phương pháp phân tích hóa lý bao gồm: xác định tổng hàm lượng chất rắn hòa tan theo TCVN 7771:2007, xác định pH theo TCVN 12348:2018, xác định hàm lượng CO2, xác định hàm lượng Cacbohydrate tổng số bằng phương pháp phenol-sulfric acid, xác định hàm lượng Phenolics tổng số theo phương pháp Phenol-axit sulfuric và phương pháp phân tích vi sinh. Quá trình nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men như thời gian, tỉ lệ Kefir, nồng độ chất khô hòa tan và nhiệt độ để từ đó chế biến ra sản phẩm probiotic ngon và giàu dinh dưỡng có hương vị thơm ngon, vị hơi chua ngọt dịu, có gas và hơi lên men. Qua quá trình tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lý số liệu và tổng hợp các kết quả thu nhận được, có thể rút ra các yếu tố tối ưu cho quá trình lên men nước ép lựu lên men sử dụng nấm Kefir như sau:
TỔNG QUAN
Giới thiệu về quá trình lên men và nước hoa quả lên men
1.1.1 Giới thiệu về quá trình lên men
Lên men là quá trình chuyển hoá hoá học diễn ra nhờ sự hoạt động của các vi sinh vật, thường tạo ra khí và nhiệt Các nhà vi sinh vật định nghĩa lên men là quá trình sản xuất sản phẩm thông qua việc nuôi cấy một lượng lớn vi sinh vật Trong khi đó, các nhà sinh hoá học coi đây là một quá trình sinh năng lượng từ các hợp chất hữu cơ, liên quan đến chất nhường và nhận điện tử Do đó, lên men được xem là một quá trình kỵ khí, trong đó năng lượng được sản sinh mà không cần oxy hoặc chất nhận điện tử vô cơ.
Trong công nghệ sinh học, công nghệ lên men không chỉ bao gồm việc sử dụng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí để sản xuất các sản phẩm truyền thống, mà còn áp dụng vi sinh vật hiếu khí, cùng với tế bào động vật và thực vật trong các nồi lên men có sục khí, nhằm tổng hợp các sản phẩm mong muốn.
Như vậy, lên men là các quá trình chuyển hóa do vi sinh vật thực hiện trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí.
1.1.1.2 Cơ chế của quá trình lên men
* Quá trình lên men etylic:
Quá trình lên men etylic được mô tả bằng phương trình tổng quát: C6H12O6 + 2(P) + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2↑ + 2ATP, trong đó đường được chuyển hóa thành axit piruvic qua chu trình EMP Tại giai đoạn chuyển hóa từ glixeraldehit-3 photphat đến axit 1,3-diphotphoglixeric, ba hidro được tách ra và gắn với NAD+ để tạo thành NADH2, sau đó hidro này được sử dụng để khử axetaldehit thành rượu etylic Quá trình chuyển hóa glucose thành ethanol và CO2 diễn ra trong tế bào chất của nấm men trong điều kiện kỵ khí, với ethanol và CO2 được thải ra môi trường lên men Ngoài sản phẩm chính là rượu etylic, quá trình này còn tạo ra nhiều sản phẩm phụ như axit (axetic, lactic, citric, propionic, succinic), aldehyt axetic, este và rượu bậc cao Lên men rượu etylic được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đồ uống có cồn như rượu, bia và nước hoa quả lên men.
* Quá trình lên men lactic:
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa kỵ khí đường thành axit lactic nhờ vi khuẩn lactic Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất acid lactic, các sản phẩm từ sữa như sữa chua và phô mai, cũng như muối chua rau quả, thịt chua, tôm chua và ủ chua thức ăn gia súc Có hai dạng lên men lactic: lên men đồng hình và lên men dị hình.
Lên men đồng hình, hay còn gọi là lên men điển hình, sản xuất chủ yếu axit lactic với tỷ lệ 80 – 90%, bên cạnh đó chỉ tạo ra một lượng rất nhỏ các sản phẩm phụ khác Phương trình tổng quát của quá trình này là C6H12O6.
Quá trình chuyển hóa glucozơ thành axit pyruvic ở vi khuẩn lactic đồng hình diễn ra qua con đường đường phân (glycoliz) tương tự như ở các vi khuẩn kỵ khí và nấm men rượu Ở những vi khuẩn này, do thiếu enzyme pyruvatdecacboxylaza, axit pyruvic không bị phân giải mà trở thành chất nhận điện tử cuối cùng Axit pyruvic tương tác với NADH2, tạo ra một chất nhận điện tử tạm thời trong quá trình oxy hóa photphoglyxerinaldehyt thành axit photphoglyxerinic Kết quả là axit pyruvic được khử thành axit lactic, trong khi NADH2 được oxy hóa thành NAD Phản ứng này được xúc tác bởi enzyme lacticodehydrogenaza và có thể được biểu thị bằng phương trình: CH3COCOOH + NADH2 → CH3CHOHCOOH + NAD.
Lên men dị hình, hay còn gọi là lên men không điển hình, chủ yếu tạo ra axit lactic, chiếm 50% sản phẩm, cùng với nhiều sản phẩm phụ như axit axetic, rượu etylic, CO2 và có thể có axetoin và diaxetyl Diaxetyl mang lại mùi thơm đặc trưng cho sản phẩm Quá trình chuyển hóa glucose ở vi khuẩn lên men dị hình khác với vi khuẩn lên men đồng hình, do thiếu enzyme aldolaza Sau khi phosphoryl hóa, glucose bị oxy hóa và khử CO2, sau đó tham gia vào con đường pentozophotphat Enzyme photphoxetalaza biến đổi thành aldehytphotphoglyxerin, rồi chuyển hóa thành axit pyruvic và tiếp tục được khử thành axit lactic Axetylphotphat có thể bị khử thành axit axetic hoặc rượu etylic qua aldehyt axetic, với axit pyruvic và aldehyt axetic là chất nhận điện tử cuối cùng trong quá trình này.
1.1.1.4 Các sản phẩm của quá trình lên men
Mỗi chủng giống vi sinh vật có đặc điểm sinh trưởng và phát triển riêng trong các quá trình lên men, dẫn đến việc tạo ra các sản phẩm tối ưu khác nhau Sản phẩm từ các quá trình lên men chủ yếu bao gồm hai dạng: sinh khối vi sinh vật và các sản phẩm trao đổi chất của chúng.
Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, vi sinh vật chủ yếu tập trung vào sinh trưởng và phát triển, đặc biệt khi môi trường có đủ chất dinh dưỡng và điều kiện thuận lợi Vi sinh vật phát triển mạnh mẽ tạo ra sinh khối lớn, trong đó có các sản phẩm thương mại như Protein đơn bào (SCP) từ tảo đơn bào như Chlorella và Spirulina, cung cấp dinh dưỡng cho con người và động vật, cũng như tế bào nấm men dùng trong làm bánh Ngoài ra, sinh khối vi sinh vật còn được ứng dụng trong sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học và phân bón vi sinh cố định đạm trong nông nghiệp.
Trong quá trình lên men, bên cạnh sự tăng sinh khối của vi sinh vật, còn diễn ra quá trình tích lũy các sản phẩm trao đổi chất Trong pha tăng tốc, vi sinh vật sản sinh nhiều chất cần thiết cho sự sinh trưởng như nucleotit, axit nucleic, axit amin, protein, cacbohydrat, và lipit Đồng thời, chúng cũng tạo ra các sản phẩm phụ như etanol, axeton, và butanol, được xem là năng lượng từ quá trình trao đổi chất Những sản phẩm này được gọi là các chất trao đổi sơ cấp, phản ánh giai đoạn thích nghi của vi sinh vật.
Chất trao đổi thứ cấp là các sản phẩm được sinh ra bởi vi sinh vật, không có vai trò rõ ràng trong quá trình trao đổi chất chính Giai đoạn này, còn được gọi là pha tự phát, tạo ra nhiều chất từ các chất trung gian và sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất sơ cấp Tuy nhiên, quá trình trao đổi chất thứ cấp có thể bị kiềm chế trong một số trường hợp, do đó, việc lựa chọn môi trường nuôi cấy để sản xuất các chất trao đổi thứ cấp cần phải được thực hiện một cách cẩn thận.
Enzym có thể được sản xuất thông qua việc nuôi cấy vi sinh vật, thực vật và động vật Nhiều enzym từ thực vật và động vật được tạo ra bằng phương pháp lên men vi sinh vật Mặc dù phần lớn enzym được sinh ra trong pha tiền phát, một số enzym như amylaza, nhờ vào Bacillus stearothermophilus, lại được sản xuất trong pha tự phát và đóng vai trò là chất trao đổi thứ cấp.
Quá trình lên men là phương pháp quan trọng trong sản xuất nhiều loại thực phẩm như sữa chua, phomat, thịt lên men, bánh mì, đồ uống có cồn, dấm, và rau quả muối chua Một ví dụ điển hình là sự chuyển hóa glucozơ thành etanol, tạo ra đồ uống có cồn Quá trình này bắt đầu với sự hình thành pyruvat, sau đó etanol được tạo ra thông qua hai phản ứng đơn giản.
Trong quá trình lên men nấm men, CO2 được tách ra khỏi pyruvat để hình thành axetaldehyt Sau đó, axetaldehyt sẽ bị khử bởi NADH và chuyển hóa thành etanol, thành phần chính trong đồ uống có cồn Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình chuyển hóa glucozơ thành etanol.
Vi khuẩn lactic là loại vi khuẩn ưa thích trong quá trình lên men axit lactic, sử dụng con đường chuyển hoá EMP để chuyển đổi glucose thành pyruvat, sau đó khử pyruvat thành lactat với sự tham gia của NADH Ngoài ra, vi khuẩn cũng có các con đường chuyển hoá xen kẽ khác để hình thành lactat từ glucose, cho thấy quá trình lên men không chỉ giới hạn ở con đường EMP.
Giới thiệu về hạt Kefir
Kefir, thường được gọi là “Nấm Kefir” hoặc “men Kefir”, là một hệ cộng sinh đặc biệt gồm nấm men, vi khuẩn axit lactic và axit axetic Xuất xứ từ dãy núi Kavkaz ở Liên Xô cũ, Kefir đã được sử dụng hàng ngàn năm như một phương thuốc tự nhiên do các tu sĩ Ấn Tạng phát hiện Loại nấm này có khả năng biến đổi sữa nhờ vào hệ vi sinh vật phức tạp, mang lại nhiều lợi ích cho sức khoẻ Người dân nơi đây chế biến Kefir từ sữa của các sinh vật khác nhau và lên men tự nhiên trong túi da thú, coi đây là quà tặng từ đấng Allah Họ tin rằng Kefir là tài sản quý giá của bộ tộc, giúp họ sống khỏe mạnh, không mắc các bệnh như ung thư hay lao phổi, và có tuổi thọ trung bình lên đến 110 tuổi, khiến núi Kavkaz trở thành nơi duy nhất trên thế giới có người đạt sức khoẻ hoàn toàn ở độ tuổi này.
Hạt Kefir chỉ được sản xuất với số lượng nhỏ ở Moscow vào đầu thế kỷ 20, với nguyên liệu từ sữa dê, sữa cừu hoặc sữa bò Việc sản xuất Kefir cho mục đích thương mại mà vẫn giữ được chất lượng truyền thống là một thách thức, do người ta thường sử dụng các dụng cụ bằng gỗ, đất sét hoặc da thú thay vì kim loại trong quá trình chế biến Đến năm 1950, phương pháp lên men có khuấy trộn đã được công nhận là một phương pháp sản xuất Kefir chất lượng.
Hiện nay, có hai loại Kefir: một loại ngọt được lên men từ nước trái cây và đường, và một loại được lên men từ sữa Sản phẩm Kefir chứa vi khuẩn lactic và nấm men, phát triển cộng sinh trong môi trường sữa, mang đến vị chua đặc trưng và hương thơm nhẹ của nấm men.
1.2.2 Thành phần của hạt Kefir
Trong quy trình sản xuất Kefir, tổ hợp vi sinh vật được sử dụng dưới dạng hạt Kefir Những hạt này có màu từ trắng đến vàng nhạt, hình dạng không đồng nhất và thường kết thành chùm, tạo hình dạng giống hoa Chou-fleur với đường kính trung bình.
5 đến 20 mm [5] Hạt Kefir là phức hệ vi sinh vật gắn với nhau bởi chất polisaccharide Các hạt này bao gồm chủ yếu là vi khuẩn lactic (Lactobacilli,
Lactococci, Leuconostoc và nấm men, cùng với vi khuẩn A.aceti và A.racens, tạo thành một khối cầu vi sinh vật trong Kefir Mặc dù chưa được nghiên cứu hoàn toàn, nhưng hàng nghìn năm tiêu thụ Kefir đã chứng minh rằng hệ vi sinh vật này không chỉ an toàn mà còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh như Salmonella và Shigella.
Cấu trúc chính của hạt Kefir chủ yếu được tạo thành từ polisaccharide, trong đó nước chiếm 90% và chất khô chiếm 10% Các vi sinh vật như Kefiranofaciens và L kefir đóng vai trò quan trọng trong việc sản sinh polisaccharide, cần thiết cho sự hình thành của hạt Kefir Thành phần chất khô bao gồm 3-4% chất béo, 30% protein, 7% tro và 55% chất chiết xuất không chứa nitơ (NES) Tổng protein đạt 34,3%, với 27% là protein không hòa tan, 1,6% là protein hòa tan và 5,6% là acid amin tự do.
1.2.3 Hệ vi sinh vật trong hạt Kefir
Các thành viên của hệ vi sinh hạt Kefir được phân chia thành bốn nhóm vi sinh vật chính: vi khuẩn axit lactic (LAB), trong đó chủ yếu là các loài Lactobacillus.
Liquorilactobacillus, trước đây thuộc chi Lactobacillus, cùng với nấm men như Saccharomyces cerevisiae, vi khuẩn axit axetic chủ yếu thuộc chi Acetobacter và Bifidobacteria, đã được nghiên cứu kỹ lưỡng Các nghiên cứu chỉ ra rằng hạt nước kefir chứa nhiều vi sinh vật có lợi cho sức khỏe.
Lactobacillus sp chiếm 70%, là những loài vi khuẩn ưa ẩm và ưa nhiệt, tham gia vào quá trình lên men lactic thông qua cơ chế lên men đống hình và dị hình Trong khi đó, Acetobacter sp chiếm 10% trong thành phần vi sinh vật.
Leuconostoc sp (10%), Bifidobacteria sp (5%) và các vi khuẩn khác (5%) là những thành phần chính trong hạt kefir nước Nghiên cứu cho thấy hạt kefir nước chứa khoảng 39% Lactobacillus sp., 31% Lactococcus sp và 30% nấm men, bao gồm cả các loài lên men và không lên men đường lactose Các loài nấm men lên men đường lactose thường nằm gần bề mặt hạt kefir, trong khi các loài không lên men lại ở sâu bên trong Quá trình trao đổi chất của nấm men tạo ra rượu và cacbon dioxyt, đồng thời phân giải một phần protein, góp phần tạo nên mùi đặc trưng của kefir Hàm lượng acid lactic, alcohol và cacbon dioxyt trong kefir được điều chỉnh bởi nhiệt độ lên men.
1.2.4 Dinh dưỡng và những lợi ích về sức khoẻ của Kefir
Nghiên cứu khoa học cho thấy Kefir là một sinh vật phức tạp, kết hợp giữa vi khuẩn và nấm men Kefir có nhiều đặc tính chức năng như kháng khuẩn, chống ung thư và chứa men vi sinh Nó mang lại nhiều lợi ích sức khỏe, bao gồm giảm cholesterol và cải thiện khả năng dung nạp đường sữa ở người.
Kefir không chỉ chứa vi khuẩn có lợi và nấm men mà còn giàu khoáng chất và acid amin thiết yếu, giúp chữa bệnh và duy trì chức năng cơ thể Các protein hoàn chỉnh trong Kefir dễ dàng tiêu hóa, cho phép cơ thể hấp thu hiệu quả Tryptophan, acid amin phong phú trong Kefir, có tác dụng xoa dịu hệ thần kinh Bên cạnh đó, Kefir cung cấp nhiều canxi và magie, cần thiết cho một hệ thần kinh khỏe mạnh, cùng với lượng lớn phospho giúp sử dụng carbohydrate, chất béo và protein, hỗ trợ sự phát triển tế bào và cân bằng năng lượng Ngoài ra, Kefir còn giàu vitamin B12, B1 và K, cũng như là nguồn biotin tuyệt vời, giúp cơ thể hấp thu các vitamin khác như acid folic và acid pantothenic Vị chua và men của Kefir cũng hỗ trợ tiêu hóa các loại thực phẩm khác, trong khi chứa nhiều nhũ khuẩn giúp chống lại vi khuẩn gây bệnh.
Nước Kefir mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm khả năng kháng khuẩn, chống viêm và chống oxy hóa, bảo vệ gan, hỗ trợ chữa lành vết thương, giảm cholesterol và LDL, bảo vệ dạ dày, cùng với đặc tính Probiotic và Prebiotic.
1.2.5 Các sản phẩm lên men từ Kefir
Sữa chua Kefir được sản xuất qua hai giai đoạn lên men chính: lên men lactic và lên men rượu Giai đoạn đầu tiên, quá trình lên men lactic diễn ra ở nhiệt độ 23 độ C, tạo ra hương vị đặc trưng và lợi khuẩn cho sản phẩm.
Quá trình sản xuất sữa chua Kefir bắt đầu bằng việc lên men lactic ở nhiệt độ 25°C trong 12-14 giờ, giúp giảm pH và tạo ra cấu trúc cùng hương vị đặc trưng Sau đó, nhiệt độ được hạ xuống 14-16°C để thực hiện lên men rượu trong khoảng 12 giờ Lên men rượu là bước quan trọng để tạo ra hương vị đặc trưng cho sữa chua Kefir, nhưng cần phải thực hiện sau lên men lactic Nếu lên men rượu diễn ra trước, cồn sinh ra sẽ ức chế vi khuẩn lactic, dẫn đến việc quá trình lên men lactic không xảy ra, từ đó không hình thành cấu trúc và hương vị mong muốn của sữa chua.
Giới thiệu về nước lựu
Lựu, với tên khoa học là Punica granatum L., thuộc họ Lựu Punicaceae, được trồng rộng rãi không chỉ để làm cảnh mà còn để lấy quả Được biết đến như trái cây của vườn địa đàng, lựu nổi bật với hương vị thơm ngon và nhiều lợi ích cho sức khỏe Hạt lựu, phần ăn được của quả, bao gồm cùi màu đỏ chiếm 78% và hạt chiếm 22%, tổng cộng chiếm 45-52% trọng lượng quả, thường được dùng để làm nước ép với vị chua ngọt Hạt lựu chứa 85% nước, 10% đường, 1,5% pectin, và các axit hữu cơ như axit ascorbic, citric và malic, cùng với 5% hợp chất sinh học như phenolics và flavonoid Màng hạt chứa tannin thủy phân và ellagitannin, cũng như polyphenol như flavonoid và anthocyanin, tạo nên màu đỏ rực rỡ, với hàm lượng anthocyanin dao động từ 9 đến 115 mg/L nước ép.
Nước ép lựu chứa một lượng lớn axit, polysacarit, vitamin và phenolics, đặc biệt là anthocyanin, mang lại khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ Punicalagin là hợp chất phenolic chủ yếu trong nước ép lựu, nổi bật với khả năng chống oxy hóa vượt trội.
Nước ép lựu nổi bật với khả năng chống oxy hóa vượt trội, cao gấp 2 đến 8 lần so với các loại nước ép trái cây khác như nho, cam, bưởi và việt quất, đồng thời cao hơn ít nhất 20% so với rượu vang đỏ và trà đá Theo bảng thành phần dinh dưỡng Việt Nam, trong 100g nước ép lựu chứa 70 Kcal, 79,6g nước, 0,6g protein, 16,2g carbohydrate và 2,5g chất xơ Nước ép lựu cũng cung cấp nhiều vitamin như Vitamin C (6mg), Vitamin E (0,60mg), Vitamin K (16,4μg) và các vitamin nhóm B Về khoáng chất, nước ép lựu chứa canxi (13mg), sắt (0,70mg), magie (3mg), phốt pho (23mg), kali (259mg), natri (3mg), kẽm (0,12mg), đồng (0,158mg), mangan (0,119mg) và selen (0,5μg).
Nước ép lựu (Punica Granatum L.) được ưa chuộng không chỉ vì hương vị thơm ngon mà còn nhờ vào nhiều lợi ích sức khỏe đáng kể Theo báo Sức khỏe và Đời sống, cùng với nhiều nghiên cứu lâm sàng và tiền lâm sàng, lựu đã được chứng minh có đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư, hỗ trợ điều trị tiểu đường, tốt cho tim mạch, hạ lipid, bảo vệ thần kinh và có hoạt tính kháng virus.
Lý do chọn đề tài
Nhận thức của người tiêu dùng về mối liên hệ giữa thực phẩm và sức khỏe đã gia tăng, đặc biệt sau đại dịch Covid-19, thúc đẩy nhu cầu đối với thực phẩm chức năng, đặc biệt là các sản phẩm probiotic Kefir, một sản phẩm lên men nổi bật, đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu nhờ vào lợi ích sức khỏe tiềm năng của nó, mặc dù vẫn chưa được phổ biến rộng rãi trong cộng đồng tiêu dùng Nghiên cứu cho thấy Kefir chứa nhiều vi sinh vật có lợi, góp phần cải thiện hệ vi sinh đường ruột và nâng cao sức khỏe con người.
Sữa chua là sản phẩm sữa lên men phổ biến nhất trên toàn cầu, nhưng các sản phẩm từ sữa có thể gây ra dị ứng hoặc không dung nạp ở một số người Tại châu Âu, tỷ lệ dị ứng protein sữa ở trẻ em là 6-8% và 2% ở người lớn, trong khi 1/3 dân số thế giới mắc phải tình trạng không dung nạp lactose Ngoài ra, có khoảng 600 triệu người ăn chay trên thế giới, với tỷ lệ người ăn chay lần lượt là 2%, 4% và 1% tại Mỹ, Thụy Điển và Đức Ngành công nghiệp sản phẩm chay và thuần chay đang phát triển mạnh mẽ với mức tăng trưởng khoảng 10% mỗi năm.
Đồ uống lên men không từ sữa đang trở thành lựa chọn phổ biến cho những người mẫn cảm với protein sữa, không dung nạp lactose, và người ăn chay Các sản phẩm này, đặc biệt là nước ép lựu, được ưa chuộng nhờ vào lợi ích sức khỏe và khả năng chống oxy hóa vượt trội, cao gấp 2 đến 8 lần so với các loại nước trái cây khác và hơn 20% so với rượu vang đỏ Mặc dù Kefir có nhiều lợi ích cho sức khỏe, nhưng ít được bày bán do hương vị chua khó ăn hơn so với sữa chua.
Vì vậy, đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu quy trình lên men nước quả lựu (Punica
Nghiên cứu "Granatum L.) sử dụng nấm Kefir" nhằm khảo sát và đánh giá sự thay đổi hóa lý cũng như đặc tính cảm quan của nước ép lựu khi lên men bằng Kefir Mục tiêu là tạo ra sản phẩm probiotic ngon, giàu dinh dưỡng với hương thơm, vị chua ngọt nhẹ, có gas và hơi lên men Nghiên cứu này cũng mong muốn phát triển một loại thức uống có tiềm năng mở rộng trên thị trường Việt Nam, góp phần giảm thiểu tổn thất và tăng thu nhập cho nông dân nhờ vào sự gia tăng tiêu thụ lựu.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng, thời gian và địa điểm nghiên cứu
Quy trình lên men nước quả lựu bằng hệ vi sinh Kefir là đối tượng nghiên cứu chính Nghiên cứu này tập trung vào một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men, bao gồm tỷ lệ phối chế giữa nguyên liệu và nấm Kefir, nhiệt độ và thời gian lên men.
Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 9/2023 đến tháng 5/2024 tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ HaUI, Đại học Công nghiệp Hà Nội.
Thiết bị và vật liệu nghiên cứu
Vật liệu nghiên cứu là men giống Kefir đã được nuôi trong nước đường trước; quả lựu được ép lấy nước; đường cát trắng Long An
Trong nghiên cứu, các hóa chất được sử dụng bao gồm NaOH, phenolphtalein, phenol, H2SO4 đậm đặc, Folin-ciocalteu, acid galic, và agar, cùng với một số hóa chất phân tích thông dụng khác trong phòng thí nghiệm.
Trong nghiên cứu, các thiết bị thiết yếu bao gồm cân phân tích, máy đo pH Ohaus ST5000-F, khúc xạ kế MR32ATC, máy đo quang, nồi hấp khử trùng, tủ cấy, tủ ấm, và thiết bị lọc, cùng với nhiều dụng cụ khác trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu
Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan được xác định theo TCVN 7771:2007 bằng phương pháp khúc xạ ánh sáng qua mẫu ở nhiệt độ 20 o C sử dụng khúc xạ kế MR32ATC Hàm lượng Brix, phản ánh hàm lượng sucrose trong nước, được hiển thị trực tiếp trên thiết bị Cụ thể, 1 o Brix tương đương với dung dịch chứa 1 g sucrose trong 100 g nước (dung dịch 1%).
Việc xác định pH theo tiêu chuẩn TCVN 12348:2018 được thực hiện bằng máy đo pH Ohaus ST5000-F Giá trị pH phản ánh hoạt động của ion H +, và quá trình đo được thực hiện bằng cách đo chênh lệch điện thế giữa điện cực thủy tinh và điện cực so sánh, cả hai đều được ngâm trong mẫu thử.
Xác định hàm lượng Carbon dioxide (CO2) được thực hiện thông qua phương pháp gián tiếp, dựa trên sự giảm trọng lượng giữa thời điểm trước (giờ thứ 0) và sau khi lên men Kết quả được biểu thị dưới dạng g/100ml.
Xác định hàm lượng ethanol (độ cồn): Hàm lượng ethanol được đo bằng cồn kế.
The total carbohydrate content is determined using the phenol-sulfuric acid method, which detects various types of carbohydrates, including monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, and polysaccharides This method operates on the principle that concentrated sulfuric acid hydrolyzes polysaccharides, oligosaccharides, and disaccharides into monosaccharides Pentoses (5-carbon carbohydrates) are dehydrated to form furfural, while hexoses (6-carbon carbohydrates) convert to hydroxymethyl furfural These compounds then react with phenol to produce a yellow-colored product, with the resulting absorption measured at a maximum wavelength of 490 nm.
Thực hiện: Lập đường chuẩn Glucose
Nồng độ Glucose chuẩn (μg; Vitaming/ml)
Phương pháp xác định hàm lượng carbohydrate tổng số bằng Phenol-Sulfuric acid bao gồm các bước sau: Pha loãng 1ml mẫu với tỉ lệ 1:10000, sau đó chuyển 1ml dung dịch đã pha loãng vào ống nghiệm Tiếp theo, thêm 1ml dung dịch phenol 5% và 5ml axit H2SO4 đặc, sau đó chờ 20 phút để phản ứng xảy ra Đo quang ở bước sóng 490nm và ghi lại kết quả Cuối cùng, sử dụng giá trị OD đo được để tính toán nồng độ mẫu theo phương trình y = 0.0107x + 0.0137.
Hàm lượng phenolic tổng số trong dịch lên men heo được xác định bằng phương pháp đo màu sử dụng thuốc thử Folin-Ciocalteu Thuốc thử này chứa axit phospho-vonframic, trong quá trình khử, các nhóm hydroxy phenol dễ bị oxi hóa, tạo ra màu xanh với độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 765 nm Sự hình thành màu xanh từ vonfarm và molypden cho thấy hàm lượng phenolic trong mẫu tỉ lệ thuận với cường độ mẫu và được tính theo acid gallic.
Tiến hành: Xây dựng đường chuẩn
Để xác định nồng độ acid galic, tiến hành đo mẫu bằng cách cho 1 mL mẫu vào ống nghiệm, sau đó thêm 2,5 mL thuốc thử Folin – Ciocalteu 10% và lắc đều Sau 5 phút, thêm 2 mL Na2CO3 2%, lắc tiếp và thêm nước cất để đạt thể tích 10 mL Để yên trong 45 phút, sau đó đo độ hấp thụ quang phổ ở bước sóng 765 nm Thí nghiệm được lặp lại 3 lần và giá trị hấp thu quang phổ (Abs) được ghi nhận để tính toán Cuối cùng, thay giá trị OD đo được vào phương trình y=0.0162x + 0.0162 để xác định nồng độ mẫu cần tìm.
2.3.2 Phân tích vi sinh Định lượng xác định tổng số vi khuẩn ưa nhiệt, vi khuẩn acid lactic, nấm men và vi khuẩn axit axetic: Sản phẩm sau khi thanh trùng được lấy mẫu và phân tích vi sinh Huyền phù tế bào được đổ đĩa và ủ như sau: tổng số lượng vi khuẩn ưa nhiệt trung bình (TMC) được trải trên thạch đếm đĩa (PCA), ủ ở 30 o C trong 72 giờ; Vi khuẩn lactic (LAB) được đổ lên môi trường thạch de Man-Rogosa-Sharpe (MRS), ủ ở
Nấm men được ủ ở 30 o C trên môi trường thạch Hansen trong 72 giờ, trong khi vi khuẩn axit axetic (AAB) được ủ ở 30 o C trên môi trường thạch YPGD cũng trong 72 giờ Mỗi lần thử nghiệm độc lập, các đĩa được đếm thành hai bản.
Mô hình nghiên cứu
2.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
Nghiên cứu nhằm tìm ra thời gian thích hợp để quá trình lên men đạt hiệu quả cao và sản phẩm đạt chất lượng cảm quan tốt nhất.
Thí nghiệm được thiết kế ngẫu nhiên với một yếu tố, bao gồm ba nghiệm thức tại các khoảng thời gian 24 giờ, 48 giờ và 72 giờ Trong quá trình thí nghiệm, thể tích dịch nước ép lựu được giữ cố định.
120 ml/ nghiệm thức, mật độ tế bào vi sinh vật, giá trị pH = 4,0 - 4,2, nồng độ chất khô là 12,4 - 12,8 o Bx, nhiệt độ lên men ở 28 o C.
Chỉ tiêu phân tích trong quá trình lên men: pH; Bx; Cacbohydrat; phenolics tổng số; lượng CO2; độ cồn; cảm quan.
2.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ men giống đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
Nghiên cứu này nhằm xác định tỉ lệ men giống Kefir tối ưu để cải thiện hiệu quả quá trình lên men và nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm.
Thí nghiệm được thiết kế ngẫu nhiên với một yếu tố và bốn nghiệm thức nồng độ khác nhau là 1%, 2%, 3% và 4% Các yếu tố khác được giữ cố định bao gồm thể tích dịch nước ép lựu là 120 ml cho mỗi nghiệm thức, giá trị pH trong khoảng 4,0 đến 4,2, nồng độ chất khô từ 12,4 đến 12,8 o Bx, nhiệt độ lên men là 28 o C, và thời gian lên men được chọn ở thí nghiệm 1.
Chỉ tiêu phân tích trong quá trình lên men: pH; Bx; Cacbohydrat; phenolics tổng số; lượng CO2; độ cồn; cảm quan.
2.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường bổ sung đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định hàm lượng đường bổ sung tối ưu để nâng cao hiệu quả của quá trình lên men, đồng thời đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cảm quan tốt nhất.
Thí nghiệm được thiết kế ngẫu nhiên với một yếu tố và bốn nghiệm thức: 9 o Bx, 13 o Bx, và 17 o Bx Các yếu tố cố định bao gồm thể tích dịch nước ép lựu là 120 ml cho mỗi nghiệm thức, pH được duy trì trong khoảng 4,0-4,2, và thời gian lên men được xác định từ thí nghiệm 1, trong khi tỉ lệ men giống được lựa chọn từ thí nghiệm 2.
Chỉ tiêu phân tích trong quá trình lên men: pH; Bx; Cacbohydrat; phenolics tổng số; lượng CO2; độ cồn; cảm quan.
2.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
Nghiên cứu nhằm tìm ra nhiệt độ thích hợp để quá trình lên men đạt hiệu quả cao và sản phẩm đạt chất lượng cảm quan tốt nhất.
Bố trí thí nghiệm được thực hiện ngẫu nhiên với một yếu tố và ba nghiệm thức ở các nhiệt độ 23 o C, 28 o C và 32 o C Các yếu tố khác được cố định bao gồm thể tích dịch nước ép lựu là 120 ml cho mỗi nghiệm thức, pH trong khoảng 4,0 - 4,2, thời gian lên men được xác định trong thí nghiệm 1, tỷ lệ men giống được chọn trong thí nghiệm 2, và nồng độ chất khô được xác định trong thí nghiệm 3.
Chỉ tiêu phân tích trong quá trình lên men: pH; Bx; Cacbohydrat; phenolics tổng số; lượng CO2; độ cồn; cảm quan.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Khảo sát đặc tính của nguyên liệu
3.1.1 Đặc trưng nước quả lựu tươi
Bảng 3.1 Đặc trưng nước ép quả lựu
T Thông số Đơn vị Kết quả
* Chú thích: SSC: hàm lượng chất rắn hòa tan; TP: phenolics tổng số (mg axit gallic/ L)
Nước ép lựu có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng phenolics tổng số đạt 960,37 mg axit gallic/L, vượt trội so với nước ép táo (203,90 mg axit gallic/L), nước ép nho (131,61 mg axit gallic/L) và nước ép lê gai (546,64 mg axit gallic/L) Phenolics trong nước ép lựu hoạt động như chất chống oxy hóa mạnh, giúp bảo vệ cơ thể khỏi các gốc tự do và giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như tiểu đường, ung thư, bệnh tim mạch và lão hóa Việc tiêu thụ thường xuyên trái cây giàu chất chống oxy hóa có tác động tích cực đến sức khỏe lâu dài Phân tích cho thấy giá trị pH của nước ép lựu là 4,1, thấp hơn so với nước ép táo và nho, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn axit lactic Giá trị Brix đạt 12,8, tương đồng với các nghiên cứu trước đó.
Hình 3.1: Nước ép lựu nguyên liệu
Nấm Kefir được mua từ shop “Kombucha Bảo Nguyên” trên Shopee và đã được đưa vào phòng thí nghiệm để phân tích các thành phần vi sinh vật Nấm có hình dạng và kích thước không đồng đều, dính thành cụm nhỏ, mềm, màu hơi vàng và trong suốt Mẫu nấm đã được phân tích số lượng vi sinh vật bằng phương pháp đếm khuẩn lạc, cho thấy số lượng vi sinh vật trong nấm Kefir (CFU/g) chủ yếu là vi khuẩn axit lactic.
Lactobacillus sp là 1,64 x 10 8 CFU/g, nấm men chủ yếu Saccharomyces cerevisiae là 2,6 x 10 7 CFU/g và vi khuẩn axit axetic chủ yếu Acetobacter sp là 2,63 x 10 6 CFU/g
Hình 3.2: Kefir nguyên liệu Hình 3.3: Khuẩn lạc vi khuẩn axetic
Hình 3.4: Khuẩn lạc nấm men Hình 3.5: Khuẩn lạc vi khuẩn axit lactic
Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men
Nghiên cứu này nhằm xác định thời gian tối ưu cho quá trình lên men nước ép lựu bằng Kefir Thí nghiệm sử dụng 3 lọ thủy tinh có dung tích 200ml, mỗi lọ được bổ sung 120ml nước lựu ép tươi đã được lọc và thanh trùng.
Để ức chế vi sinh vật và nấm men không mong muốn, hỗn hợp được đun ở 75°C trong 5 phút và sau đó làm nguội ở nhiệt độ phòng Tiếp theo, ba lọ được bổ sung nồng độ Kefir 4% và được đậy kín nắp, nuôi cấy ở 28°C trong các khoảng thời gian 24, 48 và 72 giờ Kết quả cho thấy số lượng vi sinh vật (CFU/ml) trong hạt Kefir chủ yếu là vi khuẩn axit lactic, với Lactobacillus sp đạt 1,64 x.
Nghiên cứu cho thấy nấm men Saccharomyces cerevisiae đạt 2,6 x 10^7 CFU/g và vi khuẩn axit axetic Acetobacter sp là 2,63 x 10^6 CFU/g Mẫu được lấy và phân tích mỗi 24 giờ để đánh giá các chỉ tiêu như Brix (SSC), pH, carbohydrate tổng số, phenolics tổng số (TP), lượng CO2, độ cồn và cảm quan Kết quả phân tích chi tiết được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2: Kết quả phân tích hóa lý dịch lên men theo thời gian
STT Thông số Đơn vị Thời gian lên men (giờ)
* Chú thích: SSC: hàm lượng chất rắn hòa tan; TP: phenolics tổng số (mg axit gallic/ L).
Thời gian lên men là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của quá trình lên men, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ lệ men giống, nhiệt độ và nồng độ đường Nếu thời gian lên men quá dài, môi trường sẽ thiếu dinh dưỡng, sản phẩm sinh ra sẽ ức chế hệ vi sinh trong Kefir và làm tăng độ cồn, ảnh hưởng đến giá trị cảm quan Kết quả phân tích cho thấy cường độ lên men mạnh nhất sau 48 giờ, với pH, SSC, TP giảm mạnh, trong khi CO2 và nồng độ rượu tăng Mẫu 48 giờ là thời điểm tối ưu, giữ lại hương thơm đặc trưng của nước lựu, đồng thời tạo môi trường lý tưởng cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn axit lactic probiotic, với TP không giảm quá nhiều và lượng CO2, ethanol vừa đủ, mang lại cảm giác hài hòa và ngon miệng.
Tốc độ chuyển hóa của đường tăng theo thời gian lên men, dẫn đến giảm hàm lượng chất rắn hòa tan và cacbohydrat Mẫu lên men 72 giờ ghi nhận mức giảm giá trị Brix và cacbohydrat cao nhất, với SSC giảm từ 12,8 xuống 3,4 và cacbohydrat giảm 24,486 g/100ml Ngược lại, mẫu lên men 24 giờ có mức giảm thấp nhất, với SSC từ 12,8 xuống 10,4 và cacbohydrat giảm 17,289 g/100ml Hàm lượng cacbohydrat cũng phản ánh lượng chất xơ trong dịch lên men Giá trị pH giảm mạnh nhất ở mẫu lên men 48 giờ, từ 4,2 xuống 3,7, điều này có lợi vì pH thấp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây hại và tạo điều kiện cho nấm men và vi khuẩn axit lactic phát triển Sự sản xuất axit hữu cơ trong thực phẩm lên men góp phần làm giảm giá trị pH.
Thời gian (giờ) pH SS C
Hình 3.6: Biến thiên SSC và pH của dịch lên men theo thời gian
Hàm lượng phenolics trong các mẫu thay đổi theo thời gian lên men, với mẫu lên men 72 giờ có mức giảm cao nhất, từ 960,37 xuống 727,04 mg acid galic/L, trong khi mẫu lên men 24 giờ giảm ít nhất, từ 960,37 xuống 882,590 mg acid galic/L Sự giảm này có thể do sự suy thoái cấu trúc phenolic, là cơ chế khử độc kháng khuẩn của nấm men và vi khuẩn, vì vậy cần giảm hàm lượng TP ở mức thấp nhất có thể.
Hình 3.7: Biến thiên TP của dịch lên men theo thời gian
Lượng CO2 sinh ra trong quá trình lên men tăng dần theo thời gian, đạt đỉnh ở mẫu lên men 72 giờ với 3,251 g/100ml, chỉ cao hơn một chút so với mẫu 48 giờ (2,751 g/100ml) và thấp nhất ở mẫu 24 giờ (0,5 g/100ml) CO2 là chất chuyển hóa quan trọng trong Kefir nước, mang lại cảm giác sảng khoái cho sản phẩm Hàm lượng ethanol cũng cao nhất ở mẫu lên men 72 giờ, trong khi mẫu 24 giờ chưa thể hiện rõ Độ cồn cao có thể làm sản phẩm có mùi rượu mạnh, làm mất đi hương vị đặc trưng của nước lựu Thời gian lên men dài còn dẫn đến sự thay đổi màu sắc của nước, khiến màu sắc không còn tươi sáng và đẹp mắt.
Hình 3.8: Các mẫu lên men theo thời gian
Mẫu lên men trong 24 giờ không đủ thời gian để chuyển hóa các chất thành rượu và CO2, trong khi mẫu lên men trong 72 giờ tạo ra độ cồn cao nhưng làm giảm hàm lượng TP, dẫn đến sản phẩm có mùi rượu mạnh và màu sắc bị biến đổi nhiều Do đó, mẫu lên men trong 48 giờ được xác định là tối ưu nhất về các chỉ số phân tích hóa lý và cảm quan Kết quả này sẽ được sử dụng cho các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo.
Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ men giống đến quá trình lên men
Nghiên cứu này nhằm xác định tỷ lệ men giống Kefir tối ưu cho quá trình lên men, được thực hiện với 4 lọ thủy tinh 200ml Mỗi lọ được bổ sung 120ml nước lựu ép tươi đã thanh trùng ở 75 oC trong 5 phút để ngăn chặn vi sinh vật không mong muốn Sau đó, nồng độ Kefir được bổ sung lần lượt là 1%; 2%; 3%; và 4% Các lọ được đậy kín và ủ ở nhiệt độ 28 oC trong 48 giờ Kết quả cho thấy số lượng vi sinh vật trong hạt Kefir, chủ yếu là vi khuẩn axit lactic Lactobacillus sp., đạt 1,64 x 10^8 CFU/g.
Saccharomyces cerevisiae là 2,6 x 10 7 CFU/g và vi khuẩn axit axetic chủ yếu
Acetobacter sp đạt nồng độ 2,63 x 10^6 CFU/g Sau 48 giờ, các mẫu được thu thập và phân tích các chỉ tiêu như Brix (SSC), pH, tổng carbohydrate, tổng phenolics (TP), lượng CO2, độ cồn và cảm quan để đánh giá chất lượng sản phẩm Kết quả phân tích được trình bày chi tiết trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3: Kết quả phân tích hóa lý của dịch lên men sau 48 giờ theo tỷ lệ men giống
Thông số Đơn vị Tỉ lệ men giống
* Chú thích: SSC: hàm lượng chất rắn hòa tan; TP: phenolics tổng số (mg axit gallic/ L).
Tỉ lệ giống cấy là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất lên men Nếu tỉ lệ giống quá thấp, lượng tế bào không đủ sẽ kéo dài thời gian lên men và làm giảm lượng rượu tạo thành Ngược lại, nếu tỉ lệ giống quá cao, dinh dưỡng sẽ chủ yếu được sử dụng cho việc tăng sinh khối, dẫn đến việc thiếu cơ chất khi quá trình lên men bắt đầu, làm giảm lượng cồn Ngoài ra, nếu lượng cồn sản xuất quá nhiều, sản phẩm phụ sẽ tăng lên, gây ra vị đắng và nồng không mong muốn Do đó, việc xác định tỷ lệ nấm Kefir bổ sung vào dịch lên men là rất quan trọng.
Kết quả phân tích cho thấy tỷ lệ nấm càng cao thì quá trình lên men diễn ra nhanh hơn, dẫn đến độ cồn tăng và pH, SSC, TP giảm Cụ thể, với tỷ lệ nấm Kefir từ 1% đến 4%, tỷ lệ 2% là tối ưu nhất, giúp giữ lại hương thơm đặc trưng của nước lựu, đồng thời tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn axit lactic probiotic Ở tỷ lệ này, TP không giảm quá nhiều, trong khi CO2 và ethanol đạt mức vừa đủ, mang lại cảm giác hài hòa và ngon miệng Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Jorge Luís Paredes và cộng sự (2022).
Tỷ lệ Kefir (%) pH SS C
Hình 3.9: Biến thiên SSC và pH của dịch lên men theo tỷ lệ men giống
Tốc độ chuyển hóa đường tăng lên tương ứng với tỷ lệ nấm men, dẫn đến sự giảm hàm lượng chất rắn hòa tan và carbohydrate.
Mẫu lên men với 4% Kefir ghi nhận mức SSC và Cacbohydrat cao nhất, với SSC giảm từ 12,8 xuống 4,2 và Cacbohydrat giảm 24,018 g/100ml Ngược lại, mẫu 1% Kefir có mức giảm thấp nhất, với SSC từ 12,8 xuống 6 và Cacbohydrat giảm 19,252 g/100ml Điều này cho thấy rằng tỉ lệ nấm men cao hơn thúc đẩy quá trình lên men và chuyển hóa đường trong nước lựu hiệu quả hơn Mặc dù giá trị pH giảm sau thời gian lên men ở tất cả các mẫu, nhưng pH giảm dần khi tỷ lệ Kefir tăng, cho thấy lượng axit hữu cơ sinh ra ít hơn ở các mẫu có tỷ lệ Kefir cao Mẫu 1% Kefir có giá trị pH thấp nhất, tiếp theo là 2% Kefir Giá trị pH thấp này giúp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh và tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn axit lactic.
Tổng hàm lượng phenolic (TP) trong các mẫu có sự biến đổi rõ rệt, với mức giảm cao nhất ở mẫu lên men với 4% Kefir (giảm từ 960,37 xuống 807,900 mg acid galic/L), trong khi mẫu lên men với 1% Kefir cho thấy sự giảm thấp nhất (từ 906,370 xuống 867,760 mg acid galic/L) Mẫu lên men với 2% Kefir cũng ghi nhận sự giảm TP (từ 960,370 xuống 853,830 mg acid galic/L) Sự giảm hàm lượng TP có thể liên quan đến sự suy thoái cấu trúc phenolic, điều này cho thấy vai trò của nấm men và vi khuẩn trong cơ chế khử độc kháng khuẩn, do đó cần giảm hàm lượng TP ở mức tối thiểu.
Hình 3.10: Biến thiên TP của dịch lên men theo tỷ lệ Kefir
Lượng CO2 sinh ra trong quá trình lên men tăng dần theo tỷ lệ men Kefir bổ sung, với mẫu 4% Kefir đạt 2,751 g/100ml, cao nhất, trong khi mẫu 1% Kefir chỉ đạt 0,200 g/100ml CO2 đóng vai trò quan trọng trong việc tạo cảm giác sảng khoái cho sản phẩm Độ rượu (hàm lượng ethanol) cũng cao nhất ở mẫu 4% Kefir với 3%, tiếp theo là mẫu 2% Kefir với 1,5%, và thấp nhất là mẫu 1% Kefir với 0,5% Độ cồn cao làm sản phẩm có mùi rượu mạnh, dẫn đến việc mất đi hương vị đặc trưng của nước lựu.
Hình 3.11: Các mẫu lên men sau 48 giờ theo tỉ lệ bổ sung Kefir
Mẫu 1% Kefir có hiệu suất lên men thấp do lượng nấm không đủ để chuyển hóa nước ép thành rượu và CO2 Mẫu 4% Kefir có tốc độ lên men mạnh, dẫn đến mùi rượu nồng và mất hương thơm đặc trưng của nước lựu, cùng với sự biến đổi màu sắc rõ rệt Mẫu 3% Kefir không có sự khác biệt lớn so với mẫu 2%, nhưng mẫu 2% vẫn được đánh giá tối ưu hơn về các chỉ số phân tích hóa lý Nghiên cứu này tương đồng với kết quả của Jorge Luís Paredes và cộng sự (2022), cho thấy mẫu 2% Kefir là thích hợp nhất và được đánh giá cảm quan tốt nhất.
Vì vậy, tại tỷ lệ nấm Kefir 2% là giá trị tối ưu nhất và kết quả này sẽ được sử dụng để nghiên cứu các thí nghiệm tiếp theo.
Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất khô hòa tan đến quá trình lên men
Nghiên cứu này nhằm xác định lượng đường cần bổ sung vào dịch lên men để đạt nồng độ chất khô hòa tan thích hợp cho quá trình lên men Ba lọ thủy tinh lên men 200ml được sử dụng với nồng độ chất khô hòa tan lần lượt là 9 o Bx, 12,4 o Bx và 17 o Bx Cụ thể, lọ 1 chứa 86ml nước lựu nguyên chất và 34ml dung dịch nước đường 25%, đạt nồng độ 9 o Bx; lọ 2 gồm 120ml nước lựu nguyên chất, tương ứng với nồng độ 12,6 o Bx; và lọ 3 có nồng độ chất khô hòa tan cao hơn.
Bài viết mô tả quy trình sản xuất nước lựu lên men từ 77ml nước lựu nguyên chất và 43ml dung dịch nước đường 25% Ba lọ hỗn hợp được thanh trùng ở 75°C trong 5 phút để ngăn chặn vi sinh vật và nấm men không mong muốn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men Sau đó, nồng độ Kefir 2% (2,4g) được bổ sung vào từng lọ Hạt Kefir chứa vi khuẩn axit lactic chủ yếu là Lactobacillus sp với 1,64 x 10^8 CFU/g, nấm men Saccharomyces cerevisiae với 2,6 x 10^7 CFU/g, và vi khuẩn axit acetic Acetobacter sp với 2,63 x 10^6 CFU/g Các lọ lên men được đậy kín và nuôi cấy ở 32°C trong 48 giờ Sau thời gian này, mẫu được phân tích các chỉ tiêu như Brix (SSC), pH, tổng carbohydrate, phenolics tổng số (TP), lượng CO2, độ cồn và cảm quan để đánh giá chất lượng sản phẩm, với kết quả được trình bày trong Bảng 3.3.
Bảng 3.4 Kết quả phân tích hóa lý của dịch lên men sau 48 giờ theo nồng độ chất khô hòa tan
T Thông số Đơn vị Nồng độ chất khô hòa tan ( o Bx)
7 Độ giảm SSC Độ Brix 6,200 8,600 9,000
* Chú thích: SSC: hàm lượng chất rắn hòa tan; TP: phenolics tổng số (mg axit gallic/ L)
Nồng độ chất khô hòa tan trong dịch lên men, chủ yếu là đường, ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men Nếu nồng độ chất khô quá cao, sẽ gây cản trở cho quá trình lên men của vi sinh vật Vì vậy, việc lựa chọn nồng độ chất khô ban đầu phù hợp là cần thiết để nấm men hoạt động hiệu quả, từ đó tạo ra sản phẩm có hương vị tốt.
Nghiên cứu cho thấy, nồng độ chất khô cao thúc đẩy quá trình lên men mạnh mẽ, làm tăng tốc độ chuyển hóa đường và giảm đáng kể SSC và Cacbohydrat, đặc biệt ở 17 o Bx với SSC giảm 9 o Brix và Cacbohydrat giảm 31,834 g/100ml Ở 12,4 o Bx, mức giảm lần lượt là 8,6 o Brix và 25,799 g/100ml, trong khi 9 o Bx ghi nhận mức giảm thấp nhất với SSC giảm 6,2 o Brix và Cacbohydrat giảm 15,551 g/100ml Hàm lượng sucrose cao trong nước ép lựu kích thích sự phát triển của Saccharomyces, giúp thủy phân sucrose thành glucose và fructose, cung cấp nguồn carbon cho vi khuẩn axit lactic Mặc dù mức giảm ở 9 o Bx là ít nhất, nhưng SSC và Cacbohydrat vẫn ở mức thấp nhất do giá trị các yếu tố ban đầu thấp Độ giảm pH cao nhất ở 9 o Bx và thấp nhất ở 17 o Bx, cho thấy sản xuất axit hữu cơ trong thực phẩm lên men làm giảm pH và tăng tổng lượng axit, ngăn chặn vi sinh vật gây bệnh và tạo môi trường thuận lợi cho nấm men và vi khuẩn axit lactic Tuy nhiên, quá trình chuyển hóa tạo axit hữu cơ ở 17 o Bx bị ức chế mặc dù quá trình lên men diễn ra mạnh.
Nồng độ chất khô hòa tan (oBx) pH SS C
Hình 3.12: Biến thiên SSC và pH của dịch lên men theo nồng độ chất khô hòa tan
Bên cạnh đó hàm lượng phenolics tổng số sau khi lên men ở mẫu 9 o Bx và mẫu
17 o Bx có hàm lượng (558,027 và 647,531 mg acid galic/L) thấp hơn nhiều so với mẫu 12,4 o Bx (848,088 mg acid galic/L) (Bảng 3.4 và Hình 3.13) Sự suy giảm hàm lượng
TP có thể là sản phẩm từ sự suy thoái cấu trúc phenolic, đóng vai trò quan trọng trong cơ chế khử độc kháng khuẩn của nấm men và vi khuẩn TP trong nước lựu không chỉ giúp bảo vệ cơ thể mà còn trung hòa các gốc tự do gây hại cho tế bào, vì vậy, hàm lượng TP cao và ổn định sau quá trình chế biến là điều rất có lợi.
Nồng độ chất khô hòa tan (oBx)
Hình 3.13: Biến thiên TP của dịch lên men theo nồng độ chất khô hòa tan
Hàm lượng cồn cao nhất được sinh ra ở 9 o Bx (2%), trong khi 12,4 o Bx tạo ra 1,5% cồn, phù hợp với mục tiêu sản phẩm Nồng độ chất khô cao ở 17 o Bx có thể ảnh hưởng đến hoạt động của nấm men và vi khuẩn lactic Sản phẩm yêu cầu độ cồn thấp, vị chua nhẹ và hương thơm hài hòa, do đó 12,4 o Bx là mức tối ưu với độ pH và axit tăng cùng lượng đường sót tạo vị thơm dịu và hàm lượng CO2 (4,348 g/100ml) mang lại cảm giác sảng khoái Thêm vào đó, hàm lượng TP ở 12,4 o Bx (848,088 mg acid galic/L) cao nhất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm Mẫu lên men ở 9 o Bx và 17 o Bx bị biến màu nhiều hơn so với mẫu ở 12,4 o Bx.
Hình 3.14: Các mẫu lên men sau 48 giờ theo nồng độ chất khô hòa tan
Nồng độ chất khô hòa tan ban đầu tối ưu là 12,4 o Bx, và kết quả này sẽ được áp dụng cho các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo.
Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men
Nghiên cứu này nhằm xác định nhiệt độ lên men tối ưu cho quá trình lên men, vì nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến các quá trình sinh lý sinh hóa của vi sinh vật và chuyển hóa chất trong dịch lên men Ba lọ lên men chứa 120ml nước ép lựu với tổng chất khô hòa tan 12,4 o Bx đã được thanh trùng ở 75 o C trong 5 phút và bổ sung 2% nấm Kefir Thành phần vi sinh vật trong hạt Kefir bao gồm Lactobacillus sp (1,64 x 10^8 CFU/g), Saccharomyces cerevisiae (2,6 x 10^7 CFU/g) và Acetobacter sp (2,63 x 10^6 CFU/g) Quá trình ủ lên men diễn ra trong 48 giờ ở các nhiệt độ 23 o C, 28 o C và 32 o C Sau khi lên men, các chỉ tiêu như cảm quan, pH, tổng chất khô hòa tan, hiệu suất lên men, hàm lượng carbohydrate tổng số, hàm lượng phenolics tổng số và độ rượu được đánh giá để xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men Kết quả nghiên cứu được trình bày trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5: Kết quả phân tích hóa lý của dịch lên men sau 48 giờ theo nhiệt độ
T Thông số Đơn vị Nhiệt độ lên men ( o C)
8 Độ giảm SSC Độ brix 5,200 7,400 8,600
Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cao hơn dẫn đến tốc độ chuyển hóa đường tăng, với mẫu lên men ở 32 o C có mức giảm giá trị SSC mạnh nhất (8,6 độ Brix) và hàm lượng Cacbohydrat thấp nhất (30,988 g/100ml), trong khi mẫu ở 23 o C có giảm ít hơn (5,2 độ Brix và 40,333 g/100ml) Hàm lượng Cacbohydrat cũng phản ánh lượng chất xơ trong dịch lên men Đồng thời, sự tạo thành axit hữu cơ làm giảm pH và tăng nồng độ axit tổng số, đặc biệt mạnh mẽ ở mẫu lên men 28 o C với pH = 3,69 Mẫu này cũng cho thấy nồng độ cồn cao nhất (2%), so với 1,5% ở 32 o C và 0% ở 23 o C, chứng tỏ 28 o C là điều kiện tối ưu cho hoạt động của nấm men và vi khuẩn.
Nhiệt độ (oC) pH SS C
Hình 3.15: Biến thiên SSC và pH của dịch lên men theo nhiệt độ
Hàm lượng phenolic tổng (TP) trong các mẫu có sự biến đổi đáng kể, với mẫu lên men ở 28 oC có TP cao nhất đạt 850,873 mg axit galic/L Hai mẫu lên men ở 23 oC và 32 oC lần lượt ghi nhận TP thấp hơn là 813,986 mg và 810,202 mg axit galic/L Sự giảm hàm lượng TP có thể do sự suy thoái cấu trúc phenolic, diễn ra như một cơ chế khử độc kháng khuẩn của nấm men và vi khuẩn.
Nhiệt độ 28 độ C là điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn, vượt trội hơn so với 23 độ C và 32 độ C Bên cạnh đó, thành phần trong nước lựu có khả năng bảo vệ cơ thể và trung hòa các gốc tự do gây hại cho tế bào, do đó, cần giảm hàm lượng thành phần này càng thấp càng tốt.
Hình 3.16: Biến thiên TP của dịch lên men theo nhiệt độ
Ở nhiệt độ 28 o C, tốc độ lên men vừa phải giúp giữ lại hương thơm đặc trưng của nước lựu, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn axit lactic probiotic, làm giảm thiểu sự mất mát thành phần dinh dưỡng (TP) và tạo ra lượng CO2, ethanol vừa đủ để mang lại cảm giác hài hòa và ngon miệng Ngược lại, ở nhiệt độ 32 o C, tốc độ lên men quá nhanh dẫn đến mùi rượu nồng và biến màu sản phẩm, làm giảm TP nhiều hơn Trong khi đó, ở nhiệt độ 23 o C, tốc độ lên men chậm hơn khiến TP giảm nhiều hơn so với ở 28 o C, và lượng CO2, ethanol không đủ để tạo cảm giác hài hòa và ngon miệng như ở mẫu lên men ở 28 o C.
Hình 3.17: Các mẫu lên men sau 48 giờ theo nhiệt độ
Vậy tại nhiệt độ 28 o C là giá trị tối ưu và kết quả này sẽ được sử dụng để nghiên cứu các thí nghiệm tiếp theo.