Nội dung nghiên cứu
• Khảo sát thành phần nguyên liệu ban đầu trong đài hoa bụp giấm khô.
• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly và thu nhận dịch lên men.
• Khảo sát đặc điểm hình thái của nấm men.
• Xây dựng đường cong tăng trưởng của nấm men Saccharomyces cerevisiae.
• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất nước giải khát lên men.
• Chế biến sản phẩm nước giải khát lên men từ dịch chiết đài hoa bụp giấm khô.
• Kiểm tra chất lượng sản phẩm.
TÔNG QUAN TÀI LIỆU
Tổng quan về nước giải k h át
2.1.1 Nguồn gốc nước giải khát [36]
Lịch sử nước giải khát bắt nguồn từ nước khoáng tự nhiên, được tìm thấy trong các dòng suối Việc ngâm mình trong suối nước khoáng từ lâu đã được coi là có lợi cho sức khỏe nhờ vào các khoáng chất có tác dụng trị bệnh Các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra sự hiện diện của carbon dioxide (CO2) trong các loại nước khoáng thiên nhiên.
Theo các chuyên gia y tế, nước khoáng tự nhiên và nhân tạo đều mang lại lợi ích cho sức khỏe Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, các dược sĩ Mỹ đã phát triển thêm nhiều loại dược thảo với hương vị đa dạng cho các loại thức uống này Sự ưa chuộng của người tiêu dùng đối với việc mang nước uống về nhà đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất nước đóng chai.
Kể từ năm 1852, khi nước gừng ra mắt, thị trường bắt đầu xuất hiện các sản phẩm có thương hiệu và được cấp quyền kinh doanh Đến những năm 1880, thị trường nước giải khát đã trở nên phong phú với sự xuất hiện của nhiều loại nước uống có nhãn hiệu nổi tiếng như Coca-Cola.
2.1.2 Nguyên liệu sản xuất nước giải khát trong công nghiệp [32], [33], [34]
Nước tinh khiết là nguyên liệu cơ bản trong sản xuất, được lọc qua nhiều mức độ khác nhau tùy thuộc vào công nghệ xử lý Nếu không đảm bảo chất lượng, sản phẩm có thể bị đục, lắng cặn và nhiễm vi sinh Đường và chất tạo ngọt, thường được gọi là "đường hóa học", không phải loại nào cũng gây hại cho sức khỏe Trong khi saccharin đã bị cấm toàn cầu, aspartame và sucralose vẫn được phép sử dụng, đặc biệt quan trọng trong sản xuất cho người tiểu đường.
Hương liệu nhân tạo là thành phần phổ biến trong hầu hết các loại nước ngọt, giúp tạo ra mùi thơm dễ chịu giống tự nhiên Chúng được chia thành hai cấp độ: hương liệu cho sản xuất công nghiệp và hương liệu cho thực phẩm Ví dụ, hương chè xanh dùng trong bột giặt không thể sử dụng cho nước chè xanh uống được Hương liệu trong chế biến công nghiệp thường chứa tạp chất và có thể có độc tố, điều này rất nguy hiểm nếu được sử dụng trong thực phẩm.
Màu thực phẩm là yếu tố bắt buộc cho các nhà sản xuất nước ngọt, nhưng nhiều cơ sở nhỏ tại Việt Nam vẫn sử dụng màu công nghiệp từ chợ Kim Biên.
Chất bảo quản trong nước ngọt giúp kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm nhờ vào khả năng ngăn chặn sự hư thối do đường và các chất dinh dưỡng Mặc dù có nhiều chất bảo quản được phép sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, nhưng cũng tồn tại những chất bị cấm do ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe.
Nước ngọt có ga chứa CO2 có thể mang lại cảm giác hưng phấn khi uống, nhưng đối với nhiều người, đặc biệt là những người có vấn đề về hệ tiêu hóa, nó có thể gây cảm giác no hơi khó chịu hoặc tác động tiêu cực đến sức khỏe.
2.1.3 Thực tế của các loại nước giải khát có nguồn gốc thiên nhiên đang có trên thị trường Việt Nam [29], [32[, [33], [34]
Các loại nước trái cây và nước thảo mộc thiên nhiên hiện chiếm khoảng 40% thị trường nước giải khát, được người tiêu dùng ưa chuộng nhờ vào công nghệ chiết xuất hiện đại từ quả tươi Tuy nhiên, nhiều sản phẩm lại chứa hương liệu, màu tổng hợp, chất ổn định và chất bảo quản mà thường không được đề cập rõ ràng Ví dụ, nước trà xanh vị chanh được quảng bá là không chứa màu nhân tạo và chất bảo quản, nhưng vẫn có thành phần điều chỉnh độ chua 330 và hương chanh Đối với nước cam, hầu hết đều sử dụng hương liệu, như sản phẩm Twister của PepsiCo, chỉ chứa 65% nước cam hoàn nguyên từ cốt cam cô đặc cùng nhiều chất phụ gia khác như chất điều chỉnh độ axít 330 và chất bảo quản 202.
Nước cam của Orangina tự hào với “tép cam tươi nguyên chất”, nhưng thực tế chỉ chứa 12% nước cam nguyên chất và 2% tép cam, phần còn lại là nước có gas và tinh dầu cam Công nghệ sản xuất nước giải khát hiện nay chủ yếu dựa vào việc pha chế hương liệu Dù là trà, cam, táo, nho hay thảo mộc, nếu thiếu chất tạo màu và tạo mùi, sản phẩm sẽ không đạt được màu sắc đẹp và hương vị hấp dẫn Điều này cho thấy rằng, tiếp thị và quảng cáo hiệu quả là yếu tố quan trọng quyết định sự thành công trong việc bán hàng.
Các công đoạn pha chế ngày càng trở nên đơn giản với sự có mặt của các hương liệu tạo màu, tạo mùi và dịch quả đa dạng, phù hợp với các loại trái cây tự nhiên Đối với sản phẩm cao cấp, việc thêm đường trái cây cùng với đường kính giúp tăng cường hương vị thơm ngon của nước.
Hiện nay, giá hương liệu và màu thực phẩm tự nhiên cao gấp 10 - 30 lần so với sản phẩm tổng hợp, dẫn đến việc nhiều nơi sử dụng hương liệu và màu tổng hợp pha với nước và đường để giảm giá thành Thậm chí, một số điểm còn bán nguyên liệu tổng hợp pha sẵn với tỷ lệ 10g cho 100 lít nước Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, Benzen, một hóa chất nằm trong danh sách chất độc hại, có thể làm tăng nguy cơ mắc các bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư máu (leukaemia).
Kể từ năm 1990, FDA đã cảnh báo ngành sản xuất nước giải khát Mỹ về hàm lượng benzen trong nước ngọt vượt mức cho phép từ 2,5 đến 5 lần theo tiêu chuẩn của WHO, với giới hạn là 1 ppb Vấn đề này phát sinh do sự phản ứng giữa sodium benzoat (E211) và ascorbic acid (vitamin C) trong nước giải khát, dẫn đến hình thành benzen.
211 được sử dụng phổ biến làm chất bảo quản trong ngành thực phẩm Axit ascorbic, hay còn gọi là vitamin C, có mặt trong rau quả và nước ép trái cây, thường được bổ sung vào thực phẩm và đồ uống như một chất kháng oxy hóa, giúp kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.
Glen Lawrence, một nhà hóa học từng thử nghiệm benzen cho FDA vào đầu thập niên 1990, đã giải thích cơ chế phản ứng như sau: Ascorbic acid tương tác với kim loại sắt và đồng có trong nước, tạo ra các gốc tự do hydroxyl Đồng thời, sodium benzoat trong môi trường acid của nước ngọt chuyển hóa thành benzoic acid Các gốc hydroxyl sau đó tác động lên benzoic acid, tách CO2 và hình thành benzen.
Giới thiệu về cây bụp giấm
2.2.1 Nước giải khát có gas
Vào năm 1767, tiến sĩ Joseph Priestley, một nhà hóa học người Anh, đã thành công trong việc pha chế nước giải khát có gaz (CO2) Ba năm sau, nhà hóa học Thụy Điển Torbem Bergman phát minh ra máy sản xuất nước có gaz từ đá vôi bằng acid sulfuric, cho phép sản xuất nước khoáng nhân tạo với số lượng lớn Tuy nhiên, đến năm 1832, nước khoáng có ga mới trở nên phổ biến nhờ vào sự ra đời hàng loạt của máy sản xuất nước có ga Nguyên liệu chính để sản xuất nước giải khát có gas bao gồm nước, đường saccharoza, khí CO2, acid thực phẩm và các chất phụ gia.
Qui trình sản xuất nước ngọt có C 0 2 có 2 dây chuyền chính:
-Dây chuyền sản xuất lon.
-Dây chuyền sản xuất chai.
2.2.2 Nước giải khát không có gas
Nước giải khát không gaz (không CO2) đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 17 với thành phần pha chế gồm nước lọc, chanh và một chút mật ong.
Trong suốt một thời gian dài, nước giải khát có gas đã thống trị thị trường Tuy nhiên, từ năm 2004 đến nay, thị trường này đang phải đối mặt với sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các loại nước không có gas, dẫn đến tình trạng mất dần thị phần.
2.3 Giói thiệu về cây bụp giấm
Cây bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) thuộc họ Malvaceae, là loại cây một năm, có thân đứng thẳng, nhiều nhánh và mọc thành bụi Thân cây tròn, mượt, cao tối đa 3,5 m, với màu xanh lá cây đậm hoặc đỏ đặc trưng Lá cây mọc xen kẽ, dài khoảng 7,5 - 12,5 cm, có màu xanh với gân lá hơi đỏ, không có lông và cuống lá dài Phiến lá chia thành 3 - 7 thùy và có răng cưa.
Hình 2.1 và 2.2: Cây bụp giấm Hibiscus sabdariffa L.
Cây bụp giấm nổi bật với hoa lớn, cuống ngắn, có màu vàng hoặc vàng nâu, và tâm hoa màu nâu đỏ Hoa thường mọc từ nách lá, có thể đạt kích thước lên đến 12,5 cm và chuyển sang màu hồng khi tàn vào cuối ngày Đài hoa có màu đỏ đặc trưng với 5 lá đài lớn và 8 - 12 lá bắc nhỏ mỏng manh xung quanh cuống hoa Khi lớn lên, đài hoa trở nên giòn, dày và chứa nhiều nước, dài khoảng 3,2 - 5,7 cm, hoàn toàn bao bọc quả nang có lông mượt bên trong.
Hình 2.3 Hoa bụp giấm Hình 2.4 Trái cây bụp giấm
Quả nang có kích thước từ 1,25 đến 2 cm, mang màu xanh lá khi chưa chín, với 5 mảnh vỏ, mỗi mảnh chứa 3 - 4 hạt màu nâu nhạt hình giống quả thận Khi chín, quả nang chuyển sang màu nâu và nứt ra Hạt có chiều dài từ 3 đến 5 mm và có lông tơ Rễ cây bao gồm một rễ cái phát triển sâu Thời gian nở hoa rơi vào mùa hè.
Cây bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) mọc hoang phổ biến ở các tỉnh phía Nam Việt Nam, thường được người dân dùng để nấu canh chua Tuy nhiên, do điều kiện địa lý khác biệt, cây bụp giấm ở Việt Nam có một số đặc điểm riêng so với các nơi khác trên thế giới.
- Cây cao khoảng 1,5 m, có khi cao đến 3 m.
- Phiến lá có 3 - 5 thùy, dài 1 3 -1 8 cm, rộng 7 - 1 2 cm.
- Cuống hoa dài khoảng 1,6 cm.
- Đài phụ gồm 8 - 9 phiến dày.
2.3.2 Nghiên cứu trong nước và ngoài nước [28], [29], [31]
Cây bụp giấm, có nguồn gốc từ Ấn Độ và Malaysia, đã được đưa đến châu Phi từ rất sớm, sau đó lan rộng sang châu Âu và Trung Mỹ Hiện nay, loại cây này phân bố rộng rãi ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới trên cả hai bán cầu.
Những năm đầu thế kỷ XX người dân Bra-xin đã biết sử dụng Hibiscus sabdarijfa
L đế nhuộm màu, làm thành đồ trang điếm tạo vẻ đẹp mắt cho các món ăn Từ năm
1910 đã có những nghiên cứu nghiêm túc về chất màu của Hibiscus Nhiều vùng đất trở thành quê hương của Hibiscus sabdarijfa L như Ân Độ, Ý , Đức, Thái Lan.
Năm 1992, giám đốc hãng Raublink Bad Kneumach (Đức) đưa những hạt giống Hibiscus đầu tiên vào Việt Nam
Năm 1993, Sở khoa học - công nghệ và môi trường tỉnh Hà tây đã triển khai đề tài chiết xuất chất màu thiên nhiên từ đài quả Hibiscus sabdarijfa L.
Năm 1998-1999, GS Trần Thúy tại Viện y học dân tộc cổ truyền đã nghiên cứu các chế phẩm từ cây bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) để điều trị cho bệnh nhân Hiện nay, cây bụp giấm thu hút sự quan tâm của các nhà sản xuất thực phẩm, nước uống và các hãng dược phẩm, nhờ vào tiềm năng của nó như một sản phẩm thực phẩm tự nhiên và chất màu thay thế cho các chất màu tổng hợp.
Năng suất đài hoa của cây bụp dấm dao động từ 1,5 kg ở California đến 2 kg ở Puerto Rico và đạt 7,5 kg tại nam Florida Tại Hawaii, khi trồng chung với cây cao su, năng suất đạt 16 tấn/ha, trong khi trồng riêng cho năng suất 19 tấn/ha Nếu trồng với mục tiêu thu hoạch cả đài hoa và chất xơ, năng suất đạt 17 tấn/ha cho thân cây sau 3 lần cắt và 3,5 tấn/ha cho đài hoa Năng suất chất xơ trung bình là 1,7 tấn/ha, với lượng chất xơ trong thân cây khoảng 5% Tại Việt Nam, sản lượng thay đổi theo nhu cầu, dao động từ 200 tấn/năm đến 600 tấn/năm.
- Miền Nam: năng suất bình quân biến động từ 400-800 kg đài khô/năm.
- Miền Bắc: từ 320-500 kg đài khô/năm.
2.3.4 Hiệu quả kinh tế và môi trường [11]
Vỏ cây được sử dụng để sản xuất bột giấy, trong khi hạt cây có thể ép lấy dầu ăn Thân cây được dùng làm chất đốt, và đài quả là nguồn dược liệu quý, được chế biến thành màu thiên nhiên phục vụ cho ngành dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm Cây này phát tán hạt lên đất gò đồi như rải thóc, chỉ sau vài bữa đã phủ xanh cả những đồi trọc, cho phép thu hoạch sau 6 tháng.
Bụp giấm là cây ngắn ngày, dễ trồng và phát triển tốt trên đất nghèo dinh dưỡng Rễ của cây có nốt sần, giúp tăng cường nấm cộng sinh giống như cây đậu Khi bố trí mô hình xen canh hợp lý với các loại cây khác như cây ăn quả và cây công nghiệp, bụp giấm không chỉ tạo bóng mát mà còn giữ ẩm cho đất Việc trồng bụp giấm giúp tận dụng nguồn đất xấu, tăng năng suất cây trồng, giảm công chăm sóc và nâng cao thu nhập cho nông dân.
Đầu tư cho trồng cây bụp giấm có chi phí thấp, và nếu nhà nước hỗ trợ vốn cho nông dân trồng đại trà, sẽ tạo ra nguồn nguyên liệu cho xuất khẩu và phát triển công nghệ sản xuất màu tự nhiên Điều này không chỉ mang lại việc làm cho người dân mà còn góp phần tích cực vào chương trình “xóa đói giảm nghèo”.
Công dụng của cây bụp giấm
Cây bụp giấm Hibiscus sabdariffa L là một trong hơn 300 loài thuộc giống cây bông bụp Hibiscus, được biết đến rộng rãi trên thế giới Loài cây này có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống con người, và xu hướng sử dụng chúng ngày càng tăng trong thời gian gần đây.
- Trồng để làm cây hoa cảnh.
- Sử dụng để làm dược thảo và cây thực phẩm chức năng.
- Che phủ đất, cây hoang dại có sức sống cao.
2.4.1 Công dụng trong ngành thực phẩm:
Cây bụp giấm mang lại nhiều sản phẩm đa dạng tùy thuộc vào từng vùng Tại Thụy Sĩ, đài hoa bụp giấm được chế biến thành mứt, nước quả, nước sốt và rượu, trong khi ở các nước nhiệt đới, đài hoa tươi được sử dụng để làm rượu, sirô, nước giải khát và các món bánh ngọt Đài hoa khô được dùng để pha trà, làm mứt, kem và các món ăn khác Ở vùng Tây Ấn, đài hoa bụp giấm không chỉ là nguyên liệu cho rượu rum mà còn được dùng trong các món ăn như cà ri Hạt bụp giấm còn được biết đến như một chất thay thế cà phê kích dục.
Cây bụp giấm chủ yếu được trồng để thu hoạch sợi, với chiều dài sợi có thể lên đến 1,5 m Những sợi này thường được sử dụng như một sự thay thế cho sợi đay trong ngành sản xuất vải bao bì.
2.4.2 Công dụng trong dược phẩm:
Cây bụp giấm chứa nhiều kích tố thực vật và các hoạt chất sinh học quan trọng Một trong những thành phần nổi bật là sterols trong dầu hạt bụp giấm, với ò-sitosterol chiếm 61,3%.
+ Trong sản phẩm bụp giấm (sấy khô ở nhiệt độ thấp) có chứa: 13% hỗn hợp acid hữu cơ, acid citric và acid malic.
+ Có 2 chất hương liệu: anthocyanin gossypetin (hydroxyflavone), và hibiscin. + Bụp giấm giàu vitamin C: 0,004 - 0,005%.
+ Cánh hoa cố họp chất thơm ỉlavonal glucosỉde hỉbỉscrỉtỉn Đây chính là crystalline aglycone-hibiscetin (C15H10O9) Hoa bụp giấm có chứa phytosterols Hoa sấy khô có chứa 15,3% acid hibiscic (CgHóOx).
+ Rễ bụp giấm cố chứa saponin và acid tartaric.
+ Chống lại chứng cao huyết áp.
+ Thay đổi thành phần nước tiều, gốp phần ngăn ngừa và làm tan sỏi thận.
+ Có tác dụng chống viêm, sưng.
+ Chống sự oxy hóa và các gốc tự do bảo vệ tế bào.
+ Chống chứng co thắt gây nhồi máu cơ tim.
+ Sữa đổi những đột biến gen, ngăn ngừa ung thư.
+ Ly trích làm màu thực phẩm tự nhiên cố tác dụng chổng oxy hóa bảo vệ tế bào cơ thể (tương tự như lycopen, caroten ).
Hình 2.7: Đài hoa bụp giấm khô được bán trong túi nyỉon ừ Mexico
Hình 2.8: Đài hoa bụp giấm tươi và đã được chế bỉến
Bảng 2.1:Thành phần dinh dưỡng trong quả, lá và hạt bụp giấm
Các chỉ tiêu Hàm lượng
Trong hạt trích béo bằng ether
Thành phần trong hạt Độ ẩm (%) 7,6
Thành phần trong 100 g lá tưoi
2.5 Giói thiệu về nấm men [3], [5], [12], [14]
Nấm men có nhiều hình dạng đa dạng, bao gồm hình cầu, elip, bầu dục và hình que dài Hình dạng của tế bào nấm men không cố định, mà thay đổi theo tuổi của nấm và điều kiện nuôi cấy.
2.5.2 Kích thước tế bào nấm men
Kích thước trung bình của tế bào nấm men:
Tế bào nấm men có kích thước lớn, gấp 5 đến 10 lần tế bào vi khuẩn, và kích thước này có sự thay đổi đáng kể giữa các loài, độ tuổi và điều kiện nuôi cấy khác nhau.
2.5.3 Cấu tao tế bào nấm men •
Te bào nấm men cũng như nhiều loại tế bào khác được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản sau:
Thành tế bào nấm men được cấu tạo từ nhiều thành phần quan trọng, trong đó glucan, manan, protein và lipid là những thành phần chính Ngoài ra, còn có một số thành phần nhỏ khác như kitin góp phần vào cấu trúc và chức năng của thành tế bào này.
- Màng nguyên sinh chất: Gồm các họp chất phức tạp như protein, photpholipid, enzym permase.
Nhân của tế bào nấm men có hình bầu dục hoặc hình cầu, chứa protein và acid nucleic giống như các vi sinh vật khác.
Những thành phần khác như: Không bào, volutin, ty lạp thể, ribôxom.
2.5.4 Các hình thức hô hấp của nấm men Ở nấm men hô hấp là quá trình khá phức tạp, nó xảy ra theo 2 chiều hướng khác nhau Vì thế, người ta phân bố ra thành 2 loại hô hấp: Hiếu khí và yếm khí. Điểm giống và khác nhau của 2 dạng hô hấp trên:
+ Cả 2 đều sinh ra năng lượng, năng lượng này dùng để cung cấp cho cơ thể sống hoạt động và một phần thải ra bên ngoài.
Sản phẩm trung gian ban đầu trong cả hai kiểu hô hấp đều giống nhau, cụ thể là tạo ra acid pyruvic Quá trình chuyển hóa của hai hình thức hô hấp này đều sử dụng các hệ enzyme oxy hóa tương tự nhau.
Hô hấp yếm khí là quá trình hô hấp không cần oxy, trong khi hô hấp hiếu khí lại phụ thuộc vào sự có mặt của oxy.
+ Sản phẩm của quá trình hô hấp hiếu khí là C 0 2 và H20 , còn sản phẩm của quá trình hô hấp yếm khí là C2H5OH và C 0 2 (Trần Thị Thùy Trang, 2003)
2.5.5 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men
Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men phụ thuộc vào giống, môi trường, trạng thái sinh lý và điều kiện nuôi cấy Men ép có chứa 75% nước và 25% chất khô, trong đó các chất khô bao gồm nhiều thành phần dinh dưỡng quan trọng.
Nấm men chứa từ 5-11% chất khoáng, trung bình là 9%, và cần các vitamin B1, B2, acid nicotin và biotin để duy trì sự sống và phát triển Những vitamin này có vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của nấm men, giúp chúng trở thành nguồn nguyên liệu quý giá trong sản xuất vitamin.
2.5.6 Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng vào trong tế bào nấm men
Nấm men không có cơ quan dinh dưỡng riêng biệt; chúng chủ yếu hấp thụ chất dinh dưỡng qua thành tế bào thông qua hai con đường chính.
Thẩm thấu bị động là con đường đầu tiên cho phép các chất dinh dưỡng đi vào tế bào nấm men qua những lỗ nhỏ trên thành tế bào nhờ áp suất thẩm thấu Đồng thời, chất thải từ quá trình trao đổi chất cũng được thải ra qua những lỗ này Các dưỡng chất hình thành sẽ chui qua thành tế bào, sau đó tách ra và được permease tiếp tục vận chuyển.
Cơ chế quá trình lên men rư ợ u
Quá trình lên men rượu là sự chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch lên men thành các sản phẩm lên men nhờ tác động của enzyme do nấm men sản sinh, với sản phẩm cuối cùng là rượu ethylic.
Trong quá trình lên men rượu, hàng loạt phản ứng sinh hóa phức tạp diễn ra, đặc biệt là quá trình phân giải glucose thành acid pyruvic theo chu trình EMP (Embden-Meyerhof-Parnas) Các enzyme tham gia vào quá trình này đều có mặt trong nấm men, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa đường thành sản phẩm rượu.
Quá trình này diễn ra như sau:
+ Thực hiện chuyển hóa các mối liên kết năng lượng để biến glucose thành dạng dễ lên men
+ Tiếp theo dưới tác dụng của isomerase, gluco-6-phosphat sẽ biến thành fructo- 6-phosphat.
+ Kế đến dưới tác dụng của fructokinase, fructo-6-phosphat sẽ kết họp với 1 ATP nữa và trở thành fructo-l,6-diphosphat.
Endolase and fructose-1,6-bisphosphate play a crucial role in metabolic processes by converting into phosphoglyceraldehyde and dihydroxyacetone phosphate Subsequently, dihydroxyacetone phosphate is isomerized by the enzyme triose phosphate isomerase, resulting in the formation of an additional molecule of phosphoglyceraldehyde.
+ Tiếp theo hai phân tử phosphoglyceraldehyt bị oxit hóa bởi kết họp với acid phosphoric và tạo thành 1,3-diphosphoglyceric dưới xúc tác của triphospho dehydrogenase-coenzyme.
+ Với sự tham gia của phosphoglycerokinase, gốc phosphat cao năng của 1,3- diphosphoglyceric sẽ chuyển vào ADP để tạo ATP.
+ Dưới tác dụng của phosphoglyceromutase, gốc -H 2P 0 3 sẽ chuyển vị trí từ carbon 3 sang carbon 2.
+ Dưới xúc tác của endolase, acid 2-phosphoglyceric sẽ mất nước và biến thành acid phosphopyruvic.
+ Acid phosphopyruvic rất không bền dễ bị mất gốc acid phosphoric dưới tác dụng của pyruvatkinase tạo thành acid pyruvic.
+ Dưới tác dụng của pyruvat decarboxylase, trong điều kiện lên men, acid pyruvic sẽ mất CO2 và tạo thành acetaldehyt.
+ Cuối cùng của lên men rượu là acetaldehyt bị khử do tác dụng của NADH2, tạo thành rượu.
Phương trình tổng quát của quá trình lên men rượu trở nên rất đơn giản:
Trong quá trình lên men, ngoài rượu và CO2, còn sản sinh ra các acid hữu cơ và rượu bậc cao Sự tương tác giữa acid và rượu dẫn đến việc hình thành nhiều este, tạo nên hương vị đặc trưng cho rượu Este phổ biến nhất được tạo ra trong quá trình này là ethyl acetat.
Các este có lợi cho chất lượng rượu, nhưng rượu bậc cao thì không Trong quá trình lên men, lượng rượu bậc cao tạo thành chỉ khoảng 0,1 - 0,5%, nhưng nếu để lại trong sản phẩm, chúng sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến hương vị Lên men ở nhiệt độ cao sẽ làm tăng hàm lượng rượu bậc cao.
2.6.2, Động học của quá trình ỉên men
Tốc độ lên men được theo dõi qua sự biến đổi hàm lượng đường, nồng độ rượu và CO2 trong dịch lên men Quá trình này được chia thành ba giai đoạn chính.
+ Thời kỳ đầu: Khoảng 60 giờ kể từ khi cho nấm men tiếp xúc với dịch lên men
Sự lên men xảy ra rất chậm, đường lên men không đáng kế.
Thời kỳ 2, hay thời kỳ lên men chính, diễn ra từ 60 đến 120 giờ sau thời kỳ đầu Trong giai đoạn này, sự phát triển của nấm men diễn ra mạnh mẽ, với tốc độ lên men tăng nhanh đáng kể và đạt đến mức tối đa.
Thời kỳ cuối của quá trình lên men là giai đoạn lên men phụ diễn ra chậm rãi, đồng thời tạo ra hương vị đặc trưng cho sản phẩm Thời gian này có thể khác nhau tùy thuộc vào phương pháp lên men và loại sản phẩm, và thường không thể quan sát rõ ràng.
Thời kỳ lên men là giai đoạn quan trọng, nơi các thành phần trong dịch lên men biến đổi sâu sắc, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của quá trình này Trong điều kiện bình thường, nồng độ đường trong dịch lên men giảm khoảng một độ (Brix) mỗi giờ, tùy thuộc vào loại sản phẩm và dây chuyền sản xuất.
2.6.3 Các vi khuẩn có hại cho nấm men •
Dịch lên men không chỉ cung cấp môi trường dinh dưỡng cho nấm men mà còn cho các vi sinh vật khác Nước, không khí và nguyên liệu có thể chứa vi sinh vật có hại cho quá trình lên men rượu Nếu những vi sinh vật này xâm nhập vào dung dịch đường, chúng sẽ chuyển hóa đường thành các sản phẩm khác, dẫn đến giảm hiệu suất lên men rượu.
Trong điều kiện lên men rượu, thường gặp nhất các loại vi sinh vật sau đây:
2.6.3.I Vi khuẩn ỉactic Đây là loại vi khuẩn yếm khí, chúng gồm có 2 loại: Lactic điển hình và lactic không điển hình.
Lactic điển hình sẽ biến đường thành sản phẩm duy nhất là acid lactic
C6Hi20 6 - ► 2CH3CH(OH)COOH + 18 kcal
Vi khuẩn lactic không điển hình sử dụng đường để sản xuất acid lactic cùng với các chất khác như alcol, acid acetic, cacbonic, diacetyl và aceton Sự hình thành các sản phẩm này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ pH và mức độ yếm khí, dẫn đến tính không ổn định của chúng Nhiệt độ tối ưu cho lactic điển hình là khoảng 49 - 51°C, trong khi lactic không điển hình phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 37 - 38°C.
Vi khuẩn axetic là loại vi khuẩn háo khí không tạo bào tử, có khả năng oxy hóa alcol thành acid acetic Chúng phát triển tốt trong môi trường có alcol thấp, với nhiệt độ tối ưu từ 20 đến 35°C, và có thể phát triển tối đa ở 42°C.
Trong môi trường không có alcol, vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa đường thành acid gluconic.
Vi khuẩn acetic không chỉ có khả năng oxy hóa alcol acetylic mà còn có thể oxy hóa các alcol khác, chẳng hạn như alcol butylic, biến đổi thành acid butyric dưới tác dụng oxy hóa của chúng.
CH3CH2-CH2O H -►CH3CH2-CH2COOH và alcol propylic sẽ biến thành acid propylic:
CH3CH2CH2OH -► CH3CH2COOH
Vi khuẩn lactic thường phát triển trên bề mặt của dịch lên men lâu ngày, nhưng trong điều kiện lên men rượu, chúng có khả năng phát triển kém do tính hiếu khí của loại vi khuẩn này.
2.Ó.3.3 Vi khuẩn butylic và các vi sinh vật khác
Khi lấy dịch quả chưa lên men để cấy trên hộp đĩa petri trong môi trường thích hợp, nhiều loại vi khuẩn có khả năng tạo bào tử như vi khuẩn butylic, aceton butylic và subtilis sẽ phát triển Tuy nhiên, trong điều kiện lên men rượu, các vi khuẩn này không thể phát triển do pH tối ưu của chúng nằm trong môi trường trung tính hoặc kiềm yếu Do đó, nhiễm khuẩn chủ yếu trong quá trình lên men rượu là vi khuẩn lactic.
2.6.4 Các quá trình và biến đỗi khác
2.6.4.I Sự thay đỗi độ chua và pH dịch ỉên men
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu
2.7.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Lên men ở nhiệt độ thấp mang lại lợi ích vượt trội so với lên men ở nhiệt độ cao, vì nó hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm men dại Ở nhiệt độ thấp, các vi sinh vật gây hư hỏng thường không phát triển hoặc phát triển yếu, từ đó cải thiện quá trình tạo hương hiệu quả hơn.
Nhiệt độ lên men cao nhất là 36°c, thấp nhất là 6°c, nhiệt độ thích họp nhất để lên men nước giải khát là từ 16 -18°c
Nấm men và vi khuẩn chỉ hoạt động hiệu quả trong khoảng pH nhất định Các vi khuẩn gây hại cho rượu thường hoạt động mạnh mẽ ở pH trên 3,5, trong khi chúng yếu đi ở pH thấp hơn 3,5 Men rượu phát huy tốt nhất ở pH từ 3,5 đến 4 Để điều chỉnh pH thấp, có thể sử dụng kalilactrat trung tính hoặc canxi carbonat để trung hòa acid.
Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, nấm men cần một lượng oxy cao để sinh sản và phát triển khối lượng Nếu có giai đoạn nhân giống, việc cung cấp oxy thông qua lắc hoặc sục khí là rất cần thiết.
2.7.4 Ảnh hưởng của môi trường lên men
Hàm lượng đường đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng và carbon cho nấm men, với glucose là dạng tối ưu nhất vì tất cả các loại men đều có khả năng đồng hóa Tỉ lệ đường cao hơn sẽ dẫn đến sự chuyển hóa nhiều hơn thành cồn ethylic Hầu hết nấm men hoạt động hiệu quả trong môi trường có hàm lượng đường dưới 20% Nếu nồng độ dịch đường quá cao, áp suất thấm thấu tăng lên, gây mất cân bằng sinh lý và ức chế hoạt động của nấm men Ngược lại, nồng độ đường quá thấp cũng làm giảm hiệu quả lên men và tạo điều kiện cho vi sinh vật khác phát triển.
Đạm chiếm 50 - 60% khối lượng tế bào khô của nấm men, vì vậy nước quả cần có đủ đạm để men sinh sản nhanh và tăng cường quá trình lên men Khi tỉ lệ đạm trong tế bào nấm men tăng gấp đôi, khả năng lên men sẽ tăng 50% Mặc dù hầu hết nước quả có đủ hợp chất nitơ để cung cấp cho nấm men, nhưng trong một số trường hợp như hạn hán hoặc tùy loại quả, nguồn nitơ có thể không đủ Do đó, cần bổ sung thêm nguồn nitơ, thường bằng amon sulfat ((NH4)2SO4).
Muối khoáng đóng vai trò quan trọng đối với nấm men, giúp hình thành các tổ chức và enzyme cần thiết cho các phản ứng sinh hóa trong quá trình sản xuất rượu Thí nghiệm cho thấy việc bổ sung thêm P2O5, K2O và MgO luôn kích thích quá trình lên men.
Vitamin đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích hoạt động của nấm men Một số loài nấm men có khả năng tổng hợp các vitamin nhất định từ các chất hữu cơ có trong dịch quả Nếu thiếu vitamin, nấm men sẽ hoạt động kém hoặc thậm chí ngừng hoạt động.
2.7.5 Những chất ức chế hoạt động của nấm men
Quá trình lên men là một quá trình tự điều chỉnh, trong đó hoạt động của nấm men tăng nhanh sau thời gian chuẩn bị, đạt mức tối đa rồi giảm dần cho đến khi ngừng hẳn Nguyên nhân của sự chậm lại trong quá trình lên men là do hết thức ăn như đạm, muối khoáng, oxy, vitamin, cùng với sự hình thành ngày càng nhiều chất ức chế hoạt động của men như CO2 và rượu.
Khí C 0 2 chỉ có tác động ức chế khi lên men ở các bình nén, khí C 0 2 không thoát ra ngoài được.
Rượu ethylic có tác động tiêu cực đến nấm men, làm giảm hoặc ngừng khả năng đồng hóa của chúng Ngoài ra, nồng độ đường cao cũng gây ức chế sự phát triển của nấm men; đặc biệt, khi hàm lượng đường vượt quá 35%, nấm men sẽ bị ức chế hoàn toàn do hiện tượng co nguyên sinh xảy ra.
Hàm lượng polyphenol cao cũng làm cho men hoạt động khó.
Các chất kháng sinh do con men tiết ra trong điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao và thiếu oxy có khả năng ức chế hoạt động của chính nó và các men khác.
