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

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Tổng quan về dứa

Dứa là loại trái cây của miền nhiệt đới có nguồn gốc từ các nước Brazil, Paraquay ở Trung và Nam Mỹ

Dứa, ban đầu được gọi là "Ananas", được các nhà thám hiểm Tây Ban Nha đặt tên là "Pine" vì hình dạng giống chóp quả thông Người Anh thêm chữ "Apple" để thể hiện vị ngọt dịu của nó Trong tiếng Việt, dứa được gọi là "thơm" hoặc "khóm".

Theo thống kê của FAO năm 2016, Việt Nam xếp thứ 10 thế giới về sản lượng dứa, với tổng diện tích trồng dứa lên đến khoảng 34,642 ha.

555047 tấn Các tỉnh có diện tích canh tác dứa lớn đáng kể như Tiền Giang, Kiên Giang, Long An và Hậu Giang chiếm 70 – 80% sản lượng dứa cả nước [6]

Theo Báo cáo ngành trồng trọt tại Việt Nam 2017, tình hình sản xuất dứa ở nước ta năm 2015 đến 2017 và kế hoạch năm 2018 được thể hiện ở bảng sau:

B ả ng 2.1 Tình hình sản xuất dứa từ năm 2015 – 2018 và kế hoạch sản xuất năm 2018

Nguồn: Theo Bộ NN và PTNT, 2017

Tình hình chế biến và sử dụng sản phẩm từ dứa tại Việt Nam hiện chưa đa dạng, chủ yếu tập trung vào các sản phẩm như dứa khoanh đóng hộp, dứa rẻ quạt, dứa đông lạnh, nước ép dứa và dứa pure để xuất khẩu hoặc tiêu thụ tươi Do đó, nghiên cứu và phát triển đa dạng các sản phẩm từ dứa là rất cần thiết để nâng cao giá trị và tiềm năng của loại trái cây này.

2.1.1 Ngu ồn gốc v à phân lo ại

2.1.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển của quả dứa trên thế giới

Theo một số tài liệu đang lưu hành ở Việt Nam, dứa được phát hiện ra vào năm

Năm 1942, trong cuộc thám hiểm tìm ra tân thế giới của Christopher Columbus, ông đã phát hiện ra dứa tại vùng sông Amazon, nơi mà người dân bản xứ gọi là Ananas, có nghĩa là “quả cây tuyệt hảo” Vào thế kỷ 17, dứa chỉ được tiêu thụ bởi tầng lớp thượng lưu và giai cấp thống trị, nên nó còn được gọi là “trái cây của vua”.

Dứa hiện nay được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia như Hawai, Úc, Đài Loan, Thái Lan, Philippines, Nam Phi, Brazil và Mexico Loại trái cây này không chỉ nổi bật với giá trị dinh dưỡng cao, hương thơm và vị ngọt mà còn được biết đến như một loại thuốc quý trong việc hỗ trợ tiêu hóa protein Dứa còn đóng vai trò quan trọng trong y học, đặc biệt trong các lĩnh vực phẫu thuật, điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến nội tạng.

2.1.2 Tình hình s ản xuất v à tiêu th ụ dứa tr ên th ế giới v à Vi ệt Nam

Năm 2007, sản xuất dứa toàn cầu đạt 18,9 triệu tấn, tăng 19% so với năm 2002 Thái Lan, Philippines và Indonesia là những nước dẫn đầu trong sản xuất dứa chế biến như nước ép và dứa đóng hộp cho xuất khẩu Mặc dù Ấn Độ và Trung Quốc là những nhà xuất khẩu lớn, nhưng thị trường nội địa của họ rất lớn, hạn chế lượng hàng xuất khẩu Costa Rica là nước xuất khẩu dứa tươi lớn nhất, chiếm 47% thị phần xuất khẩu toàn cầu.

Sản xuất của thế giới 15,801 16,139 16,714 17,852 19,038 18,874

Bờ biển Ngà 228,00 243,00 216,00 195,00 250,00 240,00 Ở nước ta trong giai đoạn 1991 ÷ 1997, diện tích dứa có sự giảm sút đáng kể từ

Diện tích đất canh tác đã giảm từ 39 ngàn ha vào năm 1995 xuống còn 26 ngàn ha vào năm 1997 Nguyên nhân chủ yếu của sự sụt giảm này là do mất thị trường xuất khẩu chính là Liên Xô và các nước Đông Âu cũ, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất trong nước.

Từ năm 1997, sự năng động của các công ty trong việc tìm kiếm thị trường cùng với chính sách mở cửa của nhà nước đã giúp thị trường xuất khẩu ngày càng ổn định và mở rộng Diện tích trồng dứa đã tăng từ 26.000 ha năm 1997 lên gần 38.000 ha năm 2002, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của ngành dứa Việt Nam Điều này không chỉ góp phần vào việc phát triển sản xuất nông hộ mà còn tạo ra thu nhập, việc làm cho người dân và thúc đẩy tăng trưởng xuất khẩu nông sản.

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng sản xuất cây ăn quả chủ yếu của Việt Nam, đặc biệt nổi bật với diện tích dứa lên tới hơn 20.000 ha vào năm 2002, chiếm 55,6% tổng diện tích dứa cả nước Trong đó, tỉnh Kiên Giang dẫn đầu với khoảng 8.700 ha, tương đương 43% diện tích dứa của vùng, tiếp theo là Tiền Giang với 6.870 ha, chiếm 35% diện tích Nhờ vào diện tích lớn, ĐBSCL đóng góp tới 65,9% sản lượng dứa toàn quốc.

Theo báo cáo của Cục Nông nghiệp, diện tích Dứa Cayen trồng mới trên toàn quốc chỉ đạt 3.600 ha, chiếm chưa đến 10% tổng diện tích Dứa Trong vài năm qua, ngân sách Nhà nước đã đầu tư hơn 90 tỉ đồng để nhập khoảng 1.200 triệu chồi Dứa Cayen, canh tác trên 3.227 ha Mỗi ha Dứa Cayen trồng mới tiêu tốn khoảng 29,36 triệu đồng cho giống nhập ngoại.

2.1.3 Thành ph ần hóa học c ủa dứa [9]

Quả dứa chứa khoảng 72 – 88% nước, 8 – 18,5% đường, 0,3 – 0,8% acid, 0,25 – 0,5% protein và khoảng 0,25% muối khoáng Trong đó, 70% lượng đường là saccharose, trong khi phần còn lại là glucose Acid citric chiếm tỷ lệ cao nhất trong các acid hữu cơ của dứa, với 65%, tiếp theo là malic acid 20%, tartaric acid 10% và succinic acid 3%.

Quả dứa chứa enzyme bromelin, giúp cải thiện quá trình tiêu hóa Hàm lượng bromelin tăng dần từ vỏ đến cùi và từ gốc đến ngọn Enzyme này được chiết xuất từ vỏ và cùi của quả dứa Ngoài ra, dứa còn cung cấp một lượng vitamin C đáng kể.

15 – 55mg%, vitamin A 0,06mg%, vitamin B1 0,09mg%, vitamin B2 0,04mg%, Thành phần hóa học của dứa thay đổi tùy theo giống, độ chín, thời vụ, địa điểm và điều kiện trồng trọt

B ả ng 2.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa

2.1.4 Thu ho ạch v à b ảo quản dứa [9]

Theo Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam, độ chín của dứa được phân loại thành 5 mức: Độ chín 0 là trái còn xanh sẫm, mắt chưa mở; Độ chín 1 là trái xanh bóng với một hàng mắt mở; Độ chín 2 có 3 hàng mắt mở và 25-75% vỏ trái chuyển sang màu vàng tươi; Độ chín 3 có khoảng 4 hàng mắt mở và 75-100% vỏ trái vàng tươi; Độ chín 4 là trái có 100% vỏ vàng sẫm và trên 5 hàng mắt mở.

Dứa được thu hoạch tại nông trường khi đạt độ chín 1 và 2, với màu sắc sáng đẹp, thích hợp để ăn tươi hoặc chế biến trong vòng 4 – 8 ngày Trái dứa ở độ chín 3 và 4 dễ bị hỏng sau khi thu hoạch, do đó cần chú ý đến thời điểm thu hoạch để đảm bảo chất lượng.

Giới thiệu về rượu vang

Rượu vang là sản phẩm tự nhiên được tạo ra từ quá trình lên men toàn phần của nước nho tươi, hoặc từ sự kết hợp giữa nước nho và bã nho.

Rượu vang được phân loại chủ yếu dựa trên màu sắc, bao gồm vang đỏ và vang trắng, trong đó vang đỏ thường có giá trị cao nhất Trước đây, rượu vang chủ yếu được sản xuất từ nho đỏ có chất lượng dinh dưỡng tốt, nhưng hiện nay, nguyên liệu chế biến đã được mở rộng ra nhiều loại trái cây khác nhau, mang lại sự phong phú về màu sắc và chất lượng.

Vang ngọt và vang khô là hai loại rượu vang phổ biến Vang ngọt chứa đường và thường được thưởng thức sau bữa ăn, trong khi vang khô là loại rượu đã lên men hết đường, thích hợp để dùng trong bữa ăn.

Rượu vang trắng và vang màu đều được yêu thích, nhưng quy trình sản xuất của chúng có sự khác biệt Vang trắng được lên men mà không có xác quả, trong khi vang màu được sản xuất bằng cách lên men có xác quả.

2.2.2 Tình hình nghiên c ứu v à s ản xuất rượu vang

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

Rượu vang đã được sản xuất từ 3000 năm trước công nguyên, và hiện nay, trên toàn thế giới có rất nhiều loại rượu khác nhau Công nghệ chế biến rượu vang ngày càng phát triển, trở thành một ngành thương mại quan trọng tại nhiều quốc gia như Pháp, Italia, Mỹ, Nga và Đức, với tổng sản lượng lên tới gần 29 tỷ lít mỗi năm.

Trước đây, nguyên liệu chính để sản xuất rượu vang chủ yếu là quả nho chín, được thu hoạch từ những giống nho đã được lựa chọn kỹ lưỡng Những giống nho này thường được trồng ở các vùng nhất định, phù hợp cho việc sản xuất vang chất lượng.

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, đặc biệt trong lĩnh vực sinh hóa và vi sinh vật, đã dẫn đến việc chuyển đổi nguồn nguyên liệu sản xuất rượu vang sang các loại trái cây khác như dâu, táo, lê và dứa.

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

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

Ngành sản xuất rượu vang tại Việt Nam bắt đầu phát triển từ những năm 80 của thế kỷ 20 Tình hình nghiên cứu và sản xuất rượu vang ở Việt Nam đang dần được cải thiện, với nhiều nỗ lực trong việc nâng cao chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm.

XX đánh dấu sự xuất hiện của vang Thăng Long trên thị trường nội địa Việt Nam Trước năm 2001, rượu vang Pháp và Ý chiếm ưu thế, nhưng hiện nay, với sự gia tăng của vang Chile, Úc và Tây Ban Nha, thị trường đã thay đổi Rượu vang trong nước đang cạnh tranh mạnh mẽ với vang nhập khẩu nhờ vào giá cả hợp lý hơn, không phải chịu thuế nhập khẩu, giúp người tiêu dùng có thu nhập thấp dễ dàng tiếp cận, đặc biệt trong các dịp Tết.

Theo Hiệp hội Rượu Bia và Nước Giải Khát Việt Nam, hiện có khoảng 10 doanh nghiệp sản xuất rượu vang trong nước, với sản lượng trung bình hàng năm đạt 12,5 triệu lít Các nhãn hiệu rượu vang nội địa như vang Đà Lạt của Công ty Thực phẩm Lâm Đồng, vang Thăng Long và vang Đông Đô đã trở nên quen thuộc với người tiêu dùng Đồng thời, rượu vang nhập khẩu cũng đang gia tăng mạnh về số lượng.

Rượu vang Đà Lạt từ công ty thực phẩm Lâm Đồng đã thu hút sự yêu thích của người tiêu dùng Việt Nam nhờ vào chất lượng ổn định, hương vị phù hợp với khẩu vị người Việt, và mức giá cạnh tranh hơn so với rượu vang nhập khẩu, làm cho sản phẩm này trở thành lựa chọn lý tưởng cho đối tượng khách hàng bình dân.

Hiện nay, số lượng khách nước ngoài đến Việt Nam ngày càng tăng, nhờ vào các hoạt động làm việc và du lịch, dẫn đến nhu cầu sử dụng rượu vang tăng mạnh.

Sử dụng rượu vang với lượng vừa phải có lợi cho sức khỏe, đặc biệt là với người già và phụ nữ, nhờ vào lượng cồn trung bình của nó.

Rượu vang chứa nhiều chất dinh dưỡng vượt trội so với các loại rượu khác, với thành phần ổn định và hương vị đặc trưng được tạo ra từ quá trình lên men nước quả.

Sản xuất rượu vang thương phẩm làm tăng giá trị kinh tế và đem lại lợi nhuận cho người làm vườn

2.2.4 Phân lo ại rượu vang

Sản phẩm rượu vang được phân loại theo màu sắc thành các loại: vang đỏ, vang trắng và vang hồng, mỗi loại có những tiêu chí và giới hạn về màu sắc riêng biệt.

Quá trình lên men rượu vang

2.3.1 Gi ới thiệu về nấm men

Nấm men là nhóm nấm đơn bào, sống riêng lẻ hoặc thành từng đám, không di động và sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi Chúng phổ biến trong thiên nhiên, có mặt trong đất, nước và thực phẩm, đặc biệt là trong các loại hoa quả chín và ngọt.

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

So với các vi sinh khác, tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn: đường kớnh khoảng 7 àm; chiều dài 8–12 àm

Trọng lượng riêng của tế bào nấm men không khác mấy so với vi khuẩn:

- Ở nấm men chỉ số này là: 1,055–1,060

- Ở vi khuẩn chỉ số này là: 1,050–1,112[3;11; 18]

Hình 2.1 Hình thái tế bào nấm men

2.3.2 N ấm men d ùng trong s ả n xu ất rượu vang

Trong nước quả tươi, có sự hiện diện của nhiều vi sinh vật từ môi trường, chủ yếu là nấm mốc, nấm men, cùng một số loại vi khuẩn và xạ khuẩn Mặc dù nấm men ít phổ biến hơn nấm mốc, nhưng chúng phát triển nhanh hơn trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy, dẫn đến quá trình lên men và tích tụ cồn Điều kiện kỵ khí và sự hiện diện của cồn giúp ức chế sự phát triển của nấm mốc, tạo cơ hội cho nấm men chiếm ưu thế trong quá trình lên men.

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

Saccharomyces apiculata, Mycoderma, Hancelnula và Gichia là những loại men dại có thể ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu Nếu để men dại phát triển tự nhiên, việc kiểm soát quá trình lên men trở nên khó khăn, dẫn đến chất lượng rượu không ổn định.

Men bánh là loại men được sản xuất ở những vùng có truyền thống nấu rượu, với nguyên liệu chính là gạo, tạo ra môi trường nền từ bột gạo Ngoài ra, người sản xuất còn sử dụng một số nguyên liệu bí mật và hàng chục vị thuốc bắc như đại tiểu hồi, thảo quả, xuyên khung, bạch chỉ, đinh hương, nhục đậu, liên kiều, cát cánh Sau khi chế biến, men được tạo thành các khối hình tròn dẹt, bề mặt phủ lớp trấu để làm cho khối men trở nên xốp Khối lượng mỗi bánh men dao động từ 10 đến 100g.

Hệ vi sinh vật trong bánh men:

-Nấm mốc gồm có Aspergillus oryzea, A flavus, A awamori, A usami, A niger, Mucor (M Sircinilloides), Rhizopus, Penicillium và Amylomyces rouxii, Nấm mốc sinh enzyme amylase đường hóa tinh bột

-Nấm men chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae Ngoài ra còn thấy

Hyphopichia butonii, Pichia anomada và Candida là những loại nấm men dại, thường xuất hiện không mong muốn trong quá trình sản xuất rượu Những nấm men này có khả năng chuyển hóa đường thành rượu, nhưng chúng không phải là loại men chính được sử dụng trong quá trình lên men.

Bánh men chứa loài men giả Endomycopsis fibuliger, có đặc điểm tương tự như nấm men nhưng phát triển theo dạng sợi Loài men này có khả năng sinh glucoamylase, giúp thủy phân tinh bột thành đường glucose.

Vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic thường xuất hiện trong bánh men, nhưng thực tế, chúng là vi khuẩn tạp nhiễm không mong muốn.

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

Việc sử dụng nấm men thuần khiết trong sản xuất rượu vang công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào những lợi ích vượt trội của nó Nấm men thuần khiết giúp rút ngắn thời gian lên men, ngăn chặn tình trạng ngưng trệ trong quá trình này, đồng thời tạo ra nồng độ cồn cao hơn so với phương pháp lên men tự nhiên Kết quả là rượu vang có màu sắc sáng hơn và hương vị thanh khiết hơn, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người tiêu dùng.

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

Saccharomyces vini, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces oviform

Nấm men Saccharomyces vini là một loại nấm men phổ biến trong quá trình lên men nước quả, chiếm đến 80% tổng số Saccharomyces có trong nước quả Tế bào của loài này có hình oval, kích thước từ 3 – 8 µm x 5 – 12 µm, và sinh sản bằng cách nảy chồi tạo thành bào tử Saccharomyces vini có khả năng chuyển hóa đường saccharose thành fructose và glucose, cho phép bổ sung loại đường này vào dịch quả, với hàm lượng rượu đạt 8 – 10% so với thể tích Tuy nhiên, ở giai đoạn cuối của quá trình lên men, nấm men này thường bị già, không còn khả năng chuyển đường thành cồn và chết nhanh chóng.

Nấm men Saccharomyces uvarum, được chiết xuất từ nước nho, rượu và nước quả, là một loại nấm men có khả năng lên men tự nhiên mạnh mẽ Về hình thái, nó tương tự như các loài nấm men khác, nhưng nổi bật với khả năng sinh bào tử tốt trên môi trường thạch – malt Loài nấm men này có thể lên men đến 12 – 13 độ cồn trong dung dịch nước nho, góp phần quan trọng trong quá trình sản xuất rượu và các sản phẩm lên men khác.

Nấm men Saccharomyces oviformis, được tách ra từ nước nho lên men, ít phổ biến hơn so với Saccharomyces vini Giống nấm men thuần chủng này phát triển tốt trong nước nho và các loại nước trái cây khác, có khả năng chịu được nồng độ đường và cồn cao, lên men triệt để đường và tạo ra tới 18% cồn Trong quá trình lên men, nấm men thường nổi lên bề mặt dịch, tạo thành một lớp màng.

Nấm men Saccharomyces chevalieri được tách ra từ nước nho lên men tự nhiên, có khả năng lên men nước nho tạo ra 16 độ cồn Nấm men này thường được sử dụng trong quá trình sản xuất vang non, với sự hỗ trợ từ nước dừa hoặc nước cọ để kích thích quá trình lên men.

2.3.3 Cơ chế lên men rượ u [16]

2.3.3.1 Tác nhân gây lên men Điển hình của tác nhân gây lên men là nấm men Trong số các giống nấm men, Saccharomyces là giống được dùng rộng rãi Nấm men có đặc điểm là trong điều kiện sinh hoạt yếm khí, chúng có khả năng chuyển đường thành rượu ethanol và

Trong điều kiện yếm khí, nấm men không thể tiếp tục chuyển hóa ethanol đã được tạo ra, dẫn đến việc quá trình lên men dừng lại ở giai đoạn tích lũy rượu ethanol Do đó, biện pháp kỹ thuật hiệu quả là thực hiện quá trình lên men trong thùng kín.

Tế bào nấm men có khả năng tạo ra các enzyme nội tại (endoferment) để xúc tác quá trình phân ly đường bên trong tế bào Kết quả của quá trình này là rượu êtylic và CO2 được sinh ra và thoát ra khỏi tế bào, tích tụ trong môi trường xung quanh.

2.3.3.2 Các điều kiện lên men rượu

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men như: nồng độ đường, độ acid của môi trường, nhiệt độ

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men vang

Quá trình lên men vang chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các điều kiện sản xuất, bao gồm chủng nấm men, thiết bị lên men và môi trường lên men như độ pH, hàm lượng đường và nồng độ oxy hòa tan Mỗi yếu tố này có mức độ tác động khác nhau đến chất lượng và hương vị của vang.

R-CO-COOH + CH 3 - CH - COOH

Acid pyruvic Amino acid Ceto acid Amino acid

2R-CO-COOH 2RCHO RCOOH + RCH 2 OH

2.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng đường

Nấm men có tốc độ lên men nhanh nhất khi lượng đường trong dịch là 11- 12

Để đạt được lượng cồn tối đa trong quá trình lên men vang, nồng độ đường cần phải cao, với nghiên cứu cho thấy mức đường tối ưu là từ 12 - 20% Nếu hàm lượng đường vượt quá 25%, sẽ cản trở quá trình lên men Nồng độ đường cao trong dịch lên men tạo ra sự chênh lệch áp suất thẩm thấu lớn, gây ức chế hoạt động của nấm men Tỷ lệ đường ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu suất lên men, trong đó đường glucose được xác định là phù hợp nhất cho sự phát triển của nấm men và quá trình tạo rượu, tiếp theo là đường fructose và saccharose Do đó, quả có hàm lượng đường khử cao sẽ hỗ trợ tích cực cho quá trình lên men và nâng cao chất lượng vang.

2.4.2 Ảnh hưởng của độ pH

Nấm men có khả năng sinh sản và phát triển trong môi trường có pH từ 2,5 đến 7,5, với pH lý tưởng là từ 4 đến 6 Nhiều chủng nấm men có thể hoạt động tốt ở pH 3 đến 3,5 Để ngăn chặn sự lây nhiễm và phát triển của vi khuẩn, các nhà sản xuất vang duy trì pH trong khoảng 3,2 đến 4,0, phù hợp với độ pH tự nhiên của nguyên liệu và chất lượng vang Để điều chỉnh pH của dịch lên men, thường sử dụng NaHCO3, CaCO3, acid tartaric và acid citric Độ pH không chỉ ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển của nấm men mà còn tác động đến khả năng hoạt hóa của các enzyme tham gia vào quá trình lên men Độ pH quá thấp hoặc quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc protein của enzyme, dẫn đến giảm khả năng hoạt hóa của chúng.

2.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ rượu

Mỗi giống nấm men có khả năng chịu đựng nồng độ rượu khác nhau; một số giống như Hasenula và Alanama chỉ chịu được nồng độ cồn thấp, trong khi nhiều chủng thuộc giống Saccharomyces có thể chịu được từ 9-12%V cồn và lên men đạt 14-16%V Trong quá trình lên men, nồng độ rượu tăng dần sẽ ức chế hoạt động của nấm men và làm giảm hiệu quả của enzym chuyển hóa đường thành rượu Khả năng sống sót của nấm men phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ rượu trong dịch lên men; ở nhiệt độ 50°C, nồng độ rượu 12-15%V có thể tiêu diệt hoàn toàn nấm men chỉ sau 2 phút Những chủng nấm men có khả năng lên men ở nhiệt độ cao thường cho hiệu suất lên men và độ rượu thấp, không phù hợp cho sản xuất rượu vang chất lượng cao Hơn nữa, rượu có phân tử lượng cao càng gây ức chế hoạt động của nấm men Do đó, việc lựa chọn chủng nấm men có khả năng lên men với độ cồn và hiệu suất cao là rất quan trọng.

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sự sinh sản và phát triển của nấm men cũng như chất lượng vang Nấm men có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 4 đến 45 độ C, nhưng nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh sản và phát triển là từ 28 đến 30 độ C Ở nhiệt độ thấp, nấm men sinh sản chậm và thời gian lên men kéo dài, tuy nhiên, điều này giúp hạn chế nhiễm khuẩn Ngược lại, ở nhiệt độ cao trên 38 độ C, nấm men sinh sản nhanh hơn nhưng dễ dẫn đến nhiễm khuẩn Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ trên 26,7 độ C có thể làm giảm chất lượng vang trắng, trong khi lên men ở nhiệt độ lạnh giúp rượu có hương vị trái cây tươi mát hơn và tăng hàm lượng glyxerin Theo nhiều tác giả Việt Nam, nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men vang là từ 25 đến 31 độ C, và việc duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình lên men là rất quan trọng.

2.4.5 Ảnh hưởng của a cid h ữu cơ

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng acid đóng vai trò quan trọng trong việc giảm độ pH và ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn Ảnh hưởng của acid hữu cơ trong quá trình lên men không chỉ phụ thuộc vào tổng hàm lượng của các acid hữu cơ không bay hơi, mà còn vào thành phần và hàm lượng cụ thể của một số loại acid như acid béo, acetic, butyric và propyolic, những yếu tố này quyết định sự sinh sản và phát triển của nấm men.

Nitơ là thành phần thiết yếu trong quá trình hình thành và phát triển tế bào, với hầu hết các thành phần tế bào chứa Nitơ ở tỉ lệ khác nhau Protein chiếm từ 25 - 60% trọng lượng khô tế bào, trong đó Nitơ tổng số chiếm 4 - 12%, và Nitơ dạng NH2 khoảng 75% Mặc dù nấm men không có nhu cầu tuyệt đối về amino acid, nhưng hàm lượng amino acid trong dịch quả chỉ đủ cho 4 - 5 ngày lên men Do đó, cần xem xét việc bổ sung Nitơ vào dịch lên men Tuy nhiên, theo Schanderl, việc bổ sung Nitơ cho quá trình lên men vang từ nho là không cần thiết, ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, và chỉ cần thiết cho quá trình lên men lần thứ hai của vang gas Trong sản xuất vang, để tăng cường khả năng sinh sản của nấm men, người ta thường bổ sung lizin, arginin hoặc (NH4)2SO4 với nồng độ 0,6%.

2.4.7 Ảnh hưởng của các loại muối khoáng

Muối khoáng cần thiết cho quá trình lên men vang gồm:Mg, K, I2, Ca, Co, Fe,

S, P Trong dịch quả đã có đầy đủ muối khoáng nên việc bổ sung muối khoáng cần thận trọng và phụ thuộc vào loại nấm men, bản chất dịch quả sự dư thừa của nguyên tố khoáng sẽ kìm hãm quá trình lên men Một sốvitamin (B1, biotin, E ) tác dụng tốt đến sự sinh sản và phát triển của nấm men Các amino acid, vitamin do nấm men giải phóng ra trong quá trình lên men đã làm tăng giá trị của vang Nhiều vitamin có tác dụng tăng cường sự hoạt hoá của một số loại enzyme trong quá trình lên men rượu [13;14]

2.4.8 Ảnh hưởng của lượng men giống

Lượng men giống trong dịch lên men ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian và chất lượng quá trình lên men vang Nếu lượng men giống thấp, thời gian lên men sẽ kéo dài và dễ bị nhiễm khuẩn Ngược lại, khi lượng men giống cao, thời gian lên men sẽ ngắn hơn và khả năng nhiễm khuẩn được hạn chế nhờ sự áp đảo của nấm men Tuy nhiên, nếu lượng men giống quá cao, sẽ làm thay đổi thành phần môi trường lên men, gây bất lợi cho quá trình này và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Theo nhiều tác giả, lượng men giống lý tưởng trong dịch lên men nên nằm trong khoảng 4.

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

2.4.9 Ảnh hưởng nồng độ ôxy ho à tan

Nồng độ oxy hòa tan là yếu tố thiết yếu cho sự sinh sản và phát triển tối ưu của nấm men, vì nấm men là sinh vật hiếu khí và không thể tồn tại lâu trong môi trường kỵ khí.

Trong quá trình lên men rượu, đường đơn như glucose và fructose được phân giải qua con đường EMP và chu trình axit tricacboxylic, tạo ra năng lượng và sinh khối cho nấm men Khi môi trường chuyển dần sang kỵ khí, nấm men bắt đầu quá trình lên men rượu, dẫn đến sản phẩm cuối cùng bao gồm ethanol, CO2, sinh khối, axit hữu cơ và các sản phẩm phụ như glycerin và axit.

Kết quả nghiên cứu cho thấy: Môi trường có đầy đủ oxy nấm men dùng đường làm nguồn năng lượng tăng sinh khối theo phương trình:

Ngược lại khi môi trường thiếu oxy nấm men hô hấp kỵ khí chuyển hoá đường thành rượu theo phương trình:

Để đạt được hiệu suất lên men rượu cao nhất, quá trình lên men vang cần hạn chế tối đa sự hiện diện của oxy trong dịch lên men và thực hiện lên men kỵ khí.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghi ên c ứu

+ Dứa tươi mua ở thị trường Quảng Trị

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

Hình 3.1 Bánh men Làng Vân

The article discusses various chemical substances, including potassium permanganate (KMnO4), ethanol, oxalic acid, dinatri chromotropate, methanol, orthophosphoric acid, and standard solutions of NaOH 0.1N and H2SO4 0.1N It also mentions phenolphthalein, isobutanol, isopentanol, salicylic aldehyde, K2S2O5, sulfuric acid, hydrochloric acid, boric acid, sodium hydroxide tablets, dihydrogen phosphate, Complexon III, starch powder, and iodine standard solution 0.1N Additionally, the article highlights nitric acid, hydrogen peroxide, lead standard, arsenic, cadmium, and mercury from MERCK, all boasting a purity level above 90%.

- Thiết bị dùng trong nghiên cứu:

+Máy ép trái cây COMET của Trung Quốc

+Máy đo pH HANNA của Mỹ

+ Khúc xạ kế ATAGO (0 – 32%) của Nhật Bản

+ Thiết bị lên men 15L CENTRION của Hàn Quốc

Hình 3.2 Thiết bị lên men 15L CENTRION

+Cồn kế 0 – 100% FUNKE – GERBER của Đức

+ Nồi hấp áp suất YUIN của Việt Hàn

+ Máy chưng cất rượu BUCHI của Thụy Sĩ

+ Máy đo quang UV –VISPERKIN ELMER của Mỹ

+ Bộ ngưng tụ ester BUCHI của Thụy Sĩ

+ Các dụng cụ thông thường trong phòng thí nghiệm: ống đong, cốc đong, bình cầu cổ nhám, bình định mức, phễu, đũa thủy tinh, bình tia …

3.1.2 Ph ạm vi nghiên c ứu

+ Phòng thí nghiệm khoa Cơ khí - Công nghệ

+ Trung tâm Nghiên cứu, ứng dụng và thông tin khoa học và công nghệ thuộc

Sở khoa học và công nghệ tỉnh Quảng Trị

+ Trung tâm kiểm nghiệm ATVSTP khu vực Tây Nguyên thuộc Viện vệ sinh dịch tễ Tây Nguyên

- Thời gian thực hiện: từ ngày 08/11/2018 đến ngày 01/03/2019.

Nội dung nghiên cứu

3.2.1 Nghiên c ứu xác định hàm lượng đường của dịch dứa theo độ chín

3.2.2 Nghiên c ứu ảnh hưởng của một số thông số lên hàm lượng ethanol v à các s ản phẩm bậc hai tạo th ành trong s ản phẩm

3.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm

3.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng nấm men ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm

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

Phương pháp nghiên cứu

3.3.1.1 Xác định Bx bằng Bx kế Atago

3.3.1.2 Xác định pH bằng máy đo pH Hanna

3.3.2.1 Phương pháp xác định độ cồn[23]

Quá trình xác định độ cồn trong mẫu thí nghiệm được thực hiện theo các bước như sau:

- Hút lấy 250ml mẫu cho vào bình cầu của bộ chưng cất rượu và thêm vào vài hạt đá bọt hoặc bi thủy tinh

Lắp đặt hệ thống chưng cất, thu hồi dịch cất vào bình định mức 250ml đã chứa sẵn 20ml nước cất Trong quá trình chưng cất, cần làm lạnh bình thu hồi và đảm bảo mỏ của ống hồi lưu được ngập hoàn toàn trong nước.

- Quỏ trỡnh cất kết thỳc khi cất được khoảng ắ thể tớch mẫu (thời gian khoảng

Sau khi hoàn thành quá trình cất trong 90 phút, thêm nước cất vào bình thu hồi đến vạch định mức Tiếp theo, tiến hành đo hàm lượng etanol và nhiệt độ của dịch Cuối cùng, sử dụng bảng tra để quy đổi nồng độ rượu về 20 độ C.

- Nếu nhiệt độ dung dịch rượu thu được >30 o C thì phải làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống dưới 30 o C rồi mới tiến hành đo

3.3.2.1 Xác định hàm lượng andehyde bằng phương pháp chuẩn độ [24]

Tiến hành song song mẫu thử và mẫu trắng, trong đó mẫu trắng sử dụng dung dịch Etanol có nồng độ tương ứng với mẫu thử Quá trình thí nghiệm được thực hiện theo bảng 3.1.

B ả ng 3.1 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm Ống

Hóa chất Mẫu thử Mẫu trắng

Dung dịch metasulfit, ml 10 Để yên 15 phút

Dung dịch Complexon III và phosphat kiềm, ml 10 Để yên 15 phút, kiểm tra pH = 7-7,2

Dung dịch HCl loãng, ml 10

Hồ tinh bột Vài giọt

Nhỏ từng giọt dung dịch Iot 0.1N cho đến khi dung dịch có màu xanh tím

Dung dịch Borat kiềm, ml 10

Chuẩn độ bằng dung dịch Iot 0,01N cho đến khi dung dịch có màu xanh tím, đọc thể tích dung dịch Iot đã dùng

Hàm lượng Aldehyde trong mẫu thử được tính theo công thức:

Với: V1: thể tích dung dịch Iot 0,01N dùng chuẩn độ mẫu thử, ml

V2: thể tích dung dịch Iot 0,01N dùng chuẩn độ mẫu trắng, ml

A: hàm lượng Ethanol trong mẫu ở 20 o C

3.3.2.2 Xác định hàm lượng rượu bậc cao bằng phương pháp đo mật độ quang[26]

Dung dịch chuẩn được pha bằng cách cân 0,25g isobutanol chuẩn gốc và định mức bằng ethanol có nồng độ tương ứng với mẫu phân tích vào bình định mức 250 mL, tạo ra dung dịch isobutanol với nồng độ 1000ppm.

Quá trình tiến hành thí nghiệm đuợc thực hiện trên bảng 3.2

B ả ng 3.2 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm Ống

Hàm lượng rượu tạp, ml 0 25 50 75 100 0 0

Dung dịch Aldehyd salisilic 1% trong cồn tuyệt đối, ml 0,2

Dung dịch H2SO4 đậm đặc, ml 10 Để yên 45 phút sau đó đem đi đo mật độ quang ở bước sóng 540nm

Hàm lượng rượu tạp trong mẫu thử được tính theo công thức: o 100 o

Với: Co: hàm lượng rượu tạp xác định theo đồ thị

A o : hàm lượng Etanol trong mẫu ở 20 o C

100: hệ số chuyển đổi về rượu 100 o

3.3.2.3 Xác định hàm lượng ester bằng phương pháp chuẩn độ [27]

Quá trình tiến hành xác định hàm lượng ester được thực hiện theo các bước như sau:

- Lấy chính xác 50ml mẫu cho vào bình cầu dung tích 250ml sau đó thêm vài giọt chỉ thị Phenol phtalein

- Chuẩn độ lượng acid tự do bằng dung dịch dung dịch NaOH 0.1N đến khi xuất hiện màu hồng nhạt

- Thêm vào bình chính xác 10ml dung dịch NaOH 0.1N, lắc đều rồi lắp vào hệ thống hoàn lưu và đun trên bếp cách thủy trong 1 giờ

Sau khi để nguội, thêm vào 10ml dung dịch H2SO4 0.1N và lắc đều Tiến hành chuẩn độ lượng H2SO4 dư bằng dung dịch NaOH 0.1N cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt Ghi lại thể tích dung dịch NaOH 0.1N đã sử dụng.

Hàm lượng Este trong mẫu thử được tính theo công thức:

Với: V: thể tích dung dịch NaOH 0.1N đã dùng chuẩn độ, ml

Vo: thể tích mẫu, ml

A o : hàm lượng Etanol trong mẫu ở 20 o C

3.3.2.4 Xác định hàm lượng methanol bằng phương pháp so màu [25]

Quá trình tiến hành thí nghiệm đuợc thực hiện trên bảng 3.3

B ả ng 3.3 Bảng bố trí tiến hành thí nghiệm Ống

Nồng độ Metanol trong các ống, % 0 0.04 0.08 0.12 0.16 ?

Dung dịch KMnO4, ml 5 Để yên 15 phút

Lắc đều cho tan kết tủa

- Hút từ mỗi ống nghiệm 1ml dung dịch rồi cho vào ống nghiệm khác, thêm tiếp 1ml thuốc thử Dinatri cromotropat và 8ml dung dich H2SO4 (3:1), lắc đều

- Ngâm trong nước nóng 60 o C trong 15 phút

- Để nguội rồi đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 540 nm

Hàm lượng Metanol trong mẫu thử được tính theo công thức: o 100 o

Với: Co: hàm lượng Metanol xác định theo đồ thị

A o : hàm lượng Etanol trong mẫu ở 20 o C

3.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm để thực hiện nội dung nghi ên c ứu 3.3.3.1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát được thể hiện trên Hình 3.3

Theo dõi một số chỉ tiêu trong quá trình lên men

Xác định nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men thích hợp Để nguội

Chọn quả chín phù hợp, không có dấu hiệu sâu bệnh hay dập nát Phân loại quả theo màu sắc vỏ để xác định độ Brix của dịch quả, sau đó tiến hành ép và lọc.

Cho vào thiết bị lên men và thanh trùng

Phối trộn ở các nồng độ đường khác nhau

Cho bánh men vào Đường

Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bánh men gieo cấy ban đầu

Xác định sự thay đổi của các chỉ tiêu

Xác định lượng bánh men thích hợp

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

3.3.3.2 Thuyết minh quy trình sơ đồ tổng quát

Để tiến hành thí nghiệm với dứa, trước tiên cần chọn những quả dứa chín phù hợp, không bị sâu bệnh hay dập nát Độ chín của dứa được xác định dựa vào màu sắc của vỏ quả Phương pháp kiểm tra được thực hiện bằng cách lấy dịch ép từ quả và đo chỉ số đường bằng thiết bị Bx kế Chọn dứa có hàm lượng đường cao nhất tương ứng với màu sắc vỏ quả Sau khi xác định loại dứa, tiến hành xử lý thu dịch để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu lên các giá trị Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai Các bước thực hiện bao gồm ép lấy dịch dứa, phối trộn với đường theo các nồng độ 20%, 30%, 40%, 50% và điều chỉnh pH Sau đó, dịch được cho vào thiết bị lên men để thanh trùng, cần để nguội trước khi bổ sung bánh men, tránh nhiệt độ gây bất lợi cho hoạt động của nấm men.

Trước khi đưa bánh men vào thiết bị lên men, cần làm sạch lớp trấu ở đáy bánh và nghiền nhỏ để nấm men có thể phân tán và hoạt động hiệu quả Sau khi nghiền, bột bánh men được đưa vào thiết bị lên men để bắt đầu quá trình lên men Trong suốt quá trình này, cần theo dõi sự biến đổi của các chỉ số như Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai, từ đó xác định nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men tối ưu.

Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng bánh men gieo cấy ban đầu lên các chỉ số Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai Với nồng độ chất khô ban đầu và thời gian lên men đã xác định, chúng ta sẽ theo dõi sự thay đổi của các giá trị này để tìm ra lượng bánh men gieo cấy ban đầu phù hợp.

Các thông số được lựa chọn dựa vào hàm lượng của ethanol và các sản phẩm bậc

Trong sản phẩm rượu vang, các hợp chất như methanol, aldehyde, rượu bậc cao và ester cần được kiểm soát chặt chẽ Hàm lượng của những sản phẩm này phải tuân thủ tiêu chuẩn an toàn thực phẩm do Bộ Y tế quy định, cụ thể là TCVN 7045:2013.

3.3.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng đường trong quả dứa theo độ chín Để lựa chọn quả dứa có độ chín phù hợp không bị sâu bệnh, dập nát cho quá trình lên men ruợu chúng tôi tiến hành xác định pH của dịch dứa Quả dứa thu nhận trên thị truờng đuợc chia thành 7 nghiệm thức dựa trên màu sắc của vỏ quả từ xanh đến vàng đậm Các nghiệm thức này đuợc đánh dấu từ D1 đến D7, mỗi nghiệm thức đuợc lặp lại 3 lần

Nghiệm thức được chọn lựa sẽ đem đi rửa sạch, loại bỏ vỏ, mắt dứa, cắt nhỏ sau đó ép ở máy ép trái cây COMET để thu dịch dứa

Dứa sau khi được xử lý sẽ được lắng và lọc để thu được dịch trong suốt, không có cặn lắng Sau đó, nồng độ chất khô được đo bằng phương pháp khúc xạ với thiết bị Bx kế Atago, và chỉ số pH được xác định bằng thiết bị Hanna.

3.3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm

Những quả dứa đạt độ chín tối ưu sẽ được ép lấy dịch để xác định Bx Sau đó, đường saccharose được bổ sung để điều chỉnh Bx lên các mức khảo sát như 20%, 30%, 40% và 50% Dịch dứa đã điều chỉnh Bx tiếp tục được bổ sung hóa chất nhằm điều chỉnh pH ban đầu xuống còn 1,5 Cuối cùng, dịch dứa sẽ trải qua quá trình thanh trùng.

Bánh men được bổ sung vào dịch dứa đã thanh trùng và làm nguội ở nhiệt độ 25 oC với khối lượng ban đầu là 2g/l Quá trình lên men diễn ra trong 15 phút ở 80 oC Để theo dõi sự biến đổi của hàm lượng chất khô, pH, ethanol, andehyde, rượu bậc cao và ester, các mẫu thí nghiệm được lấy tại các mốc thời gian 0 giờ và 24 giờ.

Trong quá trình thí nghiệm, mẫu được lấy tại các thời điểm 48 giờ, 72 giờ, 96 giờ, 120 giờ, 144 giờ, 168 giờ, và 216 giờ cho mẫu 50% đường Sự thay đổi của bọt khí và mùi hương của cồn trong quá trình lên men sẽ được theo dõi để xác định thời gian lên men và nồng độ chất khô ban đầu, từ đó tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.

3.3.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng nấm men ban đầu lên hàm lượng ethanol và các sản phẩm bậc hai tạo thành trong sản phẩm

Quá trình lên men để xác định hàm luợng bánh men thích hợp đuợc thực hiện ở

25 o C và thời gian lên men thích hợp là 168 giờ Bố trí ngẫu nhiên 5 nghiệm thức là hàm lượng nấm men ban đầu cho vào lần lượt là: 1,0g/L; 1,5g/L; 2,0g/L; 2,5g/L; 3,0g/L

Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN