Nghiên cứu quy trình sản xuất rượu củ dền bằng nấm men saccharomyces cerevisiae

TỔNG QUAN

Giới thiệu củ dền

Củ dền có tên khoa học là Beta vulgaris L, là cây thuộc họ Chenopodiaceae (hay còn gọi là họ rau muối)

Củ dền là cây thảo nhỏ, sống 1 – 2 năm Rễ phình thành củ nạc, hình cầu, màu đỏ thẫm Thân ngắn, mọc đứng hoặc ngả, có cạnh, phân nhánh Lá mọc rất sít nhau và tỏa ra ở gần gốc, lá ở gốc to hơn lá ở ngọn, phiến dày nhẵn, màu lục sáng hoặc đỏ tía, mép uốn lượn, gân nổi rõ, cuống lá có phiến men theo Cụm hoa mọc thành bông đứng, dài 10 – 16 cm, phân nhánh, hoa màu lục nhạt, tụ họp 1 – 2 cái ở mấu mỗi nhánh, bao hoa có 5 phiến hình màng, lúc đầu xòe ra sau uốn cong vào trong nhiều hay ít, nhị 5, chỉ nhị ngắn, nhọn, bao phấn hình bầu dục hạ [46] Cây củ dền được trồng để lấy củ vào đầu mùa xuân.

Hình 1.1 Hình củ dền đỏ ( Beta vulgaris)

Củ dền có nguồn gốc từ loài cây hoang dại vùng bờ biển Địa Trung Hải và Đại Tây Dương như ven bờ biển Châu Âu, Bắc Phi và Châu Á (nhiều nhất là ở Ấn Độ) và nhiều ở vùng đầm lầy nước Anh [33]

Cây củ dền được du nhập vào Việt Nam từ thời Pháp thuộc và lần đầu tiên trồng ở vùng đất pha cát thuộc tỉnh Ninh Bình nhưng cây kém phát triển Ở Việt Nam, cây mọc tốt ở các vùng có khí hậu mát mẻ Vì vậy, củ dền được trồng nhiều ở Đà Lạt và các khu vực phía Bắc

Nhiều nghiên cứu phân tích thành phần củ dền cho thấy củ dền là một loại củ chứa nhiều chất dinh dưỡng, chất xơ và khoáng chất cũng như các vitamin [19],[37]

Theo nghiên cứu của Kale RG và các cộng sự cho thấy thành phần hóa học và khoáng chất trong củ dền khá cao Hàm lượng carbohydrate là 7,59%, protein 1,35%, chất béo 0,3% và đặc biệt là hàm lượng betalain của củ dền được ghi nhận 14,20 mg/100g Củ dền cũng chứa nhiều khoáng chất có hàm lượng cao như natri với tỉ lệ chiếm 72,5 (mg/100g), kali 30,12 (mg.100g), kẽm và sắt lần lượt là 0,21 và 0,75 mg/100g [39]

Bảng 1.1 Thành phần hóa học có trong 100g củ dền [39]

Chất dinh dưỡng Hàm lượng

Khoáng chất Hàm lượng (mg/100g)

Thông số hóa học Hàm lượng

Nồng độ chất khô ( 0 Bx) 9,0 pH 6,3 Độ acid chuẩn 0,014 Đường khử 4,20% Đường tổng 7,93%

Ngoài ra nghiên cứu của E Haipour đã chỉ ra rằng trong củ dền đỏ không chỉ có carbohydrate, protein, các khoáng chất, mà còn chứa nhiều thành phần chất dinh dưỡng khác như các nhóm vitamin, acid amin thiết yếu, không thiết yếu, và đặc biệt là nhiều chất có đặc tính sinh học cao (flavonoid, saponin, ) và được hiện rõ ở bảng 1.2 [19].

Thành phần Tên các chất

Các chất dinh dưỡng đa lượng

Carbohydrate Tinh bột, fructose, sucrose, glucose Chất xơ

Các acid amin thiết yếu và không thiết yếu

Tryptophan, leucine, lysine, threonine, methionine, phenylalanine, tyrosine, valine, cystine, arginine,histidine, alanine, acid glutamic, glycine, proline, acid aspartic và serine Acid béo

Vitamin Vitamin A, thiamine, riboflavin, niacin, acid pantothenic, vitamin B6, acid ascorbic, folate

Khoáng chất Natri, canxi, sắt, phốt pho, kali, magiê và kẽm

Các hoạt tính sinh học cao

Flavonoid Betagarin, betavulgarin, cochliophilin A, dihydroisorhamnetinas, 2,5- dihydroxy 6, 7- methylenedioxyisoflavone, 3,5 dihydroxy-6,7 methylenedioxyflavanone, 5- hydroxy-

Saponin Betavulgarosit (I, II, III, IV, V, VI,

VII, VIII, IX, X), acid oleanolic, hederagenin, acid akebonoicvà gypsogenin

Betalains Betacyanin Betanin, prebetanin, isobetanin và neobetanin

Bảng 1.2 Bảng thành phần các chất dinh dưỡng có trong củ dền [23]

1.1.4 Công dụng của củ dền

Củ dền chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học cao nên là một loại thực phẩm mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người

- Ngăn ngừa ung thư: theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí

Molecules cho biết củ dền được cho là có khả năng ngăn ngừa ung thư Ba hợp chất được tìm thấy trong củ dền là acid syringic, rutin và betalain có công dụng trong việc ngăn ngừa ung thư trong khi hai hợp chất khác là astalin và acid oleanolic giúp ức chế sự phát triển của các khối u [30].

- Giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch: với công dụng tuyệt vời trong việc giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch, củ dền được các chuyên gia dinh dưỡng khuyên dùng trong mỗi bữa ăn Củ dền chứa các hợp chất chống viêm, chất chống oxy hóa và nó là một nguồn nitrat tốt cho chế độ ăn uống [23].

Theo một nghiên cứu được đăng trên tạp chí Hypertension, khi tiến hành nghiên cứu trên 10 người khỏe mạnh, cho họ uống khoảng 500g nước ép củ dền đã khiến huyết áp bị giảm xuống, 3 giờ đồng hồ sau đó nồng độ nitrat trong máu đạt ở mức cao nhất Những người có chế độ ăn nhiều trái cây và rau xanh thì nguy cơ mắc bệnh tim mạch thấp Tác dụng phụ của củ dền là khiến nước tiểu và phân có màu đỏ nhưng điều này là vô hại [23].

- Giúp tăng cường hệ miễn dịch: theo S.Adam Ramin, bác sỹ phẫu thuật và giám đốc y khoa của Urology Oncology Specialist cho biết, củ dền cùng với các loại thực vật nhiều màu sắc khác như quả mọng, cần tây, cà rốt và lựu, có thể giúp tăng cường hệ miễn dịch,cải thiện khả năng chống lại bệnh tật Chúng chứa nhiều vitamin, khoáng chất và chất phytonutrient để duy trì khả năng đề kháng của cơ thể [23].

- Chống lão hóa: chuyên gia dinh dưỡng Tiffany DeWitt cho biết củ dền là một nguồn cung cấp nhiều lutein Đây là một chất chống oxy hóa mạnh mẽ có thể giúp duy trì sự nhạy bén về tinh thần và hỗ trợ chống lại sự lão hóa ở người trưởng thành Chúng cũng giúp bảo vệ mắt khỏi thoái hóa điểm vàng và đục thủy tinh thể Để tăng cường các công dụng của củ dền một cách hiệu quả, các chuyên gia khuyên bạn nên kết hợp củ dền với các loại thực phẩm giàu lutein khác như các loại rau lá xanh, rau diếp romaine, trứng và dưa [38], [42].

- Ngăn ngừa bệnh tiểu đường: theo Lee và các cộng sự thì trong củ dền đỏ có chứa phytochemical là một hợp chất giúp điều chỉnh insulin và glucose ở bệnh tiểu đường Ngoài ra, các chất chống oxy hóa có trong củ dền có tác dụng làm giảm các nguy cơ dẫn đến các biến chứng về thần kinh và mắt, ở người tiểu đường [41]

- Ngăn ngừa bệnh béo phì: theo một số nghiên cứu thì bệnh béo phì là chỉ số cơ thể vượt quá mức tích lũy của cơ thể, làm tăng lượng mỡ của cơ thể ở lưng và eo Nguyên nhân dẫn đến béo phì là ăn quá nhiều thức ăn, di truyền, giảm hoạt động thể chất, rối loạn nội tiết, căng thẳng, làm cho cơ thể có xu hướng tiết kiệm năng lượng dưới dạng chất béo Mà trong củ dền đỏ chứa chủ yếu là khoáng chất, vitamin và acid hữu cơ những chất này không làm tích tụ mỡ cho cơ thể Cho nên việc sử dụng củ dền đỏ trong khẩu phần ăn giúp cơ thể có thể hạn chế được bệnh béo phì [45]

1.1.5 Các sản phẩm từ củ dền

Hiện nay có một số sản phẩm từ củ dền xuất hiện trên thị trường như : sản phẩm “Bột củ dền” của công ty TNHH Sản xuất và thương mại Behena gồm 100% bột củ dền nguyên chất Bột củ dền giúp hỗ trợ cho sức khỏe con người như tốt cho tim mạch, mát gan và đặc biệt nhất giúp bổ máu cho cơ thể

Sản phẩm “Nước củ dền Sommer Naturals” do công ty Công ty TNHH TM& DV Nước giải khát gồm các thành phần chính củ dền, táo, dứa, gừng, nghệ Là sản phẩm đồ nước giải khát mới trên thị trường. Tốt cho sức khỏe của người tiêu dùng với những nguyên vật liệu từ thiên nhiên, không hóa chất

Chất màu betalain

1.2.1 Giới thiệu về chất màu betalain

Chất màu trong thực vật phần lớn là những nhóm flavonoid, được biết đến nhiều nhất là anthocyanin Tuy nhiên, ở một vài loài thực vật, chất màu vàng và đỏ-tím được tìm thấy không phải là anthocyanin do chúng chứa phân tử có chứa nitơ.Những hợp chất này được gọi là “N-anthocyanin”, và ngày nay có tên “betalain”.

Betalain thay thế chất màu anthocyanin ở hoa và quả trên một số loại thực vật thuộc bộ Caryophyllales Sự hiện diện của betalain và anthocyanin là riêng biệt ở nhóm thực vật hạt kín, betalain có cấu trúc và tính chất hóa học không giống như anthocyanin và cả hai chưa bao giờ được tìm thấy trong cùng một loại cây, betalain được tìm thấy nhiều ở thực vật (hoa và quả) chỉ giới hạn trong 10 họ caryophyllales và chi nấm Amanita, hygrocybe, và hygrosporus, trong đó một số loại có thể ăn được, được biết đến nhiều nhất là: củ dền đỏ, hạt hay lá aramanth và quả cây xương rồng

Betalanin gồm có 2 nhóm cấu trúc chính: betacyanin và betaxanthin.

Betacyanin bao gồm các sắc tố betalain hơi đỏ đến tím Trong các betacyanin có trong thực vật bao gồm betanin, isobetanin, probetanin và neobetanin [22].

Hình 1.2 Một số thực vật chứa betacyani [25].

Betaxanthin là những sắc tố betalain có màu vàng đến cam Trong số các betaxathin có trong thực vật bao gồm vulgaxathin, miraxanthin, probetanin và indicaxanthin [20].

Hình 1.3 Một số thực vật chứa betaxathin [25].

Betalain là sắc tố thực vật chứa nitơ có màu từ đỏ-tím (betacyanin) đến màu vàng(betaxanthin), hòa tan trong nước, được biết đến với các hoạt tính chống oxy hóa và sinh học đáng kể nhờ sự kết hợp với các gốc tự do để giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa qua trung gian oxy hóa và gốc tự do của các phân tử sinh học [6]

Tất cả các betalain đều dựa trên một gốc chung acid betalamic, ngưng tụ với các dẫn xuất xyclo-DOPA (cyclo-3,4-dihydroxyphenylalanine), hoặc với các acid amin khác để tạo thành betacyanin hoặc betaxanthin tương ứng

Sự khác biệt về cấu trúc thu được sau sự ngưng tụ của acid betalamic (chính là chất mang màu) với các hợp chất khác nhau xác định sự xuất hiện khác biệt của hai phân nhóm betalain; betacyanin hiển thị cực đại hấp thụ ở khoảng 535–538 nm, trong khi betaxanthin thường cho thấy mức hấp thụ cao nhất ở khoảng 460– 480 nm, tùy thuộc vào cấu trúc phân tử dung môi.

Cấu trúc mang màu của betalain đựợc cấu tạo từ hệ phân tử 1,2,4,7,7 pentasubstituted 1,7- diazaheptamethin proton hóa [32].

Hình 1.4 Cấu trúc tiêu biểu của 1,7-diazaheptamethin [20].

Các dẫn xuất của acid betalamic có đầu dihydropyridin được gắn với một nhóm chức chứa Nitơ thông qua nhóm chức vinyl Betacyanin đơn giản nhất là betanidin được cấu tạo từ một đơn vị phân tử acid betalamic liên kết với một phân tử cyclo-3,4- dihydroxyphenylalanine (cyclo-DOPA) Đa số các betacyanin khác được tạo thành do phản ứng glucosyl hóa một trong hai nhóm chức –OH tự do của vòng cyclo-3,4- dihydroxyphenylalanine (cyclo-DOPA) của betanidin, trong đó thường gặp nhất là sự glucosyl hóa ở vị trí 5 Dẫn xuất betacyanin quan trọng và thường gặp nhất trong tự nhiên là betacyanin

Hình 1.5 Cấu trúc hóa học của betanin [34].

Betacyanin và betaxanthin, acid betalamic là tiền chất sinh tổng hợp của betalain Betacyanin thể hiện màu đỏ tím với phổ hấp thụ (λ max) là 541 ± 9 nm và cấu trúc cơ bản của chúng là sự ngưng tụ acid betalamic với chu trình DOPA Betaxanthin có màu vàng cam với phổ hấp thụ (λ max ) 471,5 ± 13,5 nm và cấu trúc của chúng bao gồm sự liên hợp của acid betalamic với acid amin hoặc amin Cho đến nay, khoảng 70 betalain đã được xác định trong tự nhiên, bao gồm khoảng 50 betacyanin và 20 betaxanthin [22].

Hình 1.6 Sơ đồ con đường sinh tổng hợp betacyanins và betaxanthin

1.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của betalain

Màu sắc của betalain chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau gồm pH, hoạt độ nước, ánh sáng, nhiệt độ Các yếu tố này phân hủy betalain theo nhiều cơ chế khác nhau [4] a pH

Betalain tương đối bền trong khoảng pH rộng từ 3-7, cho nên chất màu có thể được ứng dụng vào các loại thực phẩm ở acid thấp Ở pH nằm ở khoảng 3,5, bước sóng hấp thu cực đại thay đổi về giá trị thấp hơn, và trên pH 7 bước sóng hấp thu cực đại thay đổi về giá trị cao hơn Nếu pH vượt khỏi phạm vi pH 3,5-7 thì cường độ quang phổ khả kiến bị giảm Betanin có độ bền tối ưu ở pH 5-6 Môi trường kiềm làm thủy phân liên kết aldimine, trong khi môi trường acid sẽ làm acid betalamic phản ứng với các nhóm amin còn dư [28] b Hoạt độ nước

Nồng độ betalain cũng là một yếu tố quan trọng quyết định sự ổn định của chúng trong quá trình chế biến thực phẩm Betalain rất dễ bị phân hủy khi được chiết xuất và bảo quản dưới dạng dung dịch Tính ổn định của betalain giảm theo cấp số nhân khi tăng hoạt độ nước, phần lớn là do nó quyết định tính nhạy cảm của các sắc tố đối với sự phân cắt liên kết aldimine [4]. Độ bền của betalain bị ảnh hưởng theo cấp số nhân bởi hoạt độ nước, là yếu tố quan trọng quyết định khả năng nhạy cảm của liên kết aldimine của chất màu Độ bền của betanin tăng khi hoạt độ nước giảm, đặc biệt khi hoạt độ nước thấp dưới 0,63 [4] c Ánh sáng Độ bền của betalain và cường độ ánh sáng (trong khoảng 2200-4400 flux) tỉ lệ nghịch với nhau Sự hấp thụ tia UV hay tia khả kiến đều kích thích các electron (π) của cấu) của cấu trúc mang màu trở thành các electron (π) của cấu) mang nhiều năng lượng hơn, và dễ phản ứng hơn, từ đó dẫn đến sự không ổn định của chất màu [24]. d Oxy

Betalain phản ứng với các phân tử oxy làm cho độ bền của betalain bị giảm Betalain được bảo quản ở điều kiện hàm lượng oxy thấp sẽ ngăn ngừa phá hủy chất màu hơn so với ở điều kiện ngoài không khí, do ở điều kiện hạn chế oxy, một phần chất màu bị phá hủy được phục hồi Mức độ phá hủy chất màu do ánh sáng cũng phụ thuộc vào phân tử oxy, vì ảnh hưởng của việc chiếu sáng đối với chất màu là không đáng kể khi chất màu được bảo quản ở điều kiện yếm khí [24]. e Nhiệt độ Độ bền màu của betalain cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ Nhiệt độ càng cao thì betalain càng không bền màu Quá trình phá hủy betalain có thể diễn ra trong quá trình chế biến nhiệt do các phản ứng đồng phân hóa, decarboxyl hóa, … Khi bị phân hủy, betalain mất màu đỏ và chuyển sang màu nâu sáng [28]

1.2.4 Chức năng và ứng dụng của betalain a Tác dụng tạo màu sắc

Màu sắc là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của thực phẩm, được coi là chỉ tiêu chất lượng và thường xuyên xác định mức độ chấp nhận của chúng Mặc dù chất màu tự nhiên có nhiều nhược điểm về công nghệ khi so sánh với chất màu tổng hợp, bao gồm chi phí sử dụng và độ ổn định màu thấp hơn, người tiêu dùng đã ưa chuộng chúng hơn so với các sản phẩm tổng hợp vì chúng không độc hại đối với cơ thể và có khả năng chống oxy hóa cao [36].

Các betalain và betacyanin mang lại sự đa dạng, phong phú về màu sắc cho hoa của nhiều loài thực vật Nhờ vậy, tạo nên sức hấp dẫn đối với các loại côn trùng, giúp cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt của thực vật được dễ dàng Nhờ có màu rất đẹp, các betalain được dụng làm chất màu trong công nghiệp thực phẩm Ở vùng Trung và Nam Mỹ từ lâu người dân địa phương từ lâu đã sử dụng dịch chiết từ quả thanh long màu tím đỏ (Hylocereus polyrhizus) làm chất tạo màu cho thực phẩm Đặc biệt, màu betalain đã được Liên minh Châu Âu chấp thuận và dán nhãn là E162 được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt, xúc xích, muối, kem lạnh, yaourt, các loại nước giải khát, các loại mứt, kẹo, các sản phẩm từ cà chua…[18].

Trong quá trình bảo quản, thành phần betalain và betacyanin trong các dịch chiết sẽ dần dần bị phân hủy do ảnh hưởng của pH, nhiệt độ và hoạt độ nước Do đó, các thực phẩm chứa chất màu betalain dần dần bị phai màu hay mất màu tùy theo điều kiện bảo quản Do đó các betalain và betacyanin có thể được thêm vào thực phẩm hay dược phẩm để làm chỉ thị màu cho biết độ tươi hay độ mới của các sản phẩm này Khi màu của betalain bị chuyển thành màu nâu hay mất màu có nghĩa là các sản phẩm trên được bảo quản không đúng cách và chất lượng đã bị biến đổi [18]. b Hoạt động chống oxy hóa

Màu đỏ đậm của củ dền bắt nguồn từ nồng độ betalain cao.

Betalain được sử dụng làm chất tạo màu tự nhiên trong ngành công nghiệp thực phẩm, nhưng cũng ngày tăng nhận được sự chú ý do những lợi ích sức khỏe có thể có ở con người, đặc biệt là các hoạt động chống oxy hóa và chống viêm của chúng [40],[45]

Giới thiệu về nấm men Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerervisiae là nấm men thuộc giống

Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae là một loại nấm men thường dùng trong sản xuất rượu Ngoài ra, còn được dùng trong quá trình sản xuất bia, cồn và glycerin Trong quá trình lên men,

Saccharomyces cerevisiae chuyển hóa đường thành ethanol trong điều kiện yếm khí làm cho sản phẩm có độ rượu [1]

1.3.1 Đặc điểm hình thái của nấm men

Saccharomyces cerevisiae tồn tại ở trạng thái đơn bào có hình cầu hay hình trứng , có kích thước nhỏ từ 5-14 μmm Màng tế bào ngăn cách các thành phần tế bào với môi trường bên ngoài, trong khi màng nhân bảo vệ vật liệu di truyền Giống như ở các sinh vật nhân thực khác, màng ty thể có liên quan đến việc tạo ra năng lượng, trong khi mạng lưới nội chất (ER) và bộ máy Golgi tham gia vào quá trình tổng hợp lipid và protein [35].

Saccharomyces cerevisiae có cấu tạo từ chitin, tạo cho tế bào nấm men có hình dạng đặc trưng, đồng thời giúp nấm men chống chịu được các điều kiện môi trường khác nghiệt Thành tế bào và màng được kết nối bởi không gian periplasmic [35]

1.3.2 Sinh trưởng của Saccharomyces cerevisiae Điều kiện môi trường để nấm men Sacchromyces cervisiae phát triển tốt là ở trong điều kiện đầy đủ các chất dinh dưỡng, pH tối ưu, nhiệt độ thích hợp, độ ẩm và hoạt độ nước tối ưu cho nấm men Trong quá trình nuôi cấy, trong điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, thì tế bào nấm men tăng nhanh về kích thước và đồng thời sinh khối được tích lũy nhiều.

Khi ở môi trường thích hợp nấm men Saccharomyces cerevisiae sẽ sinh sản bằng 2 cách là nhân đôi và nảy chồi Kết quả sẽ sinh ra sinh khối lớn trong thời gian ngắn [32].

- Đối với phương pháp nhân đôi, trong dịch nuôi cấy sẽ không có tế bào già Vì rằng tế bào được phân chia thành hai cứ như vậy tế bào lúc nào cũng ở trạng thái đang phát triển Tế bào chỉ già khi môi trường thiếu chất dinh dưỡng và tế bào không có khả năng sinh sản nữa [32].

- Tuy nhiên đa số nấm men sinh sản bằng phương pháp nảy chồi nên hiện tượng phát hiện tế bào già rất rõ Khi chồi non tách khỏi tế bào mẹ để sống độc lập thì nơi tách đó trên tế bào mẹ tạo thành một vết sẹo Vết sẹo này sẽ không có khả năng tạo ra chồi mới Cứ như vậy tế bào mẹ sẽ chuyển thành tế bào già theo thời gian [32].

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

1.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng men giống

Số lượng tế bào nấm men cho vào dịch nấm men ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào thích hợp thì quá trình lên men diễn ra tốt và hiệu suất thu hồi cao, chất lượng sản phẩm tốt hơn Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào quá ít thì nấm men không chuyển hóa hết lượng đường có trong dịch quả làm cho tốc độ lên men chậm [1].

1.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ lên men có ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm men và động học của quá trình lên men làm cho chất lượng của sản phẩm thay đổi rất nhiều

Saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men rượu, chúng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 20 – 30 0 C, nhiệt độ tối đa là 38 0 C, tối thiểu là 5 0 C Nấm men được nuôi cấy ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tối ưu 17 – 22 0 C có năng lực lên men rất lớn Quá trình lên men thì nấm men sẽ chịu được giới hạn nhiệt độ khá rộng từ 1 đến 45 0 C Nếu nhiệt độ quá 50 0 C nấm men sẽ chết [20].

1.4.3 Ảnh hưởng của pH Độ pH tối ưu cho nấm men hoạt động là 4-6 Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng khoảng pH thích hợp cho lên men rượu vang là 2,8 – 4,2 Trong khoảng này nấm men vẫn hoạt động được nhưng tạp khuẩn lại bị ức chế Tuy nhiên pH quá thấp sẽ ức chế hoạt động của nấm men, kéo dài thời gian lên men Do đó cần điều chỉnh độ pH trước khi lên men, trong lên men rượu để ngăn ngừa khả năng nhiễm khuẩn người ta thực hiện trong giới hạn pH 3,5 - 5,0 với độ pH thấp nên ngoài việc ứng dụng điều chỉnh pH thích hợp còn phải kết hợp sử dụng các chất sát trùng [1].

Nấm men thuộc loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện yếm khí, pH acid nó sẽ lên men đường tạo ra rượu và CO2 Trong điều kiện hiếu khí nấm men sinh sản và phát triển mạnh nó oxy hóa đường và tạo ra các CO2, H2O, và một ít rượu Rượu lên men trong điều kiện yếm khí có chất lượng tốt hơn so với hiếu khí

Do vậy trong sản xuất rượu, giai đoạn đầu tạo điều kiện hiếu khí để nấm men sinh sản nhanh và đầy đủ số lượng tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu, sau đó phải tạo môi trường tuyệt đối yếm khí để nấm men thực hiện vai trò lên men chuyển hóa đường thành rượu etylic [26].

1.4.5 Ảnh hưởng của nồng độ cồn

Rượu tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng tới sự lên men. Nồng độ cồn sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men Đa số nấm men có thể lên men cho đến khi nồng độ cồn đạt 12 - 14%V Khi nồng độ cồn cao hơn mức giới hạn này sẽ ức chế nấm men và kìm hãm sự lên men rượu [26]

1.4.6 Ảnh hưởng của nồng độ đường trong dịch lên men Đường là nguồn cung cấp carbon cho hoạt động sống của nấm men Do đó, nồng độ đường trong dịch lên men ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình lên men

Các chủng nấm men Saccharomyces có khả năng lên men chuyển hóa đường thành rượu khi nồng độ đường trong dịch là 16 - 25%.Nếu nồng độ đường cao sẽ ức chế nấm men và khả năng chuyển hóa đường thành rượu bị giảm Ngược lại nồng độ đường quá thấp cũng giảm năng lực lên men [26].

Một số loại nấm men thường gặp trong sản xuất rượu

Saccharomyces bayanus: nấm men này chịu được độ cồn tới 17 –

18% theo thể tích Ở giai đoạn cuối lên men, S bayanus kết lắng rất nhanh, làm trong rượu dễ dàng Nó có thể tạo ra tập hợp các cấu tử bay hơi, các sản phẩm thứ cấp làm cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt.

Saccharomyces cerevisiae: đây là loài nấm men còn được dùng trong sản xuất bánh mì Chủng nấm men này có khả năng chuyển hóa đường thành rượu rất tốt, có khả năng thích nghi với môi trường và khả năng chịu hàm lượng đường cao nhất Theo một số nghiên cứu gần đây là chủng chịu được nồng độ đường cao, vì vậy chúng thường được sử dụng đối với các công nghệ lên men một giai đoạn và rượu có độ rượu cao Khi lên men nó có thể đạt tới 18 – 20% cồn theo thể tích Ngoài ra nấm men này cũng có khả năng kết lắng nhanh Chủng này được sử dụng rất nhiều trong sản xuất rượu vang ở nước ta.

Schizosaccharomyces; Schizosaccharomyces pombe: là nấm men đôi khi được phân lập từ nước quả hoặc vang Do nấm men này sử dụng acid L-malic làm nguồn cacbon để tạo thành cồn nên S.pombe đã được đề xuất như một lựa chọn thay thế vi khuẩn lactic trong việc khử acid của các dịch lên men có nồng độ acid cao S.pombe phát triển chậm và thường bị lấn áp bởi các nấm men khác Vì vậy

S.cerevisiae đã được đưa vào để thực hiện quá trình lên men cồn sau khi sự biến đổi malic đã đạt đến độ acid mong muốn Tuy nhiên sự phát triển của một số chủng S.pombe có thể tạo cho vang một số tính chất cảm quan không mong đợi [39].

Tổng quan về nước trái cây lên men

Nước trái cây lên men là dạng sản phẩm nước uống có cồn không qua chưng cất thu được bằng cách lên men dịch nước ép quả hoặc hỗn hợp dịch của trái cây sau khi xay nghiền nhỏ [7].

Dựa theo nguyên liệu: nho, táo, dâu, sim, thơm,…

- Nước trái cây lên men có nồng độ cồn cao (rượu quả): nồng độ rượu khoảng từ 9 – 20% V, có thể bổ sung cồn hoặc không Sản phẩm này đã có từ rất lâu đời trong đó nổi bật có rượu vang nho đặc biệt là champagne, ngoài ra còn có rượu táo, rượu nho, rượu mơ cũng rất được ưa chuộng [7].

- Nước trái cây lên men có nồng độ cồn thấp thường dưới 5%V chủ yếu là do lên men tự nhiên, không bổ sung cồn Sản phẩm mới được phát triển và rất được ưa chuộng nhất là với đối tượng phụ nữ, thích hợp sử dụng trong ngày hè nóng bức [7]

- Nước trái cây lên men có gas (CO2): do lên men tự nhiên hoặc bổ sung CO2

- Nước lên men không có gas.

Trên thế giới ngành sản xuất nước trái cây lên men đã có từ rất lâu đời và đang phát triển với tốc độ rất nhanh Trong số các loại nước giải khát thì nước lên men được coi là mặt hàng chiếm lược chủ yếu của thế kỷ XXI nên các quốc gia như Mỹ, Hà Lan, Đức, Nhật, Trung Quốc và Úc,…đã và đang tập trung nghiên cứu và sản xuất các loại nước lên men từ các loại trái cây như: xoài, dứa, nho, táo, lê, mơ, vãi, khê, có chất lượng rất cao đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng [8]. Ở Việt Nam có khí hậu nóng khô nên nhu cầu sử dụng nước giải khát rất lớn Trái cây ở Việt Nam lại vô cùng phong phú, đa dạng hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu về nguyên liệu Tại Việt Nam thì đang chú trọng sản xuất những loại nước giải khác lên men để sử dụng triệt để nguồn nguyên liệu sẵn có và đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng [8].

Tình hình nghiên cứu

Năm 2020, Ezenwa Mo, nghiên cứu về “Chemical composition and organoleptic properties of alcohol Final production (Beta Vulgaris)” Mục tiêu của nghiên cứu này khảo sát các tính chất hóa học có trong củ dền sau khi lên men Và những biến đổi trong quá trình trên lên men và kết hợp với đánh giá cảm quan Nghiên cứu chỉ ra rằng các mẫu lên men trong điều kiện kỵ khí cho chất lượng tốt hơn so với những mẫu rượu được lên men trong điều kiện hiếu khí Kết quả cho thấy rằng Rượu được sản xuất từ củ dền với nấm men (Saccharomyces cerevisae) cho hiệu quả lên men tốt Rượu vang được phát hiện là ngang với rượu vang đỏ thương mại từ nho ở hầu hết các thông số dinh dưỡng, hóa học, hóa lý (pH, độ acid có thể chuẩn độ, tổng chất rắn của rượu) Từ các dữ liệu thu được, mẫu rượu được lên men trong điều kiện kỵ khí là tốt nhất về mặt cảm quan chung [25]

Năm 2020, B O Otegbayo và các cộng sự nghiên cứu “ Physico-chemical properties of beetroot (Beta vulgaris l.) wine produced at varying fermentation days”. Nghiên cứu này mục đích xác định thời gian lên men có ảnh hưởng như thế nào đến những tính chất có trong củ dền trong những thời gian lên men khác nhau Kết quả cho thấy Củ dền là một loại củ có giá trị và bổ dưỡng, có thể được lên men để sản xuất rượu vang chất lượng có thể chấp nhận được Thời gian lên men ảnh hưởng đến tính chất cảm quan và hóa lý của rượu Nghiên cứu cho thấy rằng phải lên men củ dền trong 14 ngày cho ra loại rượu bổ dưỡng và được người tiêu dùng chấp nhận tốt hơn Tuy nhiên, rượu vang lên men trong 21 ngày sẽ tạo ra rượu có thể là lựa chọn ưu tiên của một số người tiêu dùng Do đó, thời gian lên men có thể xác định loại rượu vang (ngọt hoặc khô) có thể được sản xuất từ củ dền Cả hai phương pháp sốc lạnh và thanh trùng đều có hiệu quả trong việc ngăn chặn quá trình lên men trong rượu củ dền, tuy nhiên việc dừng giai đoạn lên men bằng phương pháp thanh trùng sẽ ảnh hưởng đến màu sắc của rượu củ dền, do đó, phương pháp được sử dụng để dừng quá trình lên men cũng có thể ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm cuối cùng [21].

Năm 2015, Nghiên cứu “Compositional characteristics of commercial beetroot products and beetroot juice prepared from seven beetroot varieties grown in UpperAustria” Do J Wrus thực hiện với mục đích chỉ ra các điểm khác nhau của dịch củ dền chế biến từ các giống loại củ dền khác nhau Nghiên cứu cho thấy sự khác biệt lớn nhất giữa một số chất chẳng hạn như nitrat, trong khi những giống khác chỉ cho thấy sự khác biệt nhỏ về khoáng chất và đường Kết quả thu được sự khác biệt đáng kể về nồng độ của các hợp chất được chọn trong nước trái cây được chế biến từ các giống củ dền khác nhau đặc biệt là hàm lượng NO3 Phát hiện này có tầm quan trọng đối với việc phát triển và sản xuất các chất bổ sung nước ép củ dền với hiệu quả cao Sự đa dạng được mô tả trong nghiên cứu này có thể là nguồn cung cấp nguyên liệu củ dền tối ưu [33].

Năm 2013, Nguyễn Thị Trúc Liên đã “Nghiên cứu chế biến nước giải khát từ củ dền” Mục đích của nghiên cứu đã tạo ra một sản phẩm mới, giúp cải thiện sức khỏe cho người tiêu dùng, và đặc biệt là làm tăng giá trị của củ dền Kết quả thu được nguyên liệu củ dền trích ly với tỉ lệ nước 1:15, nhiệt độ trích ly 70 0 C, trong thời gian 15 phút cho sản phẩm có giá trị cao Tỉ lệ phối chế với tỉ lệ 16% đường, 0,25% acid citric cho sản phẩm có màu sắc ổn định, sang, đẹp, vị chua ngọt hài hòa Nhiệt độ thanh trùng ở 85 0 C trong 20 phút sẽ tiêu diệt được vi sinh vật đảm loại bỏ vi sinh vật có trong dịch củ dền và đạt giá trị cảm quan cao và ít tổn thất vitamin C [9]

Năm 2016, Đoàn Bạch Hải Vân đã “Nghiên cứu sản xuất bột màu Betacyanin từ củ dền” Mục đích của nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng độ bền của betacyanin, để đưa ra được những kết quả tốt nhất cho quy trình sản xuất bột màu từ củ dền Trong nghiên cứu này đã thực hiện các thí nghiệm khảo sát về ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ, điều kiện ánh sáng, pH đến độ bền màu của betacyanin trong dịch ép củ dền Kết quả thu được cho thấy betacyanin dễ nhạy cảm và mất ổn định khi bị tác động bởi các yếu tố trên Điều này được thể hiện qua khi tăng nhiệt độ từ 4-50 0 C, hàm lượng betacyanin còn lại cao nhất đạt 15,44 ± 0,16mg/g chất khô tại nhiệt độ 15 0 C, hàm lượng betacyanin còn lại thấp nhất là 9,81 ± 0,1 mg/g chất khô tại 50 0 C Về ảnh hưởng của pH thì betacyanin khá bền trong khoảng pH từ 4-7 Khi sử dụng phương pháp sấy phun để tạo ra sản phẩm bột betacyanin từ dịch ép thu được kết quả nồng độ chất khô từ 15 -35 0 Bx thì quá trình sấy dễ thực hiện hơn, độ bám dính giảm làm tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm từ 62,6- 69,85 %, nhiệt độ không khí tăng từ 110-150 0 C , độ ẩm betacyanin giảm từ 8,72% còn 4,2%, hiêu suất thu hồi tằng từ 46,17% đến 64,18% sẽ cho kết quả sản phẩm là tốt nhất [9]

Năm 2017, Nguyễn Thị Như Ngọc đã “Nghiên cứu chiết tách thành xác định thành phần hóa học trong phẩm màu củ dền đỏ” Kết quả nghiên cứu như sau: bằng phương pháp sấy khô, phương pháp tro hóa mẫu, phương pháp hấp thụ nguyên tử và phương pháp đo quang đã xác định được độ ẩm, hàm lượng tro,hàm lượng kim loại nặng độ ẩm của củ dền đỏ tươi là 93,941%, củ dền khô là 8,931% Hàm lượng tro trung bình trong củ dền đỏ là 9,817% Xác định được thời gian tốt nhất cho quá trình chiết tách hợp chất từ củ dền đỏ với các loại dung môi: dung môi n-hexane (8 giờ), dung môi dichloromethane (8 giờ),dung môi ethyl acetate (8 giờ), dung môi methanol (8 giờ) [5].

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

Củ dền được trồng ở khu Đập 1, Đa Thiện, Đà Lạt và được vận chuyển về Đà Nẵng, củ dền thu mua về phải có bề ngoài nguyên vẹn, không bị nứt, sứt mẻ và không bị dập nát.

Nấm men Saccharomyces cerevisiae (VTCC 20906) thuộc chủng nấm nem nổi được cung cấp bởi Viện Vi Sinh Vật và Công Nghệ SinhHọc- Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm khoa Môi trường và Công nghệ hoá – Đại học Duy Tân.

Thời gian nghiên cứu: 01/08/2022 đến 30/12/2022.

Thiết bị và hóa chất

Bếp điện, cân điện tử, pH kế , brix kế, cồn kế, khúc xạ kế, tủ sấy, tủ ấm, lò nung, máy đo quang phổ, nồi hấp tiệt trùng và các thiết bị khác.

 Dung dịch KMnO4, Fe2(SO4)3, Na2SO4 bão hòa

 Saccharose, Glucose, Cao nấm men, pepton

Phạm vi nghiên cứu

Quy mô phòng thí nghiệm

Quy trình sản xuất

2.5.1 Sơ đồ - Xác định tro, độ ẩm, pH

- Xác định hàm lượng đường tổng và betalain

Chọn những củ dền to, đẹp, không bị sứt mẻ, sâu bệnh và không có thuốc trừ sâu.

Mục đích: Rửa sạch những đất bụi dính bên trên củ dền

Cách tiến hành: Rửa nguyên liệu dưới những vòi nước sạch

 Cắt lát, xay và vắt

Khảo sát bổ sung đường và điều chỉnh pH

Pha chế dịch lên men

Khảo sát nhiệt độ và thời gian thanh trùng Thanh trùng

Khảo sát tỉ lệ bổ sung nấm men và thời gian lên men Lên men

Mục đích: Làm nhỏ nguyên liệu để dễ dàng tiến hành công đoạn xay và sử dụng máy vắt để vắt hết phần xác Dịch củ dền thu được được dùng để tiến hành công đoạn tiếp theo.

Cách tiến hành: Dùng dao cắt củ dền từ những lát có độ dày từ 1-

2cm Bổ sung nước theo tỉ lệ củ dền với nước là 1:4 Xay nhuyễn hỗn hợp cho đến khi đạt trạng thái đồng nhất.

 Pha chế dịch lên men

Mục đích: Bổ sung các chất dinh dưỡng cũng như tạo điều kiện tốt nhất cho nấm men phát triển hiệu quả nhất.

Cách tiến hành: Bổ sung thêm đường và điều chỉnh pH xuống mức từ 3,5-5 để cho nấm men phát triển.

Mục đích: Loại bỏ vi sinh vật có trong dịch củ dền

Cách tiến hành: Sử dụng nồi hấp tiệt trùng để hấp ở nhiệt độ và thời gian của chế độ thanh trùng.

Mục đích: Hạ nhiệt độ dịch để không chết nấm men.

Cách tiến hành: Sau khi đã thanh trùng thì làm nguội ở nhiệt độ phòng Tránh để phần dịch quả tiếp xúc với môi trường không khí bên ngoài.

Mục đích: Quá trình lên men giúp chuyển hóa phần lớn lượng đường trong nguyên liệu thành rượu.

Cách tiến hành: Sau khi dịch củ dền đã nguội thì ta bổ sung nấm men vào để tiến hành quá trình lên men Nhiệt độ lên men thì ở nhiệt độ phòng 28-32 0 C Thời điểm kết thúc lên men là lúc ta không còn thấy sự sủi bọt khí trong dịch lên men nữa Cặn nấm men sẽ lắng xuống dưới đáy.

Mục đích: Giúp loại bỏ nấm men và các vi sinh vật có trong dịch củ dền sau khi lên men

Cách tiến hành: Sử dụng mạng lọc vi sinh với kích thích màng lọc là

Nội dung nghiên cứu

2.6.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát thành phần hóa học và vi sinh vật trong củ dền

Khảo sát các thành phần hóa học có trong củ dền qua các chỉ tiêu hóa lý bao gồm: xác định độ ẩm, độ tro, hàm lượng đường tổng, hàm lượng chất khô hòa tan (Brix), pH và hàm lượng betalain

Xác định sự có mặt của một số loại vi sinh vật trong củ dền trước và sau rửa Một số loại vi sinh vật gồm: tổng số nấm men, nấm mốc (TCVN 5166: 1990); tổng số vi sinh vật hiếu khí (TCVN 5165: 1990); tổng số E coli (TCVN 6846: 2001) và tổng số coliform (TCVN 4882:2001).

2.6.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát nhiệt độ và thời gian thanh trùng

Thí nghiệm này nhằm xác định nhiệt độ và thời gian thanh trùng dịch củ dền phù hợp nhất cho quá trình lên men Dịch củ dền được cố định ở 20 độ Brix, pH bằng 4, tỉ lệ nấm men là 0,04% v/v (10 6 cfu/ ml), thời gian lên men là 14 ngày Thời gian và nhiệt độ thanh trùng được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2.1 Bảng khảo sát nhiệt độ và thời gian thanh trùng

Các chỉ tiêu đánh giá:

- Số lượng vi sinh vật: tổng nấm men, nấm mốc, tổng số vi sinh vật hiếu khí, E coli và coliform

2.6.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát nồng độ chất khô hòa tan thích hợp (độ đường)

Nhằm khảo sát tìm ra nồng độ chất khô trong dịch củ dền trước khi lên men thích hợp để quá trình lên men đạt hiệu quả cao nhất

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách bổ sung đường vào dịch củ dền với 5 nồng độ khác nhau (16, 18, 20, 22, 24 độ Brix) Lên men ở nhiệt độ phòng với thời gian lên men là 14 ngày, pH dịch bằng 4, tỉ lệ nấm men là 0,04 %v/v (10 6 cfu/ml).

Các chỉ tiêu đánh giá

- Độ pH, nồng độ chất tan (Brix), nồng độ cồn

- Đánh giá cảm quan: trạng thái, màu sắc, mùi và vị

2.6.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát nồng độ pH ảnh hưởng đến quá trình lên men

Khảo sát tìm ra pH thích hợp để quá trình lên men đạt hiệu quả cao nhất.

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách điều chỉnh pH của dịch củ dền bằng acid citric với 4 mức pH khác nhau (3,5; 4,0; 4,5; 5,0) Lên men ở nhiệt độ phòng với thời gian lên men là 14 ngày, nồng độ chất khô sẽ lấy kết quả tối ưu ở thí nghiệm 3, tỉ lệ nấm men 0,04% v/v(10 6 cfu/ml)

Các chỉ tiêu đánh giá

- Độ pH, nồng độ chất tan (Brix), nồng độ cồn

- Đánh giá cảm quan:trạng thái, màu sắc, mùi và vị

2.6.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát tỉ lệ bổ sung nấm men

Xác định tỉ lệ nấm men bổ sung vào dịch củ dền trước lên men để lên men tốt nhất.

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách bổ sung nấm men vào dịch củ dền với 5 tỉ lệ khác nhau (0,01%; 0,02%; 0,03%; 0,04% và 0,05%) Lên men ở nhiệt độ phòng với thời gian lên men là 14 ngày, nồng độ chất khô và pH sẽ lấy kết quả tối ưu ở thí nghiệm 3 và 4 Các chỉ tiêu đánh giá

- Độ pH, nồng độ chất tan (Brix), nồng độ cồn

- Đánh giá cảm quan:trạng thái, màu sắc, mùi và vị

2.6.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát thời gian lên men

Xác định thời gian mà sản phẩm lên men đạt chất lượng tốt nhất.

Thí nghiệm 6 được tiến hành bằng cách khảo sát thời gian lên men qua 3 mốc thời gian khác nhau (7; 14 và 21 ngày) Lên men ở nhiệt độ phòng và các yếu tố như nồng độ chất khô, pH, tỉ lệ nấm men sẽ lấy kết quả tối ưu ở 3 thí nghiệm trên

Các chỉ tiêu đánh giá

- Độ pH, nồng độ chất tan (Brix), nồng độ cồn

- Đánh giá cảm quan: màu sắc, mùi vị

2.6.7 Thí nghiệm 7: Đánh giá chất lượng sản phẩm Đánh giá chất lượng của sản phẩm cuối cùng qua các chỉ tiêu như:

- Chỉ tiêu vi sinh: Kiểm tra sự hiện diện của vi sinh vật như nấm men, nấm mốc, vi sinh vật hiếu khí, E coli, coliform theo TCVN 7045: 2009.

- Xác định các yếu tố chất lượng sản phẩm bằng các chỉ tiêu: pH, độ cồn, hàm lượng betalain

- Đánh giá cảm quan bằng phương pháp cho điểm và phép thử mô tả theo TCVN 3215-79.

Phương pháp nghiên cứu

Nguyên lý: độ ẩm của nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy khô.

Nguyên lý của phương pháp này là dùng sức nóng làm bay hết hơi nước có trong thực phẩm Cân trọng lượng thực phẩm trước và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩm [10].

Cách tiến hành: Sấy đĩa peptri đến khối lượng không đổi, đĩa peptri được rửa sạch, úp khô, sau đó đem đi sấy ở nhiệt độ 105 0 C trong khoảng thời gian 1h Sau đó lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm  cân  sấy tiếp ở 105 0 C trong 30 phút  Làm nguội trong bình hút ẩm

 cân đến khi giữa hai lần liên tiếp không quá 0,001g thì dừng lại. Cân chính xác 5g mẫu bỏ trong đĩa đã sấy khô, bắt đầu sấy mẫu ở nhiệt độ 60 đến 80 0 C trong 30 phút Sau đó nâng lên 105 0 C, sấy liên hoàn trong 3h (chú ý trong quá trình sấy cứ sau 1h phải đảo mẫu 1 lần).

Sau khi sấy xong thì lấy mẫu ra làm nguội trong bình hút ẩm khoảng 15 phút.

Cân và ghi lại kết quả Sau đó ta tiếp tục sấy trong một giờ, để nguội và đem đi cân mẫu Cho đến khi kết quả 2 lần cân liên tiếp chênh lệnh nhau khoảng 0,001g thì dừng lại Đem đi tính kết quả Công thức tính độ ẩm tương đối W hay độ ẩm nguyên liệu được xác định theo biểu thức sau, tính bằng %.

Trong đó: m là khối lượng đĩa đem đi sấy m1 là khối lượng đĩa và mẫu trước khi sấy (g) m2 là khối lượng đĩa sứ và mẫu sau khi sấy (g)

Nguyên tắc: Dùng sức nóng (550 -600 0 C) nung nóng chảy hoàn toàn các chất hữu cơ.

Phần còn lại đem cân và tính ra phần trăm tro có trong thực phẩm [11].

Cách tiến hành: Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung 550 – 600 0 C đến trọng lượng không đổi Để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0,0001g.

Cho vào chén sứ khoảng 5g mẫu thử Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như trên Cho tất cả vào lò nung và nâng nhiệt độ từ từ cho đến 550 – 600 0 C

Nung cho đến khi thành tro trắng, nghĩa là đã loại hết các chất hữu cơ, thường khoảng 6 – 7 giờ.

Trường hợp còn tro đen, lấy ra để nguội, cho thêm vài giọt H2O2 hoặc HNO3 đậm đặc và nung lại đến tro trắng. Để nguội trong bình hút ẩm và cân đến độ chính xác như trên. Tiếp tục nung thêm ở nhiệt độ 550 – 600 0 C trong 30 phút rồi để nguội trong bình hút ẩm và cân cho đến trọng lượng không đổi Ghi lấy kết quả và tính toán kết quả.

Hàm lượng tro theo % được tính theo công thức x = m m 2 −m

Trong đó m: trọng lượng chén (g) m1: trọng lượng chén và mẫu trước khi nung (g) m2: trọng lượng chén và mẫu sau khi nung (g)

Phương pháp phân tích định lượng betalanin

Hàm lượng betalain được tính theo mg/g chất khô Betalain được xác định bằng phương pháp quang phổ ở bước sóng 535nm [12] Công thức tính:

Hàm lượng betalain tổng (mg/g) = A DF MW.1000 ε L

A: Độ hấp thụ quang ở 535nm

DF: Thể tích mẫu pha loãng

MW: Khối lượng phân tử betalain (550 g/mol)

Khảo sát nồng đường tổng có trong củ dền bằng phương pháp Bertrand [13]

- Thuốc thử Fehling = Fehling A + Fehling B tỉ lệ 1:1

- Fehling A: 40 g CuSO4.5H2O trong 1 lít nước cất

- Fehling B: 20g natri kali tartrate (C4H4O6NaK.4H2O) và 150g NaOH trong 1 lít nước cất.

- Dung dịch Fe2(SO4)3 trong H2SO4: 50g Fe2(SO4)3 và 20g H2SO4 thêm nước đến 1 lít.

- Dung dịch Na2SO4 bão hoà

Tiến hành: Cân và cho vào cối sứ 5-10g nguyên liệu tươi, nghiền nhỏ, thêm khoảng 50ml nước cất vào bình tam giác 250 ml Đem đun cách thủy ở 80 0 C trong 15 phút, thỉnh thoảng lắc đều trong khi đun để chiết tách đường Sau đó lấy ra, để nguội đến nhiệt độ phòng.

Tiến hành khử tạp chất bằng cách:

Thêm 7 ml dung dịch acetate chì 30% vào dịch chiết đường cho vào bình định mức 100ml, lắc đều và để lắng 5 phút Nếu thấy xuất hiện một lớp chất lỏng trong suốt ở bên trên lớp cặn thì việc khử tạp chất đã xong.

Cho tiếp 20 ml dung dịch Na2SO4 bão hoà vào để loại chì thừa Lắc đều và để tủa lắng xuống.

Thêm nước cất vừa đủ đến vạch 100 ml, lắc đều và lọc qua giấy lọc khô.

Dịch lọc dùng để tiến hành định lượng.

Cho 10 ml dung dịch đường cần khảo sát và 10ml thuốc thử Fehling vào bình tam giác 250 ml Đậy bình bằng nút thủy tinh và đun trên bếp có lưới amiăng Đun sôi khoảng 3 phút, kết tủa đỏ xuất hịên trong bình và lấy bình ra để nguội.

Rửa kết tủa vài lần với nước ấm đã đun sôi cho đến khi dịch rửa không còn phản ứng kiềm trên giấy quỳ Quá trình rửa được tiến hành trên phễu lọc chân không với giấy lọc xốp G4 và chú ý là phần lớn kết tủa trên phễu lọc và trong bình luôn được phủ một lớp nước để Cu2O không bị oxy hóa bởi oxy không khí

Hòa tan kết tủa Cu2O vào bình tam giác bằng cách cho từ từ khoảng 5ml dung dịch Fe2(SO4)3 trong H2SO4 và dùng đũa thủy tinh khuấy thật cẩn thận để hòa tan hoàn tòan kết tủa trên phễu Tráng cẩn thận bình và phễu lọc 3-4 lần bằng nước nóng cho vào bình tam giác 100ml.

Chuẩn độ dung dịch thu được bằng KMnO4 1/30N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền trong 20-30 giây.

Từ lượng KMnO4 1/30N dùng để chuẩn độ, tra bảng 2.2 để suy ra lượng đường có trong mẫu phân tích Song song làm thí nghiệm đối chứng bằng cách thay dung dịch đường bằng nước cất.

Hàm lượng đường tổng tính theo công thức:

X: hàm lượng đường khử tính theo % a: số mg glucose tìm được khi tra bảng ứng với số ml KMnO4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu phân tích trừ đi số ml KMnO4 1/30N dùng để chuẩn độ mẫu không.

V: thể tích pha loãng mẫu (100ml)

V1: thể tích mẫu lấy đem xác định đường khử m: lượng mẫu đem phân tích

1000: hệ số đổi gam thành mg

Bảng 2.2 Bảng quy hệ số đường tổng

Xác định hàm lượng chất khô hòa tan ( 0 Brix)

Nhỏ một giọt nước lên mặt kính Brix kế rồi đậy nắp lại xem nền xanh trở về vị trí không chưa, nếu chưa thì dùng tua vít chỉnh cho về không

Dùng ống nhỏ giọt hút dịch củ dền nhỏ 1-2 giọt vào mặt kính Brix kế, đậy tấm chắn sáng để dịch phủ đều trên lăng kính rồi đưa mắt ngắm điều chỉnh độ phóng đại sau khi cho xem được rõ nhất và đọc số trên thang đo được [14].

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

Đánh giá thành phần nguyên liệu

Sau khi tiến hành khảo sát một số thành phần nguyên liệu củ dền (theo bố trí thí nghiệm 2.6.1), kết quả thu được bản sau:

Bảng 3.1 Khảo sát một số thành phần hóa lý trong củ dền

Thành phần Giá trị Độ ẩm (%) 88,26 Độ tro (%) 1,103

Hàm lượng betalain (mg/ml) 5,26

Nồng độ chất khô (Brix) 5

Từ bảng 3.1 cho thấy độ ẩm của củ dền là 88,26%, độ tro là 1,103, hàm lượng đường tổng đạt 5,6% Kết quả này gần tương đương với nghiên cứu của Ezenwa Mo và các cộng sự Ezenwa Mo và các công sự đã cho ra kết quả nghiên cứu về độ ẩm chiếm 87%, độ tro chiếm 0,81% và hàm lượng đường tổng chiếm 4,71% [25] Và đặc biệt là hàm lượng betalain trong kết quả bảng chiếm 5,6 mg/ml cao hơn nhiều so với nghiên cứu của Ezenwa Mo và các cộng sự

Theo TCVN quy định các loại vi sinh vật cần được kiểm tra sự hiện diện của nó trong sản xuất rượu lên men từ trái cây gồm tổng số nấm men, nấm mốc, tổng số vi sinh vật hiếu khí, E coli, coliform

[TCVN 7045:2009] Kết quả nồng độ vi sinh vật có trong củ dền trước khi rửa, sau khi rửa được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.2 Kết quả số lượng vi sinh vật có trong củ dền

Vi sinh vật Trước rửa

Vi sinh vật hiếu khí 10 5 10 4

Từ kết quả bảng 3.2 trên cho thấy, E coli không có mặt ngay cả trong nguyên liệu Như vậỵ, nguyên liệu được sử dụng là an toàn đối với sức khỏe con người Ngoài E coli, bảng kết quả thể hiện sự giảm sút của các loại vi sinh vật khác sau khi rửa so với trước khi rửa Cụ thể là, tổng số nấm men trước rửa là 2.10 2 và sau rửa giảm còn 10 1 Tổng số nấm mốc trước rửa là 2.10 2 và sau rửa là 10 2 Tổng số colifrom trước rửa là 2.10 2 và sau rửa là 8.10 1 Kết quả trên cho thấy việc rửa đã loại bỏ phần lớn các vi sinh vật bám trên bề mặt nguyên liệu.

Từ kết quả thu được cho thấy nguyên liệu củ dền phù hợp cho quá trình sản xuất rượu lên men từ củ dền.

Xác định nhiệt độ và thời gian thanh trùng

Nhiệt độ và thời gian của qúa trình thanh trùng ảnh hưởng lớn đến hàm lượng các chất và vi sinh vật còn lại trong rượu Sự thay đổi về các chỉ tiêu hóa lý và các chỉ tiêu vi sinh vật được thể hiện rõ ở 2 bảng sau:

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá pH và betalain sau khi thanh trùng

STT Nhiệt độ và thời gian thanh trùng pH Hàm lượng betalain

Từ bảng 3.3 cho thấy các pH dịch củ dền sau thanh trùng hầu như không bị thay đổi Như vậy, pH không bị ảnh hưởng nhiều bởi thời gian và nhiệt độ thanh trùng Hàm lượng betalain thay đổi khi thời gian và nhiệt độ thanh trùng thay đổi Kết quả khi thanh trùng ở nhiệt độ 75 0 C trong 10 phút thì hàm lượng betalain được giữ lại nhiều nhất (4,63 mg/ml) và khi ở nhiệt độ 85 0 C trong 20 phút thì hàm lượng betalain còn lại thấp nhất (4,50 mg/ml) Điều này là do betalain bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian thanh trùng Ở nhiệt độ càng cao, thời gian càng dài thì lượng betalain càng bị phân hủy nhiều, do đó, hàm lượng betalain còn lại sau thanh trùng càng thấp

Bảng 3 4 Kết quả đánh giá vi sinh vật sau khi thanh trùng

T Nhiệt độ và thời gian

Tổng số nấm men (cfu/ml)

Tổng số nấm mốc (cfu/ml)

Tổng số vi sinh vật hiếu khí (cfu/ ml)

Dựa vào kết quả bảng 3.4 cho thấy quá trình thanh trùng đã loại bỏ hầu hết các vi sinh vật có trong dịch củ dền Ở mức nhiệt độ khác nhau và thời gian thanh trùng khác nhau cho hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật khác nhau đối với tổng số nấm men và tổng số vi sinh vật hiếu khí Ở nhiệt độ 75 0 C đã có hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật Cụ thể là khi thanh trùng ở 75 0 C trong 10 và 15 phút thì tổng số nấm men,nấm mốc còn 10 2 cfu/ml và tổng số vi sinh vật hiếu khí cũng còn 10 2 cfu/ml Nhưng khi kéo dài thời gian thanh trùng lên 20 phút thì hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật tăng lên, số nấm men chỉ còn 10 1 cfu/ml và tổng số vi sinh vật hiếu khí vẫn đạt 10 2 cfu/ml Tiếp tục tăng nhiệt độ thanh trùng lên 80 0 C trong 10 phút thì nấm men, nấm mốc bị tiêu diệt hoàn toàn và tổng số vi sinh vật hiếu khí giảm còn 10 1 cfu/ml.Kéo dài thời gian thanh trùng lên đến 15 phút thì vi sinh vật đã bị tiêu diệt hoàn toàn Vì vậy, chế độ thanh trùng được chọn lựa là 80 0 C trong 15 phút để tiêu diêt vi sinh vật hoàn toàn, đảm bảo cho quá trình phát triển của nấm men được tốt nhất Đồng thời hàm lượng betalain sau thanh trùng vẫn đạt giá trị cao (4,60 mg/ml).

Xác định nồng độ chất khô hòa tan thích hợp trong quá trình lên men

Lên men là quá trình chuyển hóa đường thành rượu dưới tác dụng của nấm men trong điều kiện yếm khí Như vậy, nồng độ đường ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men nên cần phải được khảo sát để xác định được nồng độ thích hợp nhất Thí nghiệm khảo sát các nồng độ đường khác nhau gồm: 16 0 Bx, 18 0 Bx, 20 0 Bx, 22 0 Bx, 24 0 Bx trong cùng điều kiện lên men Kết quả được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.5 Kết quả nồng độ chất khô ảnh hưởng đến quá trình lên men

STT Nồng độ chất khô

( 0 Bx) pH Hàm lượng betalain(mg/ ml)

Trước lên men Sau lên men Trước lên men Sau lên men Trước lên men

Dựa vào kết quả ở bảng 3.5 ta thấy hàm lượng ở nồng độ 20 0 brix sẽ cho nồng độ enthanol là cao nhất với (trung bình 11,5%v/v) so với các nồng độ chất khô hòa tan còn lại Có thể thấy hàm lượng chất khô ban đầu từ 16 0 brix tăng lên 20 0 brix thì hàm lượng enthanol sinh ra sau khi lên men càng tăng Tuy nhiên nồng độ chất khô sẽ tăng đến từ 22 0 brix và 24 0 brix thì lượng ethanol sinh ra càng giảm pH và hàm lượng betalain cũng tăng giảm theo quá trình lên men Nếu quá trình lên nem diễn ra một cách hoàn toàn thì pH sau khi lên men giảm làm cho hàm lượng betalain có trong rượu cũng giảm theo.

Nếu ở nồng độ chất khô thấp, không đủ lượng đường cho nấm men tăng sinh khối, chuyển hóa đường thành rượu và nấm men có thể chết đi do cạnh tranh dinh dưỡng lẫn nhau làm cho lượng rượu sinh ra thấp Tuy nhiên nếu tăng nồng độ chất khô lên cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất trạng thái cân bằng sinh lý của nấm men, nên lượng đường nhiều sẽ gây ức chế hoạt độ sống của nấm men làm cho khả năng lên men ngày càng giảm đi [26].

Trong quá trình lên men, nấm men sẽ sinh ra các acid làm cho pH của dịch lên men giảm Giá trị pH của dịch sau lên men ở vào khoảng 3,3 -3,6 Giá trị pH này có thể cải thiện được độ ổn định của rượu, ức chế sự phát triển của vi sinh vật và cũng tạo điều kiện tốt cho quá trình lên men đường Tuy nhiên giá trị pH quá thấp sẽ ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của rượu vì gây chua, quá cao sẽ tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật phát triển gây hư hỏng sản phẩm [1]. Nồng độ chất khô được coi là biểu thị nồng độ đường, mà đường là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lên men, lượng đường thấp sẽ làm giảm hiệu suất lên men, không tạo được độ cồn mong muốn trong rượu Lượng đường cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất trạng thái cân bằng sinh lý của nấm men, vì thế lượng đường nhiều sẽ dẫn đến ức chế không những tạp khuẩn mà cả nấm men [28].

Nồng độ chất khô ảnh hưởng nhiều đến hàm lượng betalain có trong dịch rượu Nồng độ chất trong khoảng tối ưu thì quá trình lên men được diễn ra hoàn toàn Làm cho hàm lượng betalain có trong dịch lên men càng thấp Khả năng hấp thụ betalain cũng thuộc rất lớn đến quá trình lên men Nếu quá trình lên men diễn ra nhanh thì hàm lượng betalain giảm nhanh và khả năng lên men thấp thì ngược lại [28].

Hình 3.1 Rượu củ dền ở các nồng độ chất khô khác nhau Đánh giá cảm quan

Bảng 3.6 Điểm đánh giá cảm quan trung bình ở nồng độ chất khô khác nhau

STT Nồng độ chất khô

(Brix) Đánh giá cảm quan Màu Tổng sắc Mùi Vị Trạng

Ngọt vừa và ít chua

Hợi đục, có nhiều phần tử lơ lững

Mùi thơm nhẹ của củ dền

Ngọt vừa và ít chua

Hơi đục, có nhiều phần tử lơ lững

3 20 0 Brix Màu đỏ thắm Mùi thơm nhẹ của củ dền

Chát của rượu, ngọt vừa và

Trong, ít có phần từ lơ lững ít chua

Hơi nồng mùi củ dền

Ngọt vừa và ít chua

Hơi đục, có nhiều phần tử lơ lững

Hơi nồng mùi củ dền

Hơi đục, có nhiều phần tử lơ lững

Nhìn vào kết quả đánh giá cảm quan ở bảng 3.6 cho ta thấy ở nồng độ chất khô brix 20 thu được điểm đánh giá vượt trội hơn so với các nồng độ chất khô khác Ở nồng độ brix 20 thì rượu sẽ có màu đỏ thắm, mùi thơm nhẹ của củ dền không gắt, vị ngọt và ít chua , trạng thái trong ít có các phần tử lơ lững

Sau khi đã khảo sát nồng độ chất khô thì kết quả cho thấy ở nồng độ chất khô brix 20 cho các chỉ số ở các chỉ tiêu là tốt nhất và điểm đánh giá cảm quan ở brix 20 cũng cao nhất Nên ở khảo sát nồng độ chất khô hòa tan thích hợp brix 20.

Xác định nồng độ pH ảnh hưởng đến quá trình lên men

Sự hoạt động của Saccharomyces cerevisiae phụ thuộc vào pH, pH tối ưu cho nấm men phát triển mạnh trong khoảng từ 3,5 đến 5,0 Vì vậy, nồng độ pH cũng cần được khảo sát để chọn được pH tối ưu cho quá trình lên men Thí nghiệm được tiến hành ở các giá trị pH khác nhau từ 3,5 đến 5,0 với bước nhảy là 0,5 Kết quả được thể hiện trong bảng:

Bảng 3.7 Kết quả pH ảnh hưởng đến quá trình lên men

STT pH Nồng độ chất khô

Hàm lượng betalain(mg/ ml)

Trước lên men Sau lên men Trước lên men Sau lên men Trước lên men

Kết quả cho thấy khi pH tăng từ 3,5 đến 4,0 thì hàm lượng ethanol sinh ra cũng tăng từ 10 đến 11,5% v/v Khi pH tiếp tục tăng đến 4,5 và 5 thì hàm lượng ethanol cũng giảm xuống còn 11 và 10,5% v/v. Điều này được giải thích do nấm men hoạt động tốt trong khoảng pH từ 3,5 do đó sinh ra lượng ethanol cao Nghiên cứu của Ifie và các cộng sự cũng cho thấy pH tối ưu của nấm men là 3,5 đến 4 Khi tăng pH lên 4,5 và 5 thì pH không phù hợp với sự hoạt động của nấm men nên nấm men bị ức chế, do đó quá trình lên men diễn ra chậm, sinh ra lượng ethanol thấp [29].

Nồng độ chất khô cũng thay đổi theo pH Nếu pH ở trong khoảng từ 3,5 đến 4,0 thì ở trong khoảng này nấm men phát triển tốt thì quá trình lên men sẽ diễn ra nhanh chuyển hóa đường thành ethanol. Làm cho hàm lượng đường giảm nhiều hơn so với ban đầu Còn ở trong khoảng pH từ 4,5 đến 5,0 thì trong khoảng pH này không thích hợp cho nấm men phát triển nên ở trong khoảng này sự chuyển hóa đường thành ethanol bắt đầu giảm.

Hàm lượng betalain còn lại trong rượu củ dền phụ thuộc rất lớn đến quá trình lên men Nếu quá trình lên men diễn ra thuận lợi thì sẽ cho hàm lượng ethanol cao và pH bắt đầu giảm dần Tại vì độ bền của betalain bị ảnh hưởng bởi pH, nếu pH thấp hơn 3,5 thì độ bền của betalain bị giảm cho nên hàm lượng betalain còn lại thấp hơn ban đầu.

Hình 3.2 Rượu củ dền ở các khoảng pH khác nhau Đánh giá cảm quan

Bảng 3.8 Điểm đánh giá cảm quan trung bình ở pH khác nhau

STT pH Đánh giá cảm quan Màu Tổng sắc Mùi Vị Trạng

Ngọt vừa và ít chua

Trong ít có phần tử lơ lững

Mùi thơm đặc trung của củ dền

Chát của rượu, ngọt vừa và ít chua

Trong, ít có phần tử lơ lững

3 4,5 Màu đỏ hồng Hơi nồng mùi ủ dền

Ngọt vừa và ít chua

Hơi đục, nhiều phần tử lơ lững

Hơi nồng mùi củ dền

Ngọt vừa và ít chua

Hơi đục, có nhiều phần tử lơ lững

Dựa vào điểm đánh giá cảm quan trung bình ở bảng 3.8 cho ta thấy ở pH= 4,0 thì cho điểm đánh giá cao vượt trội hơn so với các pH khác Ở pH= 4,0 sẽ cho rượu có màu gần với màu đỏ thắm, mùi thơm đặc trưng của củ dền không bị gắt, có vị chát của rượu và ngọt vừa ít chua và trạng thái trong ít có các cặn lơ lững.

Sau khi khảo sát ở các pH khác nhau thì pH= 4,0 thì cho các chỉ số đánh giá ở cac chỉ tiêu cao hơn so với các mức pH khác và điểm đánh giá cảm quan trung bình cũng cao Vì vậy ở khảo sát này pH tối ưu là 4.

Xác định tỉ lệ bổ sung nấm men

Hàm lượng nấm men phối trộn trong dịch củ dền là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lên men Lượng nấm men quá thấp thì quá trình lên men chậm và không triệt để Nhưng lượng nấm men quá cao dẫn đến việc thiếu hụt chất dinh dưỡng cho chúng, từ đó nấm men sẽ chết dần làm thất thoát lượng men và gây ảnh hưởng đến mùi vị sản phẩm Do đó, cần khảo sát hàm lượng nấm men phù hợp để quá trình lên men triệt để mà không lãng phí nấm men Thí nghiệm được tiến hành khi nấm men đạt nồng độ 10 6 cfu/ml, và các tỉ lệ khảo sát là 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04% và0,05% v/v.

Bảng 3.9 Kết quả tỉ lệ nấm men hưởng đến quá trình lên men

STT Tỉ lệ nấm men

( 0 Bx) pH Hàm lượng betalain(mg/m l)

Dựa vào kết quả bảng 3.9 cho ta thấy cho ở nồng độ nấm men

0,04% thì nồng độ ethanol đạt là cao nhất (12,0%v/v) Có thể thấy tỉ lệ nấm men bổ sung với tỉ lệ từ 0,01% đến 0,04% thì hàm lượng ethanol sinh ra ngày càng tăng Còn ở tỉ lệ 0,05% thì hàm lượng ethanol giảm đi Điều đó có thể giải thích khi bổ sung 0,05% v/v nấm men thì bên trong dịch củ dền không đủ lượng đường cho nấm men tăng sinh khối, và giữa chúng có sự cạnh tranh chất dịnh dưỡng lẫn nhau làm cho quá trình lên men giảm sút.

Các mẫu rượu lên men với tỉ lệ nấm men thấp cho hàm lượng ethanol thấp do quá trình lên men không triệt để Theo Lương ĐứcPhẩm (2006) khi sử dụng nấm men ở nồng độ thấp thì khả năng nảy chồi tiếp và thời gian đạt được định mức là rất dài sẽ ảnh hưởng đến hoạt động và trao đổi chất của nấm men Những mẻ lên men này thường có hiệu quả kém và chất lượng thành phẩm xấu.

Ngoài ra, khi tỉ lệ nấm men bổ sung càng cao thì tốc độ lên men ở thời gian đầu càng nhanh và có thể cản trở quá trình lên men tiếp theo. pH và nồng độ chất khô sau khi lên men phụ thuộc vào tỉ lệ nấm men bổ sung vào khi bổ sung 0,04%v/v nấm men thì quá trình lên men diễn ra một cách triệt để làm cho hàm lượng chất khô và pH sau khi lên men giảm so với trước khi lên men.

Hàm lượng betalain sau khi lên men còn lại cũng không quá thấp. Tại vì quá trình lên men là giảm pH của dịch củ dền làm cho độ bền của betalain bị giảm [28]

Hình 3.3 Rượu củ dền ở các tỉ lệ nấm men khác nhau Đánh giá cảm quan

Bảng 3.10 Điểm đánh cảm quan trung bình ở các tỉ lệ nấm men khác nhau

Tỉ lệ pha trộn nấm men (%v/ v) Đánh giá cảm quan Màu Tổng sắc Mùi Vị Trạng

1 0,01% Màu đỏ đậm Nồng mùi củ dền

Ngọt vừa và ít chua

Hơi đụcvà nhiều phần tử lơ lửng

Hơi nồng mùi củ dền

Hơi đục, có nhiều phần tử lơ lững

Mùi thơm nhẹ của củ dền

Chát của rượu, ngọt vừa và ít chua

Trong, ít có phần từ lơ lững

Mùi thơm đặc trưng của củ dền

Chát của rượu, ngọt vừa và ít chua

Trong, ít có phần tử lơ lửng

Hơi nồng mùi củ dền

Ngọt vừa và chua vừa

Trong ít có các phần tử lơ lửng

Dựa vào kết quả đánh giá cảm quan trung bình ở bảng 3.10 cho thấy ở tỉ lệ nấm men 0,04% có số điểm đánh giá vượt trội hơn so với các tỉ lệ còn lại Ở tỉ lệ nấm men 0,04% cho rượu có màu đỏ hồng, mùi thơm đặc trưng của củ dền không bị gắt, có vị chát của rượu ngọt vừa và ít chua, ít có các phần tử lơ lững. Ở khảo sát này tỉ lệ nấm men 0,04%v/v cho kết quả đánh giá các chỉ tiêu vượt trội hơn các tỉ lệ khác và kết quá đánh giá cảm quan cao Vì vậy ở khảo sát này tỉ lệ nấm men thích hợp là 0,04%v/v.

Xác định thời gian lên men

Thời gian lên men của dịch củ dền là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lên men Thời gian lên men ngắn thì quá trình lên men không đạt được yêu cầu Nếu thời gian quá dài thì sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Do đó cần lựa chọn thời gian lên men phù hợp để quá trình lên men đạt hiệu quả và cho ra được sản phẩm có chất lượng cảm quan tốt Thí nghiệm được tiến hành trên 3 khoảng thời gian khác nhau: 7, 14 và 21 ngày Kết quả thu được được trình bày trong bảng sau:

Bảng 3.11 Kết quả thời gian lên men ảnh hưởng đến quá trình lên men

STT Thời gian Nồng độ chất khô

( 0 Bx) pH Hàm lượng betalain(mg/ml

Trước ) lên men Sau lên men

Dựa vào kết quả bảng 3.11 cho thấy thời gian lên men càng lâu thì hàm lượng ethanol sinh ra càng cao Các mẫu rượu lên men ở thời gian khác nhau thì hàm lượng ethanol cũng khác nhau Nếu ở thời gian ngắn quá thì hàm lượng ethanol sinh ra thấp (3,5%) Nếu mà thời gian dài thì hàm lượng ethanol có trong rượu quá cao làm cho sản phẩm không nổi bật được mùi vị và hương vị riêng vốn có của nguyên liệu.

Thời gian cũng quyết định đến pH có trong rượu, thời gian lên mencàng dài thì sẽ làm cho rượu bị chua và chát Còn nếu thấp quá thì không tạo được hương vị đặc trung cho sản phẩm.

Nồng độ chất khô sau khi lên men cũng được quyết định bởi thời gian lên men, nếu thời gian lên men ngắn thì nấm men không đủ thời gian để chuyển đổi hoàn toàn đường thành và rượu sau 7 ngày lên men thì nồng độ chất khô còn lại khá cao Nếu trong 21 ngày thì rượu sẽ chuyển hoàn toàn lượng đường có trong dịch củ dền thành rượu và làm cho nồng độ chất khô sau khi lên men còn lại ít.

Hàm lượng betalain cũng bị giảm theo thời gian, nếu lên men 21 ngày quá trình lên men sẽ làm cho pH có trong rượu bị giảm và hàm lượng betalain còn cũng tương đối thấp

Hình 3.4 Rượu lên men ở các mốc thời gian khác nhau Đánh giá cảm quan

Bảng 3.12 Điểm đánh giá cảm quan trung bình ở các mốc thời gian khác nhau

STT Thời gian lên men Đánh giá cảm quan Màu Tổng sắc Mùi Vị Trạng

Ngọt vừa và chua Đục, không có cặn

Mùi thơm đặc trung của củ dền

Chát của rượu, ngọt vừa và ít chua

Trong, ít có phần tử lơ lững

Mùi thơm đặc trưng của củ dền

Trong ít có phần tử lơ lững

Dựa vào kết quả đánh giá cảm quan bảng 3.12 cho thấy ở mốc thời gian 14 ngày sẽ cho điểm chất lượng đánh giá là tốt nhất Ở khảo sát này mốc thời gian lên men tốt dành cho rượu củ dền là

14 ngày Khoảng thời gian này sẽ không làm cho rượu bị chua và có được nồng độ ethanol thích hợp.

Đánh giá chất lượng sản phẩm

Sau khi hoàn thành quá trình lên men ở các điều kiện phù hợp, rượu được lọc qua màng lọc vô trùng để loại bỏ cặn Sản phẩm cuối cùng được đánh giá cảm quan và kiểm tra vi sinh

Hình 3.5 Sản phẩm rượu củ dền

3.7.1 Kết quả đánh giá cảm quan

Tiêu Điểm từng thành viên

Trun g bình chưa có trọn g lượn g

Trun g bình có trọn g lượn g

Bảng 3.13 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm

Từ bảng nhận thấy điểm chất lượng của sản phẩm là 18,16 lớn hơn 15,2 và nhỏ hơn 18,5.

Theo TCVN 3215-79 thì sản phẩm rượu củ dền đạt loại khá

3.7.2 Kết quả kiểm tra vi sinh vật

Bảng 3.14 Kết quả kiểm tra vi sinh vật của sản phẩm rượu củ dền

Chỉ tiêu Kết quả TCVN

Tổng số vi sinh vật hiếu khí trong 1ml sản phẩm

E Coli trong 1ml sản phẩm 0 0

Coliform trong 1 ml sản phẩm 0 < 10 cfu/ ml

Tổng số nấm men, nấm mốc trong 1ml sản phẩm

Theo kết quả phân tích vi sinh của các chỉ tiêu thì kết quả biểu thị đều đạt trong mức yêu cầu cho phép.

Các chỉ tiêu về vi sinh vật của rượu đều đạt yêu cầu theo TCVN 7045:2009.

Quy trình sản xuất rượu lên men từ củ dền đỏ quy mô phòng thí nghiệm

Sau quá trình làm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, đã xác định được các chỉ tiêu của nguyên liêu củ dền, xác định được số lượng vi sinh vật, xác định nhiệt độ và thời gian thanh trùng, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men như nồng độ chất khô hòa tan (Brix), pH, tỉ lệ pha trộn nấm men và thời gian lên men Từ đó, tiến hành xây dựng quy trình sản xuất rượu lên men từ củ dền bằng nấm men

Saccharomyces cerevisiae theo quy mô phòng thí nghiệm như sau:

Sơ đồ quy mô phòng thí nghiệm

SVTH: Phùng Văn Thảo Lớp: K24-CTP

 Nguyên liệu: Chọn củ dền đỏ có kích thước đồng đều, không bị thối, bị trầy xước và sâu bệnh Để cho quá trình sản xuất rượu lên men được tốt hơn

Lên men ( bổ sung 0,04%v/v và lên men 14 ngày)

 Rửa: Loại bỏ những đất cát và những loại vi sinh vật có trên bề mặt củ dền Rửa dưới những vòi nước sạch.

 Cắt lát, xay và vắt: Cắt củ dền ra thành những lát mỏng tầm 1 –

2 cm để thuận tiện cho quá trình xay Sau khi sau xong sẽ thu được một hỗn hợp sệch, sau đấy vắt toàn bộ hỗ bằng đồ vắt chuyên dụng Sau khi vắt sẽ thu được dung dịch củ dền.

 Pha chế dịch: Khi có được dung dịch củ dền thì ta sẽ bắt đầu bổ sung đường Saccarose tới nồng độ Brix là 20 và điều chỉnh pH bằng acid citric tới 4.

 Thanh trùng: Sau khi đã bổ sung đường và điều chỉnh pH thì bắt đầu đem đi thanh trùng Nhiệt độ thanh trùng là 80 0 C trong vòng

 Làm nguội: Khi thanh trùng xong thì dung dịch củ dền sẽ được làm nguội ở nhiệt đọ phòng Và đặc biệt lưu ý trong quá trình làm nguội không được để dung dịch củ dền sau khi thanh trùng tiếp xúc trực tiếp với không khí.

 Lên men: Sau khi đã là nguội thì bắt đầu bổ sung nấm men vào dịch củ dền với tỉ lệ 0,04% v/v (nấm men đạt 10 6 Cfu/ml) và thơi gian lên men là 14 ngày.

 Lọc: Sau 14 ngày lên men thì đem dịch củ dền đã lên men đi lọc bằng màng lọc vi sinh với kích thước lỗ lọc là 0,2 μm m Nhằm loại bỏ nấm men và các vi sinh vật có trong dịch lên men.

 Thành phẩm: Sau khi lọc sẽ thu được rượu củ dền và bảo quản rượu ở nơi thoáng mát tránh ánh sáng trực tiếp.