Chương 1: Tổng quan về Kombucha, acid axetic, nấm men và acid lactic1 Tổng quan về kombucha, acid axetic, nấm men và acid lactic 1.1 Khái quát chung kombucha Nấm thủy sâm - Kombucha Karg
K HÁI QUÁT CHUNG KOMBUCHA
Nấm thủy sâm, hay còn gọi là Kombucha (Kargasok), là một loại men tương tự như men giấm, được nuôi trong dung dịch trà đường, bao gồm trà xanh hoặc trà đen Quy trình này sử dụng SCOBY (Cộng sinh của vi khuẩn và nấm men), trong đó bao gồm sự kết hợp giữa vi khuẩn acid lactic, acid acetic và nấm men, tạo nên một sản phẩm lên men giàu lợi khuẩn.
Kombucha nổi bật với hương vị độc đáo và cung cấp lợi khuẩn từ vi khuẩn, nấm men, giúp cải thiện hệ tiêu hóa và tăng cường sức đề kháng Khả năng giải độc của Kombucha hỗ trợ kiểm soát huyết áp, cải thiện sức khỏe đường ruột và cholesterol Ngoài ra, Kombucha còn là nguồn vitamin B dồi dào, thúc đẩy trao đổi chất, cung cấp năng lượng và hỗ trợ sự phát triển của da, tóc, móng Thị trường Kombucha toàn cầu đang có tiềm năng lớn, với doanh số mua sắm trực tuyến dự đoán vượt 2.4 tỷ USD vào năm 2027.
Thị trường Kombucha tại Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển, với nhiều sản phẩm chủ yếu được sản xuất tại các hộ gia đình hoặc quy mô nhỏ.
L ỊCH SỬ CỦA KOMBUCHA
Cấu trúc của kombucha
Kombucha truyền thống có thành phần hóa học đa dạng và giá trị dinh dưỡng cao, chủ yếu nhờ vào lợi ích của Camellia sinensis Độ axit của kombucha có thể thay đổi tùy thuộc vào thời gian và tốc độ lên men, do quá trình sản xuất axit hữu cơ, đặc biệt là axit axetic Vi khuẩn axetic trong SCOBY chuyển hóa etanol do nấm men sản xuất thành axit axetic Ngoài axit axetic, kombucha còn chứa nhiều loại axit khác như axit citric, malic, gluconic, glucuronic, carbonic, tartaric và lactic Bên cạnh đó, kombucha còn có etanol, đường (chủ yếu là glucoza và fructoza), các phân đoạn sucrose chưa bị phân hủy, cùng với axit amin và vitamin.
Các khoáng chất như sắt, kẽm, mangan và polyphenol có thể biến đổi dựa trên thành phần sử dụng cũng như điều kiện lên men.
Nghiên cứu của Jayabalan và cộng sự (2014, 2016), Rahmani và cộng sự (2019), cùng Villarreal-Soto và cộng sự (2018) chỉ ra rằng thành phần hóa học của đồ uống phụ thuộc trực tiếp vào các thành phần và tỷ lệ của chúng, cũng như sự thay đổi của các thông số lên men Những biến thể này có khả năng tăng cường sản xuất các hợp chất dinh dưỡng cụ thể, chẳng hạn như các hợp chất phenolic, nổi bật với nhiều lợi ích cho sức khỏe và có liên quan đến việc ngăn ngừa bệnh tật (Aspiyanto et al.).
Kombucha chứa nhiều hợp chất có lợi, bao gồm flavonoid, đặc biệt là catechin và các dẫn xuất của chúng, được xem là những chất chức năng quan trọng (Chakravorty và cộng sự, 2019a; Chakravorty và cộng sự, 2019b; Jayabalan và cộng sự, 2016; Kapp và Sumner, 2019; Leal và cộng sự, 2018).
N GUYÊN LIỆU SẢN XUẤT KOMBUCHA
S COBY
Scoby, viết tắt của cụm từ Symbiotic Colony of Bacteria and Yeast, là một cộng sinh của vi khuẩn và nấm men, được sử dụng trong quá trình lên men và sản xuất Kombucha Scoby có hình dạng giống như cao su, dày, tròn và màu đục, với mùi nhẹ như giấm.
Đun sôi nước và cho trà vào ngâm trong khoảng 5 phút Sau đó, thêm đường và khuấy đều cho tan Cuối cùng, để trà đường nguội hoàn toàn trước khi đổ vào bình thủy tinh.
Bước 2: Rửa tay sạch, lau khô và đeo găng tay vào, rồi vớt con giống Kombucha rửa sạch với nước để loại bỏ cặn trà bám trên nó.
Bước 3: Nhẹ nhàng thả con giống vào bình trà đường, sau đó dùng vải thưa để phủ miệng bình và cột lại bằng sợi thun Cách làm này không chỉ ngăn cản côn trùng xâm nhập mà còn tạo điều kiện cho vi khuẩn của men nấm có đủ không khí để trao đổi chất, giúp quá trình lên men diễn ra thuận lợi hơn.
Bước 4: Đặt bình Kombucha ở chỗ mát, tránh ánh nắng chiếu trực tiếp.
Sau vài ngày, con giống sẽ sinh thêm con và chúng sẽ nổi lên mặt nước Bạn nên kiểm tra độ chua của trà nấm khoảng 3 ngày một lần để đảm bảo hương vị phù hợp với khẩu vị của mình.
Khi trà đạt độ chua và ngọt phù hợp, có hương thơm nhẹ và một chút ga, bạn nên ngừng quá trình lên men Chắt nước vào chai thủy tinh và bảo quản trong tủ lạnh để sử dụng dần Nấm Kombucha có thể được chuyển vào lọ thủy tinh khác để tiếp tục nuôi.
V I SINH VẬT
1.3.2.1 Đặc điểm vi khuẩn họ Acetobacter
Acetobacter là một chi vi khuẩn thuộc họ Pseudomonas, phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có thể được tìm thấy trong nhiều nguồn như hoa quả, không khí, đất, nước, thực phẩm, giấm, rượu và bia Đã có khoảng 20 loài Acetobacter được mô tả, nhiều trong số đó có giá trị kinh tế cao Kích thước của chúng thay đổi theo từng loài, và chúng di chuyển nhờ vào tiên mao Acetobacter không sinh nha bào tử, là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc và có khả năng chịu acid cao Đặc biệt, Acetobacter xylinum có khả năng tạo váng trên môi trường lỏng, điều này giúp nó được ứng dụng trong sản xuất thạch dừa Vi khuẩn này cũng có khả năng hấp thụ muối và phân giải peptone, đồng thời một số loài cần vitamin và khoáng chất nhất định dưới dạng muối vô cơ, hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ Do đó, các môi trường như bia, dịch tự phân nấm men, nước mạch nha và nước trái cây là nguồn dinh dưỡng lý tưởng cho sự phát triển của Acetobacter.
Hình 1 Giống vi khuẩn Acetobacter
1.3.2.2 Phân loại giống vi khuẩn Acetobacter
Acetobacter là một giống vi khuẩn đã được phân loại từ năm 1950 bởi J-Frateur, nổi bật với khả năng bắt màu vàng với iod và tồn tại ở nồng độ cồn cao Vi khuẩn này có khả năng oxy hóa cồn thành acid acetic, với nhiệt độ phát triển tối ưu khoảng 34°C; nếu nhiệt độ vượt quá 40°C, tế bào sẽ co lại thành hình quả lê Acetobacter thường phát triển trong bia và cần các chất sinh trưởng như acid para-aminobenzoic, acid panthoteric và acid nicotinic Chúng tạo ra váng dày trên môi trường dịch thể, có thể phát triển trong môi trường có nồng độ rượu cao và tích lũy đến 9.5% acid acetic Nhiệt độ phát triển thích hợp nằm trong khoảng 25-30°C, và váng chứa cellulose sẽ bắt màu xanh khi tiếp xúc với H2SO4 và thuốc nhuộm iod, có khả năng tích lũy 4.5% acid acetic trong môi trường.
Trong lịch sử phát triển của ngành sinh học, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu việc phân loại các loài vi khuẩn Acetobacter, với bảng phân loại nổi bật nhất được J-Frateur công bố vào năm 1950 Theo phân loại này, Acetobacter bao gồm các loài quan trọng.
Bảng 1 Phân loại giống vi khuẩn Acetobacter
Vi khuẩn Đặc điểm hình thái Đặc điểm sinh lí
Trực khuẩn ngắn, bất độngLiên kết với nhau thành chuỗi dài
Bắt màu vàng với iodTồn tại ở nồng độ cồn khá caoKhả năng oxy hóa cồn tạo thành acid acetic
Phát triển tối ưu ở 34 c và thường thấy trong o bia
Nhiệt độ >40 c gây ra hiện tượng co tế bào o
Bắt màu xanh với thuốc nhuộm iod
Có thể tích luỹ 4.5% acid acetic trong môi trường
Acetobacter pasteurianum Trực khuẩn ngắn Bắt màu xanh khi nhuộm với thuốc iod
Có khả năng oxy hoá và tạo 6.2% acid acetic.
1.3.2.3 Ứng dụng của vi khuẩn Acetobacter
Vi khuẩn Acetobacter có nhiều ứng dụng quan trọng, bao gồm việc sản xuất thạch dừa và tham gia vào quá trình lên men Tại Trung Hoa xưa, loại vi khuẩn này được dùng để chế biến nước giải khát mang tên “vát chè” Hơn nữa, Acetobacter còn đóng vai trò trong sản xuất giấm ăn và một số loài của nó có khả năng tổng hợp vitamin B1, B2, cũng như oxy hóa sorbic thành đường sorbose, phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất vitamin C.
1.3.2.4 Phân lập giống vi khuẩn Acetobacter
Vi khuẩn Acetobacter có thể được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm dấm, rượu, bia, hoa quả và chuối chín, cũng như từ váng giấm Một phương pháp phổ biến để phân lập vi khuẩn này là pha rượu thành dung dịch với nồng độ 5 – 6%.
Để thu nhận Acetobacter từ không khí, bạn chỉ cần pha một phần rượu với bảy phần nước và để trong cốc miệng rộng ở nhiệt độ 30°C trong 2-3 ngày Sau thời gian này, rượu sẽ trở nên đục và xuất hiện một lớp váng mỏng trên bề mặt Lớp váng này cần được lấy ra, pha loãng và phân lập trên môi trường thạch dĩa Để ngăn chặn sự phát triển của nấm men, nên bổ sung 1-1.5% acid acetic vào môi trường phân lập.
L ÊN MEN ACETIC
Quá trình lên men acetic là quá trình mà vi khuẩn acetic hiếu khí oxy hóa không hoàn toàn ethanol thành các acid hữu cơ Phản ứng này có thể được mô tả bằng phương trình hóa học chuyển hóa ethanol thành acid acetic.
Quá trình lên men acetic tối ưu diễn ra ở pH 3, nhiệt độ từ 28 đến 30°C, và nồng độ ethanol trong môi trường dinh dưỡng có glucose khoảng 6-12% Đối với mỗi loài vi khuẩn, nếu nồng độ ethanol không đủ, sẽ dẫn đến tổn thất acid acetic do phản ứng oxy hóa acid acetic bởi vi khuẩn.
Trong quá trình lên men acetic, vi khuẩn acetic thuộc chi Acetobacter đóng vai trò chính Đặc biệt, trong quá trình lên men kombucha, chủng vi khuẩn Acetobacter xylium là loại bị ảnh hưởng nhiều nhất.
V I KHUẨN A CETOBACTER XYLINUM ( K OMAGATAEIBACTER X YLIUM )
Hình 2 Vi khuẩn Acetobacter xylinum
Acetobacter xylinum, lần đầu tiên được phát hiện tại Philippines, thuộc nhóm vi khuẩn acetic và được phân loại theo hệ thống của Bergey trong lớp Schizommycetes, bộ Pseudomonadales, họ Pseudomonadieace Đây là một loại vi khuẩn Gram âm hiếu khí, có hình dạng que và có khả năng sinh tổng hợp cellulose Kích thước của A xylinum dao động từ 2-10 μm về chiều dài và khoảng 0.5-1 μm về chiều rộng Môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi khuẩn này thường có độ pH lớn hơn 5 và nhiệt độ không dưới mức nhất định.
Vi khuẩn Acetobacter xylinum phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ từ 28°C đến 32°C và có khả năng polyme hóa 200.000 phân tử glucose mỗi giây để tạo thành -1,4-glucan, được bài tiết ra môi trường dưới dạng sợi Chúng thường xuất hiện trên các bề mặt có khả năng lên men đường như trái cây, ngũ cốc, trà thảo dược, rau hư, đất, nước, hoa và mật ong Sự tăng trưởng của A xylinum chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố vật lý như pH, nhiệt độ, nồng độ oxy, độ ẩm, áp suất và bức xạ, cũng như các yếu tố sinh hóa liên quan đến sự sẵn có của carbon, nitrogen, lưu huỳnh, phosphor và vitamin.
A xylinum có khả năng chống lại những thay đổi đột ngột như giảm lượng nước hoặc ảnh hưởng của những chất độc hại và vi sinh vật gây bệnh để phát triển, sản xuất cellulose trong màng bao Acid acetic là sản phẩm được sinh ra trong quá hoạt động của vi khuẩn, nhưng khi chũng vượt quá mức cho phép, chúng sẽ quay ngược trở lại ức chế hoạt động của vi khuẩn
Acetobacter xylinum, được biết đến là vi khuẩn acid acetic, có khả năng tạo acid từ glucose và sản xuất rượu ethyl cùng rượu propyl mà không oxy hóa thành carbon dioxide và nước với sự có mặt của oxy Vi khuẩn này hấp thụ glucose từ môi trường nuôi cấy, sau đó kết hợp với acid béo để tạo thành tiền chất trên màng tế bào, rồi giải phóng enzyme ra ngoài tế bào Enzyme này có khả năng polyme hóa glucose thành cellulose, giúp tạo ra lớp cellulose dày trong quá trình lên men kombucha Vi khuẩn A xylinum hoạt động tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 28-32°C, nơi mà quá trình hình thành các sản phẩm diễn ra hiệu quả nhất.
Zygosaccharomyces baiii là một loài thuộc chi Zygosaccharomyces, được mô tả lần đầu tiên là Saccharomyces bailii bởi Lindner vào năm 1895 Tuy nhiên, vào năm 1983, loài này đã được phân loại lại thành Zygosaccharomyces baiii trong nghiên cứu của Barnett và các cộng sự.
Sự phát triển của nấm men Zygosaccharomyces, đặc biệt là loài Z bailii, đang gây ra thiệt hại kinh tế lớn cho ngành công nghiệp thực phẩm do khả năng chịu đựng cao với các điều kiện căng thẳng Mặc dù nhiều sản phẩm như trái cây cô đặc, rượu vang, nước sốt cà chua và sốt mayonnaise thường được coi là ổn định trong hạn sử dụng và có khả năng vô hiệu hóa nhiều loại vi sinh vật, nhưng chúng vẫn dễ bị hư hỏng bởi Z bailii.
Các tế bào sinh dưỡng của Zygosaccharomyces bailii có hình elip, không di động và sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi từ nhiều vị trí khác nhau trên tế bào mẹ Trong quá trình này, tế bào mẹ tạo ra chồi trên bề mặt, và khi chồi dài ra, nhân của tế bào mẹ phân chia, di chuyển vào chồi Vật liệu thành tế bào lấp đầy khoảng trống giữa chồi và tế bào mẹ, cuối cùng chồi tách ra thành tế bào con có kích thước không bằng nhau Kích thước tế bào Z bailii dao động từ (3,5 - 6,5) x (4,5 - 11,5) μm, tồn tại đơn lẻ hoặc thành cặp, hiếm khi thành chuỗi ngắn Thời gian nhân đôi của loại men này khoảng 3 giờ ở 23 °C trong môi trường chứa 20% fructose (pH 4,0), và thời gian này kéo dài đáng kể trong điều kiện căng thẳng.
Z bailii có khả năng sinh sản vô tính, nhưng trong những điều kiện nhất định như stress dinh dưỡng, nó sẽ tạo ra bào tử hữu tính (ascospores) trong một cấu trúc gọi là ascus Mỗi ascus thường chứa từ một đến bốn ascospores, có đặc điểm là nhẵn, thành mỏng và hình dạng cầu hoặc elip.
Nhiều chủng nấm men không còn khả năng tạo ascospores khi được nuôi cấy trong môi trường lặp lại Trên các loại thạch dinh dưỡng khác nhau, Zygosaccharomyces bailii phát triển thành các khuẩn lạc nhẵn, tròn, lồi và có màu trắng đến kem, đường kính từ 2 – 3 mm sau 3 – 7 ngày Do có hình thái tương tự như các chi nấm men khác như Saccharomyces, Candida và Pichia, việc phân biệt Zygosaccharomyces với các loại nấm men khác chỉ dựa vào quan sát hình thái vĩ mô và vi mô là rất khó khăn Vì vậy, việc xác định nấm men ở cấp độ loài phụ thuộc nhiều vào các đặc điểm sinh lý và di truyền hơn là các tiêu chí hình thái.
Vai trò Đặc tính kháng
Z bailii nổi bật với khả năng kháng lại các chất bảo quản axit yếu như axit axetic, lactic, propionic, benzoic, sorbic và sulfur dioxide, cũng như khả năng chịu đựng nồng độ ethanol cao (≥ 15% (v/v)) Phạm vi pH và độ hoạt động nước (aw) của nó cho phép phát triển trong khoảng 2,0 - 7,0 và 0,80 - 0,99 Ngoài ra, Z bailii còn có khả năng lên men mạnh các loại đường hexose như glucose và fructose, có thể gây hư hỏng từ số lượng tế bào cực thấp, và khả năng thẩm thấu vừa phải so với Zygosaccharomyces rouxii Thực phẩm có độ pH thấp (2,5 đến 5,0) và chứa đủ lượng đường lên men thường có nguy cơ hư hỏng cao do loại men này.
Cơ chế kháng chất bảo quản
Các chiến lược giải thích tính kháng của Z bailii đối với chất bảo quản axit yếu bao gồm: phân hủy axit, ngăn chặn sự xâm nhập hoặc loại bỏ axit khỏi tế bào, và thay đổi mục tiêu của chất ức chế Cơ chế kháng nội tại của Z bailii rất linh hoạt và mạnh mẽ, với chức năng và hiệu quả không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường như độ pH thấp, a thấp và chất dinh dưỡng hạn chế.
Z bailii có khả năng chuyển hóa fructose nhanh hơn glucose, cho phép nó phát triển mạnh mẽ trong thực phẩm có chứa ≥ 1% fructose Quá trình lên men rượu của Z bailii trong điều kiện hiếu khí (hiệu ứng Crabtree) cho thấy ethanol được sản xuất với tốc độ và năng suất cao hơn khi có mặt fructose so với glucose Điều này xảy ra do fructose được vận chuyển qua một hệ thống công suất cao riêng biệt, trong khi glucose sử dụng hệ thống công suất thấp hơn, bị ức chế một phần bởi fructose và cũng có thể được sử dụng làm cơ chất.
Theo Thomas và Davenport (1985), Z bailii đã được xác định là tác nhân chính gây hư hỏng trong nhiều loại thực phẩm từ đầu thế kỷ 20, bao gồm sốt mayonnaise, nước xốt salad, dưa chuột muối chua và các sản phẩm axit hóa Mặc dù đã có những cải tiến trong công nghệ chế biến và vệ sinh thực phẩm, nấm men này vẫn gây ra vấn đề nghiêm trọng trong các sản phẩm như nước sốt, rau ngâm, trái cây cô đặc và nước trái cây không ga Z bailii cũng được công nhận là nguyên nhân gây hư hỏng trong rượu vang do khả năng kháng cao với etanol và axit hữu cơ ở pH thấp Sự hư hỏng do Z bailii đã mở rộng sang các thực phẩm mới như mù tạt chế biến sẵn và nước giải khát có ga hương trái cây Khả năng chống chịu của Z bailii với nhiều yếu tố căng thẳng đã khiến nó trở thành một trong những loại nấm men gây hư hỏng nguy hiểm nhất.
Brettanomyces, là một chi nấm men không hình thành bào tử thuộc họ Saccharomycetaceae, thường được gọi là "Brett" Tên Dekkera được sử dụng thay thế cho Brettanomyces để mô tả dạng biến hình của nấm men, nhưng không được chấp nhận như một loại nấm Hình thái tế bào của nấm men này có thể thay đổi từ hình trứng đến hình "xúc xích" dài Brettanomyces có tính axit và khi phát triển trong môi trường giàu glucose, nó tạo ra một lượng lớn axit axetic Nấm men này đóng vai trò quan trọng trong ngành sản xuất bia và rượu nhờ vào các hợp chất cảm quan mà nó tạo ra.
Trong tự nhiên, Brettanomyces sống trên vỏ trái cây.
Năm 1889, Seyffert từ Nhà máy bia Kalinkin ở St Petersburg đã phân lập thành công "Torula" từ bia Anh, tạo ra hương vị đặc trưng trong bia lager Đến năm 1899, JW Tullo tại Guinness mô tả hai loại "men thứ cấp" trong bia đen Ailen Tuy nhiên, N Hjelte Claussen tại nhà máy bia Carlsberg là người đầu tiên công bố mô tả vào năm 1904, sau khi đã nộp bằng sáng chế vào năm 1903 (bằng sáng chế GB190328184 của Vương quốc Anh), đánh dấu vi sinh vật đầu tiên được cấp bằng sáng chế trong lịch sử Thuật ngữ Brettanomyces có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "nấm của Anh".
Bảng 1: Tổng quan về 2 loài nấm men Zygosaccharomyces (Z.) bailii và
Gi ng loài ố hình thái h c ọ Đ c tr ng ặ ư
Khu n l c màu ẩ ạ tr ng đ n kem có đ nh ắ ế ỉ h i nâu, hình tr ho c ơ ụ ặ elip, kích th ướ c (3,5–6,0) × (4,5–11,5) m μ
T o thành axit axetic, ch u nhi t < 75 ạ ị ệ °C Đ pH tăng tr ộ ưở ng > 2 và < 7
Hình d ng thon dài ạ đ c bi t, ặ ệ 2,5–10,0 àm (đ ườ ng kớnh)
C ÔNG NGHỆ SẢN XUẤT K OMBUCHA
Q UY TRÌNH SẢN XUẤT K OMBUCHA
Lựa chọn nguyên liệu trà
Đây là bước quan trọng nhất Vì chọn loại trà thơm ngon sẽ giúp tạo ra sản phẩm có chất lượng cao.
Các loại trà nguyên liệu phổ biến bao gồm trà xanh, trà ô long và trà đen Trong số này, trà đen thường mang lại men giống khỏe nhất, trong khi trà ô long và trà xanh tạo ra men giống mỏng hơn.
Mỗi loại trà mang đến một hương vị đặc trưng riêng, và trong quá trình sản xuất, các loại trà có thể được phối hợp để tạo ra hương vị hài hòa và độc đáo Điều này dẫn đến việc hình thành những hương vị độc quyền, phản ánh bản sắc của từng thương hiệu trà.
Gia nhiệt nước – trích ly
Tổng quan: Trích ly các chất hòa tan chứa trong trà khô ra khỏi bã trà để thu được 1 lượng dịch trà và tiêu diệt vi sinh vật.
Trong quá trình trích ly trà, việc kiểm soát nhiệt độ nước là rất quan trọng Nhiệt độ nước cần phải được điều chỉnh hợp lý để đạt hiệu suất trích ly tối ưu, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng và hương vị tốt nhất cho trà.
Doanh nghiệp sẽ lựa chọn tỷ lệ trích ly trà phù hợp dựa vào loại trà, hương vị mong muốn và giá thành Tỷ lệ trích ly trà thường dao động từ 5g đến 10g trên mỗi lít.
Nhiệt độ và thời gian trích ly sẽ phụ thuộc vào nguyên liệu trà,… Thời gian trích ly thường sẽ dao động khoảng 5 – 10 phút.
Lọc
Lọc trà là quá trình tách bã chè ra khỏi dung dịch, nhằm làm cho nước trà trở nên trong suốt và không bị vẩn đục Việc này không chỉ nâng cao giá trị hình thức của sản phẩm mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men.
Trà sẽ được cho vào các lồng đựng hoặc túi vải có kích thước phù hợp để tiến hành lọc.
Với mỗi quy mô, mỗi nơi sản xuất khác nhau, sẽ lựa chọn các thiết bị phù hợp để tiến hành lọc tốt nhất.
Làm lạnh nhanh
Nguyên tắc chính là giảm nhiệt độ của dung dịch nước trà để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật Việc này không chỉ giúp bảo quản sản phẩm tốt hơn mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phối trộn, đồng thời giữ nguyên hương vị đặc trưng của trà.
Nhiệt độ làm lạnh dịch trà thích hợp khoảng 8 – 10°C Hạ nhiệt đột ngột này là một quy trình quan trọng để giúp trà bảo quản được lâu.
Nấu Syrup
Quá trình nấu syrup là bước quan trọng để tiêu diệt vi sinh vật trong đường và nước, đồng thời giúp biến saccharose thành glucose và fructose, giảm độ nhớt của dung dịch đường, từ đó dễ dàng hơn trong việc lọc Trước khi phối trộn với dịch trà, đường cần được nấu thành syrup với nồng độ từ 60 đến 70%, và quá trình này bắt buộc phải bao gồm các bước đun sôi, lọc và làm lạnh.
Quy trình nấu syrup gồm 3 giai đoạn:
Hòa tan đường trong nước
Đun sôi dung dịch nước đường
Chuyển hóa đường thành syrup.
Sau khi hòa tan đường, ngừng khuấy và vớt bọt cùng các tạp chất trên bề mặt dung dịch Tiếp theo, đun sôi và duy trì nhiệt độ sôi trong khoảng 15 – 20 phút để tiêu diệt hoàn toàn tạp khuẩn Cần lưu ý không đun sôi quá lâu, vì điều này có thể làm giảm chất lượng của syrup do đường bị caramen hóa.
Lọc – làm nguội syrup
Mục đích: Tách hết các hợp chất cơ học như rác, đất cát lẫn vào đường trong quá trình vận chuyển và bảo quản.
Phải lọc ở trạng thái nóng để giảm độ nhớt Sau khi lọc, cần làm lạnh nhanh để syrup không bị sẫm màu, đảm bảo được chất lượng.
Yêu cầu thành phẩm syrup:
Màu sắc trong suốt, không màu hoặc có màu vàng nhạt.
Có mùi đặc trưng của syrup, không có mùi vị lạ.
Phối trộn
Dịch syrup sau khi đã được làm lạnh đem phối trộn cùng với dịch trà để tạo thành một dung dịch đồng nhất có nồng độ theo yêu cầu.
Sau khi phối trộn, dịch trà cần được điều chỉnh về nhiệt độ bình thường (28 – 32°C) để chỉnh pH và chuẩn bị cho quá trình lên men.
Chỉnh pH
Quá trình lên men thiếu khí dễ bị nhiễm vi sinh vật lạ, đặc biệt là nấm mốc Để ngăn chặn tình trạng này, cần điều chỉnh pH của dịch trà xuống ≤ 4,2, vì mức pH này tạo ra điều kiện bất lợi cho sự phát triển của hầu hết các loài vi sinh vật và nấm mốc.
Lên men
Trước khi cho lên men, phải rửa sạch nấm Kombucha bằng nước lạnh để loại bỏ tạp chất bám bên ngoài
Cho dịch trà vào bình chứa, thả nấm Kombucha, bắt đầu quá trình lên men.
Tỉ lệ nấm Kombucha so với dịch trà hoàn hảo nhất thường dao động trong khoảng
Quá trình lên men được thực hiện trong điều kiện hiếu khí, ở nhiệt độ thường (28 – 32°C).
Không gian lên men phải thoáng mát, sạch sẽ, tránh tạp nhiễm.
Quá trình lên men Kombucha thường kéo dài từ 3 đến 7 ngày, tùy thuộc vào tỉ lệ nấm Kombucha được sử dụng, khả năng lên men và chuyển hóa của giống nấm, cũng như các điều kiện môi trường trong quá trình lên men.
Kết thúc quá trình lên men trà Kombucha dựa vào các chỉ số pH và Brix cuối cùng, được xác định theo yêu cầu về hương vị của nhà sản xuất Thông thường, pH cuối được chọn ở mức 2,3 – 2,5 và Brix cuối là 10 – 10,4 để đảm bảo hương vị hài hòa nhất cho sản phẩm.
Vớt nấm Kombucha
Sau khi quá trình lên men kết thúc, hãy tiến hành vớt nấm Kombucha để thu thập dịch lên men và lọc sạch Nấm Kombucha này có thể được sử dụng cho các quá trình lên men khác.
Việc vớt nấm Kombucha cần tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt để ngăn ngừa sự nhiễm khuẩn từ môi trường bên ngoài Sau khi được vớt ra, nấm Kombucha thường được bảo quản trong môi trường trà đường tương tự như dịch lên men.
Lọc dịch lên men
Mục đích: Loại bỏ cặn, xác vi sinh vật sau quá trình lên men, làm trong dịch lên men, tăng chất lượng cảm quan của sản phẩm.
Yêu cầu: Sau khi lọc, dịch lên men phải trong, không vẩn đục, vẫn giữ được mùi vị, màu sắc đặc trưng của sản phẩm.
Phối hương
Phối hương không chỉ nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm mà còn giúp đa dạng hóa dòng sản phẩm trên thị trường, từ đó tăng cường sự lựa chọn cho người tiêu dùng.
Các nhà sản xuất và doanh nghiệp thường sử dụng các loại hương như chanh, đào, và ổi để tạo ra hương vị mong muốn cho sản phẩm Việc phối trộn các hương vị này tùy thuộc vào mục đích sử dụng và nhu cầu của thị trường.
Chiết lon
Sản phẩm sau khi phối hương sẽ được chiết rót vào lon, ghép mírồi chuyển qua công đoạn tiệt trùng.
Kombucha được đựng trong chai nhựa PET thường là sản phẩm thanh trùng, phải bảo quản lạnh và hạn sử dụng ngắn (khoảng vài tuần).
Các dòng Kombucha có hạn sử dụng lâu (thường 1 năm hoặc hơn), bảo quản ở nhiệt độ phòng thường sẽ là bao bì thủy tinh hoặc lon.
Hiện tại đóng lon vẫn đang là một lựa chọn ưu tiên với các nhà sản xuất Kombucha công nghiệp vì các yếu tố giá thành và vận chuyển.
Thanh trùng – tiệt trùng
Mục đích của công đoạn này:
Tiêu diệt nấm men, vi khuẩn, đình chỉ hoàn toàn quá trình lên men.
Tiêu diệt các vi sinh gây hại.
Tăng thời gian bảo quản sản phẩm.
CÔNG NGHỆ LÊN MEN TỔNG HỢP
Q UY TRÌNH LÊN MEN
Quá trình lên men diễn ra nhờ sự cộng sinh của nấm men và vi khuẩn trong ma trận xenlulô, với nấm men sử dụng enzyme invertase để thủy phân sucrose thành fructose và glucose, từ đó tạo ra ethanol qua đường phân Đồng thời, vi khuẩn axetic chuyển hóa etanol thành axit axetic thông qua các enzym alcohol dehydrogenase và aldehyde dehydrogenase Kết thúc quá trình, sản phẩm cuối cùng bao gồm nước và carbon dioxide, bên cạnh đó, nấm men và vi khuẩn cũng có khả năng chuyển hóa glucose thành axit gluconic và glucuronic Fructose thường được sử dụng ít hơn và có thể tồn tại sau quá trình lên men.
Vi khuẩn và men được thêm vào đồ uống để lên men tạo thành màng xenlulô gọi là SCOBY Khi sử dụng sucrose làm nguồn carbon chính, vi khuẩn axetic, đặc biệt là Komagataeibacter xylinus, sản xuất mạng lưới cellulose, tăng cường liên kết giữa vi khuẩn và nấm men, tạo ra màng dày sền sệt Màng cellulose này cho phép vi sinh vật tồn tại gần bề mặt chất lỏng để thu oxy cần thiết cho quá trình trao đổi chất, đồng thời tạo hàng rào vật lý bảo vệ chống bức xạ UV, giữ ẩm và ngăn ngừa mất nước Quá trình tổng hợp cellulose của vi khuẩn bao gồm vận chuyển carbon, tổng hợp uridine diphosphate-glucose (UDPG) và trùng hợp chuỗi glucose bằng cellulose synthase Lợi thế của hình thức sản xuất cellulose này là vi khuẩn phát triển nhanh trong điều kiện kiểm soát và có khả năng tạo ra glucose, ethanol, sucrose và glycerol.
Axit axetic được hình thành từ vi khuẩn axetic, kích thích nấm men sản xuất etanol, trong khi etanol lại hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn axetic, tạo ra nhiều axit axetic hơn Quá trình tự phân giải tế bào nấm men cũng cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho vi khuẩn phát triển Hầu hết các vi sinh vật đều tiết ra các sản phẩm trao đổi chất có khả năng kích thích hoặc ức chế sự phát triển của các loài khác, mở ra cơ hội cho những nghiên cứu sâu hơn về các tương tác này.
Một số sản phẩm hình thành trong quá trình lên men có khả năng kháng khuẩn, giúp chống lại vi khuẩn gây bệnh và bảo vệ đồ uống Những sản phẩm này có thể được xem như chất bảo quản tự nhiên, góp phần kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm (Dutta & Paul, 2019).
Tác nhân chính trong quá trình lên men acetic là vi khuẩn acetic thuộc chi Acetobacter Trong sản xuất kombucha, vi khuẩn này đóng vai trò quan trọng và thường được sử dụng rộng rãi.
Acetobacter xylinium là một vi khuẩn quan trọng trong quá trình lên men, nơi etanol được chuyển hóa thành acid acetic Quá trình này bắt đầu khi nấm men phân hủy glucose thành rượu etylic, đồng thời giải phóng khí cacbonic Sau đó, acetobacter aceti tiếp tục oxy hóa rượu etylic thành acid acetic và nước, góp phần vào quá trình lên men.
C ÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
Ethanol là cơ chất thiết yếu cho quá trình lên men giấm, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn năng lượng cho vi khuẩn acetic Trong khi ethanol hỗ trợ vi khuẩn acetic phát triển, nó lại có tác dụng ức chế và diệt khuẩn đối với các loại vi khuẩn khác Do đó, việc bổ sung ethanol vào giai đoạn đầu của quá trình lên men là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả của quá trình này.
Hàm lượng ethanol bổ sung ảnh hưởng đáng kể đến lượng acid sinh ra theo thời gian Nghiên cứu cho thấy, quá trình lên men diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn khi có sự bổ sung ethanol.
Nồng độ ethanol phù hợp cho quá trình lên men thường dao động từ 6-15%, với mức trung bình là 13% Khi nồng độ ethanol giảm xuống, vi khuẩn sẽ oxy hóa acid thành CO2 và H2O, điều này có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng Để ngăn chặn tình trạng này, cần kiểm tra nồng độ ethanol thường xuyên và dừng quá trình lên men khi nồng độ còn từ 0,3-0,5%.
Nấm men có khả năng sinh sản và phát triển trong môi trường có độ pH từ 2,5 đến 7,5 Tuy nhiên, hầu hết các tác giả đều đồng ý rằng độ pH lý tưởng nhất cho sự sinh trưởng của nấm men là 4.
Nhiều chủng nấm men có khả năng sinh sản và phát triển tốt trong khoảng pH 3-3,5, và lượng dịch giống SCOBY được thêm vào giai đoạn đầu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hương vị của Kombucha Để điều chỉnh độ pH trong quá trình lên men, người ta thường sử dụng các chất như NaHCO3, CaCO3, acid tartaric và acid citric Độ pH quá thấp hoặc quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc protein của enzyme, từ đó giảm khả năng hoạt động của chúng Do đó, pH là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình lên men Kombucha, liên quan đến sự phát triển của vi sinh vật và thay đổi cấu trúc các hợp chất phytochemical, ảnh hưởng đến hoạt động chống oxy hóa của sản phẩm.
Tăng tỷ lệ dung dịch giống khởi động SCOBY dẫn đến giảm pH và độ Brix Khi tỷ lệ này đạt 1%, độ pH vượt quá 4, gây ra hiện tượng sinh mốc đen và xanh trên bề mặt SCOBY Mặc dù quá trình lên men và tạo lớp màng cellulose vẫn diễn ra, sản phẩm trở nên đục nhẹ, không còn trong suốt và màu sắc sậm lại.
2.3.2.3 Nhiệt độ và thời gian
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men Kombucha, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Các nghiên cứu chỉ ra rằng nồng độ chất khô của sản phẩm ở nhiệt độ phòng thấp hơn so với nhiệt độ 35±1 ℃, và sự khác biệt về pH sau 24 giờ lên men là không đáng kể Thông thường, nhiệt độ lên men Kombucha dao động từ 22 °C đến 30 °C Tuy nhiên, nghiên cứu của Vitas và cộng sự cho thấy nhiệt độ tối ưu cho lên men sản phẩm sữa với nấm trà là từ 37 °C đến 43 °C, với thời gian và nhiệt độ là yếu tố quyết định đến khả năng chống oxy hóa Đặc biệt, Jayabalan và cộng sự khuyến nghị nhiệt độ ủ Kombucha lý tưởng là 25 °C, giúp sản xuất sản phẩm có tính acid ổn định, bao gồm acid acetic.
Lên men axit axetic là quá trình oxy hóa không hoàn toàn, yêu cầu cung cấp đủ oxy để chuyển hóa rượu thành axit axetic Việc này cần tránh sự oxy hóa axit axetic thành CO2 và H2O, đặc biệt trong điều kiện thiếu hoặc thừa oxy Để chuyển hóa 1kg ancol khan thành axit axetic trong môi trường không có oxy, cần cung cấp khoảng 2,5m3 không khí.
Để sản xuất kombucha chất lượng, bên cạnh việc cung cấp đủ men và các yếu tố cần thiết, sự hiện diện của các loại đường cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men acid acetic Mỗi loại đường như glucose, sucrose, lactose, maltose, dextrin và galactose sẽ tạo ra những trạng thái kombucha khác nhau, ảnh hưởng đến hương vị và đặc tính của sản phẩm.
3 CHƯƠNG 3: CÁC YÊU ẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ SỰ DỤNG TRONG GIAI ĐOẠN LÊN MEN KOMBUCHA
1 bên trong độ dày 3mm, bên ngoài 2mm,
2 Bên ngoài tấm Titan gia công phần mềm, nội bộ tẩy thụ động,
3 Vật liệu cách nhiệt PU bọt, độ dày Cách Điện 75mm,
4 Áp suất thiết kế 0.3mpa, sử dụng áp lực 0.15MPa,
5 Bottom thiết kế hình nón 60 °
6 với CIP Phun bóng, cống Outlet, Cơ Khí điều chỉnh áp suất, Máy đo áp suất, Glycol làm mát áo khoác, an toàn van, van lấy mẫu,Nhiệt kế, Vv.
7 Ba chân cố định trên cơ sở.
Bể Kombucha chứa hỗn hợp nước trà, đường và SCOBY, trải qua quá trình lên men tự nhiên trong 7 đến 10 ngày, được gọi là lên men sơ cấp Trong quá trình hiếu khí này, SCOBY cần không gian để "thở" khi tiêu thụ đường trong trà ngọt, do đó thiết bị không nên được đậy kín.
1 Chakravorty S., Bhattacharya S., Bhattacharya D., Sarkar S., Gachhui R Đồ uống không cồn 2019 Kombucha: thức uống chức năng đầy triển vọng chế biến từ trà; trang 285–
327 [ Tham khảo chéo ] [ Google Scholar ]
2 Chakravorty S., Bhattacharya S., Chatzinotas A., Chakraborty W., Bhattacharya D., Gachhui R., Paul SK Vol 220 2019 Thức uống Kombucha: các khía cạnh sản xuất, chất lượng và an toàn; trang 259–288 (Khoa học về đồ uống) [ Tham khảo chéo ] [ Google Scholar
3 Jayabalan R., Malbaša RV, Sathishkumar M Kombucha Mô-đun tham khảo trong Khoa học thực phẩm 2016; 1–8 doi: 10.1016/B978-0-08-100596-5.03032-8 [ Tham khảo chéo ] [ Google Scholar ]
4 Dutta H., Paul SK Sản xuất và Quản lý Đồ uống 2019 Thức uống Kombucha: các khía cạnh sản xuất, chất lượng và an toàn [ Tham khảo chéo ] [ Google Scholar ]
5 Kunal Ahuja S S - Kombucha Market Size, Global Market Insights (2021)
6 Kapp, JM , & Sumner, W ( 2019 ) Kombucha: Đánh giá có hệ thống về bằng chứng thực nghiệm về lợi ích sức khỏe con người Annals of Epidemiology , , 66 – 70 30
7 Villarreal-Soto, SA , Bouajila, J , Pace, M , Leech, J , Cotter, PD , Souchard,
JP , Taillandier, P , & Beaufort, S ( 2020 ) Chữ ký chuyển hóa-microbiome trong đồ uống lên men, kombucha Tạp chí Quốc tế về Vi sinh Thực phẩm , 333 ( 2020 ), 108778.
8 Marsh, AJ , O'Sullivan, O , Hill, C , Ross, RP , & Cotter, PD ( 2014 ) Phân tích dựa trên trình tự các thành phần vi khuẩn và nấm của nhiều mẫu kombucha (nấm trà) Vi sinh thực phẩm , 38 ( 2014 ), 171 – 178
9 R Kumar and B Kesavapillai - Stimulation of extracellular invertase production from spent yeast when sugarcane pressmud used as substrate through solid state fermentation, SpringerPlus 1 (1) (2012) 1-6.
10 Dufresne C and Farnworth E - Tea, Kombucha, and health: a review, Food research international 33 (6) (2000) 409-421.
11 A S Velićanski, D D Cvetković, S L Markov, V T Tumbas Šaponjac, J Vulić -Antioxidant and antibacterial activity of the beverage obtained by fermentation of sweetened lemon balm (Melissa offi cinalis L.) tea with symbiotic consortium
12 E Lončar, M Djurić, R Malbaša, L Kolarov, M Klašnja - Influence of working conditions upon kombucha conducted fermentation of black tea, Food and Bioproducts Processing 84 (3) (2006) 186-192.
13 J S Vitas, R V Malbaša, J A Grahovac, E S Lončar - The antioxidant activity of kombucha fermented milk products with stinging nettle and winter savory, Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly 19 (1) (2013) 129-139.
14 Nguyễn Đức Lượng, Cơ sở vi sinh vật công nghiệp Tập 3, Thực phẩm lên men truyền thống, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2003.
15 Đặng Thị Kim Nhung, Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng tới khả năng tạo màng nhày của vi khuẩn Acetobacter xylinum, Những vấn đề nghiên cứu cơ bản trong khoa học dự sống, NXB Khoa học & kĩ thậut Hà Nội, 2003, p975- 979.
16.Gomes, RJ , Borges, M de, F , Rosa, M de, F , Castro-Gómez, RJH , & Spinosa,
WA ( 2018 ) Vi khuẩn axit axetic trong công nghiệp thực phẩm: Hệ thống, đặc điểm và ứng dụng Công nghệ Thực phẩm và Công nghệ Sinh học , ( 2 ), 139 – 151 56
The study by Leal et al (2018) evaluates the health benefits of the nutritional compounds and metabolites found in kombucha Published in CYTA—Journal of Food, this research highlights the potential positive effects of kombucha on health, emphasizing its rich composition of bioactive substances The findings contribute to the growing body of evidence supporting kombucha as a functional beverage with various health-promoting properties.
