Nghiên cứu xây dựng quy trình lên men lactic sản xuất gừng muối chua

MỞ ĐẦU Gừng muối chua là một loại thực phẩm lên men phổ biến ở các nước Châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan chúng được sử dụng trong hầu hết các bữa ăn của người Nhật Bản như một món

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Giang

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH

LÊN MEN LACTIC SẢN XUẤT GỪNG MUỐI CHUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN THỊ VIỆT ANH

TS PHẠM ĐỨC NGỌC

Hà Nội - 2017

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Việt Anh, với sự hướng dẫn tận tình và quan tâm giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Nguyễn Minh Thu cùng cô,chú,anh, chị công tác tại Bộ môn Công nghệ lên men thuộc Viện công nghiệp Thực phẩm, đã tạo điều kiện,giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý giá trong suốt quá trình làm việc của tôi tại đây

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Phạm Đức Ngọc, người thầy đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành tâm huyết giảng dạy, trang bị kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suôt khóa học

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đặc biệt là Bố Mẹ đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2017

Học Viên

Nguyễn Thị Giang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ gừng 2

1.2 Đặc điểm sinh học của gừng 4

1.3.Công dụng của gừng 7

1.4 Quá trình lên men lactic 10

1.4.1 Định nghĩa 10

1.4.2 Vi khuẩn lactic 10

1.4.3 Các loại hình lên men lactic 15

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic 16

1.4.5 Các giai đoạn của quá trình lên men sản phẩm muối chua 18

1.4.6 Một số lợi ích của sản phẩm lên men lactic 19

1.5 Nghiên cứu sản xuất gừng muối chua lên men lactic 21

1.5.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng từ củ gừng 21

1.5.2 Quy trình công nghệ muối chua rau củ quả 23

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Vật liệu nghiên cứu 26

2.1.1 Các chủng vi khuẩn lactic 26

2.1.2 Nguyên liệu 26

2.2.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 27

2.3 Phương pháp thí nghiệm 28

2.3.1 Phương pháp vi sinh 28

2.3.1.1 Phương pháp phân lập và định danh sơ bộ vi khuẩn lactic 28

2.3.1.2 Phương pháp sơ tuyển chủng vi khuẩn lactic lên men gừng tươi 28

2.3.1.3 Phương pháp định danh chủng vi khuẩn lactic 29

2.3.2 Phương pháp phân tích hóa lý 29

2.3.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột 29

2.3.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng 30

2.3.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng nhựa dầu gừng 31

2.3.3 Phương pháp công nghệ 34

2.3.3.1 Xử lý nguyên liệu 34

2.3.3.2 Lên men 34

2.3.3.3 Phối chế sản phẩm 34

2.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Phân tích nguyên liệu gừng 37

3.1.1 Hàm lượng nhựa dầu gừng 37

3.1.2 Hàm lượng tinh bột 38

3.1.3 Hàm lượng đường tổng 38

3.2 Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp cho lên men gừng 39 3.2.1 Phân lập chủng vi khuẩn lactic 39

3.2.2 Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp cho lên men gừng tươi 42

3.2.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ nước chiết gừng đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn lactic 42

3.2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến khả năng lên men của chủng vi khuẩn lactic 44

3.4 Lựa chọn điều kiện thích hợp cho lên men gừng tươi 49

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đường đến khả năng lên men của vi khuẩn L plantarum CC1 49

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởngcủa nồng độ cao nấm men đến khả năng lên men của vi khuẩn L plantarum CC1 51

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ K2HPO4 đến sự lên men của vi khuẩn L plantarum CC1 52

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tiếp giống đến khả năng lên men của vi khuẩn L plantarum CC1 53

3.4.5 Ảnh hưởng của độ pH ban đầu đến quá trình lên men lactic 55

3.4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men lactic 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng2.1 Thiết bị thí nghiệm 27

Bảng 2.2.Dựng đường chuẩn glucose 33

Bảng 2.3 Tỉ lệ phối chế sản phẩm sau lên men 35

Bảng 3.1 Hàm lượng nhựa dầu gừng nguyên liệu 37

Bảng 3.2.Hàm lượng đường tổng trong gừngnguyên liệu 38

Bảng 3.3 Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu gừng tươi 39

Bảng 3.4 Đặc điểm hình thái của các chủng vi khuẩn lactic phân lập được 40

Bảng 3.5.Ảnh hưởng nồng độ muối đến hàm lượng axit,đường dư sản phẩm 45

Bảng 3.6 Hàm lượng hóa chất bổ sung cho môi trường lên men……… … 54

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men gừng tươi khi sử dụng chủng L plantarum CC1 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.Người dân xã Biển Bạch Đông huyện Thới Bình thu hoạch gừng non để

bán cho thương lái 4

Hình 1.2 Cây gừng (Zingiber officinale Roscoe) 6

Hình 1.3 Gừng muối chua ngọt Nhật Bản 10

Hình 1.4 Hình thái vi khuẩn lactic quan sát dưới kính hiển vi 11

Hình 1.5 Quy trình công nghệ muối chua 24

Hình 3.1 Mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn lactic

khi được nuôi cấy trong môi trường có nước chiết gừng 45

Hình 3 2 Vị trí phân loại của hai chủng CC1 và K12 với các loài có quan hệ họ hàng trong chi Lactobacillus dựa vào trình tự gen rRNA 46

Hình 3.3 Hình thái khuẩn lạc của chủngL plantarum CC1 và K12 48

Hình 3.4 So sánh chất lượng sản phẩm tạo thành trong quá trình lên men gừng ở nhiệt độ 30°C khi sử dụng chủng L plantarumK12 và CC1 48

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ đường đến quá trình lên menError! Bookmark not defined Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men đến quá trình lên men 51

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ K2HPO4 đến khả năng lên men 53

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ tiếp giống đến quá trình lên men lactic 54

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến quá trình lên men lactic 55

Hình 3.10 Điểm thị hiếu với các tính chất màu sắc, vị chua, vị ngọt, vị cay cho 3 mẫu phối chế 57

Hình 3.11 Quy trình sản xuất gừng muối chua 58

Hình 3.12 Một số công đoạn lên men gừng tươi 60

MỞ ĐẦU

Gừng muối chua là một loại thực phẩm lên men phổ biến ở các nước Châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan chúng được sử dụng trong hầu hết các bữa ăn của người Nhật Bản như một món gia vị ăn kèm bởi nó giúp cân bằng lại vị giác khi chúng ta thưởng thức các món cá hồi, các loại hải sản sống (sashimi), sushi, giúp tăng thêm tính nóng giảm đi tính hàn của hải sản và đồ tươi, tăng thêm hương vị cho món ăn Không chỉ vậy, nó còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như chống nôn, giảm nghén cho bà bầu giảm ợ hơi, ợ chua,giảm đau kháng viêm, giảm hôi miệng, chữa đau xương khớp, phòng cảm mạo, trị say nắng, giảm cảm giác mệt mỏi

Hiện nay, các sản phẩmtừ củ gừng khá đa dạng,chúng được chế biến dưới dạng mứt gừng, trà gừng, dùng làm hương liệu, gia vị, làm thuốc người tiêu dùng có nhiều sự lựa chọn, tuy nhiên các sản phẩm lên men từ củ gừng không nhiều, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất kimchi như một chấtphụ gia làm tăng hương vị của sản phẩm lên men, ngoài ra ở các nước như Anh, Mỹ, từ thế kỷ 19, gừng còn được biết đến với sản phẩm bia gừng, một thức uống giải khát rất độc đáo, đối với các nước Châu Á gừng được ưa chuộng với sản phẩm gừng muối chua Với phương pháp lên men lactic, các sản phẩm lên men từ củ gừng không những thơm ngon đặc trưng vị gừng, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe mà còn bổ sung một lượng lớn vi khuẩn lactic cho cơ thể- một loại lợi khuẩn rất tốt cho đưởng ruột

Hơn nữa, tại Việt Nam sản phẩm gừng muối chua đa số là hàng nhập của Nhật Bản nên giá thành khá cao, nếu chúng ta có thể sản xuất được sản phẩm này từ củ gừng Việt Nam, giá thành sẽ giảm đáng kể cho người tiêu dùng

Từ những lí do trên chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình lên men lactic sản xuất gừng muối chua”, với mục tiêu:

1 Phân lập, tuyển chọn được một số chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men tốt với nguyên liệu gừng

2 Xây dựng được một quy trình sản xuất gừng muối chua có giá trị ứng dụng cao

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ gừng

Gừng là một loại cây trồng thương mại quan trọng đối với nền kinh tế nông nghiệp trên thế giới, bởi những giá trị khoa học mà mà nó mang lại cho ngành công nghiệp thực phẩm và y học.Theo số liệu báo cáo từ năm 1998 đến năm 2000, Ấn Độlà nước sản xuất gừng lớn nhất trên thế giới với 30% tổng sản lượng gừng sản xuất trên toàn thế giới, tiếp sau đó là Trung Quốc với 20%, sau đó là các nước Thái Lan, Braxin, Đài Loan, Nigeria và Indonesia [22] Sản lượng gừng trên thế giới vào khoảng 0,7 - 0,8 triệu tấn trên tổng số 0,3 triệu ha đất canh tác trên nhiều quốc gia (1998- 2000) [22].Không chỉ nguồn cung mà nguồn cầu cũng rất quan trọng, một số nước nhập khẩu gừng chủ yếu là UK, Mỹ, Nhật Bản và Saudi Arabia [22].Những năm gần đây sản xuất gừng ở Ấn Độ có những bước thăng trầm, tuy vậy vẫn là nước dẫn đầu với sản lượng gừng hàng năm đạt 6,55 tấn trên 1,33 ha, đóng góp khoảng 65% sản lượng gừng trên thế giới, mang lại nguồn ngoại tệ chủ yếu cho quốc gia này, gừng sản xuất chiếm 11,89% trong tổng số các loại cây trồng gia vị khác (2014-2015) [23]

Nhu cầu về gừng đang tăng đáng kể trên thế giới Thị trường gừng toàn cầu nói chung và Châu Âu nói riêng được kỳ vọng sẽ tăng ít nhất đến năm 2020 Từ năm

2012, giá trị nhập khẩu gừng tăng khoảng 16% mỗi năm, khối lượng nhập khẩu tăng khoảng 12% mỗi năm Do nguồn cung gừng toàn cầu giảm từ đầu năm 2015, nhu cầu về gừng đã vượt xa nguồn cung toàn cầu Do một số công ty mua số lượng lớn gừng đã dẫn đến tình trạng khan gừng trên thị trường Trung Quốc và làm tăng giá bán Năm 2015, 73% tổng lượng gừng nhập khẩu của EU được nhập khẩu trực tiếp từ các nước đang phát triển Tại thị trường Châu Âu, năm 2016

tổng khối lượng gừng khô nhập khẩu đã đạt 154 nghìn tấn [5] Thị trường gừng Châu Âu đang tăng trưởng, đem lại cơ hội cho các nhà xuất khẩu gừng của Việt Nam trong đó Hà Lan, Anh và Đức là những thị trường tiềm năng nhất cho mặt hàng gừng khô

Hà Lan là nước nhập khẩu và thương mại lớn nhất mặt hàng gừng tại Châu Âu Nhập khẩu của nước này tăng cao khoảng 16% mỗi năm về khối lượng từ năm 2011 đến năm 2015 Năm 2015, 97% lượng gừng nhập khẩu của Hà Lan đến từ các nước đang phát triển Nước này có mức tiêu thụ gừng theo đầu người cao nhưng tương đối không ổn định [5]

Anh nhập khẩu tới 94% lượng gừng từ các nước đang phát triển, đây cũng có thể là một thị trường đầy tiềm năng cho các doanh nghiệp xuất khẩu gừng Việt Nam Nước này cũng là nước nhập khẩu gừng lớn thứ hai ở Châu Âu, có thể có nguyên nhân do lượng dân Châu Á sinh sống tại nước này lớn Tiêu dùng theo đầu người của nước này cao hơn nhiều so với mức trung bình của Châu Âu Con số này ổn định trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015, và có tăng nhẹ từ năm 2014 đến năm 2015 [5]

Đức là nước nhập khẩu gừng lớn thứ ba Tổng lượng nhập khẩu của nước này tăng trung bình 6,3% kể từ năm 2011 Tiêu thụ theo đầu người của Đức cao hơn một chút so với mức trung bình của Châu Âu [5]

Bên cạnh đó, Pháp cũng là nước nhập khẩu gừng lớn và khối lượng nhập khẩu tương đối ổn định trong những năm qua Tổng lượng nhập khẩu của Pháp tăng 9%

về khối lượng kể từ năm 2011 Năm 2015, khối lượng nhập khẩu gừng của nước này đã đạt 5 nghìn tấn Từ năm 2011, khối lượng nhập khẩu gừng của Italia tăng đáng kể với mức tăng trung bình hàng năm là 20% Đan Mạch là nước đang tăng nhập khẩu gừng một cách nhanh chóng Mặc dù năm 2015, nước này mới chỉ nhập khẩu 2,5 nghìn tấn, nhưng tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm về khối lượng là 28% kể từ năm 2011 Nhập khẩu từ các nước đang phát triển tăng 23% trong cùng thời kỳ Năm 2015, 60% gừng nhập khẩu của Đan Mạch được nhập khẩu trực tiếp

từ các nước đang phát triển [5]

Trung Quốc là nước cung cấp chính gừng cho Châu Âu và đây cũng chính là đối thủ cạnh tranh nặng ký nhất của Việt Nam Nước này chiếm tới 81% nguồn cung

gừng cho Châu Âu từ các nước đang phát triển năm 2015 Một số nước cung cấp gừng là nước đang phát triển khác bao gồm: Peru (4,1% thị phần năm 2015), Brazil (2,8%), Nigeria (2,5%), Ấn Độ (1,3%) và Thái Lan (1%) [5]

Ở Việt Nam cây gừng được trồng khá phổ biến từ phía Bắc (Lạng Sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn, Yên Bái, Thái Bình, Ninh Bình, ) đến miền Trung (Nghệ An, Hà Tĩnh, ) vào phía Nam (Ninh Thuận, Tây Ninh, Cà Mau, ) Nhưng chủ yếu được trồng với quy mô nhỏ, trong các hộ gia đình với sản lượng chưa nhiều, cung cấp cho thị trường địa phương và trong nước là chủ yếu

Hình 1.1.Người dân xã Biển Bạch Đông huyện Thới Bình thu hoạch gừng non

để bán cho thương lái (Ảnh: Huỳnh Thế Anh/TTXVN)

Nhìn chung, tình hình sản xuất gừng ở Việt Nam những năm qua không ổn định, một phần do khí hậu thất thường ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất gieo trồng, một phần do việc xuất khẩu cũng còn gặp nhiều khó khăn ảnh hưởng đến giá cả thị trường Tuy nhiên, chúng ta đang từng bước khắc phục khó khăn, mở rộng thị trường để cây gừng có thể trở thành cây trồng chủ lực của Việt Nam

1.2.Đặc điểm sinh học của gừng

Cây gừng có tên khoa học là Zingiber officinale Roscoe thuộc họ Zingiberaceae

Chỉ có phần củ của cây gừng là được sử dụng phổ biến bởi những công dụng tuyệt vời mà nó mang lại cho con người

Trên thế giới, gừng có nhiều loài khác nhau tùy vào mỗi vùng lãnh thổ như [23]

Gừng Ấn Độ / Nepal / Bangladesh / Sri Lanka gừng - ( Zingiberofficinale)

Gừng Jamaica - ( Zingiber officinale)

Gừng Trung Quốc - (Asarum splendens)

Gừng Úc - ( Alpinia caerulea )

Gừng Nigeria - ( Zingiber officinale trắng và vàng)

Gừng Nhật Bản - ( Zingiber mioga )

Gừng Indonesia - ( Alpinia galanga )

Đảo Hawaii - ( Zingiber zerumbet )

Ở Việt Nam có 3 loài chính là:

Gừng dại (Zingiber cassumuar) củ khá to, nhiều xơ, vị cay, nhiều mùi hăng, thịt

củ màu vàng xanh được dùng làm thuốc, gia vị, thường mọc hoang dại trong tự nhiên

Gừng gió (Zingiber Zerumbet) ít được gây trồng, củ chỉ dùng làm dược liệu Loài Zingiber officinale được trồng chủ yếu phục vụ cho sản xuất và xuất khẩu, có

hai giống khác nhau là gừng trâu củ to, ít xơ, ít cay, thích hợp cho xuất khẩu và gừng dé được gây trồng phổ biến, cho củ nhỏ hơn, vị cay và nhiều xơ hơn, hiện nay đang được bán nhiều ở thị trường trong nước

Hình 1.2 Cây gừng (Zingiber officinale Roscoe)

Cây gừng được trồng phổ biến ở các vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, nhiệt độ trung bình hàng năm 21 – 27oC, lượng mưa hàng năm 1.500 – 2.500mm Cây gừng được trồng

ở nơi có độ cao trên mặt nước biển từ vài mét tới 1.500m Tại các vùng núi cao hơn 1500m, khí hậu lạnh, nhiều sương giá thì không nên trồng gừng Cây gừng thích hợp ở vùng có một mùa khô ngắn, có nhiệt độ không khí tương đối cao trong thời

kỳ củ gừng thành thục Vì vậy, khí hậu ở nhiều địa phương miền Nam nước ta thích hợp cho trồng gừng Cây gừng cần đất tương đối tốt, tầng đất dày, tơi xốp, ít đá lẫn, khả năng giữ nước lớn nhưng thoát nước tốt, có độ ẩm đầy đủ trong suốt thời gian cây sinh trưởng, tốt nhất là đất thịt, không ưa đất cát và đất sét Đất có hàm lượng mùn cao rất thích hợp cho trồng gừng Đất trồng gừng có pH = 4 – 5,5 nhưng thích hợp nhất là 5,5 – 7 Ở nước ta có 2 loại đất vùng đồi, núi trồng gừng có năng suất cao và chất lượng tốt là đất đỏ trên sản phẩm phong hoá từ đá vôi nằm ở chân núi đá vôi và đất nung đỏ trên badan, poocphia và các loại đá mác ma trung tính và kiềm Cây gừng cũng sinh trưởng tương đối tốt dưới tán che của các vườn cây ăn quả và

một số loại rừng trồng Tuy nhiên, dưới độ tán che 0,7 – 0,8 của các rừng gỗ tự nhiên, cây gừng trồng cho năng suất củ chỉ bằng 1/2 năng suất trồng ở nơi ánh sáng hoàn toàn trên cùng một loại đất Vì cây gừng có biên độ rộng về nhu cầu ánh sáng nên nó có vị trí quan trọng trong phương thức lâm nông kết hợp Gừng là loài cây

ưa ẩm nhưng không chịu úng nước, có nhu cầu N, P, K tương đối cao, trong đó, nhu cầu về N nhiều nhất, sau đó K và P Vì vậy, muốn đạt năng suất cao phải trồng gừng trên đất tốt, nếu trồng trên đất xấu phải bón phân

1.3 Công dụng của củ gừng

Người ta đã phân tích được khoảng hơn 400 hoạt chất trong củ gừng, chia thành 4 loại chính: chất nhựa chiếm 5-10% trong gừng tươi, gồm khoảng hơn 30 hoạt chất; tinh dầu chiếm 2-3% trong gừng khô, gồm khoảng trên 200 hoạt chất; các chất khoáng, vi lượng(Zn, Se, Co), đa lượng(Ca, Mg, Fe, P, Mn); và các loại vitamin B1, B2, B6, C Nhờ có thành phần hóa học phong phú như vậy mà gừng có rất nhiều công dụng, đặc biệt là đối với sức khỏe của chúng ta, sau đây là một số tác dụng chính của củ gừng: ức chế một số vi khuẩn Gram dương và Gram âm gây bệnh loét

dạ dày, tá tràng; kích thích sinh trưởng Lactobacillus- mô ̣t loa ̣i vi khuẩn lành tính

rất tốt cho đường tiêu hóa ; trong mô ̣t số trường hợp có tác du ̣ng tương đương Aspirin với hoa ̣t tính chống viêm , giảm đau, hạ sốt; có tác dụng chống sinh huyết khối ngăn ngừa nhồi máu cơ tim , chống nôn nhất là cho phu ̣ nữ có thai mà không

đô ̣c, chống say tàu xe ; có tác dụng chống lão suy, theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản những thành phần tạo ra cảm giác cay trong củ gừng có tác dụng chống ôxy hóa rất mạnh đối với các chất mỡ có trong cá và thịt, không những

có thể chống lại sự hủy hoại các chất mỡ trong thức ăn do ôxy hóa, mà khi được hấp thu vào cơ thể, các thành phần cay đó còn có tác dụng chống lại sự ôxy hóa các chất

mỡ bên trong cơ thể;cũng theo các nhà khoa học Nhật Bản sử dụng gừng thường xuyên rất có lợi cho việc phòng, chữa sỏi mật do các loại tinh dầu thơm trong củ gừng có tác dụng ức chế sự hợp thành prostaglandin- một chất gây ra sỏi mật, do đó

có thể phòng ngừa bệnh sỏi mật; các nhà khoa học đã sử dụng một chất hóa học có

trong củ gừng bào chế thành một loại thuốc hòa loãng máu để chống sự đông máu; thuốc này còn có tác dụng làm giảm mỡ trong máu, hạ thấp huyết áp, đặc biệt là nó

có thể phòng ngừa chứng huyết khối và chữa trị bệnh nghẽn tắc cơ tim; nước gừng còn có khả năng ức chế sự sinh sản của tế bào ung thư và làm giảm bớt các tác dụng phụ của các thứ thuốc chống ung thư; nhờ chứa chất Cineole nên gừng có thể giúp giải tỏa stress, trị bệnh nhức nửa đầu, giúp cho giấc ngủ ngon và sảng khoái [10] Những năm gần đây các nhà khoa học cũng chứng minh được một số công dụng khác của củ gừng như vị cay nồng của gừng giúp cho việc làm sạch lưỡi bằng cách tăng tiết dịch nhầy, vệ sinh lưỡi làm tăng sự thèm ăn, tính nóng của gừng làm tăng

tỷ lệ trao đổi chất do đó nó cũng giúp tăng khả năng tiêu hóa, Bột gừng khô như là loại dầu tự nhiên,nó bốc hơi bôi trơn lớp lót trong của ruột đặc biệt ruột già tạo điều kiện cho việc loại bỏ lông mao và phân, hơn nữa do hương vị cay nồng nó cũng giúp phá vỡ phân cứng trong đại tràng do đó làm cho phân mềm để thoát ra dễ dàng, gừng có thể làm giảm những cơn đau thắt ngực hoặc bất kỳ phần khác của cơ thể, gừng có thể làm giảm chất độc trong khớp và với chất làm mềm da hiệu quả làm giảm thấp khớp, gừng rất tốt trong việc giữ giọng nói trong, rõ ràng, hương vị cay nồng của gừng giúp tái tạo lại phế quản co thắt do đó giảm khó thở hoặc hen suyễn, hiệu quả chính của gừng là ở vùng chậu bao gồm từ rốn và chi dưới Bệnh giun tròn được đặc trưng bởi phù ở cả hai chân,vì gừng hoạt động tốt trong phần này của cơ thể và nó cũng có hiệu quả chống viêm nên làm giảm bệnh giun

tròn[24].Gầnđây nhất một nghiên cứu đã chỉ ra rằng gừng lên men với

Chizosaccharomyces pombe làm giảm sự suy giảm trí nhớ [16]

Thành phần hóa học đặc trưng của gừng là terpenes và oleo- resin, được gọi là nhựa dầu gừng làm nên vị cay của gừng, một loại chất dễ bay hơi chiếm 1-3% trong gừng

là tinh dầu gừng [24]

Hasanain Khaleel Shareef- Khoa sinh học, Đại học Babylon , Iraq và cộng sự đã công bố đề tài khoa học về tác dụng kháng khuẩn của củ gừng trên tạp chí Hóa học Đan Mạch tháng 4 năm 2016, đã tìm thấy 48 hợp chất trong dịch trích ly từ gừng với Methanol trong đó có đến 28 hợp chất có hoạt tính dược lý như kháng sinh có

thể kháng khuẩn, chống viêm, 10 hợp chất có khả năng chống oxi hóa và một số hợp chất có khả năng chống ung thư, trầm cảm, chống nôn, chống sốt rét, loạn nhịp tim, giảm đau, hạ mỡ máu

Bệnh nhân với các bệnh mãn tính thường tìm kiếm phương pháp điều trị bằng thảo dược, và gừng hiện nay là một trong thuốc thảo dược phổ biến nhất điều trị các bệnh viêm nhiễm Với nhiều tác dụng chữa bệnh như vậy nên gừng thường được sử dụng nhiều trong đông y

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, gừng được sử dụng như chất phụ gia tăng hương vị thực phẩm, ngoài ra nó còn ức chế vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm Mặt khác, gừng cũng được sử dụng rộng rãi như gia vị trong bữa ăn hàng ngày của người Châu Á Một sản phẩm rất được ưa chuộng ở nhiều nước Châu Á mà tiêu biểu là Nhật Bản, đó là gừng muối chua ngọt, một loại gia vị ăn kèm trong các bữa

ăn có mùi thơm đặc trưng của gừng, vị cay, giòn, chua chua, ngọt ngọt và có màu hồng nhạt, màu đỏ cam hoặc màu gừng tự nhiên Ăn gừng muốichua ngọt giúp khử tanh, sạch vị giác, làm ấm bụng và chống lại tính hàn của các loại hải sản, đồ tươi sống Ngoài ra, còn có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa, giảm cholesterol, giảm mỡ, khử mùi hôi, kháng viêm, diệt khuẩn, ngừa bệnh cúm và cảm lạnh [26]

Giảm các triệu chứng về tiêu hóa như đau bụng nôn mửa, giúp tiêu hóa tốt, tăng cường chức năng của hệ tiêu hóa, giúp chống viêm nhiễm hệ tiêu hóa do ăn phải những loại thực phẩm không đảm bảo vệ sinh [28]

Dùng trong giai đoạn đầu của thai kỳ có thể giúp giảm các triệu chứng thai nghén khó chịu Giảm cholesterol, giảm mỡ, giảm cân Giảm sự hình thành của các tế bào ung thư, giảm thiểu tác hại của các biện pháp hóa trị với bệnh nhân ung thư, giúp giảm đau và điều trị các chứng thấp khớp và viêm khớp mãn tính [28]

Chất gingerols được biết như là nhân tố chính ngăn ngừa ung thư ruột kết.Theo nghiên cứu của trường đại học Y dược Maryland, thành phần trong gừng còn giúp giảm tắc nghẽn mạch máu, ngăn ngừa đột quỵ [28]

Ăn gừng ngâm dấm hay một thìa con nước giấm còn có tác dụng lọc và đào thải chất cặn bã ra ngoài cơ thể [28]

Ngoài sản phẩm lên men chính là axit lactic nó còn sản sinh ra axit acetic, ethanol, các hợp chất thơm, bacteriocin, exopolysaccharide và một số enzyme quan trọng khác [15]

1.4.2 Vi khuẩn lactic

Theo hệ thống phân loại của Bergey năm 1979, vi khuẩn lactic được phân loại: Họ: Lactobacteriaceae

- Họ phụ: Streptoccaceae

Hình 1.4 Hình thái vi khuẩn lactic quan sát dưới kính hiển vi

Vi khuẩn lactic có thể phát triển ở các nhiệt độ khác nhau, có thể chia thành hai nhóm : Nhóm vi khuẩn ưa ẩm, nhiệt độ tối ưu là 25- 35oC (ví dụ: Streptococus

lactic, Lactobacillus casei, L plantarum ) và nhóm vi khuẩn ưa nhiệt, nhiệt độ tối

ưu là 37- 45oC (Streptococus thermophilus, Lactocbacillus bulgaricus, L

helvetcus, )

Vi khuẩn lactic có khả năng chịu được nồng độ muối cao Chúng có khả năng sinh axit và chịu axit rất tốt nên chúng có thể chiếm ưu thế so với các vi sinh vật khác

trong môi trường giàu dinh dưỡng, vậy nên, chúng thường là đại diện tiêu biểu cho nhóm vi khuẩn trong giai đoạn cuối của quá trình lên men

Nhu cầu dinh dƣỡng

Dinh dưỡng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả lên men của vi khuẩn lactic, chúng có nhu cầu dinh dưỡng rất phức tạp

Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn latic khác nhau thì khác nhau, đặc biệt là nhu cầu

về vitamin và nitơ Trong đó, Lactobacillus được coi là nhóm vi khuẩn có đòi hỏi

về dinh dưỡng cao nhất Chúng đòi hỏi không chỉ các cơ chất phức tạp chứa cacbon, nitơ, photphat và lưu huỳnh mà còn có nhu cầu rất lớn về các yếu tố cần cho sự phát triển như vitamin, muối vô cơ

Nhu cầu về Cacbon:

Vi khuẩn lacticcó thể sử dụng được nhiều loại hydratcacbon khác nhau như hexose (glucose, fructose, mantose, galactose), các đường đôi (saccarose, lactose, mantose)

và các polysaccarit (tinh bột, dextrin) Tuy nhiên, nguồn Cacbon tốt nhất là các loại đường có tính khử ở liều lượng nhỏ

Nhu cầu về Cacbon còn tùy thuộc vào mỗi loài khác nhau như Lactobacillus

delbrueckii có thể sử dụng đường matose, Latobacillus bulgaricus có thể sử dụng

lactose mà không sử dụng mantose và saccarose

Trong quá trình lên men, ngoài việc sử dụng các hợp chất chứa cacbon, vi khuẩn lactic còn có thể sử dụng các axit amin như arginin, tizonin, gluconic làm nguồn cung cấp năng lượng

Nhu cầu về Nitơ:

Nitơ có mặt trong tất cả các thành phần quan trọng trong tế bào như protein, enzym, axit amin vi khuẩn lactic rất cần nitơ để đảm bảo cho quá trình sinh trưởng

và phát triển được diễn ra Tuy nhiên, đa số chúng lại không thể tự tổng hợp được

các hợp chất hữu cơ phức tạp chứa nitơ, do vậy chúng phải sử dụng nguồn nitơ có sẵn trong môi trường

Nguồn nitơ thường được bổ sung dưới dạng các hợp chất hữu cơ tự nhiên như dịch ngũ cốc, dịch thủy phân protein, cao ngô, cao thịt, cao nấm men Trong đó, cao nấm men thường được sử dụng hơn cả

Nhu cầu về Vitamin:

Vitamin là loại hợp chất không chứa năng lượng nhưng rất cần thiết trong chuyển hóa vật chất và hoạt động của cơ thể và chúng là hợp chất không thể thay thế Đa số

vi khuẩn lactic không tự tổng hợp được vitamin cho bản thân mà chúng phải sử dụng nguồn vitamin được cung cấp từ bên ngoài vào, vì thế mà việc bổ sung vitamin vào môi trường là rất cần thiết cho vi sinh vật này Các dịch chứa vitamin thường được sử dụng như dịch ép khoai tây, ngô, cà rốt, dịch thủy phân nấm men

Nhu cầu về muối khoáng:

Mọi cơ thể sống đều cần được cung cấp muối khoáng, tuy với lượng rất nhỏ nhưng rất cần thiết trong các chức năng trao đổi chất quan trọng trong các hoạt động sống Các hợp chất vô cơ chứa đồng, sắt, natri, kali,photpho, lưu huỳnh, mangan, magie cần được bổ sung vào môi trường sống của vi khuẩn lactic

Ứng dụng của vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lacticlà lợi khuẩn được biết đến từ rất lâu trước đây và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là thực phẩm và y học Chúng cạnh tranh và đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh, giúp cân bằng hệ vi sinh vật tự nhiên trong đường ruột, tiết các enzym tiêu hóa giúp tăng cường chuyển hóa thức ăn Ngoài ra, chúng còn làm giảm lượng cholesteron trong máu, chữa các bệnh rối loạn đường ruột, bệnh viêm dạ dày cấp tính và chống lại hiện tượng nhờn thuốc sau thời gian điều trị kháng sinh dài ngày, đồng thời tạo ra các thức ăn bổ sung khoáng, vitamin cho người bệnh, cho những người ăn kiêng [3] Những vi khuẩn lactic có lợi thường được sử dụng trong các chế phẩm probiotic [2] Chúng có khả năng bám chặt vào

màng nhầy của ruột, ức chế sự bám của vi sinh vật gây bệnh Chúng sản xuất các axit lactic làm giảm pH đường ruột, tạo môi trường không thuận lợi cho vsv có hại phát triển Ngoài ra, chúng còn sản xuất chất kháng sinh, sinh H2O2, sản xuất các enzym tiêu hóa (amylase, cellulase, lipase, protease), các vitamin (Bi, B2, B6, B12), khử độc tố trong đường ruột [3], [6], [7] Cho đến nay, các nghiên cứu về vi khuẩn lactic trên thế giới đang rất được quan tâm, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm với rất nhiều sản phẩm lên men lactic

Vi khuẩn lactic được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn với axit lactic là nguyên liệu rất cần thiết của nhiều ngành công nghiệp Đặc biệt, trong công nghiệp chế biến

và bảo quản thực phẩm như sữa chua, các loại dưa từ rau củ, tự bacteriocin được sinh ra bởi vi khuẩn lactic đã thu hút được sự chú ý rất lớn đặc biệt là tiềm năng như chất bảo quản thức ăn trong nhiều thế kỷ qua, và sản xuất bacteriocin chúng có thể thay thế các chất bảo quản hóa học để phòng ngừa sự hư hỏng do vi khuẩn hoặc sự gia tăng của vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm

Vi khuẩn lactic biểu thị một loạt các hoạt động kháng khuẩn Trong số các hoạt động đó, việc sản xuất acid lactic là quan trọng nhất Một trong những đặc điểm của các hợp chất kháng khuẩn là khả năng chống lại các vi khuẩn gây bệnh đường ruột

như Escherichia coli, Salmonella và nhóm Vibrio spp [17] Một sự giải thích khoa

học về ảnh hưởng có lợi của vi khuẩn lactic được nhà sinh lý học người Nga Eli Methchnikoff đưa ra, ông tin rằng lý do chính gây ra quá trình lão hóa của con người là do chất độc tạo thành bởi sự phân hủy và lên men trong ruột [22],và khi nhận thấy quá trình lên men lactic của sản phẩm sữa ngăn chặn sự phân hủy, ông tin rằng sự tiêu thụ sản phẩm sữa như thế sẽ tương tự với việc ngăn chặn lại quá trình phân hủy trong ruột, khi đó các vi khuẩn lactic sẽ làm giảm hoạt động của vi khuẩn

có hại, từ đó ngăn cản quá trình lão hóa[22] Do nhiều yếu tố mà phần lớn lượng vi sinh vật có lợi trong đường ruột bị giảm đi làm ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của hệ tiêu hóa, do đó việc bổ sung thêm một lượng sinh khối probiotics là cần

thiết Như vậy ta có thể thấy những tác động của vi khuẩn lactic đối với hệ tiêu hóa

là rất tích cực

1.4.3 Các loại hình lên men lactic

Dựa vào con đường chuyển hóa hexoza,có thể phân biệt 2 nhóm vi khuẩn lên menlactic như sau:

Nhóm lên men lactic đồng hình

Các vi khuẩn lên men đồng hình phân giải đường theo con đường EMP và sản phẩm thu được chủ yếu là axit lactic (khoảng 90-98%), chỉ một phần nhỏ pyruvat được decacboxyl hóa thành axit acetic, ethanol, axeton và CO2

Một số loài vi khuẩn lactic lên men đồng hình thường gặp như: Lactococcus lactic,

Enterrococcus fecalis, Streptococcus salivarius, Streptococcus pyogenes, Streptococcus cremois, Streptococcus thermophilus, Streptococcus diacetylactic

Nhóm lên men lactic dị hình

Nhóm này lên men phức tạp hơn do chúng thiếu hai enzym chính của con đường EMP là aldolase và triozophotphatizomerase, vì vậy ở giai đoạn đầu của quá trình chuyển hóa sẽ diễn ra theo con đường PP(pentose photphat), tiếp theo đó chuyển hóa đường thành axit lactic theo con đường glyxeraldehyd 3P, bên cạnh đó chúng còn tạo ra các sản phẩm phụ như axit acetic, rượu etylic, CO2 trong môi trường Như vậy, sản phẩm chính của quá trình lên men lactic dị hình là axit lactic nhưng chỉ có khoảng 40% và các sản phẩm phụ khác như axit succinic và rượu etylic (20%), axit acetic (10%), các chất khác (20%) Do tạo nhiều sản phẩm đồng thời như vậy nên việc tách và cô lập các sản phẩm là rất khó khăn, cho nên các chủng vi khuẩn dị hình thường không được ứng dụng trong sản xuất axit lactic quy

mô lớn nhưng lại thích hợp với các sản phẩm lên men truyền thống để tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm.Tuy nhiên, nếu quá trình lên men lactic có sự lên men đồng thời của vi khuẩn lactic đồng hình và dị hình thì có thể cho năng suất và kết quả cảm quan rất tốt Vì quá trình lên men lactic dị hình ngoài việc tạo thành axit lactic

còn tạo ra các sản phẩm phụ tạo thành este làm nên mùi thơm đặc trưng cho sản phẩm

Ngoài ra, Carbon dioxide được sản xuất thông qua con đường lên men lactic dị hình có thể ức chế enzyme decarboxylase và sự tích tụ của khí carbon dioxide trong lớp đôi lipid kép có thể gây ra rối loạn chức năng trong thẩm thấu Carbon dioxide

có khả năng ức chế nhiều vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm đặc biệt là vi khuẩn gram âm, mức độ ức chế khác nhau đáng kể giữa các vi sinh vật

Một số đại diện tiêu biểu cho nhóm vi khuẩn lacticlên men dị hình như:

Leuconostoc mensemteroides, Leuconostoc cremoris

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic

Ảnh hưởng của tỷ lệ tiếp giống

Tỷ lệ tiếp giống có ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của vi khuẩn Nếu tỷ lệ tiếp giống quá thấp sẽ kéo dài thời gian nuôi cấy, dễ nhiễm tạp, hiệu suất thu hồi sinh khối thấp Nếu tỷ lệ tiếp giống quá cao, mặc dù thời gian nuôi cấy rút ngắn nhưng hàm lượng sinh khối không cao do vi khuẩn phát triển nhanh quá làm nguồn thức ăn chóng cạn kiệt, và chúng sinh ra một số sản phẩm gây ức chế quá trình sinh trưởng Vì vậy chọn tỷ lệ tiếp giống thích hợp sẽ tiết kiệm canh trường giống, đảm bảo quá trình lên men hiệu quả, rút ngắn thời gian lên men

Ảnh hưởng của pH

Sống trong môi trường lỏng, vi khuẩn chịu tác động của ion H+ và OH- trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự trao đổi chất và phát triển của vi khuẩn Nếu pH không thích hợp, vi khuẩn lacticcó thể bị ức chế, phát triển kém hay bị tiêu diệt Chính vì vậy, trong quá trình lên men lactic khi axit lactic tích lũy đủ lớn thì ức chế luôn cả hoạt động của vi khuẩn lactic (pH<3.8)

Nói chung quá trình lên men sẽ dừng lại khi pH đạt giá trị 4.0 Các loài vi khuẩn lactic khác nhau thì pH thích hợp khác nhau, dao động trong khoảng từ 4.5-6.5 , nhưng một số lại có thể phát triển ở pH=9.6 và một số hoạt động ở pH=3.2 như

Lactobacillus fermentum có thể chịu được pH =3 Sự liên quan giữa pH và hiệu suất

lên men của vi khuẩn lactic còn là vấn đề mà các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu

Các vi khuẩn lactic khác nhau sẽ thích hợp với khoảng pH khác nhau Leuconostoc : 6,3÷6,5; Pediocccus : 5,5; Lactobacillus, Lactococcus : 5,6÷6,2

Trong quá trình lên men lactic sản phẩm sinh ra cũng làm giảm pH môi trường

Do đó, nó cũng gây ức chế tới sự phát triển của vi khuẩn lactic Mỗi loại có khả năng chịu được ngưỡng pH thấp khác nhau:

Mỗi loại vi khuẩn lactic có khoảng nhiệt độ thích hợp để phát triển Như loại ưa

ấm, sẽ phát triển ở khoảng nhiệt độ 25÷35°C như: Lactobacillus casei, Lactococcus

lactic subsp lactis, Lactococcus lactis subsp cremoris, Leuconostoc ; loại ưa nhiệt

sẽ phát triển ở khoảng nhiệt độ 35÷45°C như: Streptococcus thermophilus,

Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus reuteri

Ảnh hưởng của Oxy

Vi khuẩn lactic là loài vi sinh vậtkỵ khí tùy dưỡng, nên chúng phát triển tốt nhất ở môi trường yếm khí, còn ở môi trường hiếu khí chúng vẫn có thể phát triển được nhưng bị hạn chế

Có một vài loài (sống trong đường tiêu hóa của động vật) là kỵ khí nghiêm ngặt

như Lactobacillus gasseri,khi có mặt của oxy các loại này không có khả năng

photphoryl hóa, tổng hợp cytochrom, tổng hợp enzym

Trong quá trình lên men người ta thường sử dụng môi trường yếm khí để tránh nhiễm khuẩn từ môi trường bên ngoài và cho hiệu suất lên men tốt hơn

1.4.5 Các giai đoạn của quá trình lên men sản phẩm muối chua

Rau, quả cho lên men chính là tạo điều kiện cho quá trình lên men lactic Vi khuẩn lactic phát triển trong điều kiện yếm khí với nồng độ muối là 1,2 – 2,5% (đối với rau cải) và 3 – 5% (đối với dưa chuột, cà chua) Vi sinh vật này sẽ biến một phần đường thành axit lactic Khi axit lactic đạt đến nồng độ 0,6 – 1,2% có tác dụng kìm hãm sự hoạt động của các vi sinh vật gây thối rữa ở rau quả, do đó rau quả muối chua có thể giữ được vài tuần hoặc một vài tháng

Lên men muối chua có 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Dùng muối hỗn hợp với rau được rửa sạch cho vào thùng được nén chặt Lúc này chủ yếu là quá trình thẩm thấu giữa sự trao đổi muối, nước của rau và môi trường Một phần đường của rau quả thẩm thấu ra ngoài môi trường Lúc này các vi khuẩn yếm khí phát triển dẫn đến sự lên men [29]

Giai đoạn 2: Là giai đoạn lên men chủ yếu Khi nước đầy ngập rau, tạo điều kiện yếm khí, lên men lactic thể hiện rõ ràng Có hai loại vi khuẩn chủ yếu tham gia quá

trình lên men này: vi khuẩn Streptococus và vi khuẩn Lactobacterium,chúngsử

dụng đường trong môi trường ở điều kiện yếm khí Quá trình này xảy ra đến khi vi khuẩn đã sử dụng hết lượng đường trong môi trường mới dừng lại Trong quá trình lên men còn có các quá trình lên men khác như lên men rượu, yêu cầu độ axit thấp

nên nó xảy ra ở thời kỳ đầu và không có hại mà có lợi trong việc tạo mùi thơm cho dưa Trong giai đoạn này axit lactic được hình thành Lượng axit lactic nhiều hay ít

có ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn [29]

Giai đoạn 3: Lên men lactic và các loại lên men khác Trong quá trình lên men lactic còn có một số sản phẩm phụ không đáng kể như axit axetic, succinic, rượu và các chất khác[29]

Nhiệt độ thích hợp cho sự lên men lactic là 30 – 40°c Quá trình lên men muối chua phụ thuộc vào nhiều yếu tố ngoại cảnh trước hết là sự tham gia của muối và đường [29]

Dung dịch muối: Khi nồng độ dung dịch muối cao sẽ làm ngừng sự phát triển của các vi sinh vật kể cả vi khuẩn gây chua lactic Các loại vi khuẩn sẽ ngừng hoạt động

ở các nồng độ muối khác nhau, vì vậy khi muối chua phải làm sao đảm bảo cho vi khuẩn gây chua lactic phát triển đồng thời hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật,

do đó nồng độ muối không được quá cao [29]

1.4.6 Một số lợi ích của sản phẩm lên men lactic

Các sản phẩm lên men lactic được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và dần trở thành nguồn dinh dưỡng không thể thiếu đối với con người Chúng không những là món ăn ngon mà còn rất có lợi cho sức khỏe của con người bằng cách cung cấp lượng lớn vi khuẩn lactic được biết đến là những loài lợi khuẩn cần thiết cho đường ruột

Các sản phẩm như sữa chua với nguyên liệu từ sữa tươi, sữa bột hoặc sữa đặc có đường có tác dụng chữa bệnh đường ruột, bệnh dạ dày và các bệnh về tiêu hóa nói chung, đặc biệt thích hợp với người già, trẻ em, người mới ốm dậy, nhất là những người mắc bệnh về tiêu hóa Nem chua với nguyên liệu chính là thịt sau khi lên men lactic sẽ cho sản phẩm có vị chua ngon đặc trưng Và thông dụng hơn nữa là các sản phẩm lên men lactic từ các loại rau củ quả được sử dụng thường xuyên trong các

bữa ăn hàng ngày của người ViệtNam như dưa chuột,cà, củ cải, cải bắp, cải bẹ muối chua Ngoài ra, kim chi là một sản phẩm truyền thống cực kì được yêu thích và không thể thiếu được trong các bữa ăn của người Hàn Quốc, nó là một món

ăn quốc gia, nổi tiếng khắp thế giới mà mỗi khi nhắc đến đất nước này người ta sẽ nhớ đến nó đầu tiên, với nguyên liệu là các loại rau củ quả cùng với các loại phụ gia khác nhau trải qua quá trình lên men lactic đã tạo nên một sản phẩm đặc biệt thơm ngon Bên cạnh đó gừng muối chua cũng là một sản phẩm nổi tiếng của người Nhật, với nguyên liệu chính từ gừng đã tạo nên món gia vị ăn kèm rất phù hợp với sushi

Khi làm sữa chua có đến 70% đường lactose bị lên men và chuyển hóa thành axit lactic, nên khi ta ăn sữa chua, môi trường axit sẽ giúp hấp thụ các khoáng chất như canxi, kẽm được hòa tan dễ dàng hơn, từ đó tăng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng cho cơ thể

Tăng sức đề kháng cho cơ thể: Thực phẩm lên men cung cấp nguồn vi khuẩn lactic có lợi cho đường ruột Vi khuẩn lactic bám vào niêm mạc đường tiêu hóa,

cạnh tranh chỗ ở với các vi sinh vật gây bệnh như Samonella (gây bệnh tiêu chảy),

vi khuẩn Pylori (gây viêm loét dạ dày) và nấm Candida, quá trình lên men còn sinh

ra các chất kháng sinh ức chế vi khuẩn có hại

Tạo ra chất dinh dưỡng: Quá trình lên men làm tăng hàm lượng một số vitamin Các loại sữa lên men thường rất giàu vitamin nhóm B, ngoài ra các thực phẩm giàu đạm lên men sẽ cung cấp nguồn axit amin rất tốt như nước mắm, tương, phô mai

Loại trừ vi khuẩn có hại và các độc tố: Quá trình lên men có thể phân hủy các độc tố có trong thực phẩm như cyanogenic glucoxit có trong măng hay mycotoxin trong hạt ngũ cốc Nếu sử dụng những thực phẩm này mà chưa qua chế biến hoặc chế biến không đúng cách thì cyamit sẽ giải phóng vào trong cơ thể và gây ngộ độc Việc muối chua những loại thực phẩm này giúp loại bỏ được 90- 95% cyanogenic glucoxit trong vòng 3 ngày Cụ thể, lượng cyanogenic glucoxit trong măng tươi ngâm chua là 2,2 mg/100g trong khi măng tươi là 32- 38 mg/100g

Lên men lactic làm tăng nồng độ pH làm ức chế các vi khuẩn gây thối, hỏng,

các vi khuẩn có hại và kí sinh trùng

1.5 Nghiên cứu sản xuất gừng muối chua lên men lactic

1.5.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng từ củ gừng

Từ cuối thế kỷ 19 đã có nhiều những nghiên cứu ứng dụng từ củ gừng, đáng chú

ý là một sản phẩm thức uống giải khát chế biến từ củ gừng đươc ưa chuộng tại nước Anh, đó là bia gừng Một bài báo được đăng trên tạp chí Hoàng gia London năm

1892 có đề cập rằng bia gừng đã mở ra hướng nghiên cứu về quá trình lên men, nấm men và vi khuẩn, nhóm tác giả đã thu thập mẫu bia gừng từ nhiều nơi trên nước Anh và cả ở Mỹ, và trong quá trình tiến hành một chuỗi những nghiên cứu về chúng đã mở ra một số vấn đề như cấu tạo và hoạt động của nhân tố đặc biệt của quá trình lên men [22]

Củ gừng được sử dụng từ lâu đời làm gia vị trong thực phẩm hoặc vị thuốc trong dược phẩm, với nhiều tính năng tốt cho sức khỏe như chống oxy hóa, kháng vi sinh vật, kích thích tuần hoàn máu, chữa cảm lạnh, kích thích hệ tiêu hóa, chống buồn

nôn, giảm lượng đường trong máu, giải độc [20] Thành phần trong củ gừng chứa nhiều chất xơ, tinh bột và các hoạt chất sinh học như tinh dầu, nhựa dầu gừng, chất cay [14] Trong ngành công nghiệp thực phẩm, bên cạnh việc chế biến gừng làm gia vị, hoặc sản xuất nhựa dầu gừng, các sản phẩm chế biến từ gừng khác đã thực sự trở thành các sản phẩm phổ thông: từ các dạng trà gừng, bột gừng, dầu gừng, kẹo gừng đến đồ uống lên men từ gừng như bia gừng, rượu gừng [18], hay các sản phẩm rau lên men có bổ sung gừng như kim chi, sauerkraut (bắp cải lên men truyền thống của Trung Quốc), hoặc gừng lên men chua dùng khi ăn cùng hải sản sống tại Nhật Bản [9], [13], [19] Đây là những sản phẩm lên men lactic có lợi cho sức khỏe, được ưa chuộng cả về tính chất cảm quan cũng như giá trị dinh dưỡng và chức năng

Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều những nghiên cứu về củ gừng như: hoạt tính kháng virus ở gừng kháng lại virus hợp bào trong đường hô hấp của con người, hoạt tính lên men và hoạt tính chống oxy hóa của cây gừng Đài Loan Ngoài ra có nhiều những nghiên cứu về tác dụng một số thành phần hóa học của gừng trong việc điều trị bệnh và ứng dụng của nó trong sản xuất thuốc, các phương pháp chiết xuất một số chất có ứng dụng cao từ củ gừng và những nghiên cứu chủ yếu tập trung vào ứng dụng, chiết xuất một số chất hóa học trong củ gừng Ở Việt Nam, những nghiên cứu khoa học về củ gừng chủ yếu là về thành phần hóa học hay chiết xuất tinh dầu gừng, nhựa gừng, hoặc quy trình sản xuất mứt gừng, trà gừng

Nguyên liệu gừng có chứa nhiều hoạt chất có tính kháng khuẩn mạnh [9], ảnh hưởng nhất định đến quá trình lên men, nên để đảm bảo quá trình lên men thuận lợi,

có thể sản xuất quy mô lớn, việc tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men ở nồng độ muối cao, nồng độ nhựa dầu gừng cao, tạo sản phẩm gừng lên men có chất lượng cảm quan tốt, ổn định là cần thiết cho xây dựng quy trình sản xuất gừng muối chua quy mô công nghiệp [13]

1.5.2 Quy trình công nghệ muối chua rau củ quả

Rau quả muối chua là sản phẩm chế biến từ các loại rau củ quả, bằng cách làm cho đường có trong rau quả hoặc đường bỏ sung vào môi trường lên men chuyển hóa thành axit lactic, do quá trình lên men của vi khuẩn lactic Axit lactic và một số sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men làm ức chế hoạt động của nhiều loài vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm, vì thế các sản phẩm rau củ quả muối chua có thể được bảo quản trong thời gian dài [31]

Có thể sử dụng rất nhiều các loại rau củ quả như cải bẹ, dưa chuột, cà, cải bắp,

su hào, hành, cà rốt, làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm rau củ quả muối chua Phương pháp muối chua truyền thống được nhân dân ta sử dụng từ rất lâu, và mỗi loại rau củ quả cho một hương vị đặc trưng riêng, tuy nhiên, các sản phẩm muối chua truyền thống thường có chất lượng không ổn định, không đồng đều, khả năng hư hỏng cao, thời gian bảo quản ngắn, và hiệu suất sản xuất thấp [31]

Trên thế giới, đặc biệt là ở một số nước châu Á, các sản phẩm rau quả muối chua rất phổ biến, đặc trưng cho từng quốc gia như [31]:

- Dưa chua Nhật Bản ( Takana Zuke): nguyên liệu chính là rau cải 80-85%, ớt đỏ 0,5%, muối 15- 20 % Và 90% sản phẩm này là sản xuất trên quy mô công nghiệp

- Dưa chua Triều Tiên (Bacchô kimchi): thành phần nguyên liệu cải trắng 90%, hành 2,0%, ớt 2,0%, gừng 0,5%, muối 2,5- 3 %.Hàng năm sản xuất khoảng 800000 tấn

- Dưa chua Thái Lan ( Pak gaad dong): nguyên liệu chính là 90% lá rau cải đắng, muối 8%, nước cháo gạo 2% Sản xuất khoảng 4,6 triệu tấn/ năm, nhưng chủ yếu sử dụng phương pháp thủ công

- Trái cây muối chua Philippin (Byrong prutas): trái cây 100%, muối 2,25- 2,5%, đường 1% Hơn 90% sản xuất thủ công

Ở các nước châu Âu, quá trình muối chua rau củ quả được tiến hành chủ yếu trên quy mô công nghiệp, trong những bể có thể tích lớn, quá trình lên men được diễn ra

ở nhiệt độ thấp, thời gian dài Sử dụng các chủng vi khuẩn lactic thuần khiết dưới dạng dịch men, phun đều lên bề mặt của từng lớp nguyên liệu trong bể lên men Khi quá trình lên men đạt đến nồng độ axit lactic cần thiết thì nhiệt độ được hạ xuống để quá trình lên men diễn ra chậm, tránh tổn thất axit và vitamin để sản phẩm

đạt chất lượng tốt Khi sử dụng chủng vi sinh vật thuần khiết thì sản phẩm thu được

có chất lượng ổn định, có thể bảo quản trong thời gian dài [31]

Quy trình công nghệ muối chua rau củ quả:

Hình 1.5 Quy trình công nghệ muối chua rau quả

Có thể áp dụng quy trình muối chua chung cho các loại rau củ quả khác nhau kể

cả củ gừng

Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu

- Lựa chọn nguyên liệu là rau củ tươi, non, rửa sạch, phơi héo, cắt khúc hoặc thái lát

Rau, củ, quả

Rửa sạch

Để ráo

làm héo

Chia đều vào Lên men

Rau quả muối Nhân giống

Vi khuẩn

lactic

Gia vị

Muối

- Chia đều nguyên liệu vào các bình lên men

Bước 2: Chuẩn bị môi trường lên men

- Pha lượng muối và đường theo tỉ lệ nhất định hòa tan với nước đun

-Chia đều môi trường vào các bình nguyên liệu sao cho ngập phần nguyên liệu

Bước 3: Lên men

- Bổ sung chủng giống vào bình, đậy nắp, để lên men 3 đến 5 ngày ở nhiệt độ phòng

- Kết quả thu được sản phẩm rau quả muối chua

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Các chủng vi khuẩn lactic

Với mục đích phân lập, tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic cho hiệu quả lên men tốt nhất, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn và lấy mẫu tại một số khu vực chợ

và siêu thị trên địa bàn quận Thanh Xuân , thành phố Hà Nội Cụ thể như sau:

Mẫu dưa cải muối, cà muối, củ cải muối đã lên men 7 ngày được thu tại chợ khu tập thể Cao su Sao Vàng, đường Khương Đình quận Thanh Xuân thành phố Hà Nội Mẫu được chứa trong các bình nhỏ thể tích 250ml đã khử trùng

Các mẫu kim chi cải thảo được bảo quản trong bao nilon hút chân không và nem chua được thu mua tại siêu thị Vinmart+, đường Khương Đình quận Thanh Xuân thành phố Hà Nội

Mẫu men làm sữa chua bảo quản trong bao nilon hút chân không được thu mua tại siêu thị Vinmart đường Nguyễn Trãi quận Thanh Xuân thành phố Hà Nội

2.1.2 Nguyên liệu

Chúng tôi chọn gừng trâu làm nguyên liệu lên men vì loại gừng này cho củ to khi thái lát sẽ cho lát gừng đẹp, ít xơ và ít cay hơn so với các loại gừng khác nên có thể cho sản phẩm lên men với cảm quan tốt

Gừng nguyên liệu sử dụng cho lên men là loại gừng non thu hoạch sau khi trồng

từ 6-7 tháng, được thu mua tại chợ Dương Liễu, Hoài Đức, Hà Nội

Muối sử dụng cho lên men là muối tinh cung cấp bởi Công ty muối Hà Nội

2.2.Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

2.2.1 Hóa chất

- Hóa chất: được cung cấp bởi Công ty Merck (Đức), Sigma (Mỹ), Trung Quốc, Việt Nam

+ Hóa chất môi trường: Pepton, cao thịt, cao nấm men, glucose, saccharose, tween

80, K2HPO4,CH3COONa, Triamonium citrate, MgSO4 7H2O, MnSO4 H2O, muối tinh…

+ Hóa chất phân tích: DNS, Na2CO3, CuSO4,C4H4K2O6.H2O, phenol, phenol reagent, cồn, phenolphtalein, K3Fe(CN)6, KOH, methylen blue, methyl orange, HCl, NaOH…

2.2.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

Máy móc thiết bị phục vụ thí nghiệm:

Bảng2.1 Thiết bị thí nghiệm

2.3 Phương pháp thí nghiệm

2.3.1 Phương pháp vi sinh

2.3.1.1 Phương pháp phân lậpvà định danh sơ bộ vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic được phân lập từ các sản phẩm lên men truyền thống trên môi trường MRS agar có bổ sung CaCO3 Cân 25g mẫu vào bình tam giác chứa 225ml nước cất vô trùng, hỗn hợp được lắc 100 v/p ở 30°C trong 1 giờ trên máy lắc Tiếp tục pha loãng mẫu 102, 103, 104, 105, 106 lần trong ống nghiệm Hút 100 µl mẫu pha loãng vào đĩa petri chứa môi trường phân lập rồi trang đều mẫu trên bề mặt đĩa thạch Mẫu sau khi trang cấy được giữ ở tủ ấm 30°C trong 5 ngày Dựa vào hình thái khuẩn lạc, khả năng tạo axit trên môi trường MRS, các khuẩn lạc vi khuẩn được cấy ria làm sạch và bảo quản Tiến hành định danh sơ bộ vi khuẩn lactic: nhuộm gram, thử nghiệm catalase

2.3.1.2 Phương pháp sơ tuyển chủng vi khuẩn lactic lên men gừng tươi

Hoạt hóa các chủng vi khuẩn đã phân lập trên môi trường MRS (lỏng) ở 30°C trong

24 giờ Hút 1ml dịch hoạt hóa (mật độ 108 tế bào/ml) vào 10 ml môi trường MRS có

tỉ lệ dịch chiết gừng 10-100% Lên men các chủng ở 30°C trong 3 ngày Xác định mật độ tế bào của các chủng sau thời gian lên men

2.3.1.3 Phương pháp định danh chủng vi khuẩn lactic

Các chủng được tuyển chọn được xác định đặc điểm sinh học phân tử dựa trên trình

tự gen 16S rRNA.Trình tự của 16S rRNA được đọc trực tiếp trên máy đọc trình tự

tự động 3100 Avant Genetic Analyzer sử dụng POP-6 polymer Sắc đồ trình tự được kiểm tra và chỉnh sửa trên phần mềm Chromas lite 2.1 Trình tự của 2 mồi 780F và 920R được kết nối trên phần mềm Clone Manager Mức độ tương đồng về trình tự gen mã hóa riboxôm 16S của chủng nghiên cứu so với các chủng đã công

bố trên ngân hàng gen được so sánh sử dụng công cụ tra cứu BLAST (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) Mức độ tương đồng cao nhất về trình tự đoạn 16S rDNA của chủng nghiên cứu so với các chủng chuẩn đã công bố được tra cứu sử dụng cơ sở dữ liệu Eztaxon-e (http://eztaxon-e.ezbiocloud.net/)

2.3.2 Phương pháp phân tích hóa lý

2.3.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột

Nguyên tắc: Thủy phân tinh bột trong nguyên liệu thành đường với HCl 2% đun sôi

trong 2 giờ Dung dịch sau thủy phân được trung hòa bằng NaOH 10% và Metyl da cam 1% Hàm lượng đường sau khi thuỷ phân được xác định bằng phương pháp Graxianop Lượng đường hình thành từ quá trình thuỷ phân tinh bột bằng lượng dung dịch sau khi đem thuỷ phân sinh ra trừ đi lượng đường khử trong dung dịch trước thuỷ phân Được kết quả đem nhân với hệ số chuyển đổi từ đường khử (glucose) thành tinh bột là 0,9 ta sẽ có được hàm lượng tinh bột trong mẫu nguyên

liệu ban đầu

Hóa chất: HCl 2%; NaOH 10%: Metyl da cam 1%

Bước 1: Xử lý nguyên liệu

Cân 60g gừng tươi, mài vụn bằng dụng cụ mài Sau đó cho vào 3 bình tam giác 250ml với 20g/ bình Cho HCl 2% vào mỗi bình (ngập mẫu)