2.3.1. Đặc điểm chung
Vi khuẩn acid acetic là vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxy hóa ethanol để tạo thành acid acetic trong quá trình lên men. Những vi khuẩn này dễ tìm thấy trong không khí, đất, nước, các dịch nước quả, bia, rượu có nồng độ thấp, dịch đường… để tiếp xúc với không khí dễ bị vẫn đục nhẹ, trên bề mặt tạo thành một lớp màng mỏng, màng mỏng mịn màu trắng xám hoặc vàng xám. Đó là do các vi khuẩn acid acetic phát triển. Trước đây Pasteur cho rằng quá trình lên men giấm là do một loại vi khuẩn thuộc nhóm Acetobacter hoặc Bacterrium. Các loài vi sinh vật này không chỉ có khả năng lên men ethanol để tạo thành acid acetic mà còn có khả năng chuyển hóa propanol thành acid propionic và chuyển hóa butanol thành acid butyric. Tuy nhiên chúng không thể chuyển hóa rượu bật cao và methanol. Trong môi trường đủ rượu ethylic (5-13%) thì sản phẩm chủ yếu là acid acetic, ở nồng độ rượu thấp hơn các vi khuẩn acid acetic oxy hóa triệt để rượu thành CO2 và H2O (Lương Đức Phẩm, 1998). Trong điều kiện môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng và lượng oxy được cung cấp liên tục, chúng có thể tăng sinh khối sau 12 giờ gấp 17 triệu lần so với sinh khối ban đầu. Có khoảng 20 loài đã được nghiên cứu cho thấy khả năng có thể áp dụng vào thực tế (Nguyễn Đức Lượng, 2002). Chúng có những đặc điểm chung sau đây:
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 16 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
- Là những trực khuẩn, không sinh bào tử, có hình que, bầu dục, kích thước 0,8x(1,0-3,0)m, có dạng đơn, sợi chuỗi, một số loài có dạng xoắn, dạng cầu, que phình ra, hình chùy,… Các vi khuẩn này có loài chuyển động được nhờ tiêm mao, có loài không chuyển động được. Khi tế bào còn non là vi khuẩn Gram âm khi già chúng có thể thay đổi Gram. Chúng hầu hết là Catalase dương tính, không có Oxydase, thường tạo sắc tố. Một số chúng tạo váng màu hồng nhờ porphyrins.
- Vi khuẩn acid acetic thuộc nhóm hiếu khí. Tốc độ sinh trưởng của chúng rất nhanh. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển chúng tạo thành acid acetic, ở nồng độ acid thấp sẽ kích thích sự phát triển của chúng (Lương Đức Phẩm, 1998).
- Vi khuẩn acid acetic có khả năng đồng hóa các nguồn carbon khác nhau như ethanol, glucose, fructose, saccharose, maltose, glycerine, lactose,… không có khả năng sử dụng tinh bột, có khả năng đồng hóa được đạm hữu cơ. Còn nguồn khoáng, vitamin thì đòi hỏi phải có acid pantothenic và các chất khoáng (K, Ca, Fe, S, P,…) mới đồng hóa được.
- Các loài vi khuẩn acid acetic sinh trưởng ở nhiệt độ tối ưu trong khoảng 23- 30ºC và pH tối ưu là 5,5-6,2. Chúng có khả năng chịu acid cao, một số có thể phát triển ở pH<3,2.
- Những vi khuẩn acid acetic có đặc điểm là dễ thay đổi hình dạng tế bào. Trong những điều kiện sinh trưởng không bình thường tế bào có dạng sợi to và dài phình trương lên hoặc có những hình thù kỳ lạ.
2.3.2. Phân loại
Vi khuẩn AAB thuộc họ Acetobacteraceae và được phân loại thành 10 giống:
Acetobacter, Gluconobacter, Acidomonas, Gluconacetobacter, Asaia, Kozakia,
Swaminathania, Saccharibacer, Neoasaia và Granulibacter (Cleenwerck et al., 2002; Loganathan và Nair, 2004; Jojima et al., 2004; Greeberg et al., 2006). Tuy nhiên trong tài liệu phân loại học Bergey (Holt et al., 1994) chỉ phân loại vi khuẩn AAB thành 3 nhóm chính là Gluconobacter, Acetobacter và Frateuria.
Khóa phân loại Acetobacter (Nguyễn Đức Lượng, 2003). 1.Oxy hóa acid acetic thành CO2 và H2O
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 17 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
b. Không sử dụng NH4 làm nguồn N duy nhất
- Trên bề mặt môi trường dịch thể tạo thành màng dày nhầy, có chứa cellulose Acetobacter xylinum
- Trên bề mặt môi trường dịch thể không tạo thành màng dày nhầy, có chứa cellulose Acetobacter rancens
Acetobacter pasteurianus Acetobacter kueizingianus
2. Không oxy hóa acid acetic
a. Tạo thành sắc tố trên môi trường glucose
- Sắc tố màu nâu tối đến đen nhạt Acetobacter melanogenus
- Sắc tố hồng (pink to rose) Acetobacter roseus
b. Không tạo thành sắc tố
- Nhiệt độ thích hợp nhất giữa 30 và 350C Acetobacter suboxydans
- Nhiệt độ thích hợp nhất giữa 18 và 210C Acetobacter oxydans
Vi khuẩn AAB là nhóm vi sinh vật quan trọng thuộc nhóm Acetobacter và
Gluconobacter có vai trò rất quan trọng trong đời sống, được sử dụng để sản xuất giấm ăn cũng như dược phẩm. AAB thuộc lớp Acetobacteraceace tồn tại trong môi trường nhiều đường cũng như ethanol. Phần lớn chúng không có khả năng oxy hóa ethanol, đường, rượu đa. AAB không chỉ được sử dụng trong sản xuất giấm mà còn sử dụng trong sản xuất thực phẩm, các hợp chất hóa học, thủy sâm, bột ca cao, sorbose, acid gluconic,…
AAB có thể phân lập từ các vật liệu nền cũng như môi trường xung quanh như thực vật, hoa quả, thực phẩm lên men và thức uống.
Một số loài vi khuẩn acid acetic điển hình:
Acetobacter aceti: Acetobacter aceti là trực khuẩn hình que ngắn không sinh bào tử, không chuyển động và chúng có khả năng liên kết với nhau thành chuỗi dài. Chúng bắt màu vàng với iot và có khả năng chịu nồng độ cồn khá cao (11%) và tích tụ được 6% acid acetic. Nhiệt độ phát triển tối ưu của chúng là 34ºC, nếu nhiệt độ lên quá 40ºC sẽ xảy ra hiện tượng co tế bào và sẽ tạo ra hình quả lê. Thường thấy chúng phát triển trong bia.
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 18 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
Acetobacter pasteurianus: A. pasteurianus tăng trưởng ở mức pH khác nhau (5,5-6,3) và ở nhiệt độ 25-30ºC. Nguồn carbon ưa thích là glucose, mannitol, và ethanol (Konig, 2009).
Trong tự nhiên, A. pasteurianus tồn tại trên bề mặt giàu đường như như trái cây, hoa và rau. Chúng cũng được tìm thấy trên các loại trái cây tự nhiên hư hỏng.
Acetobacter orleanense: là trực khuẩn không chuyển động, có kích thước trung bình. Khi tăng nhiệt độ chúng tạo thành tế bào hình dài hoặc hình sợi hoặc không tạo hình. Thường thấy chúng phát triển trong dịch nho loãng. Có khả năng tồn tại ở nồng độ cồn từ 10-12% và tích luỹ acid acetic đến 9,5%.
Hình 6. Acetobacter aceti
(*Nguồn: http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB: Acetobacter_aceti.jpg, ngày 27/07/2013)
Hình 7. Acetobacter pasteurianus
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 19 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
Acetobacter xylinum: là trực khuẩn không chuyển động. Khi lên men tạo màng dấm dày như sữa trên bề mặt dung dịch, màng này chứa nhiều hemixenlulose nên khi nhộm với I2 và H2SO4 thì cho màu xanh.
Chúng tích tụ được 4-5% acid acetic và có nhược điểm là oxy hóa tiếp tục acid acetic thành CO2 và H2O nên làm giảm hiệu suất thu hồi. Chúng được sử dụng trong ngành sản xuất nước uống lên men có gas. Acetobacter xylinum có bao nhầy cấu tạo bởi cellulose.
Acetobacte kutzinguanum: Khi nhộm I2 cho màu xanh thẫm, tạo thành màng nhầy, không bền dính vào thành bình.
Acetobacter schiitzenbachii: hình que tương đối dài kết hợp thành chuỗi, không sinh bào tử, không chuyển động. Các tế bào già tạo thành màng chặt nhưng không chắc. Vì vậy, giống này có thể dùng để sản xuất giấm theo phương pháp chìm và có thể tạo thành 11,5-12% acid acetic trong dung dịch nuôi cấy. Nhiệt độ tối thích là 29ºC.
Acetobacter curvum: có đặc tính tương tự như Acetobacter schiitzenbachii, tạo thành acid cao, không tạo màng chắc, không làm bẩn vỏ bào và làm đục giấm. Nhiệt độ tối thích 35-37ºC, nâng nhiệt độ quá giới hạn này giống sẽ phát triển yếu và tạo thành acid kém.
Acetobacter suboxydans: được dùng trong công nghiệp vitamin để sản xuất ascobic (vitamin C).
Hình 8. Acetobacter xylinum
(*Nguồn: http://www.doko.vn/luan-van/vi-khuan-acetic-va-len-men-
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 20 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
2.4. Giới thiệu về trà
2.4.1. Giới thiệu chung
Cây trà hay cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây có lá và chồi của chúng được sử dụng để sản xuất trà. Các danh pháp khoa học cũ còn có Thea bohea và Thea viridis.
Camellia sinensis có nguồn gốc ở khu vực Đông Nam Á, nhưng ngày nay nó được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, trong các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới. Nó là loại cây xanh lưu niên mọc thành bụi hoặc các cây nhỏ, thông thường được xén tỉa để thấp hơn 2 mét khi được trồng để lấy lá. Nó có rễ cái dài. Hoa trà màu trắng ánh vàng, đường kính từ 2,5-4 cm, với 7-8 cánh hoa. Hạt của nó có thể ép để lấy dầu. Lá của trà dài từ 4-15 cm và rộng khoảng 2-5 cm. Lá tươi chứa khoảng 4% caffeine. Lá non có sắc xanh lục nhạt được thu hoạch để sản xuất trà. Ở giai đoạn đó, mặt dưới lá có lông tơ ngắn màu trắng. Lá già thì chuyển sang màu lục sẫm. Tùy lứa tuổi mà lá chè có thể dùng làm thành phẩm chè khác nhau vì thành phần hóa học trong lá khác nhau. Thông thường, chỉ có lá chồi và 2 đến 3 lá mới mọc gần thời gian đó được thu hoạch để chế biến. Việc thu hoạch thủ công bằng tay diễn ra đều đặn mỗi 1 đến 2 tuần (Trịnh Xuân Ngọ, 2007).
Hình 9. Acetobacter suboxydans
(*Nguồn: http://www.doko.vn/luan-van/vi-khuan-acetic-va-len-men-giam- 233010, ngày 27/07/2013)
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 21 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
Bảng 2. Phân loại khoa học của trà (chè)
Phân loại khoa học
Giới (regnum) Plantae
Ngành (division) Magnoliopsida
Bộ (ordo) Ericales
Họ (familia) Theaceae
Chi (genus) Camellia
Loài (species) C. sinensis
Cây trà phát triển mạnh từ cuối thế kỷ XIX, có khoảng 30 nước trên thế giới trồng trà, 100 nước uống trà. Ở Việt Nam, có khoảng 30 tỉnh trồng trà chủ yếu là các tỉnh trung du và vùng núi như: Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Hòa Bình, Hà Giang, Tây Nguyên, Lâm Đồng,… (Vũ Thy Thư và Đoàn Hùng Tiến, 2001). Loại này thân mọc cao, lá lớn và dày, có thể hái về vò nát để nấu uống tươi gọi là trà xanh. Loại thứ hai là trà đồn điền du nhập từ phương Tây, cây thấp, lá nhỏ, thường phải ủ rồi mới nấu nước. Hạng nhất là trà búp, có khi gọi văn vẻ là "trà bạch mao" hay "trà bạch tuyết" nếu búp có lông tơ trắng. Hạng nhì là hai lá trà kế. Lá thứ tư, thứ năm là trà hạng ba. Những lá dưới nữa thì dùng làm trà mạn, rẻ hơn cả.
(*Nguồn: Trịnh Xuân Ngọ, 2007)
Hình 10. Lá trà Camellia sinensis
(*Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%C3%A8_(th%E1%BB%B1c_v%E1%BA%ADt), ngày 24/07/2013)
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 22 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
Trên thị trường quốc tế có 3 loại trà khác nhau tùy theo mức độ quá trình lên men hoặc oxy hóa của nó:
Trà xanh (không bị oxy hóa). Trà ô long (một phần bị oxy hóa). Trà đen (bị oxy hóa hoàn toàn).
2.4.2. Thành phần
Với sự thâm nhập của trà vào phương Tây, các thành phần hóa học của cây trà bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1827. Đến nay, người ta phát hiện được trong thành phần của trà có 13 nhóm gồm 120-130 hoạt chất khác nhau (Đặng Hanh Khôi, 1983):
- Nhóm chất đường: glucose, fructose,… tạo giá trị dinh dưỡng và mùi thơm khi chế biến ở nhiệt độ cao.
- Nhóm tinh dầu: methyl salicylate, citronellol,… tạo nên hương thơm riêng của mỗi loại trà, chịu ảnh hưởng của khí hậu, loại đất và quy trình chế biến.
- Nhóm sắc tố: chất diệp lục, carotene, xantophin, làm cho nước trà thể từ màu xanh nhạt đến xanh lục sẫm hoặc từ màu vàng đến đỏ nâu và nâu sẫm.
- Nhóm acid hữu cơ: gồm 8-9 loại khác nhau, có tác dụng tăng giá trị về mặt thực phẩm và có chất tạo ra vị.
- Nhóm chất vô cơ: kali, phospho, lưu huỳnh, flo,magie, canxi,..
- Nhóm vitamin: C, B1, B2, PP,… hầu hết tan trong nước, do đó người ta nói nước trà có giá trị như thuốc bổ.
- Nhóm glucozid: góp phần tạo ra hương trà và có thể làm cho nước trà có vị đắng, chát và màu hồng đỏ.
- Nhóm chất chát (tanin): chiếm 15-30% trong trà, sau khi chế biến thì nó trở thành vị chát…
- Nhóm chất nhựa: đóng vai trò tạo mùi thơm và giữ cho mùi không thoát đi nhanh (chất này rất quan trọng trong việc chế biến trà rời thành trà bánh).
- Nhóm chất keo (petin): giúp bảo quản trà được lâu vì có tính năng khó hút ẩm.
- Nhóm ankan: caffeine, theobromine,theophylline, adenine, guanine,…
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 23 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học - Nhóm enzyme: là những chất xúc tác sinh học quan trọng trong quá trình biến đổi của cơ thể sống.
2.4.3. Công dụng
Những thành phần hóa học trên khi kết hợp lại tạo nên những tác dụng chính như sau:
- Kháng khuẩn. - Chống oxy hóa.
- Giúp cơ thể tỉnh táo, kích thích lao động, đem lại niềm vui. - Thúc đẩy tiêu hóa và bài tiết.
- Giúp cho hô hấp và tim mạch. - Phòng bệnh đau răng.
- Hạ cholesterol và chất béo trong máu. - Bảo vệ thần kinh trong bệnh Pakinson…
Riêng bã trà cũng có nhiều công dụng:
- Phơi khô bỏ túi giấy treo trong nhà vệ sinh khử mùi hôi. Để trong tủ lạnh khử mùi khó chịu của nhiều loại thực phẩm.
- Cho vào xoong, chảo rang trong khoảng 15 phút để khử mùi tanh của cá.
- Lấy bã trà xát lên gương, kính bị ố, rồi lau bằng khăn lạnh thì gương, kính sẽ sáng bóng.
- Lấy bã trà khô đốt lên sẽ đuổi được gián, kiến. - Đổ bã trà vào chậu cây cảnh sẽ giữ được độ ẩm.
2.5. Giới thiệu thủy sâm 2.5.1. Nguồn gốc 2.5.1. Nguồn gốc
Trà nấm thủy sâm (Tên nước ngoài Kombucha hoặc Kargasok).
Đây là loại thức uống được lên men trong dung dịch trà đường bởi loại nấm người Pháp gọi là Champignon De Longuc Vie (nấm trường sinh). Thời xưa, người vùng Kargasok thuộc Nga dùng trà nấm này có tác dụng giúp sống khỏe và kéo dài tuổi xuân nên nó có tên gọi là trà nấm Kargasok. Những người hưởng thọ ở Nga bảo là sống lâu như vậy không những ở môi trường, tập quán sinh hoạt và tâm hồn thư thả mà từ hàng trăm năm nay họ còn có thói quen dùng trà lên men này. Loại trà này chứa
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học 24 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học
một lượng cao chất đạm mà cơ thể con người có thể hấp thụ vào cơ quan một cách nhanh chóng. Nấm trà kích thích những siêu vi khuẩn phân hóa thành các chất dinh dưỡng hữu ích cho con người đào thải những độc tố trong cơ thể ra ngoài bằng đường bài tiết.
Khi một nữ du khách quý tộc Nhật đến thăm thắng cảnh ở làng, trông thấy những người già cả ở đây khỏe mạnh lạ thường, gương mặt họ không có nếp nhăn và không lộ vẻ già nua. Bà lấy làm ngạc nhiên và hỏi nguồn gốc thì được biết dân chúng ở đây có thói quen uống trà Kombucha hàng ngày. Bà xin một ít nấm về để làm giống, đem về Nhật và sau đó chia cho bạn bè để cùng nhau sử dụng. Sau nhiều tháng, các bạn của bà đều vô cùng khen ngợi về sự hữu hiệu của loại nấm này. Do đó, trà nấm được đồn đại và truyền đi khắp Nhật Bản và được gọi tên là trà Kombucha. (Nguồn: http://namthuysam.com/, ngày 29/07/2013).
2.5.2. Giá trị dinh dƣỡng
Thành phần trà Kombucha có chứa enzyme tiêu hóa, vitamin và nhiều hợp chất hữu cơ. Vì đây là sản phẩm lên men nên chứa khoảng 0,5-1% ethanol, acid acetic, acid gluconic, acid glycuronic, acid L-lactic, acid carbonic, acid caprilic, acid citric, acid oxalic, acid usnic, acid folic, nhiều vitamin nhóm B như B1, B2, B3, B6, B12, vitamin C, acid amin, một số hợp chất có tác dụng kháng sinh, sát trùng và giải độc. Trà Kombucha còn chứa một lượng nhỏ caffeine vì nó được lên men từ các loại trà như trà xanh, trà đen, trà ô long hoặc trà kukicha (Nguồn: http://namthuysam.com/, ngày 29/07/20113).
Hình 11. Sản phẩm thủy sâm trên thị trƣờng
(*Nguồn: http://www.thanhnien.com.vn/pages/20110918/thuy-sam-chua-ba-