Bản chất của quá trình sản xuất nước mắm là quá trình thủy phân protein trong cá nhờ hệ enzym protease thành các sản phẩm pepton → polypeptid → peptid → axit amin. Do vậy, trong sản xuất nước mắm, quá trình thủy phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị và màu sắc của sản phẩm. Phản ứng thủy phân tạo ra các axit amin sau đó các axit amin biến đổi theo bốn chiều hướng khác nhau theo sơ đồ.
Theo sơ đồ trên:
Phản ứng theo chiều hướng (1), axit amin là cơ chất dinh dưỡng của vi sinh vật gây hương, các vi sinh vật này hấp thụ axit amin, làm biến đổi tạo ra các chất bay hơi tạo mùi cho nước mắm.
Trong quá trình ủ chín dịch đạm có hai phần diễn ra đồng thời để hình thành nên mùi mắm đặc trưng. Một là, phản ứng thủy phân protein do enzym xúc tác vẫn hoạt động, nhưng với tốc độ yếu hơn so với điều kiện thủy phân tối ưu. Hai là, vi sinh vật sẽ sử dụng các nguồn chất hữu cơ sẵn từ các sản phẩm của phản ứng thủy phân có để
Melanoidin (1) Protein Thủy phân Protease Axit amin
Vi sinh vật gây hương Tạo mùi Tạo vị ngọt đặc trưng
(2)
(3) Oxy hóa phi enzym
Màu sắc đặc trưng
(4)
sinh tổng hợp tạo nên các chất mùi đặc trưng như 2 methylpropanal, 2-methylbutanal, 2-ethylpyridine, và trisulfide dimethyl.
Nghiên cứu về hương của nước mắm, năm 1924-1929 Kermpt đã phát biểu sản phẩm sản xuất ra từ cá trong điều kiện vô trùng thì thiếu hẳn hương vị đặc biệt của nước mắm. Khoảng năm 1930 Boez và Gullerm đã tách được từ nước mắm một loại vi khuẩn kỵ khí sinh nha bào là Chlostridium. Loại này cấy trong môi trường thạch pepton sẽ sản sinh ra hương vị của nước mắm. Vi khuẩn này kị khí sinh hơn và phát triển từ 18-45oC, men này của cá và của vi khuẩn là hai nhân tố thủy phân đạm cá thành những chất đơn giản hơn (Nguyễn Trọng Cẩn, 2011).
Năm 1965 Saisithi đã sử dụng nước mắm Thái Lan để nghiên cứu về mùi vị và vi sinh vật trong chế biến cho thấy có 5 nhóm vi khuẩn tồn tại trong nước mắm đã được thủy phân sau 9 tháng là Bacillus (10 loài), Coryneform (2 loài), micrococcus (1 loài) và staphylococcus (1 loài). Trong đó Staphylococcus tồn tại khá nhiều và sinh ra lượng axit bay hơi cao góp phần quan trọng trong việc sinh ra mùi vị của nước mắm (Nguyễn Trọng Cẩn, 2011)
Trong sản xuất suất nước mắm từ cá tuyết, năm 2001 Lopetcharat và cộng sự đã theo dõi sự biến đổi các tính chất vật lý, hóa học và vi sinh trong quá trình ủ lên men cá tuyết. Các thí nghiệm được bố trí với ba yếu tố ảnh hưởng là: nồng độ muối từ 0; 5; 15; 25%, nhiệt độ ủ 35oC và 50oC, theo dõi thời gian ủ lên men trong 60 ngày, tần xuất lấy mẫu phân tích 5 ngày/lần. Kết quả nghiên cứu cho thấy ủ lên men trong điều kiện 25% muối tại 500C cho hiệu quả tốt nhất về giá trị dinh dưỡng cũng như cảm quan. Các enzym nội tại hoạt động có hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ và muối ổn định. Ủ lên men ở 500C cho hiệu suất cao hơn 350C, Hàm lượng nitơ tổng số của nước mắm ủ ở 500C trong 15 ngày đạt 16,8g/l tương đương với sản phẩm nước mắm thương mại trên thị trường. Hàm lượng chất khô đạt 39,50Bx trong 60 ngày ủ lên men tương đương với sản phẩm nước mắm thương mại. Tuy nhiên, giá trị màu của nước mắm còn thấp hơn rất nhiều so với nước mắm thương mại. Trong quá trình ủ lên men có sự phát triển mạnh của staphylococcus, bacillus và một số vi sinh vật khác ( Lopetcharat et al., 2001)
Trong chượp tự nhiên cho thấy vi khuẩn có khả năng tích lũy được 10 loại axit amin. Trong đó có Serin, glutamic, alanin được nhiều chủng tổng hợp nhất. Đặc biệt
có 4 loại axit amin không thay thể được vi khuẩn tổng hợp là: phenylalanin, methyonine, lyzin, histidin. Những axit amin thay thế và không thay thế này có vai trò quan trọng giá trị của nước mắm.
Phản ứng theo chiều hướng (2) là axit amin tạo nên vị ngọt đặc trưng của nước mắm. Phản ứng theo chiều hướng (3) là một số axit amin bị oxy hóa tạo nên màu sắc
đặc trưng cho nước mắm hoặc tham gia phản ứng hóa học tạo màu, tạo mùi. Màu sắc
và mùi vị của nước mắm dần dần được hình thành do quá trình sinh học, hóa học xảy ra. Quá trình tạo màu được quyết định bởi những phản ứng oxy hóa xảy ra không ngừng và là sự tổng hợp hòa giữa các chất tạo thành cùng màu sắc, mùi vị đặc trưng cho sản phẩm nước mắm. Sự thay đổi về màu sắc trong quá trình chín của chượp nguyên nhân do chính bản thân nguyên liệu và do phản ứng của các axit amin gây nên như phản ứng oxy hóa như phản ứng melanoidin, quinonmonin… tạo sẫm màu cho sản phẩm
Phản ứng theo chiều hướng (4) là một phần axit amin bị phân hủy bởi vi sinh vật tạo ra NH3, chất này cũng tham gia tạo nên mùi vị cho nước mắm. Lượng axit amin còn lại sẽ tạo nên vị ngọt cho nước mắm.