1.2.1. Khái niệm chung
Sự lên men theo nghĩa rộng là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ bị biến đổi dưới tác dụng bởi enzyme của vi sinh vật.
1.2.2. Phân loại
Phân loại lên men có thể dựa theo cơ chế, tác nhân, nguyên liệu, sản phẩm… Dựa vào cơ chế của quá trình lên men, có thể chia ra:
+ Lên men yếm khí là quá trình phân giải bằng enzyme các hợp chất hữu cơ phức tạp tạo thành các hợp chất đơn giản mà không cần sự tham gia của oxy phân tử. Cụ thể như lên men rượu, lên men lactic…
+ Lên men hiếu khí là quá trình phân giải bằng enzyme các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản nhưng cần phải có oxy tự do. Cụ thể như lên men acetic, lên men citric…
1.2.3. Các nhóm lên men chính
Trong sản xuất lên men, người ta thường dùng các vi sinh vật khác nhau như nấm mốc, nấm men và vi khuẩn. Dựa vào tác nhân cung cấp hệ enzyme, người ta chia ra làm 3 nhóm sản xuất lên men chính:
+ Lên men ứng dụng nấm men như trong sản xuất rượu etylic, glyxeric, sản xuất bia, sản xuất bánh mì…
+ Lên men ứng dụng vi khuẩn như sản xuất axit lactic, axit acetic, axit butyric… + Lên men ứng dụng nấm mốc như trong sản xuất axit citric, axit gluconic, axit fumaric…
1.2.4. Vi sinh vật sử dụng lên men (Nấm nhầy)
Các Nấm nhầy được xếp vào hai nhóm: những Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào (Myxomycetes) và những Nấm nhầy có cấu tạo tế bào (Acrasiomycetes), trước đây chúng được xếp vào Myxomycetes. Trong giai đoạn dinh dưỡng, chúng không có vách tế bào và chúng hấp thu chất dinh dưỡng hay lấy thức ăn theo kiểu amip; tương tự như kiểu dinh dưỡng của nguyên sinh động vật. Tuy nhiên, chúng thành lập vách xenlulose trong giai đoạn sinh sản và tạo bào tử có vách bên trong bào tử phòng như thế thì giống với Nấm.
Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào
Trong giai đoạn dinh dưỡng, Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào không có vách tế bào, chỉ là một khối chất nguyên sinh trần, chứa nhiều nhân được gọi là plasmodium. Chúng sống trên lá cây, gỗ mục hay những vật chất hữu cơ khác để lấy thức ăn. Dưới một số điều kiện nào đó những thể quả rất nhỏ được thành lập.
Loài Physarum polycephalum dễ nuôi trong phòng thí nghiệm khi cấy trên bột lúa kiều mạch.Trong giai đoạn dinh dưỡng, các plasmodium này có các dãy chất nguyên sinh chứa rất nhiều nhân và các nhân cùng phân chia đồng thời.Trước đây, chúng còn là đối tượng để nghiên cứu về đặc điểm của chất nguyên sinh, hiện nay thì chúng là đối tượng để nghiên cứu sự nguyên phân. Sau khi bào tử phòng phóng thích các bào tử, chúng nẩy mầm tạo ra những thể amip đơn tướng và có thể phát triển chiên mao. Những thể amip này có thể hoạt động như những giao tử, phối hợp và bắt đầu cho ra một plasmodium mới.
Nấm nhầy có cấu tạo tế bào
Nhóm này khác nhóm trên là trong giai đoạn dinh dưỡng gồm những tế bào riêng lẻ kiểu amip, được gọi là myxamoeba. Nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, các
myxamoeba này ăn các vi khuẩn bằng cách thực bào. Trong tự nhiên, Nấm nhầy có cấu tạo tế bào thường được tìm thấy trên chất hữu cơ thối rửa hay phân súc vật. Nhiều loài giới hạn sự phân bố trên phân của một loài động vật đặc biệt mà thôi. Thí dụ, một loài chỉ tìm thấy trên phân của khỉ howler (một loại khỉ có tiếng kêu rất lớn, sống ở Nam mỹ), trong khi một loài khác chỉ thấy sống trên phân của một loài đại bàng. Chúng vừa dinh dưỡng vừa phân cắt để gia tăng số lượng quần thể, trước khi bước vào giai đoạn sinh sản kế tiếp.
Có một điểm đáng chú ý là khi môi trường thiếu thức ăn, các tế bào kết dính lại thành một plasmodium giả (pseudoplasmodium) và chúng phản ứng lại với các kích thích của môi trường như một sinh vật duy nhất. Về sau plasmodium giả tạo ra thể quả mọc thẳng lên. Trong lúc này, các myxamoeba phân hóa thành hai loại tế bào: tế bào cuống và bào tử.
Một số thí nghiệm cho thấy có một yếu tố cảm ứng giúp cho các myxamoeba nhận ra các tế bào cùng loại để kết lại hay nhận ra các tế bào lạ để loại ra. Sự nhận diện này có sự tham gia của các glycoprotein hiện diện trên màng sinh chất chỉ vào vài giai đoạn của sự phát triển.[12]
1.3. Tổng quan về nước giải khát lên men
1.3.1. Tình hình nghiên cứu nước giải khát lên men
Nước giải khát là một loại đồ uống đóng vai trò rất quan trọng đối với đời sống của con người, ngoài việc cung cấp cho con người một lượng nước đáng kể để tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào, nó còn bổ sung cho cơ thể một lượng lớn các chất dinh dưỡng. Các loại muối khoáng ... đủ để bù đắp cho những hao hụt về năng lượng và dinh dưỡng đã bị tiêu hao trong các hoạt động sống của con người.
Vì vậy nước giải khát trở thành nhu cầu tất yếu không thể thiếu được đối với cuộc sống của con người.
1. Trong nước
Cho đến nay đã có một số sản phẩm từ trái cây như BLUEBIRD, TREETOP... là các sản phẩm không cồn của Florida (Mỹ) được sản xuất từ 100%
dịch trái nho, táo mà thành phần có nhiều loại vitamin, muối khoáng, độ đường khoảng 15 ÷ 18% đóng trong hộp kim loại có dung tích 160 ÷ 180ml. Một số sản phẩm có cồn thấp (6%V) mang nhãn hiệu: ARBOR MIST (Mỹ) được sản xuất từ rượu vang: nho, dâu, đào...có hàm lượng đường từ 12 ÷ 15% và nhiều loại vitamin, muối khoáng khác đã và đang được bán trên thị trường Việt Nam, được người tiêu dùng đánh giá cao, tuy nhiên giá của sản phẩm còn quá cao so với thu nhập của phần đông người tiêu dùng Việt Nam.
Việt Nam là nước nhiệt đới có khí hậu nóng và khô nên nhu cầu sử dụng nước giải khát rất lớn, mặc dù cho đến nay đã có một số công ty nước ngoài được cấp giấy phép đầu tư và sản xuất nước giải khát từ trái cây tại Việt Nam, song mức tiêu thụ bình quân của người Việt Nam mới chỉ đạt 0,16 lít/ người năm (là quá thấp so với nhiều quốc gia trong khu vực), trong khi nguồn nguyên liệu để sản xuất nước giải khát từ trái cây ở Việt Nam lại vô cùng phong phú, đa dạng, hoàn toàn có thể đáp ứng được các yêu cầu về nguyên liệu để sản xuất ổn định lâu dài lại đang có nguy cơ bị dư thừa do thiếu công nghệ chế biến phù hợp.
Việc nghiên cứu để sản xuất nước giải khát lên men từ trái cây là hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới và khu vực.
Tuy nhiên việc lựa chọn nguyên liệu để có thể mang lại một loại nước giải khát lên men chất lượng cao, giá cả lại thích hợp cho người tiêu dùng không phải là vấn đề đơn giản và nó cùng đang là vấn đề cấp thiết đối với ngành nước giải khát của Việt Nam. Bởi chọn nguyên liệu phải nghiên cứu nguyên liệu có thỏa mãn về thành phần dinh dưỡng, giá cả, mùa vụ, trữ lượng hay không hoặc có phù hợp với công nghệ sản xuất hay không. Dù chưa phổ biến nhưng những năm gần đây và trong tương lai nước giải khát lên men sẽ phổ biến hơn. Song để đạt được điều đó đòi hỏi các nhà thực phẩm của Việt Nam phải tiếp tục nghiên cứu để tận dụng các trái cây có sẵn tại Việt Nam sản xuất nước giải khát lên men nhằm đa dạng hóa sản phẩm.
Hiện tại, một số chuyên gia thực phẩm Viện nghiên cứu Hà Nội đã nghiên cứu thành công quy trình sản suất nước giải khát lên men từ nho, dâu, dứa.
Bên cạnh nước quả lên men từ một loại quả thì hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu nước quả lên men hỗn hợp.
Thực sự đây là một hướng đi mới của ngành. Hy vọng nó sẽ sớm tạo được dấu ấn trên thị trường trong thời gian gần nhất.
2.Trên thế giới
Trên thế giới sản phẩm đã nước giải khát nhanh chóng chiếm lĩnh và được thị trường chấp nhận. Trong số đó phải kể đến các hãng sản xuất nước giải khát nổi tiếng như: Cocacola, Pepsi-Cola, Nestle... có doanh thu đạt hàng tỉ USD/năm, với mặt hàng truyền thống là loại nước pha chế từ: đường, hương liệu, màu, CO2 và một số loại hóa chất khác đã chiếm lĩnh được thị trường quốc tế trong suốt thế kỉ 20.
Ngày nay, khi điều kiện sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng nước giải khát ngày càng tăng và đang từng bước chuyển dần từ loại nước giải khát pha chế truyền thống sang sử dụng loại nước giải khát có chứa các chất dinh dưỡng như các loại: axit amin, vitamin, muối khoáng.. được sản xuất từ các loại trái cây. Đây được coi là mặt hàng chiến lược chủ yếu của thế kỷ 21 nên nhiều quốc gia như Mỹ, Hà Lan, Liên Bang Đức, Nhật, Hàn Quốc, Úc, Thái Lan, Trung Quốc.. đã tập trung nghiên cứu và sản xuất được nhiều loại nước giải khát từ các loại trái cây: cam, dứa, xoài, sơ ri, ổi, táo, lê, dâu, mơ, nho, vải.. có chất lượng rất cao đã mau chóng chiếm lĩnh được thị trường.
Theo dự đoán của các nhà chiến lược: trong các loại nước giải khát được sản xuất từ trái cây thì loại nước giải khát lên men được đánh giá là mặt hàng “mạnh” trong tương lai vì đây là sản phẩm được đánh giá có giá trị dinh dưỡng cao nhờ quá trình lên men của vi sinh vật và rất phù hợp với thế hệ trẻ.
1.3.2. Các thành phần chính của nước giải khát lên men
Nước giải khát lên men là sản phẩm nhờ tác nhân vi sinh vật nấm men, nấm mốc và vi khuẩn từ môi trường lên men là nước quả tự nhiên. Trong quá trình lên men này, ngoài quá trình lên men rượu còn quá trình lên men axit hữu cơ (mà chủ yếu là chuyển từ các axit hữu cơ thành axit lactic ). Nhờ môi trường dinh dưỡng phong phú nên sản phẩm hình thành ngoài Ethanol còn có axit hữu cơ, Glyxerin và
các chất gây hương làm cho nước giải khát có hương vị đặc biệt mà các sản phẩm nước giải khát bình thường không có.
1. Cồn
Ethanol được hình thành trong quá trình lên men đường glucose, saccarose nhờ nấm men. Hàm lượng ethanol lên men tự nhiên thường đạt từ 70 ÷ 160cc/l (khoảng 7 ÷ 16 độ).
Ethanol là thành phần quan trọng vì chính nhờ ethanol mà làm cho nước giải khát lên men khác với nước giải khát bình thường. Ethanol có mùi thơm, vị hơi ngọt. Ethanol cùng với axit bay hơi, đường và nhiều thành phần khác có trong nước giải khát lên men tạo nên mùi vị hấp dẫn riêng biệt của nó. Vị của nước giải khát lên men được tạo nên từ tỷ lệ cân đối của 4 vị là : vị chua (axit hữu cơ), vị ngọt (Ethanol, glycerin, đường còn lại), vị chát (tanin, polyphenol), vị mặn (các muối khoáng).
2. Axit hữu cơ
Nguồn gốc của các axit hữu cơ là từ quả và hình thành trong quá trình lên men. Axit là một thành phần quan trọng của nước giải khát lên men. Tổng axit thường được cung cấp từ quả là chính khoảng 4 ÷ 5 g/l làm cho pH của nước giải khát từ 2,8 ÷ 3,5. Axit hữu cơ trong nước giải khát thường chia làm 2 nhóm là: nhóm có tác dụng tốt cho nước giải khát lên men và nhóm có tác dụng xấu.
Vai trò của các axit là tham gia tạo vị (vị chua) và tạo pH thấp từ đó làm ổn định sản phẩm.
Axit hữu cơ trong nước giải khát còn có một tác dụng là ngăn cản hoạt động của các vi khuẩn làm hỏng nước giải khát, ví dụ như một số axit sau: axit tactric 1,5 ÷ 4 g/l, axit malic 0 ÷ 4 g/l, axit xitric 0 ÷ 0,5 g/l, axit oxalic 0,06 g/l, các axit này thuộc loại các axit có tác dụng tích cực đến mùi vị và còn có tác dụng làm ổn định nước giải khát lên men trên phương diện chúng ngăn cản hoạt động của các vi khuẩn gây hại. Tuy nhiên các axit này cũng có tỷ lệ cân đối nếu cao quá cũng làm cho nước giải khát lên men có vị không hài hòa.
Ngoài ra còn có một số axit khác như : acetic, lactic, formic, butytric nhưng hàm lượng rất nhỏ, các axit này nếu hàm lượng cao sẽ làm cho nước giải khát lên men có vị kém. Đặc biệt, đối với axit cần lưu ý trong lên men tự nhiên thường tạo ra 0,4 g axit acetic, nếu vượt quá hàm lượng này sẽ làm cho vị chua thay đổi đáng kể và không thể uống được.
Tỷ lệ axit hữu cơ / ethanol / tanin hay sự cân đối giữa vị chua vị ngọt và vị chát là yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn tới mùi vị của nước giải khát lên men.
3. Đường
Đường là thành phần còn lại sau lên men trong đó chủ yếu là glucose, fructose và phần nhỏ galactose. Ngoài ra còn có các loại đường khác đặc biệt đường nghịch đảo đã tạo nên mùi thơm dễ chịu cho nước giải khát thành phẩm. Thành phần đường còn lại cũng là yếu tố tham gia tạo vị cho sản phẩm. Nếu trước khi lên men bổ sung đường saccarose thì toàn bộ bị thủy phân thành đường khử, vì vậy nếu phát hiện thấy đường saccarose trong nước giải khát thành phẩm tức là đường pha thêm.
4. Tro và các chất muối
Trong nước giải khát lên men có nguồn gốc từ nguyên liệu và một phần được bổ sung từ ngoài vào để nâng cao hiệu quả lên men. Một số chất khoáng như P, S, K, Na, Ca, Mg, Si, Se, Mn, Br, Cl, I, Al ... các chất khoáng này có thể tồn tại dưới dạng tự do hoặc có thể ở các dạng muối. Với mỗi quả khác nhau sẽ có hàm lượng khoáng và muối khác nhau. Hàm lượng của chúng trong nước giải khát lên men khoảng từ 1,5 ÷ 3g/l.
Vai trò của chất khoáng trong nước giải khát lên men là làm tăng giá trị dinh dưỡng và giá trị chữa bệnh cho con người. Đồng thời chất khoáng còn có vai trò quan trọng là tham gia tạo vị đậm đà cho nước giải khát và cùng với vị ngọt, vị chua, vị chát tạo nên vị hài hòa cho nước giải khát nên men.
5. Vitamin
Vitamin trong nước giải khát lên men chủ yếu là do nguyên liệu cung cấp và một phần được bổ sung từ ngoài vào. Các vitamin gồm: vitamin nhóm B,
vitamin C, vitamin A và các chất tiền vitamin A. Hàm lượng vitamin trong thành phẩm phụ thuộc rất lớn vào nguyên liệu, mỗi loại quả khác nhau sẽ có hàm lượng vitamin khác nhau. Vì vậy quá trình lên men cần điều chỉnh lại thành phần vitamin của nước quả, cần có phần bổ sung thêm vitamin, quá trình lên men không phá hủy hết vitamin của nước quả. Thực ra lên men là một kỹ thuật tốt để giữ lại các vitamin của nước quả.
6. Polyphenol
Các polyphenol phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và kỹ thuật sản xuất hàm lượng của chúng sẽ khác nhau nếu nguyên liệu khác nhau và kỹ thuật sản xuất khác nhau. Đối với nước giải khát lên men polyphenol có vai trò:
+ Tạo màu cho nước giải khát : Trong đó flavonol cho màu vàng, antoxian cho màu đỏ.
+ Tạo vị chát.
+ Ổn định thành phẩm, kéo dài thời gian bảo quản do các polyphenol và tanin có khả năng kháng khuẩn mạnh.
Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng : Tanin dễ bị oxi hóa làm cho nước giải khát lên men có màu sẫm lại, đây là yếu tố không tốt cần phải lưu ý trong quá trình xử lý dịch quả trước khi lên men. Nếu hàm lượng polyphenol cao sẽ làm cho nước giải khát lên men có vị chát mạnh, ảnh hưởng không tốt đến mùi vị và làm cho vị bị kém đi. Đồng thời sẽ tạo nên hàm lượng tanin cao gây kết tủa protein của nước quả làm cho nước giải khát bị đục. [ 9]
1.4. Công dụng của đồ uống lên men trên môi trường nước trà
Đồ uống lên men trên môi trường nước trà bằng nấm nhầy còn có tên gọi là