3.2.1 Khảo sát hàm lượng đường bổ sung.
Đƣờng vừa đóng vai trò là cơ chất thêm vào cho vi khuẩn hoạt động tạo acid lactic, vừa tạo vị ngọt cho sản phẩm sau khi lên men.
Nếu nồng độ đƣờng sucrose trong dịch lên men càng cao, lƣợng acid lactic sinh ra càng lớn. Tuy nhiên, nếu nồng độ đƣờng trong dịch lên men quá cao sẽ tạo áp suất thẩm thấu lớn, phá vỡ cân bằng sinh lý của vi khuẩn lactic, làm cho vi khuẩn bị ức chế, giảm khả năng sinh trƣởng và phát triển. Ngƣợc lại, nếu nồng độ đƣờng quá ít, hàm lƣợng acid lactic tạo thành ít, lƣợng đƣờng sót còn lại trong dịch lên men ít, ảnh hƣởng đến chất lƣợng cảm quan sản phẩm. Vì vậy, trong lên men, cần khảo sát nồng độ đƣờng ban đầu thích hợp để tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic hoạt động tối ƣu, đồng thời đạt chất lƣợng cảm quan sản phẩm tốt nhất.
45
Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng đƣờng bổ sung ban đầu đến quá trình lên men lactic, tiến hành thí nghiệm với hàm lƣợng đƣờng ban đầu thay đổi, đồng thời cố định pH của dịch lên men ở pH 5, tỉ lệ cấy giống 5%, lên men ở nhiệt độ 37oC trong 24 giờ.
Bảng 3.2 Khảo sát hàm lƣợng đƣờng bổ sung vào dịch cà chua lên men. Lƣợng đƣờng bổ sung (g/100ml) Brix trƣớc lên men Brix sau lên men pH Hàm lƣợng acid lactic (%) Mùi vị sản phẩm 5 11.2 9 3.62 4.5 Vị chua nhiều 7 13.6 10 3.62 4.5 Vị chua nhiều 10 16 12.6 3.59 6.75 Chua 13 17.4 14.4 3.59 6.75 Chua 15 18.8 16 3.56 7.2 Chua và ngọt vừa 17 20 16.6 3.56 7.2 Ngọt có vị chua 20 24 19.4 3.6 6.75 Ngọt đậm. 25 26 22.6 3.6 6.3 Ngọt có mùi đƣờng
Từ kết quả bảng cho thấy, khi nồng độ chất khô ban đầu ( độ Brix) tăng từ 11.2 đến 26 thì nồng độ chất khô sau lên men cũng tăng tƣơng ứng từ 9 đến 22.6. Hàm lƣợng đƣờng sót trong các mẫu tăng dần theo nồng độ chất khô ban đầu, hàm lƣợng này càng lớn sẽ tạo ra vị ngọt khác nhau, ảnh hƣởng đến hậu vị và chất lƣợng cảm quan sản phẩm.
46
Đồ thị 3.2 Tƣơng quan giữa hàm lƣợng đƣờng bổ sung và acid lactic.
Khi lƣợng đƣờng bổ sung thay đổi từ 5g đến 25g / 100ml dịch nƣớc ép cà chua, pH thay đổi trong khoảng 3.56 đến 3.62, độ Brix tăng dần từ 9 đến 22.6, hàm lƣợng acid lactic thay đổi trong khoảng từ 4.5 – 7.2% .
Từ kết quả đƣợc trình bày trong đồ thị 3.2 cho thấy, khi hàm lƣợng đƣờng bổ sung tăng, hàm lƣợng acid lactic sau lên men tăng, đạt cao nhất ở mẫu bổ sung 15 và 17 g đƣờng, tƣơng ứng với độ Brix 18.8 và 20. Tuy nhiên, độ Brix trong dịch lên men cao quá sẽ gây ức chế sự sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn. Khi tăng nồng độ chất khô lên 24 và 26oBx, lƣợng lactic giảm, do dịch lên men có nồng độ đƣờng cao, tạo áp suất thẩm thấu lớn, mất trạng thái cân bằng sinh lý của tế bào, ức chế hoạt động của vi khuẩn. Về mặt kinh tế, nếu lên men với nồng độ chất khô lớn, thì cần phải bổ sung lƣợng sucrose lớn vào dịch trƣớc lên men, điều này làm tăng chi phí sản xuất, dẫn đến tăng giá thành sản phẩm.
Dựa vào số liệu thu đƣợc cũng nhƣ đánh giá cảm quan sơ bộ, hàm lƣợng đƣờng thích hợp bổ sung vào dịch lên men đƣợc chọn là 17g/100ml dịch lên men, và là tiền đề cho các khảo sát tiếp theo.
3.2.2 Khảo sát tỉ lệ giống cấy.
Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm lên men, trong đó tỉ lệ giống cấy có những ảnh hƣởng nhất định. Mật độ vi khuẩn trong môi trƣờng tăng sinh giống cần đƣợc duy trì với mức độ ổn định và thuẩn khiết để giúp tăng độ chính xác khi đánh giá quá trình lên men thông qua các thông số lên men.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Hàm lƣ ợng acid lactic (%) Hàm lƣợng đƣờng bổ sung (g/100ml) 25 5 7 10 13 15 17 20
47
Trong quá trình lên men, tỉ lệ giống cấy ban đầu ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm lên men.
Nếu lƣợng giống ban đầu quá ít thì thời gian để vi khuẩn tăng trƣởng và phát triển đạt mật độ cần thiết cho quá trình lên men kéo dài, sẽ dễ bị tạp nhiễm. Ngƣợc lại, nếu lƣợng giống cấy quá cao, sẽ rút ngắn thời gian lên men, hạn chế đƣợc tạp nhiễm, tuy nhiên, nếu thời gian lên men quá ngắn, hƣơng vị của sản phẩm lên men sẽ bị ảnh hƣởng do sản phẩm chƣa ổn định về tính acid, độ ngọt hay mùi hƣơng.
Vì vậy, việc xác định tỉ lệ giống cấy thích hợp không những sẽ rút ngắn thời gian lên men mà còn góp phần nâng cao chất lƣợng cảm quan của sản phẩm.
Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ men giống cho vào dịch lên men, nƣớc ép cà chua đƣợc lên men với hàm lƣợng đƣờng bổ sung 17g/100ml tƣơng ứng với nồng độ chất khô hòa tan là 20o Bx, pH 5, tỉ lệ giống cấy thay đổi 3%, 5%, 7%, 9%, và 11%, mật độ tế bào giống 3.88 x 108. Tiến hành khảo sát tỉ lệ giống cấy khi lên men. Kết quả thu nhận đƣợc nhƣ sau:
Bảng 3.3 Khảo sát tỉ lệ giống cấy. Tỉ lệ giống (ml giống/ 100ml dịch lên men) pH Hàm lƣợng acid lactic (%) Brix 3 3.62 5.4 16.8 5 3.60 5.85 16.8 7 3.59 6.75 16.2 9 3.59 6.75 16.2 11 3.54 7.2 15.8
Khi tăng tỉ lệ giống từ 3% đến 7 %, nồng độ chất khô sau lên men giảm từ 16.8 xuống 16.2, điều này có nghĩa là lƣợng đƣờng đƣợc vi khuẩn sử dụng tăng lên. Acid lactic tạo thành tăng lên từ 5.4 đến 6.75.
Sự ảnh hƣởng của tỉ lệ giống cấy đến quá trình lên men đƣợc thể hiện rõ hơn trong đồ thị 3.3.
48
Đồ thị 3.3 Tƣơng quan giữa tỉ lệ giống cấy và hàm lƣợng acid lactic, độ Brix. Thời gian lên men là một vấn đề quan trọng và phụ thuộc bởi nhiều yếu tố nhƣ pH, nhiệt độ…mà trên hết là số lƣợng và chất lƣợng giống vi sinh vật. Vì vậy cần tiến hành khảo sát hàm lƣợng acid lactic phụ thuộc vào thời gian lên men với cùng một tỉ lệ giống cấy trong 72h.
Bảng 3.4 Tƣơng quan tỉ lệ giống cấy, thời gian lên men và hàm lƣợng acid lactic. Tỉ lệ giống
(ml/100ml) 12 (giờ) 24 (giờ) 36 (giờ) 48 (giờ) 60 (giờ) 72 (giờ)
3 4.5 4.85 5.4 6.3 9.45 9.9 5 5.4 5.85 6.3 6.75 9.9 9.45 7 5.4 6.3 7.2 9.9 9.45 6.3 9 6.3 6.3 7.2 9.9 9.45 6.3. 11 6.3 7.2 9.9 9.45 8.1 7.2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tỉ lệ giống cấy (%) acid lactic (%) Brix 3 5 7 9 11
49
Đồ thị 3.4 Tƣơng quan tỉ lệ giống, thời gian lên men và hàm lƣợng acid lactic. Ở giai đoạn đầu lên men, vi khuẩn thích nghi với môi trƣờng, lên men lactic không đáng kể, tốc độ lên men phụ thuộc lƣợng giống cho vào ban đầu. Đến lúc đi vào trạng thái cân bằng, vi khuẩn phát triển và lên men mạnh, hàm lƣợng acid lactic sinh ra nhiều. Khi alctic tăng, pH giảm ức chế lại vi khuẩn, hoạt lực lên men giảm dần.
Trong 72 giờ lên men, ta thấy:
Với tỉ lệ giống 3%, 5%, lƣợng giống ít, thời gian lên men kéo dài, hoạt lực lên men mạnh nhất lúc 72 giờ với 3% giống và 60 giờ với 5%.
Với tỉ lệ giống 11%, vi khuẩn lên men mạnh, hàm lƣợng chất khô sau lên men đạt thấp nhất, lƣợng acid lactic tạo ra nhiều, ức chế một phần hoạt động của vi khuẩn. Hoạt lực lên men mạnh nhất lúc 36 giờ.
Riêng với tỉ lệ cấy giống 7% và 9%, hoạt lực lên men lactic đạt cao nhất lúc 48 giờ. Nhƣ vậy, sử dụng tỉ lệ giống 7%, 9% thì thời gian lên men rút ngắn 12 giờ so với tỉ lệ giống là 3%, 5 %. Tuy không có sự khác biệt lớn về hàm lƣợng chất khô sau lên men, hàm lƣợng acid lactic, pH giữa tỉ lệ cấy giống 7% và 9%, nhƣng sản phẩm là định hƣớng probiotic nên lƣợng vi khuẩn probiotic tồn tại trong sản phẩm là yếu tố
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 36 48 60 72 Hàm lƣ ợng acid lactic (%)
Thời gian lên men ( giờ)
3% 5% 7% 9% 11%
50
quan trọng, vì vậy tỉ lệ giống 9% đƣợc chọn là tối ƣu nhất, và là tiền đề cho khảo sát tiếp theo.
Với tỉ lệ giống 9%, tiếp tục khảo sát số lƣợng tế bào vi khuẩn probiotic trong sản phẩm trong 72 giờ lên men. Kết quả thu nhận đƣợc nhƣ sau:
Bảng 3.5 Tƣơng quan thời gian lên men và số lƣợng vi khuẩn probiotic. Thời gian (giờ) 12 24 36 48 60 72 Số tế bào (cfu/ml) 1.23 x 10 9 4.03 x 109 1.30 x 1010 4.6 x 10 10 2.32x 1010 9.7 x 109
Dựa vào số liệu thu nhận đƣợc cùng với đánh giá cảm quan sơ bộ ban đầu, tỉ lệ giống cấy lên men 9% và thời gian lên men 48 giờ là tối ƣu nhất.
3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ là yếu tố đóng vai trò quan trọng trong lên men, nhiệt độ thích hợp sẽ tạo điều kiện tối ƣu cho vi khuẩn phát triển, lên men đạt chất lƣợng sản phẩm tốt. Tiến hành lên men dịch cà chua với hàm lƣợng chất khô ban đầu là 20o Bx (tƣơng ứng với 17g đƣờng/100ml), cố định ở pH 5, lƣợng giống cấy 9%, lên men trong 48 giờ dƣới các điều kiện nhiệt độ khác nhau để tìm nhiệt độ lên men thích hợp nhất.
Bảng 3.6 Khảo sát nhiệt độ lên men. Nhiệt độ
(oC) pH
Hàm lƣợng acid
lactic (%) Độ Brix Số lƣợng vi khuẩn lactic (cfu/ml)
28 3.64 4.0 17.8 2 x 108
37 3.43 9.9 16.2 3.70 x 1010 40 3.46 9.45 16 3.88 x 1010
51
Đồ thị 3.5 Tƣơng quan nhiệt độ lên men và hàm lƣợng acid lactic. Ở nhiệt độ phòng 28o
C, hoạt lực lên men lactic yếu, giống cũng tăng trƣởng nhƣng với một lƣợng nhỏ so với lƣợng giống ban đầu, pH 3.55 và hàm lƣợng acid lactic chỉ đạt 4%.
Ở nhiệt độ 37 – 40o
C, hoạt lực lên men của vi khuẩn B. bifidum là mạnh nhất, giống tăng trƣởng và phát triển tốt, pH giảm mạnh và hàm lƣợng acid lactic tăng mạnh, đạt 9.9%.
Với nhiệt độ 45oC, hoạt lực lên men yếu nhất, giống tăng trƣởng và phát triển yếu. Điều này phù hợp với thực tế, chủng P10 Bifidobacterium bifidum là chủng đƣợc phân lập từ ngƣời, không có khả năng tăng trƣởng dƣới nhiệt độ 20oC và trên 46OC, nhiệt độ tối ƣu cho sự sinh trƣởng và phát triển là 37 – 41oC.
Tuy nhiên, nếu sử dụng nhiệt độ 37oC, lƣợng nhiệt cần cung cấp cho quá trình lên men sẽ giảm đi, mặt khác, nhiệt độ 37oC chính là thân nhiệt của ngƣời bình thƣờng, sản phẩm nƣớc cà chua giàu probiotic định hƣớng là một sản phẩm probiotic, do đó nhiệt độ lên men 37O
C là nhiệt độ lí tƣởng để sản phẩm tiếp tục phát huy hoạt lực probiotic khi chuyển vào cơ thể ngƣời sử dụng. Vì vậy, chọn nhiệt độ lên men 37oC, kết quả này sẽ là tiền đề cho các khảo sát tiếp theo.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 28 37 40 45
Nhiệt độ lên men (o C)
độ Brix
acid lactic % log cfu/ml
52
3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng của pH.
Đối với dịch pure cà chua, pH dao động từ 4.3 – 4.42. Trong đề tài này, cà chua đƣợc sử dụng từ một nguồn cung cấp ổn định, chất lƣợng chín của quả tƣơng đối đều nhau, dịch pure có pH 4.38. Độ chua của dịch do các thành phần acid hữu cơ tạo nên, là một phần quan trọng của dịch pure cà chua, hàm lƣợng acid ảnh hƣởng đến độ pH của dịch ép, tác động trực tiếp đến hoạt động của vi khuẩn.
Bifidobacterium bifidum có thể phát triển trong môi trƣờng acid, nhƣng không là vi sinh vật ƣa acid. Nếu pH môi trƣờng cao, giúp vi khuẩn phát triển tốt, nhƣng đồng thời các tạp khuẩn cũng dễ phát triển, có thể dẫn đến làm hỏng sản phẩm lên men. Ngƣợc lại, nếu pH thấp, nồng độ ion H+ có trong môi trƣờng lớn, ức chế vi khuẩn sinh trƣởng và phát triển. Do vậy, cần thiết phải tiến hành thực nghiệm để chọn vùng pH tối ƣu cho quá trình tạo sản phẩm.
Trong thí nghiệm này, dịch lên men đƣợc chuẩn bị với các thông số: 20o Bx, tỉ lệ giống 9%, khảo sát sự thay đổi pH ở 4.5, 5, 5.5 và không kiểm soát pH. Sau 48 giờ lên men, lấy mẫu và xác định các chỉ tiêu pH, nồng độ chất khô, acid lactic và mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm.
Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hƣởng của pH pH ban đầu pH sau khi lên
men
Hàm lƣợng
acid lactic Độ Brix Số lƣợng vi khuẩn lactic (cfu/ml) 4.5 3.40 9.45 16.6 3.52 x 1010 5 3.60 9.45 16.2 3.7 x 1010 5.5 3.70 9.0 16.2 3.64 x 1010 Không kiểm soát 3.29 9.0 16.6 3.47 x 10 10
53
Đồ thị 3.6 Tƣơng quan hàm lƣợng acid lactic, độ Brix và số lƣợng vi khuẩn lactic với pH
Khi thay đổi pH ban đầu từ vùng không kiểm soát pH đến pH 5.5, vùng pH sau lên men dao động từ 3.29 đến 3.70; độ Brix dao động trong khoảng 16.2 – 16.6 và hàm lƣợng acid lactic nằm trong khoảng từ 9.0 – 9.45. Số lƣợng vi khuẩn lactic sinh trƣởng và phát triển trong dịch sau lên men mạnh nhất với pH 5. Tuy nhiên với pH từ vùng không kiểm soát đến 5.5 thì số lƣợng vi khuẩn lactic cũng phát triển tốt, sự khác biệt không đáng kể. Hơn nữa, theo nhƣ Kiymet Goven (2005) đã chứng minh rằng với pH nhỏ hơn 4.9 thì sẽ ngăn chặn sự phát triển của Bacillus cereus trong sản phẩm [18]. Vì vậy, lên men nƣớc cà chua ép với vùng pH ban đầu 4.5 - 5.
Nhƣ vậy, khảo sát lên men với các điều kiện tối ƣu đạt đƣợc nhƣ sau: Lƣợng đƣờng sucrose bổ sung là 17g/ 100ml.
Tỉ lệ giống cấy thích hợp là 9% (mật độ giống ổn định 4 x 108 CFU/ml)
Nhiệt độ lên men tối ƣu là 37o C Vùng pH trƣớc khi lên men 4.5 – 5.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
không kiểm soát 4.5 5 5.5
pH
độ Brix acid lactic log cfu/ml
54
3.2.5 Khảo sát tỉ lệ pha loãng pure cà chua trƣớc lên men.
Lên men nƣớc ép cà chua ở các độ pha loãng khác nhau sẽ cho sản phẩm sau lên men có mùi vị rất khác nhau. Nếu dịch ép trƣớc lên men quá loãng sẽ làm giảm hƣơng vị đặc trƣng chuyển tải vào dịch lên men, ngƣợc lại, nếu dịch lên men quá đậm, sản phẩm sẽ có mùi hăng nồng của cà chua. Do đó với mục đích chọn sản phẩm có mùi vị đạt chất lƣợng cảm quan cao, có tính kinh tế, nƣớc ép cà chua đƣợc tiến hành pha loãng trƣớc khi bổ sung giống cho quá trình lên men. Nƣớc ép cà chua ở các tỉ lệ pha loãng khác nhau, trƣớc khi lên men sẽ đƣợc điều chỉnh để đảm bảo các thông số tối ƣu cho quá trình lên men.
Tiến hành khảo sát thành phần cà chua ở tỉ lệ pha loãng 1 : 0, 2 : 1, 1 : 1. Bảng 3.8 Thành phần nƣớc ép cà chua ở các nồng độ pha loãng Tỉ lệ nƣớc ép cà chua : nƣớc M1 (1 : 0) M2 (2 : 1) M3 (1 : 1) Nồng độ chất khô(Brix) 4.8 4.27 4.25 pH 4.38 4.34 4.34 Hàm lƣợng acid (%) 3.1 2.9 2.8
Từ kết quả khảo sát tỉ lệ pha loãng nƣớc ép cà chua đƣợc trình bày trong bảng, cho thấy, khi pha loãng nƣớc ép cà chua ở tỉ lệ 2 : 1, 1 : 1 thì nồng độ chất khô hòa tan (Brix) cũng giảm.
55
Dựa vào hình ảnh thu đƣợc thì khi pha loãng, màu đỏ đặc trƣng của nƣớc ép cà chua nhạt dần so với mẫu không pha loãng, và màu đỏ nhạt dần theo thứ tự pha loãng dần, mẫu M1 không pha loãng, có màu đỏ đậm nhất, tiếp đến là mẫu M2 pha loãng với tỉ lệ 2 : 1, và cuối cùng là mẫu M3 pha loãng với tỉ lệ 1 : 1, điều này phù hợp với lí