Đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất thử nghiệm nước táo lên men bổ sung caramen

i

LỜI CẢM ƠN
Qua hơn 3 tháng nghiên cứu làm đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất thử
nghiệm nước táo lên men bổ sung caramen” đến nay đã được hoàn thành.
Em xin gửi lời cảm ơn đến ThS.Trần Thanh Giang đã tận tình giúp đỡ hướng
dẫn em hoàn thành đề tài này.
Em chân thành biết ơn quý thầy cô giáo trong khoa Chế Biến đã truyền đạt cho
em những kiến thức quý báu trong thời gian qua. Xin cảm ơn các cán bộ các phòng,
bộ môn: Công Nghệ Thực Phẩm, Công Nghệ Chế Biến, Hóa Sinh - Vi Sinh, khoa
Chế Biến, trường Đại Học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành
đề tài.
Em cũng xin cám ơn gia đình, bạn bè, các anh chị khóa trước đã động viên,
đóng góp ý kiến giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày 15 tháng 6 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Khuyên


ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
NGK: Nước giải khát
HSQT: Hệ số quan trọng
ĐCCTL: Điểm chưa có trọng lượng
VSV: Vi sinh vật
ĐTH: Đường thích hợp
pH TH: pH thích hợp
TLMTH: Tỷ lệ men thích hợp
tTH: Thời gian thích hợp

ĐTBCTL: Điểm trung bình có trọng lượng
h: giờ
CLCQ: Chất lượng cảm quan
ĐCQ: Điểm cảm quan


1

MỞ ĐẦU
Trái cây tươi không những là sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, mà còn là
thực phẩm tươi phục vụ trực tiếp trong đời sống hàng ngày như cung cấp vitamin,
acid hữu cơ, muối khoáng…cho con người. Do nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm nên
việc bảo quản trái cây tươi là rất khó, dễ bị thối, hỏng sau khi thu hoạch và vận
chuyển làm giảm phẩm chất ban đầu của trái cây. Do đó bên cạnh việc bảo quản trái
cây tươi thì việc chế biến các loại trái cây cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng nhằm
nâng cao giá trị sử dụng của các loại trái cây và phù hợp với nhu cầu, thị hiếu của
người tiêu dùng, đồng thời tạo ra ngành sản xuất mới góp phần tạo việc làm ổn định
và tăng thu nhập làm cho người dân.
Từ lâu chúng ta đã biết chế biến trái cây bằng nhiều phương pháp tạo ra các
sản phẩm khác nhau nhưng vẫn giữ được giá trị dinh dưỡng và cung cấp năng lượng
cho con người như: sản phẩm trái cây ướp đường, trái cây nấu chín, mứt trái cây sấy
khô, dịch trái cây lên men để tạo ra các sản phẩm rượu, nhưng việc chế biến trái cây
để tạo ra sản phẩm nước giải khát lên men có độ cồn thấp thì còn rất ít. Mỗi loại trái
cây sau khi lên men đều có hương vị thơm ngon riêng biệt cho ta cảm giác sảng
khoái. Nước ta là xứ sở của các loại trái cây nhiệt đới như: nho, xoài, dứa, mít… có
thể nói đây là nguồn nguyên liệu đa dạng phong phú cho việc nghiên cứu và chế
biến các loại nước giải khát lên men có độ cồn thấp.
Nước giải khát lên men từ táo tây bổ sung caramen là một sản phẩm hoàn toàn
mang tính tự nhiên, là một loại NGK sử dụng nấm men saccharomyces lên men từ
dịch chiết trái táo tây tạo rượu etylic và CO2. Nhờ đó khi uống ta có cảm giác mát

lạnh nhờ CO2, vị thơm nồng của rượu etylic và táo tây. Điều đặc biệt là trong quá
trình sản xuất không sử dụng hóa chất bảo quản, không màu thực phẩm, phù hợp với
xu hướng tiêu dùng hiện đại. Đây là sản phẩm giàu chất dinh dưỡng, rất tốt cho sức
khỏe nếu uống điều độ, rất thích hợp cho người tiêu dùng đặc biệt là giới trẻ, phù
hợp cho cả người già và phụ nữ.


2

Từ những ý tưởng trên, được sự đồng ý của khoa Chế Biến, bộ môn Công
Nghệ Thực Phẩm, ThS.Trần Thanh Giang em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu quy trình sản xuất thử nghiệm nước táo lên men bổ sung caramen”.
Mục đích của đề tài
- Xây dựng quy trình chế biến thử nghiệm nước giải khát lên men dịch táo tây
- Xác định hàm lượng đường, pH, tỷ lệ nấm men bổ sung, thời gian lên men .
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Là cơ sở cho việc áp dụng vào việc nghiên cứu sản xuất các sản phẩm nước
giải khát lên men từ nhiều loại trái cây khác.
- Thành công của đề tài sẽ ra được các thông số thích hợp cho quy trình sản
xuất, nhằm áp dụng vào sản xuất với quy mô công nghiệp, tạo ra sản phẩm mới, làm
đa dạng hóa sản phẩm đồ uống.
- Tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào mà thiên nhiên đã ban tặng cho đất nước
Việt Nam, tạo nguồn thu nhập ổn định cho người dân.
- Trong quá trình học tập, tìm hiểu và nghiên cứu để thực hiện đề tài này em đã
cố gắng nhiều. Song, do trình độ hiểu biết còn hạn chế, một số điều kiện không cho
phép và trong quá trình làm thí nghiệm không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em rất
mong được sự xem xét, góp ý của thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!

3

Chương I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về tình hình sản xuất NGK
Nước giải khát là loại đồ uống đóng vai trò rất quan trọng đối với đời sống con
người, ngoài việc cung cấp cho con người một lượng nước đáng kể nó còn bổ sung
cho cơ thể một lượng lớn các chất dinh dưỡng, các loại muối khoáng, cung cấp
nguồn năng lượng lớn cho cơ thể. Vì vậy nước giải khát trở thành nhu cầu tất yếu
không thể thiếu được đối với cuộc sống của con người.
1.1.1. Tình hình sản xuất NGK trên thế giới
Ngành sản xuất NGK đang phát triển với tốc độ rất nhanh cả về chủng loại và
số lượng, nhanh chóng chiếm lĩnh và được thị trường chấp nhận trong suốt thế kỷ
XX. Trong số đó phải kể đến các hãng sản xuất nước giải khát nổi tiếng như:
Cocacola, Pepsicola, Nestle… với mặt hàng truyền thống là loại NGK pha chế từ:
Đường, hương liệu, màu, CO2 và một số loại hoá chất khác.
Ngày nay, khi điều kiện sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu
cầu sử dụng NGK ngày càng tăng và đang từng bước chuyển dần từ loại NGK pha
chế truyền thống sang sử dụng loại NGK 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 XXI, nên nhiều quốc gia như: Mỹ, Hà
Lan, Đức, Nhật, Hàn Quốc, Úc, Thái Lan, Trung Quốc…đã và đang tập trung
nghiên cứu và sản xuất được nhiều loại NGK từ các loại trái cây như: Cam, dứa,
xoài, sơri, ổi, táo, lê, dâu, mơ, nho, vải…có chất lượng rất cao phù hợp với nhu cầu
ngày càng cao của khách hàng.
Theo dự đoán của các nhà chiến lược trong các loại NGK được sản xuất từ trái
cây thì loại NGK lên men được đánh giá là mặt hàng “mạnh” trong tương lai và rất
phù hợp với thế hệ trẻ vì đây là sản phẩm được đánh giá có giá trị dinh dưỡng cao
nhờ quá trình lên men của vi sinh vật. 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,

4

độ đường khoảng 15÷18% đóng trong hộp kim loại có dung tích 160÷180ml. Một số
sản phẩm có lượng 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.
1.1.2. Tình hình sản xuất NGK trong nước
Việt Nam có khí hậu nóng và khô, nên nhu cầu sử dụng NGK rất lớn. Hiện nay
trên thị trường Việt Nam có rất nhiều sản phẩm NGK của các hãng nổi tiếng như
Number one, Cocacola, Pepsicola và một số hãng sản xuất nhiều loại NGK với
nhiều hương vị khác nhau (nho, mận….), nhưng đa số được pha chế từ đường và
các hóa chất thực phẩm. Những loại nước uống này hoàn toàn không có dinh dưỡng
mà chỉ có một ít năng lượng là đường, và nếu sử dụng đường hóa học lại còn có hại
đối với sức khỏe người tiêu dùng.
Mặc dù cho đến nay đã có một số công ty nước ngoài được cấp giấy phép đầu
tư và sản xuất NGK 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 NGK 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.
NGK lên men từ dịch trái cây không qua chưng cất, có độ cồn thấp được xem
là loại nước uống tự nhiên có lợi cho sức khỏe vì có chứa nhiều chất dinh dưỡng của
trái cây. NGK lên men chứa một lượng cồn thấp, nhiều người có thể uống được kể
cả phụ nữ và người già, cồn etylic trong NGK lên men tự nhiên rất tinh khiết. Việc
nghiên cứu để sản xuất NGK lên men từ trái cây là hoàn toàn phù hợp với xu thế
phát triển chung của thế giới và khu vực.

5

1.2. Giới thiệu về táo tây
1.2.1. Nguồn gốc và đặc điểm
Táo tây, còn gọi là bôm (phiên âm từ tiếng Pháp: pomme) có danh pháp khoa
học là Malus domestica. Loài cây thân gỗ này thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae). Đây
là một trong những loại cây ăn trái phổ biến nhất.
a. Cây táo tây
Cây táo tây có nguồn gốc ở Trung Á, hiện vẫn còn loài táo dại tổ tiên của táo
tây mọc ở vùng này. Táo trồng có năng suất và kích thước cây khác nhau, kể cả khi
mọc từ cùng loại gốc ghép. Có hơn 7500 giống táo trồng với nhiều đặc tính mong
muốn. Sản lượng táo tây năm 2005 trên toàn thế giới là trên 55 triệu tấn, tổng giá trị
khoảng 10 tỷ đô la Mỹ. Trong đó, sản lượng của Trung Quốc chiếm 35%. Mỹ là
nước có sản lượng táo cao thứ nhì, chiếm hơn 7.5% tổng sản lượng thế giới. Thổ
Nhĩ Kì, Pháp, Italia, và Iran cũng là những nước xuất khẩu táo hàng đầu.
Cây táo tây cao khoảng 3÷12 m, tán rộng và rậm. Đến thu cây rụng lá. Lá táo
hình bầu dục, rộng 3÷6 cm, dài 5÷12 cm; đầu lá thắt nhọn với cuống lá (petiole)
khoảng 2÷5 cm. Rìa lá dạng răng cưa.

Hình 1.1: Cây táo tây


6

b. Hoa
Hoa táo nở vào mùa xuân cùng lúc khi mầm lá nhú. Hoa sắc trắng, có khi pha
chút màu hồng rồi phai dần. Hoa có năm cánh, đường kính 2.5÷3.5 cm.

Hình 1.2: Hoa táo tây

c. Quả
Trái táo tây chín vào mùa thu và thường có đường kính cỡ 5÷9 cm, ruột táo bổ
ra có năm "múi" (carpel) chia thành ngôi sao năm cánh, mỗi múi có 1÷3 hột.

Hình 1.3: Quả táo tây
Tiết diện ngang quả táo cho thấy từ ngoài vào là vỏ mỏng (màu đỏ), thịt (trắng
xanh), và ruột 5 múi với hột màu nâu.


7

1.2.2. Thu hoạch và bảo quản táo tây
Thu hoạch táo tây tốt nhất khi quả chín. Trong quá trình thu hái nên cắt để
tránh ảnh hưởng đến quả non và cây. Táo được bọc từng quả trong túi xốp hở để
tránh dập trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Táo được bảo quản lạnh sẽ tươi
lâu hơn là để ở nhiệt độ bình thường.
1.2.3. Thành phần hóa học và vai trò của táo tây
1.2.3.1. Thành phần hóa học
Bảng 1.1: Bảng thành phần hóa học của táo
Thành phần
Nước

Hàm lượng
84.6%

Đường chuyển hóa

7.5÷11.6%

Đường mía

1.27÷2.99%

xenlulose

0.2÷4.1%

Chất chát

0.025÷0.1 (mg/100g)

Chất khoáng

0.4%

Chất đạm

<1%

Caroten

0.08 (mg/100g)

Vitamin B1

0.01 (mg/100g)

Vitamin B2

0.01 (mg/100g)

Canxi

11 (mg/100g)

photpho

9 (mg/100g)

Sắt

0.3 (mg/100g)

Axit malic

1.7 (mg/100g)

Axit citric

0.13 (mg/100g)

Pectin

4.57%


8

1.2.3.2. Công dụng của trái táo tây
Táo có nhiều công dụng đối với sức khỏe con người, cả về giá trị dinh dưỡng
và công dụng phòng, trị bệnh.
• Giảm đau đầu
Táo có đầy đủ các vitamin C và khoáng chất, là nguồn dinh dưỡng khá tốt.
Uống nước táo ép và xoa nhẹ nước táo lên đầu và vùng thái dương có tác dụng làm
giảm căng thẳng, bớt đau đầu.
• Tăng cường trí nhớ
Uống nước ép từ quả táo có thể giúp cải thiện chức năng não và tốt cho các
bệnh nhân Alzheimer (mất trí nhớ). Nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học
Massachusetts Lowell (Mỹ), nước ép táo có thể thúc đẩy việc sản sinh chất
acetylcholine trong não vốn cần thiết cho trí nhớ. Các nhà khoa học hy vọng với
phát hiện này, trong tương lai các chế phẩm từ táo, nước ép từ quả táo có thể được
xem là loại thuốc trị chứng mất trí nhớ hữu hiệu.
• Giảm bệnh tim mạch, đột quỵ
Táo rất giàu pectin–một chất xơ hòa tan đã được biết đến để làm giảm
cholesterol. Ăn hai quả táo mỗi ngày đã giảm mức cholesterol trong máu đến 16%.
Vì thế nó rất tốt cho việc giúp cho máu lưu thông và giảm chứng xơ vữa động mạch.
Các chuyên gia dinh dưỡng khuyên rằng để giảm nguy cơ mắc các bệnh tim
mạch, mọi người nên thêm vài quả táo vào trong chế độ ăn hàng ngày. Quả táo còn
là lựa chọn tối ưu giúp ngừa chứng đột quỵ, nhất là đối với những người cao tuổi.
Các nhà khoa học đã tìm thấy sự liên quan rõ ràng rằng những người ăn táo đều
thường ít bị đột quỵ hơn những người không ăn táo. Ngoài ra ăn táo còn làm tăng
lượng vitamin C có tác dụng gia tăng sức bền thành mạch máu và sức đề kháng của
cơ thể.
• Chống lão hóa:
Các nhà khoa học đã so sánh 1500mg vitamin C với 1 quả táo nhỏ, kết quả là
quả táo và lượng vitamin C này có lượng chất chống ôxy hóa như nhau. Quả táo

9

tươi có lượng chất chống oxy hóa gấp 15 lần so với lượng vitamin C mỗi ngày nên
dùng.
• Ngăn ngừa ung thư:
Nghiên cứu của Finland’s National Public Health tại Helsinki (1994) ghi nhận
các Flavonoids trong táo đóng một vai trò quan trọng trong việc làm giảm nguy cơ
ung thư phổi. Theo các nhà nghiên cứu Quercetin, một Flavonoid có nhiều trong
táo, cung cấp 95% lượng Flavonoids tổng cộng mà các người thử nghiệm đã dùng
trong cuộc nghiên cứu. Nguy cơ bị ung thư phổi trong nhóm ăn táo giảm được 58%.
Nghiên cứu do Viện Ung thư Mỹ thực hiện trong 24 tuần trên chuột đã cho
thấy, nước chiết xuất từ táo làm chậm quá trình tăng trưởng các khối u tuyến,
nguyên nhân gây lên ung thư vú. Càng ăn nhiều táo, các khối u này càng bị ức chế.
Đặc biệt, nếu ăn những quả táo còn nguyên vỏ thì hiệu quả ngăn ngừa bệnh sẽ cao
hơn nhiều khi gọt vỏ.
• Chống béo phì:
Táo chứa nhiều chất xơ, kali, magiê....giúp điều chỉnh lượng đường trong máu,
rất tốt cho bệnh nhân tiểu đường. Nó cũng giúp ngăn chặn sự gia tăng đột ngột hoặc
giảm mức đường huyết thanh.
Có tác dụng tiêu mỡ, giảm cân bởi chất béo trong táo không đáng kể, hầu như
không chứa protein nên cung cấp ít calo (trung bình 100 gram chỉ có 60 calo). Và có
hàm lượng acid malic ít và lại phân tán dễ dàng trong cơ thể nên là cách giảm béo
hữu hiệu. Ăn mỗi ngày 2 quả có tác dụng giảm béo và chất mỡ dư thừa của cơ thể.
• Tốt cho ruột và hệ tiêu hoá:
Nước táo ép mang lại hiệu quả tích cực cho đường ruột. Nghiên cứu mới đây
cho thấy chất pectin trong táo và chất polyphenol trong nước táo là những hợp chất
quan trọng tạo nên các chất chống ung thư trong suốt quá trình lên men tại đường
ruột.

10

• Tốt cho phổi
Phổi bị ảnh hưởng bởi khói thuốc, khói bụi, không khí ô nhiễm và phấn hoa...
gây bệnh hen suyễn và các bệnh về phổi. Để bảo vệ phổi, ngoài việc tập thở sâu mỗi
ngày, ăn táo hàng ngày cũng rất tốt cho phổi. Nghiên cứu tiến hành trong 5 năm với
hơn 2.500 nam giới xứ Wales đã rút ra kết luận rằng những người ăn trên 5 quả táo
mỗi tuần có thể cung cấp nhiều không khí cho phổi hơn những người không ăn quả
táo nào. Các chuyên gia tin tưởng rằng chất chống ôxy hoá trong những quả táo giúp
giảm sự phát triển các bệnh về phổi.
1.3. Tổng quan về quá trình lên men
Lên men là quá trình trao đổi cơ chất dưới tác dụng của enzyme tương ứng gọi
là chất xúc tác sinh học. Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men mà người
ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau. Tuy nhiên, có hai hình thức lên men là
lên men yếm khí và lên men hiếu khí.
Lên men NGK là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men,
chúng sẽ chuyển hóa đường lên men thành etanol và CO2
1.3.1. Tác nhân lên men
Tác nhân chính của quá trình lên men nước giải khát là nấm men
Saccharomyces cerevisiae. Dựa vào đặc tính của quá trình lên men mà nấm men
được chia làm 2 dạng chính:
- Nấm men nổi: Gây ra sự lên men nổi, lên men ở nhiệt độ cao từ 20÷28oC.
Quá trình lên men nhanh, tạo thành nhiều bọt, do tác dụng thoát khí CO2 nhiều nên
trong thời gian lên men nấm men nổi trên mặt hoặc lơ lửng trong dịch lên men và
chỉ lắng xuống đáy thành một lớp xốp khi quá trình lêm men kết thúc.
- Nấm men chìm: Quá trình lên men chậm ở nhiệt độ 5÷10oC, CO2 thoát ra ít
trong quá trình lên men, nấm men ở đáy thùng lên men.


11

1.3.2. Cơ chế của quá trình lên men
Để lên men người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất định.
Tùy theo phương pháp lên men mà cho vào lượng nấm men là khác nhau. Thường
khi lên men lượng tế bào nấm men phải đạt lớn hơn một trăm triệu tế bào trong 1ml
dịch lên men. Vì diện tích bề mặt của tế bào nấm men lớn (do số lượng tế bào nấm
men lớn) nên khả năng hấp thụ các chất của tế bào nấm men là rất lớn. Đường lên
men và các chất dinh dưỡng khác có trong môi trường lên men đầu tiên được hấp
thụ trên bề mặt nấm men, sau đó được khuếch tán vào trong tế bào nấm men. Rượu
và CO2 được tạo thành theo phản ứng tổng quát sau:
C6H12O6 + 2ADP + 3H 3PO4

=

2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + H2O

Như vậy sự lên men chuyển đường thành rượu là một dãy quá trình oxy hóa
khử có enzyme trong tế bào nấm men tham gia. Đầu tiên tế bào nấm men hấp phụ
đường và chất dinh dưỡng khác lên bề mặt của nó. Sau đó các chất khuếch tán qua
màng bán thấm vào trong tế bào. Nước có thể ra vào tự do nhưng đường và các chất
tan khác đã vào tế bào rồi thì không cho ra. Trong nguyên sinh chất của tế bào nấm
men, đường được chuyển hóa thành ethanol và CO2. Ethanol và CO2 tạo thành được
thoát ra khỏi tế bào và khuếch tán vào môi trường. Ethanol hòa tan vô hạn trong
nước. Lúc này môi trường lên men nhanh chóng được bão hòa bởi khí CO2, khí CO2
hấp phụ trên bề mặt của tế bào nấm men tạo thành như một cái phao, thắng được
trọng lực của tế bào, cả bọt khí và nấm men nổi lên. Khi đến bề mặt, do có sự thay
đổi đột ngột sức săng bề mặt nên chúng bị vỡ làm cho bọt khí CO2 thoát ra ngoài.
Lúc này tế bào nấm men sẽ bị chìm xuống, quá trình cứ diễn ra liên tục nên tế bào
nấm men chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động, làm tăng khả năng tiếp xúc
giữa tế bào nấm men và môi trường nên làm cho quá trình trao đổi chất diễn ra

nhanh, mạnh hơn, như thế sẽ làm gia tăng quá trình lên men. Khí CO2 ức chế quá
trình lên men, nhưng trong quá trình thoát khí CO2 làm tăng khả năng lên men của
nấm men.


12

C6H12O6

CH2OP
CHOH
CHO
(a)

Photphoglyxeryl

(b)

CH2OP

CH2OP

CHOH

CHOH

CH2OH

COOH

-P
CH2OH
Glyxeryl

Photphoglyxeric

-CO2
CH3 -CHO Axetaldehyt

CHOH
CH2OH

CH3 -CH2OH ethanol

Hình 1.4: Sơ đồ lên men ethanol
Lên men ethanol được chia làm hai thời kỳ:
- Thời kỳ cảm ứng: Là thời kỳ đầu hướng phản ứng xảy ra theo chiều (a). Lúc
này sản phẩm là glyxerin. Bởi vì lúc này hàm lượng axetaldehyt (CH3CHO) chưa có
nhiều để nhận hydro của alcoldehydrogenaza mà hydro lại chuyển đến cho
photphoglyxeraldehyt tạo photphoglyxerin, sau đó photphoglyxerin bị thủy phân
giải phóng axit photphoric và glyxerin.
- Thời kỳ tĩnh: Lúc này lượng axetaldehyt đã hình thành nhiều, nên hydro từ
alcoldehydrogenaza lại chuyển sang axetaldehyt (CH3CHO) theo chiều phản ứng
(b), lúc này sản phẩm chủ yếu là ethanol và CO2.


13

1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Trong sản xuất, ngoài việc lựa chọn chủng nấm men người ta còn phải nghiên

cứu các điều kiện phù hợp nhất để đạt được hiệu suất lên men cao. Các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình lên men gồm:
a. Ảnh hưởng của nồng độ đường
Nấm men chỉ có khả năng lên men các đường đơn giản đặc biệt là maltose và
saccarose. Trong dịch len men ngoài đường ra, phải bổ sung thêm một số thức ăn
cần thiết cho nấm men như các muối amôn, các muối photphat và đạm như urê.
Nồng độ đường thích hợp từ 18÷22%, nếu cao hơn thì khả năng lên men giảm và
ngược lại nếu nồng độ đường thấp sẽ không tạo điều kiện cho quá trình lên men.
Thường ở nồng độ đường từ 30÷35% thì sự lên men bị đình chỉ do nồng độ đường
quá cao sẽ gây áp suất thẩm thấu lớn, phá hủy trạng thái sinh lý bình thường của
nấm men.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt động sống của nấm men, cụ thể ở đây là
nấm men saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men NGK. Lên men NGK
thích ứng ở nhiệt độ 28÷30oC, ở nhiệt độ 50oC trở đi và dưới 0oC thì nấm men
không hoạt động. Trong thực tế người ta có thể lên men ở nhiệt độ trong khoảng
4÷28oC tùy theo yêu cầu của người sử dụng.
c. Ảnh hưởng của pH môi trường
pH có ý nghĩa quan trọng trong quá trình lên men NGK. Nấm men có thể phát
triển trong môi trường pH từ 2÷8 nhưng thích hợp nhất là từ 4÷4.5. Vi khuẩn bắt
đầu phát triển ở pH = 4.2 và cao hơn, khi thấp hơn mức này chỉ có nấm men có thể
phát triển được. Vì thế trong quá trình lên men nên điều chỉnh pH ≤ 4. Khi pH = 8
thì nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh.


14

Để tạo pH thích hợp trong môi trường nuôi cấy nấm men người ta thường bổ
sung vào môi trường lên men một loại axit không gây ảnh hưởng đến hoạt động của
nấm men. Thực tế người ta hay dùng axit citric để điều chỉnh pH.

d. Ảnh hưởng của oxy
Oxy là thành phần quan trọng trong giai đoạn phát triển sinh khối của tế bào
nấm men. Tuy nhiên nó là nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm trong các công đoạn
kế tiếp.
Lên men NGK là một quá trình lên men yếm khí, nhưng lên men trong giai
đoạn đầu nhất thiết phải cho dịch lên men tiếp xúc với oxy để cho nấm men sinh
trưởng và phát triển (tăng sinh khối). Nhưng oxy chỉ cần có ít trong giai đoạn đầu,
khi dịch lên men đã đạt số lượng tế bào nấm men, thì ngăn chặn dịch lên men tiếp
xúc với oxy để nấm men tiến hành quá trình lên men chuyển hóa đường thành rượu
và CO2.
e. Ảnh hưởng của nồng độ rượu và CO2
Rượu và CO2 có tác dụng kìm hãm sự sinh trưởng và khả năng lên men của
nấm men. Sự sinh trưởng của nấm men bị chậm lại khi nồng độ rượu có trong môi
trường lên men là 2%, từ 4÷6% có ảnh hưởng xấu. Khí CO2 ức chế sự lên men
nhưng việc thoát khí CO2 lại có tác dụng tốt cho quá trình lên men. Khi thoát khí
CO2 sẽ làm cho môi trường lên men luôn khuấy động, kéo dài trạng thái lơ lửng của
tế bào nấm men nên làm tăng quá trình lên men.
f. Ảnh hưởng của số lượng tế bào nấm men
Số lượng tế bào nấm men cho vào dịch lên men ảnh hưởng rất lớn đến quá
trình lên men. Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào thích hợp thì quá trình lên men
diễn ra tốt và hiệu suất thu hồi cao, chất lượng sản phẩm tốt hơn. Nếu số lượng tế
bào nấm men cho vào quá ít thì tốc độ lên men chậm. Sinh khối tế bào nấm men quá
nhiều thì môi trường dịch lên men không đủ cho nấm men phát triển, tế bào nấm
men sẽ chết dần, sản phẩm sinh ra mùi vị lạ, phí một lượng nấm men đáng kể.


15

1.3.4. Những kỹ thuật áp dụng chung cho lên men
a. Chống oxy hóa nước quả

Nếu dịch quả tiếp xúc với oxy của không khí sẽ gây ra hiên tượng oxy hóa dịch
lên men ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Vì thế cần có những biện pháp
phồng chống.
Sau đây là một số biện pháp phồng chống:
• Không làm dập nát quả trong suốt quá trình thu hái, vận chuyển.
• Cần có công đoạn phân loại, lựa chọn nguyên liệu khi đưa vào sản xuất.
• Vừa tách dịch xong cần tiến hành lên men ngay.
• Dùng những biện pháp lý hóa để hạn chế oxy hóa.
• Chứa dịch trong thiết bị có CO2 thay cho O2
• Xử lý nhiệt cũng là một biện pháp chống oxy hóa có hiệu quả.
• Bổ sung vitamin C
b. Theo dõi quá trình lên men
Kỹ thuật theo dõi quá trình lên men là công việc rất quan trọng, nếu không
được theo dõi chu đáo có thể dẫn đến hỏng cả mẻ lên men hoặc sản phẩm sẽ kém
chất lượng. Do đó phải tạo điều kiện cho quá trình lên men diễn ra nhanh để tránh
cho vi sinh vật phát triển làm hỏng sản phẩm. Theo dõi quá trình lên men bằng cách
theo dõi lượng bọt khí bay lên, nếu thấy tốc độ lên men chậm thì cần bổ sung thêm
nấm men ngay.
1.3.5. Các vi khuẩn có hại cho quá trình lên men
Dịch lên men không chỉ là môi trường dinh dưỡng cho nấm men mà còn có các
vi sinh vật khác. Các vi sinh vật nếu lẫn vào dịch lên men chúng sẽ biến đường
thành các sản phẩm khác vì thế làm giảm hiệu suất lên men rượu. Trong quá trình
lên men rượu thường gặp các loại vi sinh vật sau:


16

a. Vi khuẩn lactic
Đây là loại vi khuẩn yếm khí, chúng gồm 2 loại: Lactic điển hình và lactic
không điển hình.

Lactic điển hình sẽ biến đường thành sản phẩm duy nhất là axit lactic
C6H12O6

vi khuẩn lactic

2CH3CHOHCOOH + 18 kcal

Vi khuẩn lactic không điển hình sẽ sử dụng đường và tạo ra axit lactic, ngoài ra
còn tạo ra một lượng đáng kể alcol, axit acetic, cacbonic và aceton. Các sản phẩm
này tạo ra không ổn định. Lactic điển hình có nhiệt độ tối ưu trong khoảng 49÷51oC,
còn lactic không điển hình có nhiệt độ tối ưu trong khoảng 37÷38oC.
b. Vi khuẩn acetic
Vi khuẩn acetic là loại vi khuẩn háo khí không tạo thành bào tử, có nhiệt độ tối
ưu trong khoảng 2÷35oC, tối đa 42oC. Chúng phát triển tốt trong môi trường có alcol
thấp, oxy hóa alcol thành axit acetic.
C2H5OH + O2

vi khuẩn acetic

CH3COOH + H2O + 116 kcal.

Trong môi trường không có alcol, vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa đường thành acid
gluconic.
Các vi khuẩn acetic ít có khả năng phát triển trong điều kiện lên men rượu vì vi
khuẩn này rất hiếu khí.
c. Vi khuẩn butylic và các vi sinh vật khác
Các vi sinh vật loại này không phát triển trong quá trình lên men vì pH tối
thích của chúng nằm trong môi trường trung tính hoặc kiềm yếu. Vì thế nhiễm
khuẩn chủ yếu trong quá trình lên men là vi khuẩn lactic.
1.4. Giới thiệu và ứng dụng enzyme pectinase.

1.4.1. giới thiệu về enzyme pectinase
Trên thế giới người ta đã sử dụng rộng rãi nhiều loại enzyme khác nhau, trước
hết là amylase, protease và pectinase. Pectinase là tên gọi chung của phức hợp
enzyme có khả năng phân giải pectin, một gluxit cao phân tử chứa nhiều ở thực vật.


17

Riêng pectinase ở Liên Xô đã sản xuất và sử dụng 10.7%, chiếm 1.33% so với
tổng số enzyme đã được sản xuất và sử dụng trên thế giới. Đặc biệt ở Mỹ có công ty
Rohm và Hoas độc quyền sản xuất pectinase. Ở Pháp các hãng Rapidase sản xuất
pectinase ở dạng xirô đóng trong hộp kim loại hoặc đựng trong túi polyetylen để tiện
dùng và xuất khẩu. Nhiều nước xã hội chủ nghĩa ở Đông Âu như Bungari, Hungari,
Cộng Hoà Dân Chủ Đức, Rumani cũng sản xuất pectinase sử dụng trong sản xuất
nước quả. Pectinase là enzyme có ứng dụng lớn thứ 3 sau amylase và protease trong
công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. Nó được dùng để tăng hiệu
suất ép và làm trong nước quả, rượu quả. Bởi lẽ khi có pectin thì khối quả nghiền
sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoát ra được. Nhờ pectinase
phân giải các chất pectin đi mà dịch quả trong suất không bị vẩn đục và lọc dễ
dàng. Không những vậy, pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu và những
chất hoà tan nữa, do đó làm tăng thêm chất lượng của sản phẩm.
Các pectinase chia thành 2 nhóm :
* Pectinase (pectinmelylestease) (pectinhydrolase) (mã số EC 3.1.1.11)
Là các enzyme xúc tác sự thuỷ phân liên kết este trong phân tử pectin hoặc
axit pectinic (các axit polygalacturronic được este hoá nhờ rượu metylic ở mức
thấp), khi toàn bộ các nhóm metoxyl đều bị tách khỏi cơ chất thì sản phẩm tạo
thành là methanol và các axit polygalacturonic. Sự thuỷ phân chỉ xảy ra ở các
liên kết ester kề liền với các nhóm cacboxyl tự do.
Như vậy số liên kết este trong phân tử pectin và axit pectinic có thể bị thuỷ
phân hoàn toàn hoặc một phần.

COOH

COOCH3

COOH

COOCH3

COOCH3
….

Hình 1.5: Sơ đồ tác dụng của pectinmetylestease lên hợp chất pectin


18

* Polygalacturonase (polygalacturonit-glucanohydrolase)(mã số EC 3.2.1.15)
Là các enzyme xúc tác sự thuỷ phân liên kết 1 – 4 glucozit trong phân tử
pectin. Có nhiều polygalacturonase có tính đặc hiệu khác nhau:
¾ Polymetylgalacturonase tác dụng chủ yếu lên các este metylic của các axit
polygalacturonic. Các enzyme này được chia thành hai nhóm nhỏ tuỳ theo vị trí
liên kết glucozit bị cắt đứt dưới sự xúc tác của các enzyme đầu hay ở giữa mạch
như:
+ Endo-glucozidaza – polymetylgalacturonase I: Xúc tác sự thuỷ phân các
liên kết glucozit nội mạch của các phân tử axit polygalacturonic được este hoá ở
mức độ cao. Hoạt tính của enzyme này bị giảm khi có mặt enzyme pectinesterase
trong môi trường.
COOH

COOCH3 COOH COOH COOH COOH

COOH

COOCH3
….

Hình 1.6: Sơ đồ tác dụng của Endo-glucozidaza-polymetylgalacturonase I
lên hợp chất pectin
+ Exo-glucozidaza – polymetylgalacturonase III: xúc tác sự thuỷ phân các liên
kết glucozit ở đầu mạch để tách từng gốc axit galacturonic ra khỏi phân tử pectin,
bắt đầu từ đầu phân tử. Enzyme này có ái lực với gốc axit galacturonic đã metoxyl
hoá nghĩa là phân cắt các liên kết 1 – 4 glucozit ở đầu mạch nằm giữa hai gốc axit
galacturonic có nhóm –OCH3 .
COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOH

COOH

COOCH3 COOH
….

Hình 1.7: Sơ đồ tác dụng của Exo-glucozidaza-polymetylgalacturonase III
lên hợp chất pectin


19

¾ Polygalacturonase là enzyme có tác dụng chủ yếu lên axit pectic (các axit
polygalacturonic không bị ester hoá) và axit pectinic (các axit polygalacturonic bị
ester hoá ở mức độ thấp). Các enzyme này được chia làm hai nhóm dựa vào vị trí
liên kết glucozit bị cắt đứt.

+ Endo-glucozidaza-polygalacturonase II: xúc tác sự thuỷ phân các liên kết
glucozit ở giữa mạch của các phân tử axit pectic hoặc axit pectinic, các enzyme có
tác dụng ở vị trí liên kết đầu nhóm cacboxyl tự do.
COOH COOH

COOCH3 COOH

COOH

COOCH3 COOH
….

Hình 1.8: Sơ đồ tác dụng của Endo-glucozidaza-polygalacturonase II lên
axit pectinic
+ Exo-glucozidaza-polygalacturonase IV: xúc tác sự thuỷ phân các liên kết
glucozit ở đầu mạch của phân tử axit pectic hoặc axit pectinic. Enzyme có ái lực
với các liên kết glucozit đầu mạch gần với nhóm cacboxyl tự do.
COOCH3 COOH

COOCH3 COOH

COOH

COOCH3 COOH
….

Hình 1.9: Sơ đồ tác dụng của Exo-glucozidaza-polygalacturonase IV lên
axit pectinic
1.4.2. Ứng dụng của enzyme pectinase
Đã có nhiều nghiên cứu và kết quả áp dụng trong sản xuất nước quả và rượu

vang cho thấy khi sử dụng enzyme pectinase cho hiệu suất nước quả và chất lượng
rượu vang rất cao.
Khi tiến hành ứng dụng enzyme trong sản xuất nước quả và sản xuất rượu
vang, người ta đặc biệt quan tâm đến hai yếu tố có tính chất quyết định đến hiệu quả
enzyme.
- Nguyên liệu
- Khả năng xay, nghiền và làm nhỏ nguyên liệu


20

Nguyên liệu: không phải tất cả các loại quả đều có khả năng cho hiệu suất cao
khi xử lý enzyme. Khi sử dụng enzyme trong chế biến nước quả và chế biến rượu
vang người ta phải đưa ra độ chín kỹ thuật cho phù hợp. Khái niệm này khác hoàn
toàn khác khái niệm độ chín kỹ thuật khi trong công nghệ người ta không sử dụng
enzyme. Độ chín kỹ thuật để sản xuất nước quả là giai đoạn chín của quả, đảm bảo
tách dịch quả được tốt với sự tích tụ tối đa các chất có giá trị dinh dưỡng cao và
hương vị thích hợp.
Tuy nhiên cũng cần biết rằng, phần lớn hiệu suất dịch quả cao không trùng hợp
với sự tích tụ các chất có giá trị dinh dưỡng. Ở nhiều loại quả, khả năng thoát
dịch quả không trùng với mức độ chín. Nhiều khi quả thật chín, khả năng tích tụ
chất dinh dưỡng cao nhưng lại không thuận lợi trong việc tách nước quả. Chính
vì thế, từng loại quả, người ta phải tiến hành phân loại và xác định độ chín kỹ thuật
riêng, sao cho phù hợp với việc sử dụng enzyme và thu hồi dịch quả.
Công việc thứ hai sau khi phân loại quả, việc nhất thiết phải làm trước khi sử
dụng enzyme là quả phải được làm sạch bằng cách rửa nhiều lần để loại bỏ những
tạp chất, vi sinh vật. Sau đó là các quá trình kỹ thuật như xé nhỏ, nghiền…để tăng
khả năng tác động của enzyme và tăng hiệu suất thu nhận dịch quả.
Khả năng làm nhỏ nguyên liệu: làm nhỏ nguyên liệu là khâu kỹ thuật rất
quan trọng, nó quyết định đến hiệu quả tác động của enzyme và hiệu suất thu

nhận dịch quả cũng như chất lượng dịch quả.
Tuỳ theo tính chất cơ lý và đặc điểm cấu tạo của từng loại quả, người chọn
những phương pháp xử lý quả thích hợp như nghiền, cắt, chà và xé nhỏ…
Khi thực hiện một trong những phương pháp cơ học trên, một số tế bào sẽ bị
phá huỷ, mất tính chất bán thấm, do đó việc chọn phương pháp cơ học làm nhỏ quả
phù hợp với từng loại quả rất có ý nghĩa công nghệ. Những đặc điểm kỹ thuật sử
dụng enzyme cho từng loại quả và cho từng loại sản phẩm từ quả được trình bày chi
tiết như sau :


21

+ Sử dụng enzym để sản xuất nước quả thanh trùng uống trực tiếp từ quả táo và
quả vải.
Ngày nay, nước quả trong hoặc nước quả đục được sản xuất ở nhiều nước trên
thế giới. Tuỳ theo hàm lượng đường và axit có trong nguyên liệu, người ta chế biến
nước quả có cho thêm đường hoặc axit hay không. Đối với nước quả có hàm lượng
đường và axit thấp, người thường bổ sung thêm đường và axit để điều chỉnh chất
lượng cuối cùng của sản phẩm. Hàm lượng pectin cao trong dịch quả thường
không có lợi vì khi đó độ nhớt sản phẩm rất cao. Việc thuỷ phân pectin có trong
dịch quả còn làm cho những sản phẩm dịch quả trong không bị đục. Tuy nhiên,
việc xử lý pectin bằng các enzym pectinase không nên tiến hành phân giải
pectin đến cùng mà cần phải giữ một lượng pectin nhất định trong sản phẩm nước
quả. Chính lượng pectin này sẽ giúp cho chất lượng nước quả tốt hơn.
Trong sản xuất nước quả táo và quả vải, người ta sử dụng chế phẩm enzyme
pectinase cho hiệu quả rất cao. Khi xử lý nước quả ở 50oC trong 2 giờ, hiệu
suất tách nước quả tăng được 20%, ở 37÷40oC sau 2÷4 giờ xử lý, hiệu suất tách
nước quả tăng 20÷25%. Các nghiên cứu và thực tế sản xuất đều cho thấy hiệu quả
xử lý nước táo rất cao. Chính vì thế, việc ứng dụng enzyme pectinase được áp dụng
ở tất cả các nhà máy sản xuất nước táo trên thế giới. Trong khi xử lý nước quả

bằng enzyme pectinase, người ta thường cho thêm axit ascobic vào để chống quá
trình oxy hoá của nước táo.


22

Bảng 1.2: Hiệu suất xử lý nước táo và nước vải bằng chế phẩm pectinase
Loại nước quả

Hiệu suất

Chất khô

Độ acid

Đường

Pectin

Chất chát

ĐCQ

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

71.2

10.2

0.53

6.7

0.33

0.04

4.5

78.8

11.5

0.62

8.0

0.15

0.02

4.8

49.2

8.5

0.91

5.62

0.26

0.09

3.8

72.4

10.2

1.16

7.4

0.12

0.16

4.3

Nước quả từ táo
a. Không chế
phẩm enzyme
b. Có chế phẩm
enzyme
Nước quả từ vải
a. Không chế
phẩm enzyme
b. Có chế phẩm
enzyme

+ Sản xuất nước quả uống từ dâu tây, anh đào và phúc bồn tử
Người ta thường sản xuất cả dạng nước quả trong và nước quả đục từ loại trái
cây trên. Trong quá trình sản xuất, người thường cho thêm đường và điều chỉnh lại
lượng axit cho phù hợp.
Các loại nước quả này thường chứa nhiều pectin. Do đó việc sử dụng các
chế phẩm enzyme pectinase để loại bỏ khả năng gây đục cho nước quả trong cũng
như ổn định và nâng cao chất lượng dịch quả là điều cần thiết.
Người ta rửa sạch các loại quả trên bằng nước của vòi hoa sen. Sau đó, các
loại quả trên được đem chà thành dạng purê. Quả nghiền được đun nóng ở nhiệt
độ đến 40÷45oC được cho vào máy trộn. Tại đây nước quả được phối trộn với tỷ
lệ một phần nước quả và 10 phần nước enzyme có lượng enzyme 0,03%. Riêng đối
với nước dâu tây, người ta cho thêm vào 0.03% axit ascobic để làm chất chống oxy
hoá. Hỗn hợp này được giữ ở nhiệt độ 40oC trong thời gian 4÷8 giờ. Nước quả sau


23

đó được cho qua máy ép và được đun nóng lên 45oC. Tiếp đó người ta đem nước

quả ly tâm và cuối cùng là đem lọc qua máy ép lọc khung bản.
+ Sản xuất nước quả từ nho
Nước uống từ trái nho là loại nước uống chủ yếu ở dạng trong. Loại nước
uống từ nho dạng trong thường được sản xuất nhiều ở hầu hết các nước châu Âu và
châu Mỹ. Tuy nhiên, hiện nay người ta cũng sản xuất nước uống từ nho dạng đục
(chủ yếu từ nho có màu đỏ). Trong đó, Ý là nước sản xuất nước uống dạng đục
nhiều nhất, sau đó là Pháp và Romani. Nho là loại quả cho nhiều dịch và chứa
nhiều đường. Tuy nhiên, nước nho thường chứa nhiều thịt quả. Trong thịt quả có
nhiều pectin, dễ gây đục hoặc nếu thu nhận dịch quả trong thường không cho hiệu
suất cao. Chính vì thế người ta phải xử lý nước nho bằng chế phẩm pectinase.
Lượng enzyme pectinase được sử dụng trong trường hợp làm nát nho là 0.2% so
với khối lượng nho trong sản xuất trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 45oC. Bằng
phương pháp xử lý này người ta đã làm tăng hiệu suất thu nhận dịch nho từ 65.9
lên 77.3% đối với nho trắng và từ 66÷ 82.2% đối với nho đỏ.
Đối với nho trắng nghiền kỹ, khi xử lý enzyme pectinase trong thời gian 2.5÷3
giờ ở nhiệt độ 40÷45oC, hiệu suất tăng 14÷18%. Nếu tiếp tục xử lý nước quả sau
giai đoạn xử lý trên thêm 4÷5 giờ ở nhiệt độ 40÷45oC, nước nho sẽ hoàn toàn trong.
Ở giai đoạn làm trong dịch quả này, người ta đun nóng dịch quả ở giai đoạn 1 lên
tới 90oC, sau đó người ta hạ nhiệt độ xuống 50oC và khi đó mới sử dụng enzyme
làm trong nước quả. Trong khi ở những mẫu dịch không xử lý bằng enzyme,
quá trình làm trong nước nho kéo dài 2÷4 tháng. Hiệu suất thu dịch không sử
dụng enzyme chỉ đạt trung bình 65%.
Quá trình sản xuất nước nho trắng có xử lý enzyme pectinase được thực hiện
như sau: Nho đã rửa sạch, tách cuống, xé nhỏ và đun nóng đến 85÷90oC trong máy
gia nhiệt và ngay lập tức làm nguội đến nhiệt độ 45÷50oC. Giữ dịch nho ở nhiệt độ
này trong thời gian 4÷6 giờ trong thùng kín hoặc 3÷4 giờ trong những thiết bị lên
men liên tục. Người ta thường cho enzyme pectinase vào giai đoạn này là 0.03%.