- TÁC ĐỘNG ENZYME PECTINASE ĐẾN KHẢ NĂNG TRÍCH LY DỊCH QUẢ VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN ĐẾN. - CHẤT LƯỢNG RƯỢU VANG XOÀI SAU THỜI GIAN LÊN MEN CHÍNH. - Khảo sát khả năng thu hồi dịch quả nhằm gia tăng hiệu suất lên men trong sản xuất rượu vang từ nguyên liệu xoài cát chu (Mangifera indica) được quan tâm trong nghiên cứu.. - Với nồng độ enzyme pectinase bổ sung vào dịch quả là 0,15% và thời gian thủy phân 20 phút, lượng dịch quả thu hồi là cao nhất trong điều kiện khảo sát (75ml/100g). - Trong quá trình lên men, tỉ lệ pha loãng giữa dịch quả so với nước thích hợp nhất là 1:1 và hàm lượng nấm men bổ sung tối ưu là 0,3g/l. - Quá trình lên men cần được tiến hành ở nhiệt độ khoảng 20 o C, pH 4,5 trong thời gian 12 ngày, hàm lượng ethanol thu được khoảng 10-11%.. - Từ khóa: enzyme pectinase, xoài cát chu, xử lí pectinase, sản xuất rượu vang, lên men. - Các kết quả khoa học công bố gần đây trên các tạp chí khoa học ngoài nước chủ yếu tập trung vào mảng nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện lên men đến chất lượng rượu vang xoài (Reddy, 2005), nghiên cứu các hợp chất thơm trong rượu vang xoài (Pino, 2010)… đã góp phần tạo nên hướng nghiên cứu sản phẩm rượu vang xoài trong nước.. - Việc trích ly dịch quả trong quá trình sản xuất rượu vang nói chung là vấn đề được quan tâm rất nhiều vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của sản phẩm sau khi lên men. - Nhằm cải thiện chất lượng rượu vang xoài thông qua việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu tạo ra sản phẩm có chất lượng cao và an toàn, mục tiêu của nghiên cứu này là (i) khảo sát khả năng sử dụng enzyme pectinase trong công đoạn thu hồi dịch quả qua quá trình thủy phân dịch purê xoài tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men. - đồng thời (ii) khảo sát các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình lên men và tìm ra những thông số tối ưu cho quá trình này nhằm đạt hiệu suất lên men cao, hạn chế sự hình thành các sản phẩm phụ không có lợi trong quá trình lên men.. - Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên hoạt tính của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch quả trên nguyên liệu xoài.. - Thí nghiệm 2: Khảo sát nồng độ enzyme pectinase và thời gian thủy phân đến hiệu suất thu hồi dịch quả.. - Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng dịch quả với nước và hàm lượng nấm men bổ sung đến chất lượng rượu vang xoài sau khi kết thúc quá trình lên men.. - Cân purê xoài đã được rã đông (500g/mẫu) và pha loãng theo các tỉ lệ và 1:4 cho vào các bình lên men khác nhau. - Mẫu đối chứng không pha loãng không được khảo sát vì purê rất đậm đặc không thu được dịch quả cho quá trình lên men. - Điều chỉnh pH của dịch quả sau khi pha loãng về pH thích hợp cho hoạt động thủy phân của enzyme pectinase. - Sau khi hoàn tất quá trình thủy phân, bổ sung nấm men đã hoạt hóa với các tỉ lệ khác nhau từ 0,1 đến 0,4% vào, đậy kín bình lên men và đặt ở nhiệt độ phòng.. - Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện lên men đến chất lượng rượu vang xoài.. - Sau đó đặt các bình lên men ở điều kiện nhiệt độ phòng và nhiệt độ 20 o C.. - Hàm lượng dịch quả thu hồi, ml/100g Hàm lượng ethanol, v/v. - Hàm lượng đường sót, mg/100ml Hàm lượng methanol, g/L. - 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH lên hoạt tính của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch quả trên nguyên liệu xoài. - Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng xử lý purê xoài bằng enzyme pectinase thông qua hàm lượng dịch quả thu nhận được trình bày ở bảng 2.. - Kết quả thống kê cho thấy hoạt động thủy phân của enzyme pectinase ở 40 và 50 o C cho lượng dịch quả cao nhất. - Như vậy, ở nhiệt độ 40 và 50 o C enzyme hoạt động tốt và cho lượng dịch quả thu hồi cao nhất.. - Bảng 2: Lượng dịch quả thu được sau quá trình xử lý purê xoài bằng enzyme pectinase ở các nhiệt độ và pH khác nhau. - Nhiệt độ ( o C) pH Lượng dịch quả thu được (ml/100g). - Như vậy, pH 4,5 là tối ưu cho quá trình thủy phân với lượng dịch quả thu hồi cao nhất (75,25 ml/100g). - 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian thủy phân của enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch quả. - Lượng dịch quả có xu hướng giảm dần khi nồng độ enzyme thấp hơn hoặc cao hơn. - Tuy nhiên, kết quả từ bảng 3 cho thấy ở thời gian lên men dài hơn 20 phút lượng dịch quả thấp hơn. - Ngược lại thời gian thủy phân quá ngắn là không đủ cho phản ứng thủy phân nên lượng dịch quả thu được thấp (bảng 3).. - Dựa vào yếu tố kinh tế và để hạn chế hàm lượng methanol trong sản phẩm (do sự thủy phân pectin methyl ester của pectin methylesterase) nồng độ pectinase ở mức 0,15% được đề nghị cho xử lý nguyên liệu xoài.. - Bảng 3: Lượng dịch quả thu được sau quá trình thủy phân ở nồng độ và thời gian khác nhau. - Lượng dịch quả thu được (ml/100g). - 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng dịch quả và hàm lượng nấm men bổ sung đến chất lượng rượu vang xoài sau khi kết thúc quá trình lên men. - Trong quá trình lên men, việc xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men sao cho hợp lý là một bước quan trọng. - Với thí nghiệm này, quá trình lên men được tiến hành ở nhiệt độ phòng, pH tự nhiên của dịch quả. - suốt quá trình lên men ứng với các tỷ lệ pha loãng và hàm lượng nấm men khác nhau được khảo sát.. - Hàm lượng ethanol (v/v). - Thời gian lên men (ngày). - Hàm lượng nấm men 0.1 Hàm lượng nấm men 0.2 Hàm lượng nấm men 0.3 Hàm lượng nấm men 0.4. - Hình 1: Đồ thị biểu diễn hàm lượng ethanol sinh ra theo thời gian lên men ở tỉ lệ pha loãng 1: 2 và hàm lượng nấm men (g/l) khác nhau. - Kết quả được ghi nhận là hầu như lượng ethanol sinh ra tăng theo thời gian lên men và đạt điểm cao nhất từ ngày thứ 10 và không thay đổi ở các ngày tiếp theo.. - Kết quả này được chứng minh qua hai đồ thị đặc trưng là đồ thị biểu diễn hàm lượng ethanol sinh ra theo thời gian lên men ở tỉ lệ pha loãng 1:2 với các hàm lượng nấm men khác nhau (hình 1) và đồ thị biểu diễn hàm lượng ethanol theo thời gian lên men ở hàm lượng nấm men 0,3g/l với tỉ lệ pha loãng khác nhau (hình 2).. - Nguyên nhân là do trong môi trường dinh dưỡng, tế bào nấm men phát triển nhanh và sử dụng các chất dinh dưỡng để sinh ra ethanol, gần cuối giai đoạn lên men hàm lượng dinh dưỡng không còn nhiều nên quá trình sản sinh ethanol xảy ra hạn chế.. - Vì thế quá trình lên men sẽ được kết thúc ở ngày thứ 10 và trên cơ sở đó sẽ tiến hành khảo sát và so sánh các chỉ tiêu còn lại của dịch lên men ở ngày thứ 10 để chọn ra tỷ lệ pha loãng và tỷ lệ nấm men tối ưu nhất.. - Hình 2: Đồ thị biểu diễn hàm lượng ethanol theo thời gian lên men ở hàm lượng nấm men 0,3g/l và tỉ lệ pha loãng khác nhau. - Hàm lượng ethanol. - Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng ethanol sinh ra ở thời điểm kết thúc quá trình lên men là khác nhau ứng với các tỷ lệ nấm men sử dụng và tỷ lệ pha loãng khác nhau. - Kết quả từ bảng 4 cho thấy hàm lượng ethanol sinh ra là cao nhất ứng. - với hàm lượng nấm men bổ sung là 0,3 và 0,4g/l và khác biệt có ý nghĩa so với các nồng độ khác.. - Bảng 4: Kết quả thống kê hàm lượng ethanol và hàm lượng methanol trong quá trình lên men ứng với các tỉ lệ pha loãng và hàm lượng nấm men sử dụng khác nhau Tỷ lệ pha loãng Hàm lượng nấm men. - (g/L) Hàm lượng. - Hàm lượng ethanol sinh ra càng giảm khi tỉ lệ pha loãng càng cao. - Tỷ lệ pha loãng giữa dịch quả và nước ở mức 1:1 cho hàm lượng ethanol sinh ra cao nhất và có khác biệt ý nghĩa so với các tỷ lệ pha loãng khác (Bảng 4). - Nguyên nhân là do thành phần dinh dưỡng như đạm, khoáng, vitamin, các chất kích thích sinh trưởng cho tế bào nấm men trong dịch lên men giảm dần khi tỉ lệ pha loãng càng cao nên nấm men hoạt động yếu. - Vì vậy, quá trình lên men chính kết thúc ở ngày thứ 10 là do môi trường lên men hết chất dinh dưỡng để nấm men phát triển.. - Do đó, tỉ lệ pha loãng càng cao thì nguồn dinh dưỡng khoáng và các vitamin cung cấp cho sự phát triển nấm men bị hạn chế nên hiệu suất lên men không cao.. - Hàm lượng ethanol cao ứng với hàm lượng nấm men 0,3 và 0,4g/l. - Khi lượng nấm men sử dụng ít (0,1 hoặc 0,2g/l) quá trình lên men diễn ra chậm, sinh khối của tế bào nấm men thấp, là điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển. - Ngược lại, lượng tế bào nấm men quá nhiều thì môi trường dịch lên men không đủ chất dinh dưỡng cho tế bào nấm men phát triển, tế bào nấm men chết, làm sản phẩm có mùi vị lạ do xác nấm men bị phân hủy, đồng thời cũng làm lãng phí đi một lượng nấm men. - Do đó, hàm lượng nấm men 0,3g/l là thích hợp cho ra sản phẩm có hàm lượng ethanol cao. - Như vậy hàm lượng nấm men 0,3g/l và tỉ lệ pha loãng dịch quả 1:1 là tối ưu để tạo ra sản phẩm rượu vang có hàm lượng ethanol cao.. - Hàm lượng methanol. - Hàm lượng methanol là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng rượu vang và nó có ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người tiêu dùng. - trình lên men để lựa chọn những thông số thích hợp về hàm lượng methanol đạt tiêu chuẩn cho phép là vấn đề cần được quan tâm.. - Kết quả cho thấy không có sự khác biệt về hàm lượng methanol sinh ra ứng với hàm lượng nấm men và tỉ lệ pha loãng dịch quả trong các thí nghiệm (mức ý nghĩa 5%) (Bảng 4). - Hàm lượng methanol tồn tại trong sản phẩm sau lên men như được thống kê ở bảng 4 là khá thấp, thấp hơn so với hàm lượng cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng methanol trong rượu vang nhiều lần (TCVN . - 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên men đến chất lượng rượu vang xoài sau khi kết thúc quá trình lên men. - Quá trình lên men ở nhiệt độ phòng ứng với các mức pH khác nhau cho kết quả khác nhau (Hình 3). - Ở điều kiện pH 4,0, lượng ethanol sinh ra cao nhất tại ngày lên men thứ 9, trong khi ngày thứ 7 là đỉnh điểm của việc sản sinh ethanol của điều kiện lên men pH 5,0. - Riêng đối với điều kiện lên men pH 4,5, lượng ethanol sinh ra đạt cao nhất ở ngày thứ 12 (Hình 3). - Sau thời điểm đạt cực đại thì hàm lượng ethanol có khuynh hướng giảm hoặc không tăng thêm nữa. - Ngược lại với sự lên men mạnh mẽ ở nhiệt độ phòng, hàm lượng ethanol sinh ra ở nhiệt độ mát ở các pH khác nhau kết thúc chậm hơn, khoảng từ ngày thứ 10 (pH 4,0) đến ngày thứ 12 (pH 4,5 và 5,0) (Hình 4).. - Hình 3: Đồ thị biểu diễn hàm lượng ethanol theo thời gian lên men của các giá trị pH khác nhau ở nhiệt độ phòng. - Hình 4: Đồ thị biểu diễn hàm lượng ethanol theo thời gian lên men của các giá trị pH khác nhau ở nhiệt độ mát. - So sánh hàm lượng ethanol sinh ra ứng với các điều kiện lên men ở bảng 5 cho thấy ethanol sinh ra ở điều kiện nhiệt độ mát cao hơn so với nhiệt độ phòng ở hầu hết các pH tương ứng được khảo sát trong thí nghiệm này và có sự khác biệt ý nghĩa thống kê giữa hai điều kiện nhiệt độ lên men này. - Hàm lượng ethanol sinh ra giữa các điều kiện pH khác nhau cũng khác nhau (Bảng 5). - Hàm lượng ethanol sinh ra cao nhất ở pH 4,5 và thấp hơn ở các pH còn lại. - (2007), pH thích hợp nhất cho quá trình lên men rượu là 4,5 ÷ 5,0.. - Nhưng ở pH 5,0 có thể cũng không thích hợp cho nấm men phát triển trong trường hợp này nên làm giảm hiệu suất lên men và hàm lượng ethanol sau lên men cũng thấp hơn. - Còn đối với lên men ở pH quá thấp (pH 4,0), mặc dù pH thấp ức chế được tạp khuẩn nhưng lên men ở pH thấp là điều kiện không tốt cho nấm men hoạt động mạnh, do đó nấm men đã bị ức chế một phần ngay từ giai đoạn đầu của quá trình lên men nên không phát triển mạnh hơn ở các giai đoạn tiếp theo.. - Bảng 5: Kết quả thống kê hàm lượng ethanol sau quá trình lên men (10 ngày) ở nhiệt độ và pH lên men khác nhau. - Nhiệt độ lên men pH lên men Hàm lượng ethanol. - (v/v) Hàm lượng đường sót (mg/100 ml) Nhiệt độ phòng 4,0. - Hàm lượng đường sót. - Hàm lượng đường khử trước khi lên men ở các mẫu là 4,37 mg/100ml. - Sau thời gian lên men chính, hàm lượng đường còn sót lại trong mẫu lên men được ghi nhận ở bảng 7. - Kết quả thống kê về hàm lượng đường sót (bảng 5) cho thấy hàm lượng đường sót thấp và không có sự khác biệt ý nghĩa thống kê giữa lên men ở pH 4,5 và 5,0. - Khi lên men ở pH 4,0 hàm lượng đường sót có giá trị cao và khác biệt ý nghĩa thống kê so với hàm lượng đường sót khi lên men ở hai điều kiện pH còn lại ở mức ý nghĩa 5%. - Như đã được đề cập ở trên, lên men ở pH 4,0 là điều kiện không tốt cho nấm men hoạt động, hiệu suất lên men giảm vì thế hàm lượng đường sót còn lại trong rượu cao sau khi kết thúc quá trình lên men. - Khi lên men ở nhiệt độ mát hàm lượng đường còn lại rất thấp so với lên men ở nhiệt độ phòng (bảng 5). - Điều này cho thấy lên men ở nhiệt độ mát thích hợp cho hoạt động của nấm men và hiệu suất lên men cao.. - Như vậy, lên men ở điều kiện nhiệt độ mát và pH 4,5 cho hàm lượng ethanol cao nhất và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với lên men ở pH 4,0 và 5,0 và cũng khác biệt có ý nghĩa thống kê so với điều kiện nhiệt độ phòng của cả 3 mức pH đã bố trí (bảng 5). - Đồng thời kết hợp kết quả thống kê về hàm lượng đường sót thấp (bảng 5) ở điều kiện lên men nhiệt độ mát và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với lên men nhiệt độ phòng. - Vì vậy, điều kiện lên men ở nhiệt độ mát và pH lên men 4,5 là thích hợp cho quá trình lên men rượu vang xoài thông qua hàm lượng ethanol cao và đường sót thấp trong sản phẩm sau lên men.. - Hàm lượng nấm men bổ sung là 0,3g/l và tỉ lệ pha loãng dịch quả với nước là 1:1, cùng với lên men trong điều kiện nhiệt độ mát (khoảng 20 o C) và pH 4,5 cho quá trình lên men với hiệu suất lên men cao.. - Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men