Hướng dẫn chi tiết sản xuất nước ép acerola cà rốt lên men với vi sinh vật kefir

Khám phá cách làm nước ép acerola cà rốt lên men bằng vi sinh vật kefir, bổ dưỡng và tốt cho sức khỏe. Hướng dẫn chi tiết, dễ thực hiện tại nhà.

• Tác giả: Nguyen Thao Ngoc
• Người hướng dẫn: Vu Tran Khanh Linh, PhD.
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Food Technology
• Đề tài: Production of Acerola-Carrot Juice Fermented with Water Kefir Microorganisms
• Loại tài liệu: Graduation project
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENT
• 1. INTRODUCTION
• 2. MICROBIOTA AND APPEARANCE OF WATER KEFIR GRAINS
• 2.1. Isolated microorganisms in water kefir grains
• 3. MATERIALS AND METHODS
• 3.1. Water kefir grains
• 3.2. Preparation of acerola juice
• 3.3. Preparation of carrot juice
• 3.4. Preparation of juice water kefir beverage
• 3.5. Experiment 1: Investigate the physicochemical composition of raw materials (acerola fruit and carrot)
• 3.6. Experiment 2: Effects of different acerola/carrot juice ratios (v/v) on the quality of water kefir beverage
• 3.7. Experiment 3: Investigate the effect of replacement of cane sugar with coconut sugar on physicochemical and microbiological properties of the water kefir beverage
• 3.8. Statistical data analysis
• 4. RESULTS AND DISCUSSION
• 4.1. Investigate physicochemical composition of raw materials (acerola fruit and carrot)
• 4.2. Effects of different acerola/carrot juice ratios (v/v) on the quality of water kefir beverages
• 4.2.1. Total soluble solids (TSS), pH and titratable acidity (TA)
• 4.2.2. Antioxidant compounds and DPPH radical-scavenging activity
• 4.3. Effect of the replacement of cane sugar with coconut sugar on physicochemical and microbiological properties of the water kefir beverages (WKB)
• 4.3.1. Enumeration of presumptive microorganisms in water kefir fermentation
• 4.3.2. Total soluble solids (TSS), pH value and ethanol content
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• ABSTRACT

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nước ép acerola và cà rốt lên men bằng vi sinh vật kefir

Nước ép acerola và cà rốt là hai nguyên liệu giàu dinh dưỡng, được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm thực phẩm lên men. Vi sinh vật kefir, đặc biệt là lactic acid bacteria (LAB) và yeast, đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men, tạo ra các sản phẩm có lợi cho sức khỏe. Nước ép lên men từ acerola và cà rốt không chỉ mang lại hương vị độc đáo mà còn cung cấp các chất chống oxy hóa và probiotic. Cách làm nước ép này đòi hỏi sự kết hợp chính xác giữa nguyên liệu và quy trình lên men để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

1.1. Tầm quan trọng của acerola và cà rốt trong thực phẩm lên men

Acerola được biết đến với hàm lượng vitamin C cao, giúp tăng cường hệ miễn dịch và chống oxy hóa. Cà rốt giàu carotenoid, có lợi cho sức khỏe mắt và da. Khi kết hợp với vi sinh vật kefir, hai nguyên liệu này tạo ra nước ép lên men giàu dinh dưỡng và có khả năng hỗ trợ tiêu hóa. Công thức nước ép từ acerola và cà rốt lên men bằng kefir là một giải pháp hiệu quả để tận dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên, đồng thời đáp ứng nhu cầu về thực phẩm lành mạnh.

1.2. Vai trò của vi sinh vật kefir trong quá trình lên men

Vi sinh vật kefir bao gồm LAB và yeast, tạo ra môi trường lên men hiệu quả. Chúng chuyển hóa đường thành các hợp chất hữu ích như acid lactic, ethanol và CO2, tạo nên hương vị đặc trưng cho nước ép lên men. Kefir còn giúp tăng cường hệ vi sinh đường ruột, cải thiện sức khỏe tổng thể. Công dụng của acerola và cà rốt lên men được nâng cao nhờ sự hiện diện của các vi sinh vật này, mang lại sản phẩm giàu dinh dưỡng và có lợi cho sức khỏe.

II. Quy trình sản xuất nước ép acerola cà rốt lên men bằng kefir

Quy trình sản xuất nước ép acerola cà rốt lên men bằng kefir bao gồm các bước chuẩn bị nguyên liệu, lên men và đánh giá chất lượng. Cách làm nước ép này đòi hỏi sự chính xác trong việc kiểm soát tỷ lệ nguyên liệu và điều kiện lên men. Thực phẩm lên men từ acerola và cà rốt không chỉ đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng mà còn mang lại lợi ích sức khỏe nhờ sự hiện diện của vi sinh vật kefir.

2.1. Chuẩn bị nguyên liệu và công thức nước ép

Nguyên liệu chính bao gồm acerola, cà rốt, và kefir grains. Công thức nước ép được điều chỉnh với tỷ lệ acerola/cà rốt khác nhau để tối ưu hóa hương vị và dinh dưỡng. Cách làm nước ép bắt đầu bằng việc ép lấy nước từ acerola và cà rốt, sau đó bổ sung đường mía hoặc đường dừa để tạo môi trường lên men. Vi sinh vật kefir được thêm vào để bắt đầu quá trình lên men.

2.2. Quá trình lên men và kiểm soát chất lượng

Quá trình lên men được thực hiện ở nhiệt độ 25°C trong 48 giờ. Nước ép lên men được theo dõi về pH, độ axit, và hàm lượng ethanol để đảm bảo chất lượng. Công dụng của acerola và cà rốt lên men được đánh giá thông qua các chỉ tiêu dinh dưỡng và cảm quan. Hướng dẫn làm nước ép này cung cấp một quy trình chi tiết để sản xuất sản phẩm giàu dinh dưỡng và có lợi cho sức khỏe.

III. Đánh giá chất lượng và ứng dụng thực tế

Nước ép acerola cà rốt lên men bằng kefir được đánh giá về chất lượng thông qua các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh. Sức khỏe và dinh dưỡng là hai yếu tố chính được quan tâm trong sản phẩm này. Công dụng của acerola và cà rốt lên men được khẳng định thông qua các nghiên cứu và ứng dụng thực tế. Thực phẩm lên men này không chỉ là một lựa chọn lành mạnh mà còn góp phần đa dạng hóa thị trường đồ uống.

3.1. Chỉ tiêu hóa lý và vi sinh của sản phẩm

Các chỉ tiêu như pH, độ axit, hàm lượng ethanol và hoạt tính chống oxy hóa được đo lường để đánh giá chất lượng nước ép lên men. Vi sinh vật kefir được đếm số lượng để đảm bảo hiệu quả lên men. Công thức nước ép được tối ưu hóa để đạt được sản phẩm có chất lượng cao và ổn định.

3.2. Ứng dụng thực tế và lợi ích sức khỏe

Nước ép acerola cà rốt lên men được ứng dụng rộng rãi trong thị trường đồ uống lành mạnh. Sức khỏe và dinh dưỡng là hai yếu tố được nhấn mạnh trong sản phẩm này. Công dụng của acerola và cà rốt lên men được khẳng định thông qua các nghiên cứu và phản hồi tích cực từ người tiêu dùng. Thực phẩm lên men này là một giải pháp hiệu quả để cải thiện sức khỏe và đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đại dịch COVID-19 đã làm gia tăng đáng kể mối quan tâm của người tiêu dùng đối với sức khỏe và chế độ dinh dưỡng, đặc biệt là xu hướng sử dụng các loại thực phẩm và đồ uống bổ sung lợi khuẩn (probiotics) nhằm cải thiện hệ vi sinh đường ruột và nâng cao hệ miễn dịch. Về mặt truyền thống, các sản phẩm probiotic chủ yếu được phát triển trên nền sữa như sữa chua hoặc sữa lên men. Tuy nhiên, sự phổ biến của các sản phẩm từ sữa gặp phải một số rào cản nhất định, bao gồm hàm lượng chất béo và cholesterol cao, hội chứng bất dung nạp đường lactose (lactose intolerance), cùng với sự gia tăng của cộng đồng người tiêu dùng theo chế độ thuần chay (vegan). Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các dòng sản phẩm probiotic không từ sữa (non-dairy probiotics) có nguồn gốc từ rau củ, trái cây, ngũ cốc và các loại đậu đang trở thành hướng đi tất yếu của ngành công nghệ thực phẩm.

Trong nhóm đồ uống lên men không chứa sữa, kefir nước (water kefir) là một loại thức uống có ga nhẹ, chứa hàm lượng cồn thấp, được lên men từ dung dịch đường hoặc dịch quả nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật cộng sinh trong hạt nấm kefir (water kefir grains). Hệ vi sinh vật này bao gồm vi khuẩn lactic (LAB), vi khuẩn acetic (AAB) và nấm men, tạo nên hương vị đặc trưng thông qua sự kết hợp của các acid hữu cơ, ethanol, carbon dioxide và các hợp chất mùi bay hơi.

Sơ ri (Malpighia emarginata DC.) là loại quả giàu dinh dưỡng, đặc biệt chứa hàm lượng vitamin C tự nhiên rất cao (dao động từ 1.000 đến 4.500 mg/100g, cao gấp 50–100 lần so với cam hoặc chanh), cùng các hợp chất polyphenol và anthocyanin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh. Vitamin C trong sơ ri còn đóng vai trò như một chất khử oxy (oxygen scavenger), góp phần duy trì môi trường kỵ khí thuận lợi cho sự sống sót của các chủng vi khuẩn probiotic trong suốt quá trình lên men và bảo quản. Mặc dù có giá trị dinh dưỡng cao và được canh tác phổ biến tại các tỉnh Tiền Giang (Gò Công) và Bến Tre, người trồng sơ ri tại Việt Nam vẫn đối mặt với tình trạng thu nhập không ổn định do biến động giá cả thị trường, dẫn đến sự suy giảm về diện tích canh tác và năng suất. Việc đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ sơ ri, đặc biệt là ứng dụng lên men probiotic, là một giải pháp thiết thực nhằm gia tăng giá trị kinh tế cho loại nông sản này.

Cà rốt (Daucus carota) là loại rau ăn củ phổ biến toàn cầu, chứa nhiều đường có khả năng lên men, giàu khoáng chất, vitamin và đặc biệt là sắc tố carotenoid mang lại màu cam tự nhiên hấp dẫn. Đồng thời, việc lựa chọn nguồn carbohydrate bổ trợ cho quá trình lên men cũng đóng vai trò quyết định; trong đó đường dừa (coconut sugar) nổi lên như một chất tạo ngọt tự nhiên có chỉ số đường huyết (GI) thấp, giữ lại hàm lượng cao các khoáng chất vi lượng (Cu, Fe, Zn, Mn), amino acid và vitamin so với đường mía tinh luyện thông thường.

Nhận thấy khoảng trống nghiên cứu về sự kết hợp giữa nước ép sơ ri và nước ép cà rốt trong môi trường lên men water kefir, đề tài khóa luận tốt nghiệp kỹ sư "Production of acerola-carrot juice fermented with water kefir microorganisms" (Sản xuất nước ép sơ ri – cà rốt lên men bằng vi sinh vật hạt kefir nước) được thực hiện bởi nhóm sinh viên Nguyễn Thảo Ngọc và Nguyễn Phương Như dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Trần Khánh Linh tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

1. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý của nguyên liệu ban đầu gồm quả sơ ri và củ cà rốt (pH, tổng chất rắn hòa tan - TSS, hàm lượng đường khử, độ acid chuẩn độ - TA, hàm lượng acid ascorbic và độ ẩm).
2. Xây dựng công thức và khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ phối trộn nước ép sơ ri : nước ép cà rốt (v/v) khác nhau đến các đặc tính hóa lý, vi sinh và giá trị cảm quan của đồ uống lên men water kefir.
3. Khảo sát ảnh hưởng của việc thay thế đường mía bằng đường dừa đối với các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh của sản phẩm đồ uống kefir nước sau quá trình lên men.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quả sơ ri tươi thu nhận tại Bình Phú, Bến Tre; củ cà rốt tươi thu mua trên thị trường; hạt men kefir nước dạng khô được tài trợ bởi Công ty Nurturing Foods Co., Việt Nam; đường mía hữu cơ và đường dừa.
• Phạm vi nghiên cứu: Quá trình lên men thực hiện ở điều kiện tĩnh tại nhiệt độ phòng (25°C) trong thời gian 48 giờ; dịch lên men được hiệu chỉnh về pH 4,5 và độ brix 12 °Brix. Đề tài hoàn thành vào tháng 12 năm 2021 tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở khoa học

• Cấu trúc và hệ vi sinh vật hạt water kefir: Hạt kefir nước là một mạng lưới sinh học (biofilm) màu trắng đục hoặc trong suốt, cấu tạo từ polysaccharide không tan dạng dextran liên kết α-1,6 và phân nhánh α-1,3, được tổng hợp chủ yếu bởi loài vi khuẩn Lactobacillus hilgardii thông qua enzyme glucansucrase. Hệ vi sinh vật chủ đạo cộng sinh chặt chẽ bao gồm:
  • Vi khuẩn lactic (LAB): Lactobacillus hordei, Lactobacillus nagelii, Lactobacillus casei, Lactobacillus hilgardii, Leuconostoc mesenteroides.
  • Vi khuẩn acetic (AAB): Acetobacter fabarum, Acetobacter orientalis.
  • Nấm men: Saccharomyces cerevisiae, Dekkera bruxellensis, Zygotorulaspora florentina, Hanseniaspora vinae.
• Mối quan hệ cộng sinh và chuyển hóa carbohydrate: Nấm men sử dụng enzyme invertase để thủy phân disaccharide (sucrose) thành monosaccharide (glucose và fructose). Glucose được vi khuẩn LAB đồng hình chuyển hóa qua con đường Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) tạo thành acid lactic (hiệu suất > 85%, sinh 2 mol ATP/mol glucose); hoặc qua con đường 6-phosphogluconate/phosphoketolase ở LAB dị hình để tạo ra acid lactic, ethanol và CO₂. Đồng thời, nấm men lên men đường tạo thành ethanol và CO₂, đồng thời giải phóng vitamin B6 và các acid amin giúp kích thích vi khuẩn LAB phát triển. Ngược lại, acid hữu cơ do LAB sinh ra giúp hạ pH môi trường, tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men sinh trưởng.
• Cơ chế thủy phân pectin bằng enzyme: Quả sơ ri chứa hàm lượng pectin cao (4,51% ở giai đoạn xanh và 2,99% khi chín). Khi nghiền cơ học, pectin tạo thành khối gel nhớt giữ nước ép. Việc bổ sung chế phẩm enzyme pectinase (Pectinex Ultra SP-L từ Aspergillus niger) giúp cắt đứt chuỗi pectin, làm giảm độ nhớt dịch quả, phá vỡ liên kết tĩnh điện bao quanh các hạt lơ lửng, giúp tăng hiệu suất trích ly dịch ép và tạo điều kiện làm trong dịch quả.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Chuẩn bị và kích hoạt giống men: 10 g hạt kefir nước khô được kích hoạt trong 500 mL dung dịch đường mía 5% (w/v) trong 48 giờ ở nhiệt độ phòng. Hạt sau khi kích hoạt được thu hồi qua rây nilon vô trùng (mắt lưới 200 mesh), rửa sạch bằng nước cất vô trùng và tiến hành nhân giống định kỳ bằng cách thay môi trường nước đường mới sau mỗi 2 ngày để tích lũy đủ sinh khối.
• Quy trình trích ly dịch quả:
  • Nước ép sơ ri: Quả sơ ri chín được tuyển chọn, rửa sạch, chần ở 90°C trong 120 giây nhằm bất hoạt enzyme nội sinh, làm nguội, nghiền nát, sau đó bổ sung 0,15% (v/w) enzyme pectinase (Pectinex Ultra SP-L, Novozymes, Đan Mạch) và ủ lắc ở 45°C trên thiết bị lắc ủ (Jeio Tech, IST-3075R), sau đó ép lấy dịch.
  • Nước ép cà rốt: Cà rốt được gọt vỏ, rửa sạch, chần, nghiền và ép lấy dịch quả nguyên chất.
• Phương pháp phân tích hóa lý và hoạt tính sinh học:
  • Độ ẩm và hàm lượng tro: Xác định theo tiêu chuẩn AOAC.
  • Độ brix (TSS) và pH: Đo bằng khúc xạ kế cầm tay và máy đo pH điện tử.
  • Độ acid chuẩn độ (TA): Chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1 N với chỉ thị phenolphthalein.
  • Đường khử: Xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử acid 3,5-dinitrosalicylic (DNS) ở bước sóng 540 nm, xây dựng đường chuẩn glucose.
  • Hàm lượng phenolic tổng số (TPC): Xác định theo phương pháp Folin-Ciocalteu, biểu thị bằng mg đương lượng Gallic Acid trên 100 mL (mg GAE/100 mL).
  • Hàm lượng acid ascorbic (Vitamin C): Chuẩn độ oxy hóa khử với dung dịch 2,6-dichlorophenolindophenol (DCPIP).
  • Hàm lượng anthocyanin tổng số (TAC): Đo quang phổ UV-Vis ở hệ đệm pH 1,5 dựa trên sự chuyển đổi cấu trúc của cation flavylium.
  • Hoạt tính quét gốc tự do DPPH: Đánh giá khả năng trung hòa gốc tự do 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, đo độ hấp thụ quang ở 517 nm.
  • Hàm lượng ethanol: Xác định trực tiếp bằng thiết bị phân tích cồn chuyên dụng Alcolyzer (Anton Paar).
  • Đo màu sắc: Đo theo hệ màu CIE L*a*b*.
• Phương pháp kiểm nghiệm vi sinh: Định lượng số lượng tế bào sống (viability count) bằng phương pháp đổ đĩa: đếm vi khuẩn LAB trên môi trường thạch De Man, Rogosa and Sharpe (MRS) ủ kỵ khí và đếm nấm men trên môi trường thạch Potato Dextrose Agar (PDA) bổ sung kháng sinh để ức chế vi khuẩn. Kết quả biểu thị theo log CFU/mL.
• Phương pháp đánh giá cảm quan: Đánh giá thị hiếu người tiêu dùng (hedonic test) về các thuộc tính màu sắc, mùi, vị và mức độ chấp nhận chung với hội đồng gồm 45 người đánh giá chưa qua huấn luyện (n = 45).
• Phân tích dữ liệu thống kê: Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phân tích phương sai một yếu tố (One-way ANOVA) và kiểm định Tukey ở mức ý nghĩa p < 0,05.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu và Đặt vấn đề (Introduction)

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc phát triển đồ uống probiotic gốc thực vật trong bối cảnh thay đổi nhận thức sức khỏe toàn cầu sau đại dịch. Tác giả phân tích tiềm năng của thị trường thức uống lên men thủ công và công nghiệp, đồng thời chỉ ra thực trạng khó khăn của vùng trồng sơ ri tại miền Tây Nam Bộ (Tiền Giang, Bến Tre). Đề tài xác lập mục tiêu nghiên cứu là kết hợp hai nguồn nguyên liệu nông sản giàu hoạt tính sinh học (sơ ri và cà rốt) cùng kỹ thuật lên men bằng hệ vi sinh vật kefir nước nhằm tạo ra sản phẩm đồ uống có giá trị gia tăng cao.

Chương 2: Tổng quan tài liệu (Literature Review)

Chương 2 tổng hợp toàn diện các cơ sở lý luận khoa học từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước:

• Lịch sử, nguồn gốc hạt water kefir (còn gọi là "tibi", "tibicos" hay "sugary kefir grains") và quy trình sản xuất nước uống kefir truyền thống (Hình 2.1).
• Thành phần định danh các loài vi sinh vật cư trú trong hạt kefir (Bảng 2.1), cơ chế tương tác hỗ sinh giữa nấm men và vi khuẩn lactic (Hình 2.3).
• Con đường sinh hóa chuyển hóa carbohydrate của vi khuẩn LAB đồng hình, dị hình và nấm men (Hình 2.4, Hình 2.5; Bảng 2.2).
• So sánh các loại cơ chất lên men: Phân tích ưu thế của đường dừa (Cocos nucifera L.) với thành phần khoáng đa dạng (Cu, Fe, Zn, Mn) so với đường mía tinh luyện.
• Tổng quan về quả sơ ri (Malpighia emarginata DC.): Thành phần dinh dưỡng (Bảng 2.3), nồng độ vitamin C vượt trội, ứng dụng enzyme pectinase trong công nghệ chế biến dịch quả và các nghiên cứu ứng dụng sơ ri trong thực phẩm lên men (kem probiotic, rượu vang sơ ri, kombucha).
• Đặc tính dinh dưỡng của cà rốt (Daucus carota) (Bảng 2.4) và khả năng ứng dụng dịch ép cà rốt làm môi trường lên men cho vi khuẩn có lợi.

Chương 3: Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu (Materials and Methods)

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm được chuẩn hóa:

• Kỹ thuật phục hồi, kích hoạt và duy trì hệ vi sinh vật hạt kefir nước (Hình 3.1, Hình 3.2).
• Sơ đồ quy trình trích ly dịch ép sơ ri xử lý enzyme (Hình 3.3) và dịch ép cà rốt (Hình 3.4).
• Thiết kế 3 nội dung thực nghiệm chính:
  • Thí nghiệm 1: Khảo sát thành phần hóa lý của nguyên liệu thô (sơ ri và cà rốt).
  • Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của 5 tỷ lệ phối trộn nước ép sơ ri : cà rốt (v/v) gồm 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100 đến chất lượng đồ uống lên men với đường mía (Bảng 3.2, Bảng 3.3).
  • Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của việc thay thế đường mía bằng đường dừa trên 10 mẫu đồ uống lên men ở các tỷ lệ dịch quả tương ứng (Bảng 3.4).
• Các phương pháp phân tích hóa học, đo phổ quang học, đếm vi sinh và đánh giá cảm quan.

Chương 4: Kết quả và Bàn luận (Results and Discussion)

Chương 4 cung cấp toàn bộ các số liệu thực nghiệm, đồ thị so sánh và biện luận khoa học:

• Đặc tính nguyên liệu ban đầu: Đánh giá chi tiết hàm lượng ẩm, chất khô hòa tan, acid tổng số, đường khử và vitamin C của dịch ép sơ ri và cà rốt.
• Biến đổi hóa lý trong quá trình lên men (0h và 48h): Phân tích sự sụt giảm pH và TSS, sự gia tăng độ acid chuẩn độ (TA) do vi khuẩn LAB sinh tổng hợp acid hữu cơ, và sự tích lũy hàm lượng ethanol do nấm men tạo ra (Hình 4.3, Hình 4.6).
• Hành vi đường khử: So sánh sự tiêu thụ và giải phóng đường khử giữa các công thức nước ép; giải thích hiện tượng tăng đường khử ở mẫu 100% cà rốt lên men với đường mía sau 48h do enzyme invertase thủy phân sucrose vượt quá tốc độ tiêu thụ đường của tế bào vi sinh vật (Hình 4.4).
• Động thái vi sinh vật: Số lượng vi khuẩn LAB và nấm men đạt mật độ cao sau 48 giờ lên men, trong đó mẫu chứa 100% dịch ép sơ ri tạo môi trường tối ưu cho sự tăng trưởng của cả hai nhóm vi sinh vật (Hình 4.2).
• Chất chống oxy hóa và hoạt tính sinh học: Biến thiên hàm lượng polyphenol (TPC), acid ascorbic, anthocyanin (TAC) và hoạt tính khử gốc tự do DPPH trước và sau lên men (Hình 4.5).
• Chỉ tiêu màu sắc và cảm quan: Phân tích sự sai khác màu sắc qua hệ tọa độ CIE L*a*b* (Hình 4.7, Bảng 4.2) và biểu đồ phân tích thị hiếu cảm quan 9 điểm (Hình 4.8) với n=45 người tham gia.
• Hiệu ứng của nguồn đường bổ sung: Bàn luận cơ chế kích thích sinh trưởng vi sinh vật và tạo cồn của đường dừa so với đường mía nhờ sự hiện diện của các ion kim loại vi lượng và hợp chất nitơ hữu cơ (Hình 4.10, Hình 4.11, Hình 4.12, Hình 4.13; Bảng 4.3, Bảng 4.4).

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

Dưới đây là bảng tổng hợp các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan cốt lõi được trích xuất từ dữ liệu thực nghiệm của đề tài:

Chỉ tiêu phân tích	Thời điểm / Mẫu thí nghiệm	Kết quả thực nghiệm chính
Thành phần hóa lý nguyên liệu sơ ri	Quả tươi sau xử lý enzyme	Độ ẩm cao (~94%), hàm lượng vitamin C vượt trội, giàu polyphenol và sắc tố anthocyanin.
Thành phần hóa lý nguyên liệu cà rốt	Củ tươi sau trích ly	Giàu đường tự nhiên, pH ban đầu cao hơn sơ ri, chứa sắc tố carotenoid tạo màu cam đặc trưng.
Mật độ vi sinh vật (LAB & Nấm men)	Mẫu 100% nước ép sơ ri (sau 48h)	Đạt giá trị cao nhất: Vi khuẩn LAB đạt 8,48 log CFU/mL; Nấm men đạt 7,37 log CFU/mL.
Động thái pH và TSS	Toàn bộ các mẫu (0h $\rightarrow$ 48h)	pH ban đầu 4,5 giảm mạnh sau 48h; Tổng chất rắn hòa tan (TSS) giảm từ 12 °Brix xuống mức tiêu hao tương ứng.
Độ acid chuẩn độ (TA) & Ethanol	Toàn bộ các mẫu (0h $\rightarrow$ 48h)	Độ acid chuẩn độ và hàm lượng cồn tăng liên tục trong 48h do quá trình sinh acid của LAB và sinh cồn của nấm men.
Biến đổi đường khử	Mẫu 100% cà rốt + đường mía	Ghi nhận sự gia tăng hàm lượng đường khử sau 48h lên men (do tốc độ thủy phân sucrose thành đường đơn nhanh hơn tốc độ tiêu thụ).
Hoạt tính chống oxy hóa (DPPH)	Toàn bộ các mẫu sau lên men	Hoạt tính quét gốc tự do DPPH tăng có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) ở tất cả các mẫu, chứng minh tác động tích cực của lên men kefir lên các hợp chất sinh học.
Đánh giá cảm quan (n=45)	Các mẫu tỷ lệ 50:50 và 25:75	Đạt điểm đánh giá cao nhất về mặt mùi vị (flavor) và mức độ chấp nhận chung (overall acceptability), nhờ sự cân bằng giữa vị chua của sơ ri và vị ngọt dịu của cà rốt.
So sánh Đường mía vs Đường dừa	Các mẫu bổ sung đường dừa	Cho mật độ vi sinh vật (LAB, nấm men) và nồng độ ethanol cao hơn rõ rệt so với mẫu sử dụng đường mía sau 48 giờ lên men.

Đóng góp của đề tài

• Đóng góp khoa học: Khóa luận cung cấp các dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về động học hóa lý, sự tồn tại và phát triển của hệ vi sinh vật cộng sinh hạt kefir nước trong môi trường phối trộn giữa dịch quả giàu acid (sơ ri) và dịch củ giàu đường (cà rốt). Nghiên cứu làm sáng tỏ vai trò xúc tác sinh học của đường dừa đối với hoạt lực lên men của nấm men và vi khuẩn lactic.
• Đóng góp thực tiễn: Thiết lập thành công quy trình chế biến đồ uống lên men probiotic không từ sữa có giá trị dinh dưỡng cao, góp phần giải quyết bài toán tiêu thụ nông sản cho quả sơ ri tại tỉnh Bến Tre, đồng thời cung cấp thêm lựa chọn đồ uống có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Phạm vi theo dõi động học lên men mới chỉ tập trung phân tích tại hai thời điểm mốc cố định là 0 giờ và 48 giờ, chưa ghi nhận chi tiết đường cong sinh trưởng và sự thay đổi từng chỉ tiêu theo các khoảng thời gian ngắn hơn (như mỗi 6 giờ hoặc 12 giờ).
• Chưa tiến hành phân tích định tính và định lượng chi tiết từng loại acid hữu cơ (như acid lactic, acid acetic, acid succinic) bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
• Thử nghiệm đánh giá cảm quan mới dừng lại ở phép thử thị hiếu (hedonic test) trên người tiêu dùng chưa qua huấn luyện, chưa thực hiện phép thử mô tả cảm quan định lượng (QDA).
• Chưa thực hiện khảo sát độ ổn định và thời hạn bảo quản (shelf-life) của sản phẩm đồ uống ở các điều kiện nhiệt độ bảo quản lạnh khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nghiên cứu động học lên men chi tiết qua nhiều mốc thời gian để xác định chính xác thời điểm kết thúc lên men tối ưu nhằm kiểm soát nồng độ cồn và độ chua.
• Ứng dụng HPLC để định lượng thành phần acid hữu cơ và sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) để xác định các hợp chất hương bay hơi đặc trưng của sản phẩm.
• Đánh giá khả năng sống sót của vi khuẩn probiotic trong điều kiện mô phỏng hệ tiêu hóa người (in vitro gastrointestinal digestion model).
• Nghiên cứu thời hạn sử dụng, sự biến đổi chất lượng và giải pháp bao bì bảo quản sản phẩm ở quy mô pilot.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với sinh viên và học viên: Tài liệu là tài liệu tham khảo bổ ích cho sinh viên thuộc các ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Kỹ thuật Hóa học khi thực hiện đồ án, khóa luận hoặc đề tài nghiên cứu liên quan đến công nghệ lên men probiotic không từ sữa, kỹ thuật xử lý dịch quả bằng enzyme và phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa.
• Đối với người nghiên cứu và doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Khóa luận cung cấp thông số kỹ thuật cụ thể về tỷ lệ xử lý enzyme pectinase (Pectinex Ultra SP-L ở 0,15%, 45°C) trên dịch quả sơ ri, công thức phối trộn cân bằng cảm quan giữa sơ ri và cà rốt (50:50 và 25:75), cùng dữ liệu so sánh trực tiếp về hiệu quả lên men giữa đường mía và đường dừa để phát triển sản phẩm thương mại.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao hạt kefir nước có thể tạo thành các khối hạt dạng gel đàn hồi đặc trưng?

Cấu trúc dạng hạt đàn hồi của nấm kefir nước được hình thành nhờ một loại exopolysaccharide không tan trong nước là dextran, cấu tạo từ các liên kết glucose $\alpha$-1,6 và phân nhánh $\alpha$-1,3. Polysaccharide này được tổng hợp chủ yếu bởi loài vi khuẩn lactic Lactobacillus hilgardii thông qua hoạt động của enzyme glucansucrase khi có sự hiện diện của đường sucrose trong môi trường.

2. Enzyme pectinase được ứng dụng trong công đoạn nào của quá trình xử lý quả sơ ri và với điều kiện kỹ thuật ra sao?

Enzyme pectinase (Pectinex Ultra SP-L từ Aspergillus niger) được bổ sung vào công đoạn xử lý dịch nghiền sau khi quả sơ ri đã được chần ở 90°C trong 120 giây và làm nguội. Nồng độ enzyme sử dụng là 0,15% (v/w), tiến hành ủ lắc ở nhiệt độ 45°C trên thiết bị ủ lắc để phân cắt chuỗi pectin, giảm độ nhớt và phá vỡ cấu trúc gel, giúp tăng hiệu suất trích ly dịch ép sơ ri.

3. Tỷ lệ phối trộn nước ép sơ ri và nước ép cà rốt nào cho chất lượng cảm quan tốt nhất?

Kết quả đánh giá cảm quan thị hiếu từ 45 người đánh giá cho thấy các mẫu có tỷ lệ phối trộn nước ép sơ ri : nước ép cà rốt ở mức 50:50 và 25:75 (v/v) đạt điểm số cao nhất về mùi vị (flavor) và mức độ chấp nhận chung. Các tỷ lệ này tạo ra sự hài hòa tối ưu giữa độ chua tự nhiên của sơ ri và vị ngọt thanh, êm dịu cùng màu sắc cam của dịch ép cà rốt.

4. Việc thay thế đường mía bằng đường dừa mang lại tác động gì đến quá trình lên men?

Việc sử dụng đường dừa giúp thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật tốt hơn, thể hiện qua mật độ vi khuẩn LAB, nấm men và hàm lượng ethanol sau 48 giờ lên men đều cao hơn so với mẫu dùng đường mía. Nguyên nhân là do đường dừa là hệ cơ chất tự nhiên chưa qua tinh luyện, chứa hàm lượng phong phú các khoáng chất vi lượng (Cu, Fe, Zn, Mn), vitamin và acid amin hỗ trợ đắc lực cho quá trình trao đổi chất của tế bào vi sinh vật.

5. Hoạt tính chống oxy hóa của đồ uống biến đổi như thế nào sau quá trình lên men?

Toàn bộ các mẫu đồ uống kefir nước sau 48 giờ lên men đều ghi nhận sự gia tăng có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) về hoạt tính quét gốc tự do DPPH. Sự gia tăng này chứng minh quá trình lên men bởi hệ vi sinh vật hạt kefir nước đã giải phóng hoặc biến đổi các hợp chất có hoạt tính sinh học (polyphenol, anthocyanin, acid ascorbic) thành các dạng có hoạt lực chống oxy hóa cao hơn trong sản phẩm cuối.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thảo Ngọc và Nguyễn Phương Như đã nghiên cứu thành công quy trình sản xuất đồ uống probiotic không từ sữa từ dịch phối trộn sơ ri – cà rốt lên men bằng hạt water kefir. Kết quả thực nghiệm chứng minh tỷ lệ phối trộn 50:50 và 25:75 (v/v) mang lại chất lượng cảm quan và dinh dưỡng tối ưu, đồng thời việc ứng dụng đường dừa giúp nâng cao rõ rệt mật độ vi sinh vật có lợi và hoạt lực lên men. Công trình có giá trị khoa học và thực tiễn cao, mở ra hướng ứng dụng hiệu quả nhằm nâng cao giá trị thương mại cho nguồn nông sản sơ ri tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING CAPSTONE PROJECT FOOD TECHNOLOGY PRODUCTION OF ACEROLA-CARROT JUICE FERMENTED WITH WATER KEFIR MICROORGANISMS LECTURER: PhD. VU TRAN KHANH LINH STUDENT: NGUYEN THAO NGOC NGUYEN PHUONG NHU SKL 0 0 8 4 9 0 Ho Chi Minh City, December, 2021 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING DEPARTMENT OF FOOD TECHNOLOGY GRADUATION PROJECT CODE: 2021-17116023 PRODUCTION OF ACEROLA-CARROT JUICE FERMENTED WITH WATER KEFIR MICROORGANISMS NGUYEN THAO NGOC Student ID: 17116023 NGUYEN PHUONG NHU Student ID: 17116107 Supervisor: VU TRAN KHANH LINH, PhD. HO CHI MINH CITY – 12/2021 ACKNOWLEDGEMENTS We wish to express our heartfelt gratitude to our families and all of the individuals that have kindly supported and helped us in this project. First and foremost, we want to show our deepest appreciation to our supervisor, Dr.

Vu Tran Khanh Linh, who has been so conscientious with us throughout this work. This graduation thesis has been a wonderful experience for both of us since we had received her belief, unlimited guidance and encouragement. We also want to give our gratefulness to Dr. Le Ngoc Lieu, from Vietnam National University HCMC International University, who has given us invaluable advice and contribution during the research.

It has been an honor for us to have a chance to work with them. Our sincere thankful also goes to all of the lecturers in the Department of Food Technology, Faculty of Chemical and Food Technology, HCMC University of Technology and Education for giving us limitless support and quality research condition. We also want to show our sincere gratitude to Ms. Hoang Thi Thu and Ms.

Phan My Phuong, from Nurturing Foods Co., Vietnam for their hospitality, compassion and endless support. We are so grateful to be sponsored for the dried water kefir grains, which was the main research material. Furthermore, thanks to them, we also had a chance to use the Alcolyzer for the first time, in the analysis of ethanol content. Special thanks to the juniors at HCMUTE, Nguyen Pham Huyen Phuong, Nguyen Hoang Tan Tai and Phan Nguyen Dai Trang for their dedication during the research.

We are lucky to get to know them, to be their friends and we had a quality time working together. We also would like to acknowledge our colleagues and friends, who we cannot name all. Their support and advice were priceless and we cannot be happier for knowing and working with such amazing people. Ho Chi Minh City, December 23th, 2021 TABLE OF CONTENT LIST OF TABLES.

i LIST OF FIGURES. ii LIST OF ABBREVIATIONS. Microbiota and appearance of water kefir grains. Symbiotic interactions of microorganisms in water kefir fermentation process.

Carbohydrate metabolism of water kefir microorganisms. Benefit of water kefir beverage. Sources of substrates for water kefir fermentation. Vegetable and fruit juice.

Acerola (Malpighia emarginata DC. Chemical composition of acerola. Application of pectinase in acerola juice extraction. Application of acerola juice in fermented foods.

Chemical composition of carrot. Application of carrot juice in fermented foods. MATERIALS AND METHODS. Water kefir grains.

Preparation of acerola juice. Preparation of carrot juice. Preparation of juice water kefir beverage. Experiment 1: Investigate the physicochemical composition of raw materials (acerola fruit and carrot).

Experiment 2: Effects of different acerola/carrot juice ratios (v/v) on the quality of water kefir beverage. Experiment 3: Investigate the effect of replacement of cane sugar with coconut sugar on physicochemical and microbiological properties of the wafer kefir beverage. Statistical data analysis. RESULTS AND DISCUSSION.

Investigate physicochemical composition of raw materials (acerola fruit and carrot). Effects of different acerola/carrot juice ratios (v/v) on the quality of water kefir beverages. Total soluble solids (TSS), pH and titratable acidity (TA). Antioxidant compounds and DPPH radical-scavenging activity.

Effect of the replacement of cane sugar with coconut sugar on physicochemical and microbiological properties of the wafer kefir beverages (WKB). Enumeration of presumptive microorganisms in water kefir fermentation. Total soluble solids (TSS), pH value and ethanol content .70 LIST OF TABLES Table 2.1 Isolated microorganisms in water kefir grains .2 Homo- and heterofermentative LAB species in water kefir [16] .3 Nutritional content of acerola fruit (per 100 g) [40] .4 Chemical composition of fresh carrot (per 100 g) [49] .1 Analytical methods for physicochemical properties of acerola fruit and carrot .2 Formulation of juice water kefir beverages using cane sugar .3 Physicochemical and microbiological analyzing method of water kefir beverages in experiment 2 .4 Physicochemical and microbiological analyzing method of water kefir beverages in experiment 3 .1 Physicochemical composition of acerola and carrot .2 Color analysis of five different acerola-carrot water kefir samples .1 Physicochemical analysis of ten different acerola-carrot water kefir beverages applied with different sources of sugar .1 Microbiological analysis of ten different acerola-carrot water kefir beverages applied with different sources of sugar. 73 i LIST OF FIGURES Figure 2.1 Manufacturing process of water kefir beverage [15, 18] .2 Appearance of water kefir grains, scale is in cm [20] .3 Interactions of main representative cultivable water kefir isolates [22] .4 Carbohydrate metabolism of LAB [24] .5 Carbohydrate metabolism of yeast [26] .6 Fully ripened Acerola (Malpighia emarginata DC.1 Appearance of water kefir grains in dried form (left) and rehydrated form (right) used in this experiment .2 Propagation of water kefir starter culture .3 Preparation of acerola juice .4 Preparation of carrot juice .5 Preparation of juice water kefir beverage .6 Reaction between reducing sugars and DNS reagent [66] .7 Glucose calibration curve .8 Gallic acid calibration curve .9 Reaction between Ascorbic acid and DCPIP [71] .10 Ascorbic acid calibration curve .11 UV-Vis spectra of anthocyanins in pH 1.5 buffers, and the structures of the flavylium cation (A) and hemiketal forms (B) [73] .1 Gram staining of LAB grown on MRS agar (a) and yeast grown on PDA (b) under oil immersion (100x magnification).2 Viable counts (log CFU/mL) of presumptive (a) LAB and (b) yeast of different samples at 0h and 48h of fermentation.

Results with the same lowercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the 0h and 48h. Results with the same uppercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the samples.3 (a) pH, (b) total soluble solids and (c) titratable acidity of different samples at 0h and 48h of fermentation. Results with the same lowercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the 0h and 48h. Results with the same uppercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the samples.4 Reducing sugars content of different samples at 0h and 48h of fermentation.

Results with the same lowercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the 0h and 48h. Results with the same uppercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the samples.5 (a) Total phenolic content; (b) Ascorbic acid content; (c) Total anthocyanin content and (d) DPPH radical-scavenging activity of different samples at 0h and 48h of fermentation. Results with the same lowercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the 0h and 48h. Results with the same uppercase letters do not differ at p < 0.05 with respect to the samples.6 Ethanol content of different samples at 48h of fermentation.

Results with the same lowercase letters do not differ at p < 0.7 Color difference of different samples. Results with the same lowercase letters do not differ at p < 0.8 Sensory analysis of different samples. Error bars =  SD (n=45).9 Physical appearance acerola-carrot juice beverages .10 Viable counts of (a) LAB and (b) yeast for each sample applied with different sugar sources at 48h of fermentation. * symbol indicates statistical significance (p < 0.05) between samples applied with cane sugar and coconut sugar.11 (a) pH and (b) total soluble solids of each sample applied with different sugar sources at 48h of fermentation.

* symbol indicates statistical significance (p < 0.05) between samples applied with cane sugar and coconut sugar.12 Ethanol content of each sample applied with different sugar sources at 48h of fermentation. * symbol indicates statistical significance (p < 0.05) between samples applied with cane sugar and coconut sugar.13 Reducing sugars content of each sample applied with different sugar sources at 0h and 48h of fermentation. * symbol indicates statistical significance (p < 0.05) between samples applied with cane sugar and coconut sugar.1 Sensory evaluation questionnaire .1 Reducing sugar analysis results of fresh acerola and carrot. 74 iv LIST OF ABBREVIATIONS 1.

AAB: Acetic Acid Bacteria 2. AAE: Ascorbic Acid Equivalents 3. ANOVA: Analysis of Variance 4. AOAC: Association of Official Analytical Chemist 5.

ATP: Adenosine triphosphate 6. CFU: Colony Forming per Unit 7. DCPIP: 2,6-Dichlorophenol indophenol 8. DNS: 3,5-dinitrosalicylic acid 9.

DPPH: 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl 10. GAE: Gallic Acid Equivalents 11. LAB: Lactic Acid Bacteria 12. MRS: De Man, Rogosa and Sharpe 13.

NAD+: Nicotinamide adenine dinucleotide 14. PDA: Potato Dextrose Agar 15. SD: Standard Deviation 16. TAC: Total Anthocyanin Content 17.

TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam 18. TPC: Total Phenolic Content 19. TSS: Total Soluble Solids 20. WKB: Water Kefir Beverage v ABSTRACT Water kefir is a non-dairy probiotic beverage fermented by microbial multispecies of water kefir grains wherein the key microorganisms are lactic acid bacteria (LAB) and yeast.

Several studies have mainly focused on the isolation and identification of water kefir starter cultures. However, there is limited information on the combination of fruit and vegetable juices in water kefir fermentation. Therefore, this study aimed to focus on the production of acerola-carrot juice fermented with water kefir grains to evaluate the effect of different acerola/carrot juice ratios on the quality of the products. The fermentation media were adjusted to pH 4.5 and 12 oBrix by the addition of cane or coconut sugar.

The fermentation was performed at 25 oC for 48 hours. The beverages were analyzed for microbiological and physicochemical properties at 0 and 48 hours of fermentation, while sensory evaluation was conducted on the final beverages. Results showed that pH value and total soluble solids decreased after fermentation, while titratable acidity and ethanol content witnessed an opposite trend. The highest growth of microorganisms was obtained in the sample fermented with 100% acerola juice, with cell counts of LAB and yeast was of 8.48 log CFU/mL and 7.37 log CFU/mL, respectively.

Only the sample with 100% of carrot juice fermented with cane sugar showed an increase in reducing sugars content after 48h of fermentation. All of the samples also showed a significant increase in radical-scavenging activity after fermentation, demonstrating a positive effect of water kefir fermentation on phytonutrients in the final products. Changes in color attribute were considered unnoticeable at the human perception scale. Regarding sensory analysis, samples with 50:50 and 25:75 of acerola/carrot juices were highly evaluated in flavor and overall acceptability.

The results also showed that all of the water kefir drinks fermented with coconut sugar had higher microbial loads and ethanol content than those with cane sugar after fermentation. Therefore, the outcomes of this research provide strong evidence that a new type of fermented acerola- carrot beverage can be produced using water kefir grains as a suitable starter along with the supporting substrates of cane sugar or coconut sugar. Rationale The ongoing COVID-19 pandemic has had a profound impact on people's health concerns, as well as their eating and drinking habits. Thus, the demand for healthier products like probiotic foods has also increased since they are supposed to promote the composition of the gut microbiota and overall health [1].

Traditionally, probiotics have been found in yogurt and other dairy-based fermented products. However, high fat and cholesterol content and lactose intolerance have limited the consumption of these products. Besides, another issue limiting dairy product intake is the rise in the number of vegans.