Tổng quan nghiên cứu

Cây Dong riềng (Canna edulis Ker-Gawler) là một loại cây thân thảo có nguồn gốc từ Nam Mỹ, được trồng phổ biến tại các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam như Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lạng Sơn, Hà Giang, Cao Bằng và Quảng Ninh. Với năng suất trung bình khoảng 70 tấn củ tươi/ha, có thể đạt tới 100-120 tấn/ha trong điều kiện thâm canh tốt, Dong riềng mang lại giá trị kinh tế cao, đặc biệt khi chế biến thành bột tinh bột có giá trị gấp ba lần so với củ tươi. Cây có khả năng thích nghi với nhiều loại đất và khí hậu, chịu được nóng, lạnh và bóng râm, đồng thời góp phần bảo vệ đất dốc chống xói mòn. Tuy nhiên, đầu ra sản phẩm từ Dong riềng vẫn chưa ổn định, làm hạn chế sự phát triển bền vững của cây trồng này.

Trong bối cảnh ngành công nghiệp rượu Việt Nam đang phát triển đa dạng với nhiều nguyên liệu truyền thống như gạo, ngô, khoai, sắn, việc nghiên cứu ứng dụng Dong riềng làm nguyên liệu lên men rượu là hướng đi mới nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị kinh tế và tạo thêm nguồn thu nhập cho người nông dân. Củ Dong riềng chứa khoảng 72% nước, 24,2% hydrat cacbon trong đó tinh bột chiếm 70,9%, cùng với protein, chất béo và khoáng chất, cho thấy tiềm năng lên men rượu hiệu quả. Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình lên men rượu từ Dong riềng, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men, đánh giá chất lượng rượu thành phẩm và đề xuất giải pháp ứng dụng thực tiễn trong sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về sinh học lên men rượu, đặc biệt là quá trình lên men yếm khí của nấm men Saccharomyces cerevisiae và vai trò của enzyme amylase trong thủy phân tinh bột. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Tinh bột và cấu trúc tinh bột Dong riềng: Tinh bột gồm hai thành phần amylose và amylopectin với tỷ lệ và cấu trúc ảnh hưởng đến khả năng thủy phân và lên men.
  • Quá trình lên men rượu: Phản ứng chuyển hóa glucose thành ethanol và CO2 trong điều kiện yếm khí, được xúc tác bởi nấm men.
  • Yếu tố ảnh hưởng lên men: Nhiệt độ, pH, nồng độ đường, oxygen hòa tan, tỷ lệ men và kích thước nguyên liệu.
  • Men thuốc bắc và men lá truyền thống: Hệ vi sinh vật đa dạng trong bánh men, bao gồm nấm mốc, nấm men và vi khuẩn, có vai trò phân giải tinh bột và chuyển hóa đường thành rượu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, từ tháng 12/2014 đến tháng 5/2015. Cỡ mẫu gồm các loại bánh men lá thu mua tại các huyện Ba Bể, Bạch Thông (Bắc Kạn) và Bắc Sơn (Lạng Sơn), cùng củ Dong riềng được thu hoạch đúng thời vụ.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Lựa chọn bánh men lá phù hợp: So sánh khả năng lên men và chất lượng rượu thu được từ ba loại bánh men lá phổ biến.
  • Ảnh hưởng kích thước nguyên liệu: Thí nghiệm với hai kích thước nguyên liệu (thái lát 1x1x1 cm và nghiền nhỏ) để đánh giá hiệu quả lên men.
  • Ảnh hưởng các yếu tố lên men: Thay đổi thời gian lên men (4, 8, 12 ngày) và tỷ lệ men (3-5%) để xác định điều kiện tối ưu.
  • Ảnh hưởng enzyme amylase thô: Bổ sung enzyme amylase thô từ nấm mốc để tăng hiệu quả thủy phân tinh bột.
  • Phối trộn nguyên liệu: Xác định tỷ lệ phối trộn Dong riềng với gạo nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi rượu.
  • Đánh giá chất lượng rượu: Đánh giá cảm quan theo tiêu chuẩn TCVN 3217-79, đo độ cồn bằng cồn kế.

Phân tích số liệu được thực hiện bằng phần mềm SPSS, với các chỉ tiêu đo lường gồm pH, nồng độ chất khô hòa tan (Brix), hàm lượng tinh bột (OD ở bước sóng 590 nm) và thể tích rượu thu hồi.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lựa chọn bánh men lá phù hợp: Bánh men lá Ba Bể cho hiệu suất lên men cao nhất với thể tích rượu thu hồi đạt khoảng 0,91 ml sau 4 ngày, cao hơn bánh men lá Bạch Thông (0,80 ml) và Bắc Sơn (0,91 ml). Đánh giá cảm quan rượu thành phẩm cho điểm tổng hợp 18,0/20, thuộc loại tốt theo tiêu chuẩn TCVN 3217-79.

  2. Ảnh hưởng kích thước nguyên liệu: Nguyên liệu nghiền nhỏ cho lượng rượu thu hồi cao hơn (0,87 ml sau 4 ngày) so với nguyên liệu thái lát (0,87 ml), đồng thời hàm lượng tinh bột giảm nhanh hơn, chứng tỏ quá trình thủy phân và lên men hiệu quả hơn. Thời gian lên men 8 ngày là tối ưu cho cả hai kích thước.

  3. Ảnh hưởng thời gian và tỷ lệ men: Thời gian lên men 8 ngày và tỷ lệ men 4-5% cho hiệu suất rượu cao nhất, với nồng độ cồn đạt khoảng 12-14% thể tích. Thời gian lên men quá dài (12 ngày) làm giảm hiệu quả do sự tích tụ các sản phẩm phụ và giảm hoạt động của nấm men.

  4. Ảnh hưởng enzyme amylase thô: Bổ sung enzyme amylase thô từ nấm mốc làm tăng tốc độ thủy phân tinh bột, giảm hàm lượng tinh bột còn lại trong dịch lên men, tăng thể tích rượu thu hồi lên khoảng 15% so với mẫu đối chứng không bổ sung enzyme.

  5. Phối trộn nguyên liệu Dong riềng và gạo: Tỷ lệ phối trộn 70% Dong riềng và 30% gạo cho hiệu suất thu hồi rượu cao nhất, với độ cồn đạt 13,5% thể tích, đồng thời giữ được hương vị đặc trưng của rượu Dong riềng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy bánh men lá Ba Bể chứa các thành phần thảo dược có tác dụng kích thích sinh trưởng nấm men và kháng khuẩn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men và nâng cao chất lượng rượu. Kích thước nguyên liệu nghiền nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc enzyme, thúc đẩy quá trình thủy phân tinh bột và lên men, phù hợp với các nghiên cứu về công nghệ lên men rượu truyền thống.

Thời gian và tỷ lệ men là các yếu tố quyết định đến hiệu suất lên men, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về Saccharomyces cerevisiae. Việc bổ sung enzyme amylase thô giúp tăng hiệu quả thủy phân tinh bột, giảm thời gian lên men và tăng năng suất rượu, đồng thời giảm chi phí so với enzyme tinh khiết.

Phối trộn Dong riềng với gạo không chỉ nâng cao hiệu suất thu hồi rượu mà còn giúp giảm độ nhớt của dịch lên men, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Điều này mở ra hướng phát triển sản phẩm rượu truyền thống đa dạng, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và quốc tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể tích rượu thu hồi theo thời gian lên men và tỷ lệ men, bảng so sánh hàm lượng tinh bột còn lại giữa các kích thước nguyên liệu, cũng như biểu đồ điểm đánh giá cảm quan rượu từ các loại bánh men lá.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng bánh men lá Ba Bể trong sản xuất rượu Dong riềng: Khuyến khích các cơ sở sản xuất sử dụng loại bánh men này để nâng cao hiệu suất lên men và chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: các nhà sản xuất rượu truyền thống.

  2. Sử dụng nguyên liệu Dong riềng nghiền nhỏ: Đề xuất nghiền nhỏ nguyên liệu trước khi lên men để tăng hiệu quả thủy phân và rượu thu hồi. Thời gian thực hiện: 3 tháng; Chủ thể: nhà máy chế biến và hộ sản xuất nhỏ lẻ.

  3. Bổ sung enzyme amylase thô từ nấm mốc: Khuyến khích nghiên cứu và sản xuất enzyme amylase thô để bổ sung trong quá trình lên men, giúp rút ngắn thời gian và tăng năng suất. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp enzyme.

  4. Phối trộn nguyên liệu Dong riềng với gạo theo tỷ lệ 70:30: Áp dụng phối trộn để nâng cao hiệu suất thu hồi rượu và giữ hương vị đặc trưng. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: các cơ sở sản xuất rượu truyền thống.

  5. Xây dựng quy trình sản xuất rượu Dong riềng chuẩn hóa: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu để xây dựng quy trình sản xuất chi tiết, đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất rượu truyền thống: Áp dụng quy trình lên men rượu từ Dong riềng để đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế.

  2. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Tham khảo để phát triển nghiên cứu sâu hơn về công nghệ lên men, enzyme và vi sinh vật trong sản xuất rượu.

  3. Doanh nghiệp chế biến nông sản: Khai thác tiềm năng nguyên liệu Dong riềng, phát triển sản phẩm mới, mở rộng thị trường tiêu thụ.

  4. Người nông dân và hợp tác xã nông nghiệp: Nắm bắt kỹ thuật trồng và chế biến Dong riềng, nâng cao thu nhập và phát triển kinh tế địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn Dong riềng làm nguyên liệu lên men rượu?
    Dong riềng có hàm lượng tinh bột cao (khoảng 70,9% trong hydrat cacbon), năng suất lớn (70-120 tấn/ha), dễ trồng và thích nghi với nhiều điều kiện khí hậu, giúp đa dạng hóa nguyên liệu sản xuất rượu và tăng giá trị kinh tế.

  2. Loại bánh men lá nào phù hợp nhất cho lên men rượu Dong riềng?
    Bánh men lá Ba Bể được đánh giá cao nhất về khả năng lên men và chất lượng rượu thành phẩm nhờ chứa các thành phần thảo dược giúp kích thích nấm men và kháng khuẩn.

  3. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến quá trình lên men như thế nào?
    Nguyên liệu nghiền nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc enzyme, thúc đẩy quá trình thủy phân tinh bột và lên men, từ đó tăng thể tích rượu thu hồi và giảm hàm lượng tinh bột còn lại.

  4. Có nên bổ sung enzyme amylase trong quá trình lên men không?
    Có, bổ sung enzyme amylase thô từ nấm mốc giúp tăng hiệu quả thủy phân tinh bột, rút ngắn thời gian lên men và tăng năng suất rượu, đồng thời giảm chi phí so với enzyme tinh khiết.

  5. Tỷ lệ phối trộn Dong riềng và gạo tối ưu là bao nhiêu?
    Tỷ lệ phối trộn 70% Dong riềng và 30% gạo được xác định là tối ưu, giúp nâng cao hiệu suất thu hồi rượu và giữ được hương vị đặc trưng của rượu Dong riềng.

Kết luận

  • Cây Dong riềng là nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất rượu với hàm lượng tinh bột cao và năng suất lớn.
  • Bánh men lá Ba Bể là loại men phù hợp nhất cho quá trình lên men rượu Dong riềng, cho hiệu suất và chất lượng rượu tốt.
  • Kích thước nguyên liệu nghiền nhỏ và thời gian lên men 8 ngày, tỷ lệ men 4-5% là điều kiện tối ưu cho quá trình lên men.
  • Bổ sung enzyme amylase thô từ nấm mốc giúp tăng hiệu quả thủy phân và năng suất rượu.
  • Phối trộn Dong riềng với gạo theo tỷ lệ 70:30 nâng cao hiệu suất thu hồi rượu và giữ hương vị đặc trưng.

Next steps: Áp dụng quy trình sản xuất rượu Dong riềng tại quy mô công nghiệp, nghiên cứu mở rộng về enzyme và vi sinh vật, phát triển sản phẩm rượu truyền thống đa dạng.

Call to action: Các nhà sản xuất và nghiên cứu hãy hợp tác để phát triển công nghệ lên men rượu từ Dong riềng, góp phần nâng cao giá trị nông sản và phát triển kinh tế bền vững.