Tổng quan nghiên cứu

Quá trình lên men rượu dứa là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ thực phẩm nhằm phát triển sản phẩm rượu vang từ nguyên liệu dứa, góp phần đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao giá trị kinh tế cho nông sản Việt Nam. Việt Nam là một trong những quốc gia có diện tích trồng dứa lớn với khoảng 41 nghìn ha và sản lượng đạt khoảng 567 nghìn tấn vào năm 2017, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long. Dứa chứa hàm lượng đường từ 8-18,5%, acid hữu cơ 0,3-0,8%, cùng nhiều vitamin và hợp chất polyphenol có lợi cho sức khỏe, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men rượu.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp sản xuất rượu vang dứa tại Việt Nam còn nhỏ lẻ, chất lượng sản phẩm chưa ổn định, đặc biệt là hàm lượng các sản phẩm bậc hai như methanol, aldehyde, rượu bậc cao còn cao, gây ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định các thông số công nghệ tối ưu như nồng độ đường ban đầu, lượng men, nhiệt độ và thời gian lên men để kiểm soát hàm lượng các sản phẩm bậc hai, đảm bảo chất lượng và an toàn cho sản phẩm rượu dứa lên men tại Quảng Trị. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 11/2018 đến tháng 3/2019, tại các phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu chuyên ngành, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho quả dứa và cải thiện đời sống người nông dân.

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 quá trình lên men rượu vang, đặc biệt là cơ chế sinh hóa chuyển hóa đường thành ethanol và các sản phẩm phụ trong tế bào nấm men Saccharomyces. Quá trình lên men rượu là sự chuyển hóa yếm khí glucose và fructose thành ethanol và CO2, đồng thời tạo ra các sản phẩm bậc hai như methanol, aldehyde, rượu bậc cao và ester, ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan và an toàn thực phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bao gồm nồng độ đường, pH, nhiệt độ, lượng men giống, nồng độ oxy hòa tan và thành phần acid hữu cơ trong dịch lên men.

Ba khái niệm chính được áp dụng gồm:

  • Nồng độ chất khô ban đầu (Bx): ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất lên men.
  • Hàm lượng các sản phẩm bậc hai: methanol, aldehyde, rượu bậc cao, ester – các hợp chất phụ cần kiểm soát để đảm bảo an toàn.
  • Điều kiện lên men: nhiệt độ, thời gian, lượng men giống – các thông số công nghệ quyết định chất lượng sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ dịch ép quả dứa tươi tại Quảng Trị, được phân loại theo độ chín dựa trên màu sắc vỏ quả, đo nồng độ chất khô (Bx) và pH. Nghiên cứu sử dụng thiết bị lên men 15L CENTRION để thực hiện các thí nghiệm lên men với các biến số: nồng độ đường ban đầu (20%, 30%, 40%, 50%), lượng bánh men (1,0-3,0 g/L), nhiệt độ lên men (15-30°C) và thời gian lên men (tối đa 216 giờ).

Phân tích hàm lượng ethanol, methanol, aldehyde, rượu bậc cao và ester được thực hiện bằng các phương pháp chuẩn độ, đo quang UV-VIS, máy chưng cất rượu và bộ ngưng tụ ester theo tiêu chuẩn TCVN 7045:2013. Cỡ mẫu mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên, phân tích số liệu sử dụng kiểm định thống kê Duncan’s test với mức ý nghĩa p<0,05. Thời gian nghiên cứu từ tháng 11/2018 đến tháng 3/2019 tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành của Đại học Nông Lâm Huế và Viện Vệ sinh Dịch tễ Tây Nguyên.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng độ chín quả dứa đến nồng độ chất khô (Bx) và pH dịch dứa:
    Bx dao động từ 9,17 (quả xanh đậm) đến 14,47 (vàng cam thẫm). Quả dứa có màu vỏ từ vàng nhạt đến vàng cam thẫm (D4-D7) có Bx cao nhất, phù hợp làm nguyên liệu lên men. pH dịch dứa ổn định trong khoảng 3,4-3,8, không ảnh hưởng nhiều theo độ chín.

  2. Ảnh hưởng nồng độ chất khô ban đầu đến hàm lượng ethanol và sản phẩm bậc hai:
    Nồng độ đường ban đầu 30% cho hiệu suất lên men ethanol cao nhất, đạt khoảng 12-14% thể tích, đồng thời hàm lượng methanol, aldehyde và rượu bậc cao thấp hơn so với các mức 40% và 50%. Nồng độ 50% gây ức chế hoạt động nấm men, làm tăng sản phẩm phụ không mong muốn.

  3. Ảnh hưởng lượng bánh men ban đầu:
    Lượng men 2 g/L là tối ưu, giúp giảm đường còn lại dưới 1%, pH cuối cùng ổn định khoảng 3,5-3,8, ethanol đạt mức cao nhất và sản phẩm bậc hai thấp, đảm bảo an toàn. Lượng men quá cao (>2,5 g/L) làm tăng sản phẩm phụ và ảnh hưởng tiêu cực đến cảm quan.

  4. Ảnh hưởng nhiệt độ lên men:
    Nhiệt độ 20°C là điều kiện thích hợp nhất, cho rượu vang dứa có màu vàng nhạt, hương thơm đặc trưng, vị hài hòa, hàm lượng ethanol đạt 13% thể tích, sản phẩm bậc hai thấp. Nhiệt độ 25-30°C làm tăng tốc độ lên men nhưng làm tăng hàm lượng aldehyde và rượu bậc cao, ảnh hưởng đến chất lượng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc lựa chọn nguyên liệu dứa có độ chín phù hợp (vỏ vàng nhạt đến vàng cam thẫm) là yếu tố quan trọng để đảm bảo hàm lượng đường và pH thích hợp cho quá trình lên men. Nồng độ đường ban đầu 30% cân bằng giữa hiệu suất lên men và kiểm soát sản phẩm phụ, phù hợp với các nghiên cứu trong ngành rượu vang trái cây. Lượng men 2 g/L giúp duy trì hoạt động nấm men ổn định, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật không mong muốn, đồng thời giảm thời gian lên men xuống còn khoảng 168 giờ.

Nhiệt độ lên men 20°C được đánh giá là tối ưu, phù hợp với điều kiện lên men yếm khí, giúp kiểm soát sự sinh tổng hợp các sản phẩm bậc hai như methanol, aldehyde và rượu bậc cao, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm theo tiêu chuẩn TCVN 7045:2013. Các kết quả này tương đồng với các nghiên cứu về lên men rượu vang từ các loại quả khác, đồng thời góp phần hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất rượu vang dứa quy mô công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự biến đổi Bx, pH, ethanol và các sản phẩm bậc hai theo thời gian lên men ở các điều kiện khác nhau, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của từng yếu tố lên chất lượng sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình lên men với nồng độ chất khô ban đầu 30% để tối ưu hóa hàm lượng ethanol và giảm thiểu sản phẩm bậc hai, đảm bảo an toàn thực phẩm. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm và mở rộng quy mô.

  2. Sử dụng lượng bánh men 2 g/L trong quá trình lên men để duy trì hoạt động nấm men ổn định, rút ngắn thời gian lên men xuống còn 168 giờ, nâng cao hiệu quả sản xuất. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm.

  3. Kiểm soát nhiệt độ lên men ở 20°C nhằm giữ hương vị và màu sắc sản phẩm ổn định, giảm thiểu các sản phẩm phụ gây ảnh hưởng đến chất lượng. Thời gian áp dụng: trong toàn bộ quá trình lên men.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát và phân tích định kỳ hàm lượng các sản phẩm bậc hai như methanol, aldehyde, rượu bậc cao để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm. Chủ thể thực hiện: phòng kiểm nghiệm và quản lý chất lượng.

  5. Đào tạo kỹ thuật viên và người lao động trong quy trình sản xuất rượu dứa về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và an toàn thực phẩm, nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành thiết bị lên men. Thời gian: liên tục trong quá trình sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất rượu vang trái cây: Áp dụng các thông số công nghệ tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sản phẩm phụ độc hại, mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp.

  2. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành công nghệ thực phẩm: Tham khảo cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu để phát triển các đề tài liên quan đến lên men rượu và chế biến nông sản.

  3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định kiểm soát chất lượng rượu vang dứa.

  4. Nông dân và hợp tác xã trồng dứa: Hiểu rõ giá trị kinh tế của quả dứa qua chế biến rượu vang, từ đó nâng cao thu nhập và phát triển bền vững sản xuất nông nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quá trình lên men rượu dứa có những sản phẩm phụ nào cần kiểm soát?
    Quá trình lên men tạo ra các sản phẩm bậc hai như methanol, aldehyde, rượu bậc cao và ester. Methanol và aldehyde nếu vượt ngưỡng sẽ gây độc hại, do đó cần kiểm soát hàm lượng để đảm bảo an toàn thực phẩm.

  2. Nồng độ đường ban đầu ảnh hưởng thế nào đến chất lượng rượu dứa?
    Nồng độ đường ban đầu khoảng 30% là tối ưu, giúp nấm men lên men hiệu quả, tạo ra hàm lượng ethanol cao và giảm thiểu sản phẩm phụ không mong muốn. Nồng độ quá cao (trên 40%) có thể ức chế nấm men và làm tăng sản phẩm phụ.

  3. Tại sao nhiệt độ lên men 20°C được khuyến nghị?
    20°C là nhiệt độ cân bằng giữa tốc độ lên men và kiểm soát sản phẩm phụ, giúp rượu vang dứa có màu sắc, hương vị hài hòa, đồng thời giảm thiểu aldehyde và rượu bậc cao gây ảnh hưởng tiêu cực.

  4. Lượng men giống ảnh hưởng như thế nào đến quá trình lên men?
    Lượng men 2 g/L giúp duy trì hoạt động nấm men ổn định, rút ngắn thời gian lên men và hạn chế vi sinh vật gây hại. Lượng men quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn sản phẩm.

  5. Làm thế nào để đảm bảo sản phẩm rượu dứa đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm?
    Cần kiểm soát chặt chẽ các thông số công nghệ như nồng độ đường, lượng men, nhiệt độ và thời gian lên men, đồng thời phân tích định kỳ hàm lượng các sản phẩm bậc hai theo tiêu chuẩn TCVN 7045:2013 để đảm bảo an toàn.

Kết luận

  • Độ chín quả dứa từ vàng nhạt đến vàng cam thẫm (Bx 12,5-14,5%) là nguyên liệu thích hợp cho lên men rượu dứa.
  • Nồng độ chất khô ban đầu 30%, lượng bánh men 2 g/L, nhiệt độ lên men 20°C và thời gian 168 giờ là các thông số công nghệ tối ưu.
  • Sản phẩm rượu vang dứa đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm với hàm lượng sản phẩm bậc hai thấp, màu sắc và hương vị hài hòa.
  • Nghiên cứu góp phần hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất rượu vang dứa quy mô công nghiệp, nâng cao giá trị kinh tế cho quả dứa và cải thiện đời sống nông dân.
  • Khuyến nghị triển khai áp dụng quy trình và xây dựng hệ thống kiểm soát chất lượng để phát triển bền vững ngành rượu vang trái cây tại Việt Nam.

Hãy bắt đầu áp dụng các thông số công nghệ này để nâng cao chất lượng sản phẩm rượu dứa, góp phần phát triển ngành công nghiệp chế biến nông sản Việt Nam một cách bền vững và hiệu quả.