Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Mận (Prunus salicina) là loại cây ăn quả ôn đới có giá trị kinh tế cao, được trồng tập trung tại một số tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam như Sơn La (Mộc Châu trên 600 ha) và Lào Cai (Bắc Hà trên 1000 ha). Quả mận chứa hàm lượng dinh dưỡng phong phú gồm đường, kali, vitamin C, vitamin B1, vitamin K, chất xơ hòa tan cùng các hợp chất polyphenol chống oxy hóa. Tuy nhiên, sản lượng mận thu hoạch hiện nay chủ yếu tiêu thụ ở dạng quả tươi, dẫn đến áp lực tiêu thụ lớn vào chính vụ và giá trị kinh tế chưa tương xứng. Do đó, việc nghiên cứu chế biến sâu nhằm đa dạng hóa sản phẩm từ quả mận, trong đó có sản xuất rượu vang mận, là hướng đi thực tiễn nhằm nâng cao chuỗi giá trị nông sản.

Trong công nghệ sản xuất rượu vang quả, chủng nấm men đóng vai trò quyết định đến hiệu suất chuyển hóa đường thành ethanol, sự hình thành các axit hữu cơ và các hợp chất hương vị đặc trưng của sản phẩm. Dù đã có một số nghiên cứu về quy trình chế biến rượu mận, các công bố khoa học cụ thể về việc tuyển chọn chủng nấm men phù hợp cho dịch quả mận Tam Hoa tại Việt Nam vẫn còn hạn chế. Đề tài "Nghiên cứu lựa chọn chủng nấm men thích hợp trong lên men rượu vang mận" được tác giả Nguyễn Văn Kiêm thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống kỹ thuật này.

Mục tiêu tổng quát của khóa luận là xác định được chủng nấm men thích hợp nhất cho quá trình lên men rượu vang mận, đảm bảo hiệu suất lên men cao và tạo hương vị hài hòa cho sản phẩm. Để đạt được mục tiêu trên, tác giả xác định 3 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Đánh giá tốc độ phát triển của nấm men trong giai đoạn lên men ban đầu.
  2. Nghiên cứu sự biến đổi thành phần hóa học của dịch mận lên men (mật độ tế bào, chất khô hòa tan, hàm lượng axit và hàm lượng cồn).
  3. Đánh giá chất lượng cảm quan của dịch mận lên men sau 5 ngày.

Đối tượng nghiên cứu là quả mận Tam Hoa thu hoạch tại Mộc Châu (Sơn La) ở độ chín khoảng 80% và 3 chủng nấm men thuần khiết gồm: Saccharomyces cerevisiae (STC), Saccharomyces vini (STH) và Saccharomyces oviformis (SO). Nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Bảo quản và Chế biến – Viện Nghiên cứu Rau quả (Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội) trong thời gian từ tháng 05/2020 đến tháng 08/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về hóa sinh học lên men rượu vang và vi sinh vật học thực phẩm:

  • Quá trình lên men rượu vang bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn lên men chính (kéo dài 5–18 ngày, do nấm men thực hiện nhằm chuyển hóa đường thành ethanol và giải phóng khí $\text{CO}_2$) và giai đoạn lên men phụ (lên men malolactic kéo dài 2–3 tuần, do vi khuẩn lactic thực hiện nhằm chuyển hóa axit malic thành axit lactic và tạo hương thơm).
  • Đặc tính sinh học của 3 chủng nấm men thuộc giống Saccharomyces:
    • Saccharomyces cerevisiae (STC): Tế bào hình elip, sinh cồn nhanh và mạnh, chịu được độ cồn 18–20%V, kết lắng tốt.
    • Saccharomyces vini (STH): Tế bào hình ovan, tạo độ cồn 18–19%V, khả năng kết lắng nhanh, có ưu thế tạo hương và vị đặc trưng cho rượu vang.
    • Saccharomyces oviformis (SO): Tế bào hình ovan, sinh trưởng giai đoạn đầu chậm, chịu cồn tốt, có khả năng lên men kiệt đường và lên men nổi trên bề mặt dịch.

Quy trình bố trí thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Chuẩn bị nguyên liệu và dịch quả: Mận Tam Hoa sau khi phân loại, ngâm rửa, bỏ hạt và nghiền được bổ sung enzyme pectinase (Pectinex Ultra SP-L với tỷ lệ 0,03% trong 90 phút) để tăng hiệu suất thu hồi dịch và làm trong. Dịch quả sau lọc được bổ sung đường saccarose (6 g/100 ml) để đưa hàm lượng chất khô hòa tan ban đầu về mức $20^\circ\text{Bx}$.
  • Bố trí thí nghiệm lên men: Thí nghiệm được tiến hành với thể tích 100 ml dịch mận/mẫu, tỷ lệ cấy giống nấm men $0{,}3\text{ g/l}$, lên men ở nhiệt độ phòng ($25–30^\circ\text{C}$) theo dõi liên tục trong 5 ngày đầu (120 giờ) trên 3 công thức:
    • Công thức 1 (CT1): Lên men bằng chủng Saccharomyces cerevisiae (STC).
    • Công thức 2 (CT2): Lên men bằng chủng Saccharomyces vini (STH).
    • Công thức 3 (CT3): Lên men bằng chủng Saccharomyces oviformis (SO).
  • Phương pháp phân tích hóa lý và vi sinh:
    • Mật độ tế bào nấm men: Đo độ hấp thụ quang OD ở bước sóng $750\text{ nm}$ bằng máy quang phổ UV-Vis Shimadzu UV 1800 (Nhật Bản) theo chu kỳ 12 giờ/lần; mật độ tế bào tính theo công thức: $\text{Số tế bào} = \text{OD} \times 571 \times 10^5$.
    • Hàm lượng chất khô hòa tan tổng số (TSS): Đo bằng chiết quang kế Atago và khúc xạ kế Atago Pal-34S theo tiêu chuẩn TCVN 4417-87.
    • Hàm lượng axit hữu cơ tổng số: Xác định bằng phương pháp chuẩn độ trung hòa dung dịch NaOH 0,1N với chỉ thị màu phenolphthalein.
    • Hàm lượng cồn: Xác định bằng cồn kế Alla (Pháp).
    • Đánh giá cảm quan: Cho điểm theo thang điểm 20 với 4 chỉ tiêu (Trạng thái, Màu sắc, Mùi, Vị; hệ số quan trọng bằng 1).
  • Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và Minitab để phân tích thống kê; so sánh sự khác biệt giữa các giá trị trung bình bằng phép thử Tukey ở mức ý nghĩa $p < 0{,}05$ (độ tin cậy 95%).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Đặt vấn đề

Phần mở đầu nêu rõ tầm quan trọng của nấm men trong công nghệ thực phẩm và vai trò của rượu vang quả đối với sức khỏe người tiêu dùng. Tác giả phân tích tiềm năng vùng nguyên liệu mận tại các tỉnh miền núi phía Bắc, thực trạng thiếu hụt dữ liệu về chủng vi sinh vật tối ưu cho vang mận, từ đó xác lập mục đích và 3 yêu cầu nghiên cứu cụ thể của đề tài.

Phần II: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương này tổng hợp các tư liệu khoa học về nguyên liệu mận và công nghệ sản xuất rượu vang:

  • Đặc điểm thực vật học và giá trị thương phẩm của các giống mận tại Việt Nam (mận Tam Hoa, mận Hậu, mận Thép, mận Tả Van, mận Tráng Li). Riêng mận Tam Hoa có khối lượng quả trung bình $20{,}60\text{ g}$, chất khô hòa tan $13{,}43^\circ\text{Bx}$, axit tổng số $1{,}97%$, $\text{pH } 3{,}56$, độ ẩm $84{,}60%$, polyphenol tổng số $0{,}35\text{ mg/ml}$.
  • Tổng quan về thành phần hóa học và tác dụng sinh học của quả mận đối với sức khỏe (hỗ trợ tiêu hóa, giàu chất chống oxy hóa, hạ cholesterol, hỗ trợ tim mạch).
  • Khái quát về các chủng nấm men (S. vini, S. cerevisiae, S. oviformis), các giai đoạn lên men chính – phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men (nồng độ đường $20–28%$, oxy, pH $4–4{,}5$, nhiệt độ $25–30^\circ\text{C}$).
  • Lược khảo các nghiên cứu trong nước (vang chùm ruột, vang sim Măng Đen) và quốc tế (nghiên cứu của Joshi và cs. về vang mận, Sharma và cs., Miljić và cs. về động thái lên men trong 4–5 ngày đầu, Li và cs., Denat và cs.).

Phần III: Vật liệu, nội dung, phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết về thông số nguyên liệu mận Tam Hoa Mộc Châu, nguồn gốc các chủng nấm men (STC và SO do Viện Công nghiệp Thực phẩm cung cấp; STH do Công ty AB Mauri Việt Nam phân phối), danh mục thiết bị đo lường và hóa chất phân tích. Chương này mô tả sơ đồ quy trình công nghệ chế biến dịch mận (xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L 0,03%, phối chế $20^\circ\text{Bx}$), phương pháp bố trí thí nghiệm 3 công thức lên men và các quy trình phân tích mật độ vi sinh vật, TSS, axit tổng số, độ cồn và đánh giá cảm quan.

Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Tác giả trình bày và thảo luận các kết quả thực nghiệm thu được sau 5 ngày theo dõi:

  • Biến động mật độ nấm men: Trong 72 giờ đầu, mật độ nấm men ở cả 3 chủng tăng nhanh, sau đó tăng chậm dần đến 120 giờ. Chủng S. cerevisiae (STC) có tốc độ tăng sinh khối mạnh nhất (OD tăng từ $0{,}423$ ở 12h lên $2{,}854$ ở 120h). Chủng S. vini (STH) đạt giá trị OD $2{,}505$ ở 120h (tăng từ $0{,}416$). Chủng S. oviformis (SO) phát triển chậm nhất (OD từ $0{,}294$ lên $2{,}384$).
  • Sự biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan (TSS): TSS của dịch lên men giảm dần theo thời gian. Sau 5 ngày, TSS từ $20^\circ\text{Bx}$ ban đầu giảm xuống còn $9{,}15^\circ\text{Bx}$ ở chủng STC; $9{,}36^\circ\text{Bx}$ ở chủng STH và $10{,}32^\circ\text{Bx}$ ở chủng SO. Tốc độ tiêu thụ đường của STC và STH tương đương nhau và cao hơn có ý nghĩa so với SO.
  • Sự biến đổi hàm lượng axit: Lượng axit hữu cơ tổng số tăng nhẹ trong quá trình lên men và đạt trạng thái ổn định ở 2 ngày cuối. Sau 5 ngày, dịch lên men bằng chủng STH tạo ra hàm lượng axit thấp nhất ($0{,}70%$), trong khi chủng STC đạt $0{,}79%$ và chủng SO đạt $0{,}90%$.
  • Sự thay đổi hàm lượng cồn: Lượng cồn sinh ra tăng nhanh trong 3 ngày đầu và tăng chậm lại ở giai đoạn sau. Sau 5 ngày, chủng STC tạo hàm lượng cồn cao nhất đạt $6{,}43$ đơn vị; chủng STH đạt $5{,}37$ đơn vị; chủng SO tạo cồn thấp nhất đạt $3{,}96$ đơn vị.
  • Đánh giá cảm quan dịch lên men: Sau 5 ngày lên men, chủng S. vini (STH) đạt tổng điểm cảm quan cao nhất là $19{,}34/20$ điểm (xếp loại Tốt), có màu đỏ trong, mùi thơm đặc trưng của mận và vị chua ngọt cay hài hòa. Chủng S. cerevisiae (STC) đạt $18{,}67$ điểm (xếp loại Tốt), có vị cay nồng nhưng mùi kém hài hòa hơn STH. Chủng S. oviformis (SO) đạt $14{,}34$ điểm (xếp loại Trung bình), dịch quả bị đục và vị cay không hài hòa.

Phần V: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp 4 kết luận chính về động thái sinh trưởng, khả năng chuyển hóa đường, hiệu suất tạo cồn và điểm cảm quan của 3 chủng nấm men. Đưa ra lựa chọn chính thức đối với chủng Saccharomyces vini và đề xuất 2 kiến nghị nhằm tiếp tục hoàn thiện nghiên cứu.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã thu thập và phân tích đầy đủ các số liệu thực nghiệm so sánh động học lên men và cảm quan của 3 chủng nấm men trên môi trường dịch quả mận Tam Hoa trong 5 ngày đầu.

Chỉ tiêu phân tích Chủng S. cerevisiae (STC) Chủng S. vini (STH) Chủng S. oviformis (SO)
Mật độ quang ban đầu (OD 12h) $0{,}423^a$ $0{,}416^b$ $0{,}294^c$
Mật độ quang kết thúc (OD 120h) $2{,}854^a$ $2{,}505^b$ $2{,}384^c$
Chất khô hòa tan kết thúc (TSS, $^\circ\text{Bx}$) $9{,}15$ $9{,}36$ $10{,}32$
Axit tổng số ngày 5 (%) $0{,}79^b$ $0{,}70^b$ $0{,}90^a$
Hàm lượng cồn ngày 5 (đơn vị) $6{,}43^a$ $5{,}37^b$ $3{,}96^c$
Điểm cảm quan tổng hợp (Thang 20) $18{,}67$ $19{,}34$ $14{,}34$
Xếp loại chất lượng cảm quan Tốt Tốt Trung bình

Chi tiết điểm đánh giá cảm quan dịch mận sau 5 ngày lên men:

Chủng nấm men Trạng thái (Hệ số 1) Màu sắc (Hệ số 1) Mùi (Hệ số 1) Vị (Hệ số 1) Tổng điểm cảm quan Xếp loại
S. cerevisiae (STC) $5{,}00$ $5{,}00$ $3{,}67$ $5{,}00$ $18{,}67$ Tốt
S. vini (STH) $5{,}00$ $5{,}00$ $4{,}67$ $4{,}67$ $19{,}34$ Tốt
S. oviformis (SO) $4{,}00$ $3{,}67$ $3{,}00$ $3{,}67$ $14{,}34$ Trung bình

Giải pháp và lựa chọn của tác giả: Mặc dù chủng Saccharomyces cerevisiae (STC) có tốc độ phát triển sinh khối nhanh nhất và tạo hàm lượng cồn cao nhất ($6{,}43$), tác giả quyết định lựa chọn chủng Saccharomyces vini (STH) cho quá trình lên men rượu vang mận. Quyết định này dựa trên sự cân bằng tối ưu giữa khả năng tạo cồn khá ($5{,}37$), mức tạo axit thấp giúp vị rượu thanh dịu ($0{,}70%$), đạt điểm chất lượng cảm quan cao nhất ($19{,}34/20$ điểm), giữ được hương thơm đặc trưng của quả mận và là chế phẩm men thương mại sẵn có trên thị trường, thuận lợi cho việc ứng dụng sản xuất thực tế.

Đóng góp của nghiên cứu: Đề tài cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về sự biến đổi hóa lý, sinh học và cảm quan trong giai đoạn lên men ban đầu của dịch quả mận Tam Hoa khi sử dụng các chủng nấm men thuần chủng khác nhau. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất rượu vang mận tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế do điều kiện khách quan (khó khăn trong việc tìm kiếm các chủng nấm men và tác động của dịch bệnh trong thời gian thực hiện 2020–2021):

  • Thí nghiệm mới chỉ theo dõi được trong 5 ngày đầu của quá trình lên men chính, chưa theo dõi trọn vẹn toàn bộ chu trình lên men chính kéo dài và giai đoạn lên men phụ (lên men malolactic).
  • Chưa tiến hành phân tích thành phần định tính và định lượng các hợp chất hương bay hơi bằng các phương pháp sắc ký chuyên sâu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả kiến nghị:

  1. Tiếp tục theo dõi sự biến đổi chất lượng dịch quả mận lên men ở giai đoạn sau của quá trình lên men chính và giai đoạn lên men phụ để có đánh giá toàn diện về sự ổn định của sản phẩm.
  2. Phân tích thành phần và định lượng các cấu tử tạo hương (este, aldehyde, rượu bậc cao) nhằm nâng cao độ tin cậy khoa học khi đánh giá chất lượng vang mận giữa các chủng nấm men.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch và Công nghệ Sinh học chuyên ngành Đồ uống và Vi sinh thực phẩm.
  • Các cán bộ kỹ thuật tại các cơ sở chế biến rượu vang quả, đồ uống lên men muốn tìm hiểu quy trình xử lý dịch quả mận và lựa chọn chủng giống nấm men thuần khiết.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất bao gồm: phương pháp xử lý pectin bằng enzyme Pectinex Ultra SP-L ($0{,}03%$, 90 phút), phương pháp theo dõi động thái phát triển của nấm men bằng mật độ quang OD 750 nm và bộ tiêu chí đánh giá cảm quan rượu vang quả giai đoạn lên men sớm.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tác giả lựa chọn chủng Saccharomyces vini thay vì Saccharomyces cerevisiae dù chủng S. cerevisiae sinh cồn cao hơn? Tuy S. cerevisiae đạt hàm lượng cồn cao hơn ($6{,}43$ so với $5{,}37$ của S. vini) và tăng sinh khối nhanh hơn, nhưng dịch lên men của S. cerevisiae có vị cay nồng và mùi thơm chủ yếu là mùi đường lên men, ít mùi mận. Trong khi đó, S. vini tạo ra lượng axit thấp hơn ($0{,}70%$), tạo vị cay ngọt hài hòa, lưu giữ được mùi thơm đặc trưng của quả mận Tam Hoa, đạt điểm cảm quan cao nhất ($19{,}34/20$) và là chủng nấm men thương mại dễ bảo quản, tiện lợi cho sản xuất.

2. Thành phần hóa lý ban đầu của nguyên liệu mận Tam Hoa trong nghiên cứu gồm những chỉ tiêu nào? Theo số liệu trích dẫn trong văn bản (Nguyễn Thị Huyền, 2021), mận Tam Hoa có: khối lượng quả trung bình $20{,}60\text{ g/quả}$; hàm lượng chất khô hòa tan tổng số $13{,}43 \pm 0{,}10^\circ\text{Bx}$; axit tổng số $1{,}97 \pm 0{,}05%$; $\text{pH } 3{,}56 \pm 0{,}09$; hàm lượng nước $84{,}60 \pm 0{,}5%$ và phenolic tổng số $0{,}35 \pm 0{,}02\text{ mg/ml}$.

3. Trong quy trình công nghệ, loại enzyme nào được sử dụng để xử lý dịch quả và thông số thực hiện ra sao? Tác giả sử dụng enzyme Pectinex Ultra SP-L với tỷ lệ $0{,}03%$ bổ sung vào khối mận nghiền trong thời gian phối chế 90 phút nhằm phân cắt chuỗi pectin, giảm độ nhớt, làm trong dịch quả và tăng hiệu suất thu hồi dịch khi lọc.

4. Sau 5 ngày lên men, hàm lượng chất khô hòa tan (TSS) của dịch mận biến đổi như thế nào? Từ nồng độ ban đầu được điều chỉnh là $20^\circ\text{Bx}$, sau 5 ngày lên men, hàm lượng TSS của dịch quả giảm khoảng một nửa: chủng S. cerevisiae còn $9{,}15^\circ\text{Bx}$, chủng S. vini còn $9{,}36^\circ\text{Bx}$ và chủng S. oviformis còn $10{,}32^\circ\text{Bx}$.

5. Vì sao nghiên cứu chỉ thực hiện theo dõi quá trình lên men trong thời gian 5 ngày đầu? Do khó khăn trong việc tìm kiếm nguồn giống nấm men và ảnh hưởng của dịch bệnh khiến thí nghiệm triển khai muộn hơn kế hoạch; đồng thời tác giả căn cứ vào các nghiên cứu tham chiếu quốc tế (Amadi & Ifeanacho, 2016; Miljić & cs., 2017) khẳng định giai đoạn 4–5 ngày (96–120 giờ) đầu là giai đoạn quan trọng nhất phản ánh tốc độ sinh cồn và động thái phát triển chủ đạo của nấm men.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Nguyễn Văn Kiêm đã thực hiện thành công việc khảo sát thực nghiệm và so sánh động học lên men của 3 chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces vini và Saccharomyces oviformis trên dịch quả mận Tam Hoa. Kết quả thực nghiệm khẳng định chủng Saccharomyces vini (STH) là chủng thích hợp nhất nhờ khả năng chuyển hóa đường tốt, sinh cồn đạt mức $5{,}37$ đơn vị, tạo vị chua dịu ($0{,}70%$ axit) và đạt điểm cảm quan xuất sắc ($19{,}34/20$ điểm). Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng làm tiền đề cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến rượu vang từ quả mận tại Việt Nam.