Tổng quan nghiên cứu

Rượu là một sản phẩm truyền thống có lịch sử lâu đời, đóng vai trò quan trọng trong văn hóa và kinh tế nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Ở tỉnh Bình Định, rượu truyền thống nổi tiếng với hương vị đặc trưng, được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp lên men tự nhiên sử dụng hệ vi sinh vật có sẵn trong men rượu. Hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae đóng vai trò then chốt trong quá trình đường hóa và lên men rượu, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu này được thực hiện từ tháng 11/2016 đến tháng 6/2017 tại Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Bình Định và làng nghề Bàu Đá, nhằm khảo sát đặc điểm sinh học và đánh giá khả năng đường hóa của hai chủng nấm sợi trên trong quá trình lên men rượu truyền thống.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định các đặc điểm sinh học như hình thái, kích thước khuẩn lạc, màu sắc, cũng như khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hoạt tính enzyme amylase của hai chủng nấm sợi. Qua đó, tìm ra chủng nấm sợi có khả năng đường hóa tối ưu để tạo ra men rượu thuần chất lượng cao, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và giá trị kinh tế của nghề nấu rượu truyền thống tại Bình Định. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ sở sinh học của quá trình lên men rượu truyền thống và ý nghĩa thực tiễn trong việc phát triển sản phẩm men rượu ổn định, chất lượng cao, tránh sử dụng men trôi nổi trên thị trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về quá trình lên men rượu và vai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa tinh bột thành rượu. Quá trình lên men rượu gồm ba giai đoạn chính: thủy phân tinh bột thành glucose, chuyển glucose thành axit pyruvic và acetaldehyde, cuối cùng lên men acetaldehyde thành ethanol và CO2. Hệ vi sinh vật gồm nấm sợi (Mucor spp., Rhizopus oryzae) và nấm men (Saccharomyces cerevisiae) phối hợp thực hiện các phản ứng này. Nấm sợi đóng vai trò quan trọng trong việc sinh enzyme amylase phân giải tinh bột thành đường đơn, trong khi nấm men chuyển hóa đường thành rượu.

Ba loại enzyme amylase chính được nghiên cứu gồm α-amylase, β-amylase và γ-amylase (glucoamylase), với các đặc tính hoạt động khác nhau về nhiệt độ và pH tối ưu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa bao gồm nguồn dinh dưỡng (cacbon, nitơ), nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme và nồng độ rượu trong môi trường lên men. Lý thuyết về sinh trưởng và sinh sản của nấm sợi cũng được áp dụng để giải thích các đặc điểm hình thái và sinh học của hai chủng nấm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae do Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Bình Định cung cấp. Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm và tại làng nghề truyền thống Bàu Đá, xã Nhơn Lộc, thị xã An Nhơn, tỉnh Bình Định.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Phương pháp vi sinh: Cấy và quan sát hình thái khuẩn lạc, tế bào nấm dưới kính hiển vi sau 48 giờ nuôi cấy trên môi trường Potato Glucose Agar (PGA). Đo kích thước khuẩn lạc, ghi nhận màu sắc và hình dạng.

  • Khảo sát yếu tố ảnh hưởng: Thay đổi hàm lượng NaNO3 (1,0-3,0 g/l) và saccharose (20-40 g/l) trong môi trường Czapek-Dox để xác định điều kiện tối ưu cho sự sinh trưởng của hai chủng nấm sợi. Đo đường kính khuẩn lạc và thời gian phủ kín đĩa petri 8 cm.

  • Phương pháp hóa sinh: Xác định khả năng phân giải tinh bột bằng phương pháp phủ Lugol trên môi trường Czapek-Dox tinh bột. Đo đường kính vòng phân giải tinh bột để đánh giá hoạt tính enzyme amylase.

  • Xác định hoạt tính enzyme amylase: Thu nhận enzyme từ dịch nuôi cấy, thử hoạt tính bằng phương pháp khuếch tán trên thạch, đo đường kính vòng phân giải sau khi tráng Lugol.

  • Khảo sát khả năng đường hóa: Sử dụng gạo hấp chín, cấy chủng nấm sợi, ủ hiếu khí ở 30ºC trong 3 ngày, đo các chỉ tiêu pH, độ Brix, hàm lượng glucose và đường khử bằng phương pháp hóa học (kit glucose oxidase, phương pháp Bertrand).

  • Sản xuất bột nấm sợi (bột mốc) và men rượu thuần: Quy trình chuẩn bị bột mốc từ hỗn hợp bắp mảnh và trấu, nuôi cấy nấm sợi, sấy và xay. Tỉ lệ bột mốc tối ưu được xác định qua các nghiệm thức 0,5%, 0,75%, 1% (w/w). Men rượu thuần được phối trộn từ chủng nấm men Saccharomyces sp. và nấm sợi Mucor spp., phối trộn với thuốc bắc và tạo hình, ủ từ 4-10 ngày.

  • Đánh giá năng suất và chất lượng rượu: Thí nghiệm lên men rượu truyền thống tại hộ gia đình làng Bàu Đá, so sánh men thuần và men thị trường. Đánh giá cảm quan theo TCVN 8007:2009 và TCVN 3217:1979, xác định hàm lượng ethanol theo TCVN 8010:2009.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức, đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm sinh học của hai chủng nấm sợi:

    • Khuẩn lạc Mucor spp. có màu trắng chuyển sang đen sau 48 giờ, đường kính khuẩn lạc đạt khoảng 8 cm trên môi trường PGA. Rhizopus oryzae có khuẩn lạc màu trắng xám, kích thước tương tự.
    • Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy Mucor spp. có sợi nấm không phân nhánh, không vách ngăn, trong khi Rhizopus oryzae có sợi phân nhánh và vách ngăn rõ ràng.

  2. Ảnh hưởng của hàm lượng NaNO3 và saccharose đến sinh trưởng:

    • Hàm lượng NaNO3 tối ưu cho Mucor spp. là 2,0 g/l, cho Rhizopus oryzae là 2,5 g/l, với đường kính khuẩn lạc đạt 7,8 cm và 7,5 cm tương ứng sau 72 giờ.
    • Hàm lượng saccharose tối ưu là 30 g/l cho cả hai chủng, với thời gian phủ kín đĩa petri 8 cm là 48 giờ đối với Mucor spp. và 54 giờ đối với Rhizopus oryzae.

  3. Khả năng phân giải tinh bột và hoạt tính enzyme amylase:

    • Cả hai chủng đều có khả năng phân giải tinh bột, với vòng phân giải lớn nhất đạt 25 mm sau 72 giờ nuôi cấy.
    • Hoạt tính enzyme amylase của Mucor spp. cao hơn Rhizopus oryzae khoảng 15%, thể hiện qua đường kính vòng phân giải enzyme trên thạch.

  4. Khả năng đường hóa trong quá trình lên men rượu:

    • Độ Brix của dịch rỉ tăng từ 12% lên 18% sau 72 giờ ủ với Mucor spp., trong khi Rhizopus oryzae đạt 16%.
    • pH dịch ủ giảm từ 6,5 xuống 4,8, tạo môi trường thuận lợi cho lên men.
    • Hàm lượng glucose và đường khử trong dịch ủ với Mucor spp. cao hơn Rhizopus oryzae lần lượt 22% và 18%.

  5. Hiệu quả sử dụng bột mốc và men rượu thuần:

    • Tỉ lệ bột mốc 0,75% (w/w) cho hiệu suất đường hóa và sản lượng rượu tối ưu, với lượng rượu thu hồi đạt 4,5 lít/mẻ 7 kg gạo, độ cồn trung bình 28%.
    • Rượu lên men bằng men thuần có điểm cảm quan cao hơn 12% so với rượu dùng men thị trường, đặc biệt về độ trong, mùi vị và hậu vị.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy Mucor spp. có ưu thế vượt trội về khả năng sinh trưởng và hoạt tính enzyme amylase so với Rhizopus oryzae, phù hợp với điều kiện lên men rượu truyền thống tại Bình Định. Hàm lượng NaNO3 và saccharose tối ưu được xác định giúp tối đa hóa sinh trưởng và hoạt động enzyme, từ đó nâng cao hiệu quả đường hóa tinh bột thành đường đơn.

Sự tăng độ Brix và giảm pH trong quá trình ủ dịch rỉ phản ánh quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường và tạo môi trường thích hợp cho nấm men phát triển. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo về khả năng đường hóa của Mucor rouxii và Rhizopus delemar trong sản xuất rượu truyền thống.

Việc sử dụng men rượu thuần phối hợp giữa nấm sợi và nấm men giúp kiểm soát chất lượng rượu ổn định, giảm thiểu men tạp và tăng giá trị cảm quan sản phẩm. Biểu đồ so sánh độ Brix, pH và hàm lượng glucose giữa hai chủng nấm sợi có thể minh họa rõ nét sự khác biệt về hiệu quả đường hóa. Bảng điểm cảm quan rượu cũng cho thấy sự ưu việt của men thuần trong các tiêu chí đánh giá.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng chủng Mucor spp. trong sản xuất men rượu truyền thống:
    Khuyến khích các cơ sở sản xuất rượu truyền thống tại Bình Định sử dụng chủng Mucor spp. với hàm lượng NaNO3 2,0 g/l và saccharose 30 g/l để tối ưu hóa quá trình đường hóa, nâng cao chất lượng rượu. Thời gian áp dụng dự kiến 6-12 tháng, do các trung tâm công nghệ sinh học và làng nghề phối hợp thực hiện.

  2. Sản xuất và phổ biến men rượu thuần:
    Đề xuất xây dựng quy trình sản xuất men rượu thuần phối hợp giữa nấm sợi Mucor spp. và nấm men Saccharomyces sp., bổ sung thuốc bắc truyền thống, nhằm tạo ra sản phẩm men ổn định, chất lượng cao. Chủ thể thực hiện là các trung tâm ứng dụng khoa học công nghệ và các doanh nghiệp làng nghề.

  3. Đào tạo kỹ thuật và chuyển giao công nghệ:
    Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật sản xuất men rượu thuần và quy trình lên men chuẩn cho các hộ gia đình và cơ sở sản xuất rượu truyền thống tại Bình Định. Mục tiêu nâng cao năng lực sản xuất, giảm thiểu men trôi nổi trên thị trường trong vòng 1 năm.

  4. Nghiên cứu tiếp tục về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:
    Khuyến nghị nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, nồng độ rượu và thời gian đường hóa đến hiệu suất lên men rượu, nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất men và rượu truyền thống. Thời gian nghiên cứu dự kiến 12-18 tháng, phối hợp giữa các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Sinh học thực nghiệm, Công nghệ sinh học:
    Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về đặc điểm sinh học và hoạt tính enzyme của nấm sợi trong lên men rượu, hỗ trợ nghiên cứu sâu về vi sinh vật và enzyme trong công nghiệp thực phẩm.

  2. Các cơ sở sản xuất rượu truyền thống và doanh nghiệp ngành rượu:
    Thông tin về quy trình sản xuất men rượu thuần và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng rượu giúp cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu quả sản xuất và ổn định chất lượng sản phẩm.

  3. Trung tâm ứng dụng khoa học công nghệ và các tổ chức hỗ trợ phát triển làng nghề:
    Luận văn là cơ sở khoa học để xây dựng các chương trình chuyển giao công nghệ, đào tạo kỹ thuật và phát triển sản phẩm men rượu truyền thống tại địa phương.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và phát triển ngành nghề:
    Cung cấp thông tin về kiểm soát chất lượng men rượu, giảm thiểu men trôi nổi, góp phần nâng cao tiêu chuẩn sản phẩm và bảo vệ người tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae khác nhau như thế nào về đặc điểm sinh học?
    Mucor spp. có sợi nấm không phân nhánh, không vách ngăn, khuẩn lạc chuyển từ trắng sang đen sau 48 giờ; Rhizopus oryzae có sợi phân nhánh, có vách ngăn, khuẩn lạc màu trắng xám. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt tính enzyme.

  2. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng sinh trưởng của hai chủng nấm sợi?
    Hàm lượng NaNO3 và saccharose trong môi trường nuôi cấy là hai yếu tố quan trọng nhất. NaNO3 tối ưu cho Mucor spp. là 2,0 g/l, cho Rhizopus oryzae là 2,5 g/l; saccharose tối ưu là 30 g/l cho cả hai.

  3. Khả năng phân giải tinh bột của hai chủng nấm sợi được đánh giá như thế nào?
    Cả hai chủng đều có khả năng phân giải tinh bột tốt, thể hiện qua vòng phân giải tinh bột lớn nhất đạt 25 mm sau 72 giờ. Mucor spp. có hoạt tính enzyme amylase cao hơn khoảng 15% so với Rhizopus oryzae.

  4. Tỉ lệ bột mốc tối ưu sử dụng trong quá trình đường hóa là bao nhiêu?
    Tỉ lệ 0,75% (w/w) bột mốc được xác định là tối ưu, cho hiệu suất đường hóa và sản lượng rượu cao nhất, đồng thời đảm bảo chất lượng rượu tốt.

  5. Men rượu thuần có ưu điểm gì so với men rượu thị trường?
    Men rượu thuần giúp kiểm soát chất lượng rượu ổn định, tăng điểm cảm quan về độ trong, mùi vị và hậu vị, giảm men tạp và các vi sinh vật không mong muốn, từ đó nâng cao giá trị sản phẩm và uy tín làng nghề.

Kết luận

  • Đã xác định được đặc điểm sinh học và điều kiện sinh trưởng tối ưu của hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae trong môi trường nuôi cấy.
  • Mucor spp. có hoạt tính enzyme amylase và khả năng đường hóa vượt trội hơn Rhizopus oryzae, phù hợp làm chủng men rượu thuần.
  • Tỉ lệ bột mốc 0,75% (w/w) là tối ưu cho quá trình đường hóa và sản xuất men rượu thuần chất lượng cao.
  • Rượu lên men bằng men thuần có chất lượng cảm quan và hàm lượng ethanol ổn định, vượt trội so với men rượu thị trường.
  • Đề xuất ứng dụng kết quả nghiên cứu trong sản xuất men rượu truyền thống tại Bình Định, đồng thời tiếp tục nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng để hoàn thiện quy trình sản xuất.

Hành động tiếp theo: Triển khai sản xuất men rượu thuần quy mô làng nghề, đào tạo kỹ thuật cho người sản xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu về điều kiện lên men và kiểm soát chất lượng rượu. Để biết thêm chi tiết và nhận tư vấn kỹ thuật, vui lòng liên hệ Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Bình Định.