Nghiên cứu đặc điểm sinh học và khả năng đường hóa của nấm Mucor spp và Rhizopus oryzae trong sản xuất rượu truyền thống tại Bình Định

• Tác giả: Nguyễn Phương Thụy
• Người hướng dẫn: TS. Trần Văn Lư
• Trường học: Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học và khả năng đường hóa trong quá trình lên men rượu của hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae dùng trong sản xuất rượu truyền thống ở tỉnh Bình Định
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Bình Định

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ RƯỢU
• 2.1.1. Ngoài nước
• 2.1.2. Trong nước
• 2.2. PHÂN LOẠI RƯỢU THEO CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

I. Nghiên cứu nấm Mucor spp và Rhizopus oryzae

Nghiên cứu về Mucor spp và Rhizopus oryzae là rất quan trọng trong sản xuất rượu truyền thống. Hai chủng nấm này có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường lên men. Đặc điểm sinh học của chúng bao gồm hình thái, cấu trúc và cách sinh sản. Mucor spp thường có cấu trúc sợi phát triển mạnh mẽ, trong khi Rhizopus oryzae nổi bật với khả năng phân giải tinh bột. Việc hiểu rõ về đặc điểm sinh học của hai chủng nấm này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất rượu, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo nghiên cứu, Rhizopus oryzae có khả năng lên men mạnh mẽ hơn, điều này có thể dẫn đến việc sản xuất rượu có nồng độ cồn cao hơn. Sự kết hợp giữa hai chủng nấm này có thể tạo ra một men rượu chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của thị trường.

1.1 Đặc điểm sinh học của nấm

Đặc điểm sinh học của Mucor spp và Rhizopus oryzae bao gồm khả năng sinh trưởng trong điều kiện khác nhau. Mucor spp có thể phát triển trong môi trường có độ ẩm cao và nhiệt độ ấm, trong khi Rhizopus oryzae lại có khả năng chịu đựng tốt hơn trong môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu cho thấy rằng, sự phát triển của hai chủng nấm này phụ thuộc vào các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy. Việc tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp nâng cao hiệu suất lên men và chất lượng rượu. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh pH trong khoảng 5.5 đến 6.5 là lý tưởng cho sự phát triển của cả hai chủng nấm.

II. Khả năng đường hóa của nấm

Khả năng đường hóa của Mucor spp và Rhizopus oryzae trong quá trình lên men rượu là một yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy rằng, cả hai chủng nấm này đều có khả năng phân giải tinh bột thành đường, một quá trình quan trọng trong sản xuất rượu. Rhizopus oryzae thể hiện khả năng phân giải tinh bột tốt hơn so với Mucor spp, nhờ vào hoạt tính enzyme amylase cao hơn. Điều này cho phép Rhizopus oryzae chuyển hóa nhanh chóng các chất dinh dưỡng có trong nguyên liệu, từ đó tạo ra lượng đường cần thiết cho quá trình lên men. Việc sử dụng hai chủng nấm này trong sản xuất rượu truyền thống không chỉ giúp tăng cường khả năng đường hóa mà còn cải thiện hương vị và chất lượng của rượu. Theo một nghiên cứu, nồng độ đường trong dịch rỉ sau khi ủ có thể đạt đến 15% nhờ vào hoạt động của các enzyme từ nấm.

2.1 Quá trình đường hóa

Quá trình đường hóa diễn ra khi nấm phân giải tinh bột thành đường đơn giản, tạo điều kiện cho vi sinh vật lên men. Mucor spp và Rhizopus oryzae đều sản xuất enzyme amylase, enzyme này có vai trò quan trọng trong việc phân giải tinh bột. Nghiên cứu cho thấy rằng, Rhizopus oryzae có hoạt tính enzyme amylase cao hơn, cho phép nó phân giải tinh bột nhanh chóng hơn. Điều này dẫn đến việc sản xuất rượu có nồng độ cồn cao hơn và hương vị phong phú hơn. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất men rượu bằng cách kết hợp hai chủng nấm này có thể tạo ra sản phẩm rượu chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

III. Ứng dụng trong sản xuất rượu truyền thống

Việc nghiên cứu và ứng dụng Mucor spp và Rhizopus oryzae trong sản xuất rượu truyền thống ở Bình Định mang lại nhiều lợi ích. Sự kết hợp giữa hai chủng nấm này không chỉ giúp nâng cao chất lượng rượu mà còn tạo ra một sản phẩm độc đáo, mang đậm bản sắc văn hóa địa phương. Rượu Bàu Đá, một trong những loại rượu nổi tiếng của Bình Định, có thể được cải thiện đáng kể về hương vị và nồng độ cồn nhờ vào việc sử dụng men rượu từ hai chủng nấm này. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc sử dụng men rượu thuần từ Mucor spp và Rhizopus oryzae có thể giúp tăng cường khả năng lên men, từ đó tạo ra sản phẩm rượu có chất lượng cao hơn. Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn góp phần bảo tồn và phát triển nghề nấu rượu truyền thống tại địa phương.

3.1 Tác động đến chất lượng rượu

Chất lượng rượu sản xuất từ men rượu có nguồn gốc từ Mucor spp và Rhizopus oryzae được cải thiện rõ rệt. Nghiên cứu cho thấy rằng, rượu sản xuất từ men này có hương vị phong phú và nồng độ cồn cao hơn so với rượu sản xuất từ men truyền thống. Việc áp dụng công nghệ sản xuất hiện đại kết hợp với truyền thống sẽ giúp nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm. Rượu Bàu Đá không chỉ nổi tiếng trong nước mà còn có tiềm năng xuất khẩu ra thị trường quốc tế, góp phần quảng bá văn hóa ẩm thực Việt Nam.

Tổng quan nghiên cứu

Rượu truyền thống là một sản phẩm văn hóa lâu đời, có vai trò quan trọng trong đời sống xã hội và kinh tế nhiều vùng miền trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Ở tỉnh Bình Định, rượu Bàu Đá nổi tiếng với hương vị đặc trưng, được sản xuất theo phương pháp lên men truyền thống sử dụng men rượu tự nhiên. Quá trình lên men rượu phụ thuộc chủ yếu vào hệ vi sinh vật trong men, đặc biệt là các chủng nấm sợi như Mucor spp. và Rhizopus oryzae. Nghiên cứu này nhằm khảo sát một số đặc điểm sinh học và khả năng đường hóa của hai chủng nấm sợi này trong quá trình lên men rượu truyền thống tại Bình Định, với mục tiêu tìm ra chủng nấm có hoạt lực đường hóa và lên men tốt nhất để nâng cao chất lượng rượu truyền thống.

Phạm vi nghiên cứu 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 truyền thống Bàu Đá, xã Nhơn Lộc, thị xã An Nhơn. Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát hình thái, sinh trưởng, khả năng phân giải tinh bột, hoạt tính enzyme amylase và hiệu quả đường hóa trong quá trình lên men rượu của hai chủng nấm sợi. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ sở sinh học của quá trình lên men rượu truyền thống, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn trong việc tạo ra men rượu thuần chủng chất lượng cao, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và ổn định chất lượng sản phẩm rượu truyền thống Bình Định.

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 đường glucose, chuyển hóa glucose thành axit pyruvic và acetaldehyde, cuối cùng lên men acetaldehyde thành ethanol. Hệ vi sinh vật gồm nấm sợi (Mucor spp., Rhizopus oryzae) và nấm men (Saccharomyces cerevisiae) đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Nấm sợi sinh enzyme amylase phân giải tinh bột thành đường, 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. Ngoài ra, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa và lên men như nồng độ đường, nhiệt độ, pH, nồng độ rượu và oxy cũng được xem xét để tối ưu hóa điều kiện lên men.

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, Bình Định, trong khoảng thời gian từ tháng 11/2016 đến tháng 6/2017.

Phương pháp vi sinh được áp dụng để quan sát hình thái khuẩn lạc và tế bào nấm dưới kính hiển vi sau 48 giờ nuôi cấy trên môi trường Potato Glucose Agar (PGA). Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng như hàm lượng NaNO3 và saccharose trong môi trường Czapek-Dox được khảo sát bằng cách đo đường kính khuẩn lạc và thời gian phủ kín đĩa petri.

Khả năng phân giải tinh bột được xác định bằng phương pháp phủ Lugol lên môi trường chứa tinh bột sau khi nuôi cấy nấm, đo vòng phân giải tinh bột. Hoạt tính enzyme amylase được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán trên thạch, đo đường kính vòng phân giải enzyme.

Khả năng đường hóa trong quá trình lên men rượu được khảo sát bằng cách ủ gạo hấp chín với các chủng nấm sợi, đo các chỉ tiêu pH, độ Brix, hàm lượng glucose và đường khử theo phương pháp hóa sinh tiêu chuẩn. Quy trình sản xuất bột nấm sợi (bột mốc) và men rượu thuần được thiết kế để đánh giá tỉ lệ bột mốc tối ưu cho quá trình đường hóa và lên men.

Đánh giá năng suất và chất lượng rượu được thực hiện bằng phương pháp chưng cất truyền thống, so sánh rượu sản xuất từ men thuần và men thị trường tại làng nghề. Phân tích cảm quan theo TCVN 8007:2009 và TCVN 3217:1979, cùng các phương pháp hóa lý xác định hàm lượng ethanol, methanol và aldehyde được áp dụng để đánh giá chất lượng sản phẩm.

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. và Rhizopus oryzae phát triển nhanh, với đường kính khuẩn lạc đạt 8 cm trong khoảng 48-72 giờ trên môi trường PGA. Mucor spp. có màu trắng chuyển sang đen, trong khi Rhizopus oryzae có màu trắng xám. Hình thái tế bào và cấu trúc bào tử phù hợp với đặc điểm điển hình của từng chủng.

2. Ảnh hưởng của NaNO3 và saccharose đến sinh trưởng: Hàm lượng NaNO3 tối ưu cho sinh trưởng là 2,0 g/l, với thời gian phủ kín đĩa petri là 48 giờ cho cả hai chủng. Hàm lượng saccharose tối ưu là 30 g/l, giúp khuẩn lạc phát triển nhanh và đồng đều. Khi vượt quá nồng độ này, tốc độ sinh trưởng giảm rõ rệt.

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 khoảng 25 mm sau 72 giờ nuôi cấy. Hoạt tính enzyme amylase đo bằng phương pháp khuếch tán trên thạch cho thấy Mucor spp. có vòng phân giải enzyme lớn hơn Rhizopus oryzae khoảng 15%, cho thấy hoạt lực đường hóa mạnh hơn.

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 tỉ lệ bột mốc 0,75%, pH giảm từ 6,5 xuống 4,8, phù hợp với điều kiện lên men. Hàm lượng glucose và đường khử tăng lên đáng kể, với Mucor spp. tạo ra lượng glucose cao hơn Rhizopus oryzae khoảng 20%. Lượng rượu thu hồi từ men thuần có độ cồn trung bình 15,5%, cao hơn 12% so với men thị trường.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae đều có vai trò quan trọng trong quá trình đường hóa và lên men rượu truyền thống. Mucor spp. thể hiện ưu thế hơn về hoạt tính enzyme amylase và khả năng tạo đường, phù hợp để phát triển men rượu thuần chất lượng cao. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của Mucor rouxii trong sản xuất rượu truyền thống.

Việc xác định hàm lượng NaNO3 và saccharose tối ưu giúp tối đa hóa sinh trưởng và hoạt động enzyme, từ đó nâng cao hiệu suất lên men. Sự thay đổi pH và độ Brix trong quá trình lên men phản ánh quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường và đường thành rượu diễn ra hiệu quả.

So sánh với men rượu thị trường, men thuần tạo ra rượu có độ cồn cao hơn và chất lượng cảm quan tốt hơn, thể hiện qua điểm số cảm quan đạt trên 4,5/5. Dữ liệu này có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ cồn và điểm cảm quan giữa hai loại men, cũng như bảng số liệu vòng phân giải enzyme và đường kính khuẩn lạc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển men rượu thuần chủng Mucor spp.: Tập trung sản xuất men rượu thuần từ chủng Mucor spp. với tỉ lệ bột mốc 0,75% để tối ưu hóa khả năng đường hóa và nâng cao chất lượng rượu. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Bình Định chủ trì.

2. Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy và lên men: Áp dụng hàm lượng NaNO3 2,0 g/l và saccharose 30 g/l trong môi trường nuôi cấy để tăng sinh trưởng nấm sợi, đồng thời kiểm soát nhiệt độ 30ºC và pH 4,5-5,5 trong quá trình lên men. Thực hiện trong vòng 3 tháng tại các cơ sở sản xuất rượu truyền thống.

3. Đào tạo kỹ thuật cho các hộ sản xuất rượu truyền thống: Tổ chức các khóa tập huấn về quy trình sản xuất men rượu thuần và kỹ thuật lên men chuẩn, nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng cho người nấu rượu. Thời gian triển khai 6 tháng, phối hợp với các làng nghề truyền thống.

4. Xây dựng hệ thống kiểm soát chất lượng rượu: Thiết lập quy trình kiểm tra cảm quan và phân tích hóa lý định kỳ để đảm bảo chất lượng rượu ổn định, tránh sử dụng men trôi nổi kém chất lượng. Thực hiện liên tục, do các cơ quan quản lý địa phương giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu sinh học vi sinh và công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về đặc điểm sinh học và hoạt tính enzyme của nấm sợi, hỗ trợ nghiên cứu phát triển men rượu và ứng dụng công nghệ lên men.

2. Người sản xuất rượu truyền thống tại Bình Định và các vùng lân cận: Tham khảo để áp dụng quy trình sản xuất men rượu thuần, nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế.

3. Các cơ quan quản lý và phát triển làng nghề: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ, đào tạo và kiểm soát chất lượng sản phẩm rượu truyền thống, bảo tồn và phát triển nghề truyền thống.

4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành sinh học thực nghiệm, công nghệ sinh học: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc học tập, nghiên cứu về vi sinh vật, enzyme và công nghệ lên men trong ngành thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn hai chủng nấm sợi Mucor spp. và Rhizopus oryzae để nghiên cứu?
   Hai chủng này phổ biến trong men rượu truyền thống, có khả năng sinh enzyme amylase mạnh và tham gia trực tiếp vào quá trình đường hóa tinh bột, ảnh hưởng lớn đến chất lượng rượu.

2. Hàm lượng NaNO3 và saccharose ảnh hưởng thế nào đến sinh trưởng nấm sợi?
   NaNO3 cung cấp nguồn nitơ cần thiết, saccharose là nguồn cacbon. Hàm lượng tối ưu giúp nấm phát triển nhanh, sinh enzyme hiệu quả, từ đó nâng cao khả năng đường hóa và lên men.

3. Làm thế nào để đánh giá hoạt tính enzyme amylase của nấm sợi?
   Hoạt tính được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán trên thạch, đo đường kính vòng phân giải tinh bột sau khi phủ Lugol, phản ánh khả năng phân giải tinh bột của enzyme.

4. Men rượu thuần có ưu điểm gì so với men rượu thị trường?
   Men thuần chủng có hoạt lực đường hóa và lên men ổn định, tạo rượu có độ cồn cao hơn, hương vị đặc trưng và chất lượng cảm quan tốt hơn, giảm rủi ro sử dụng men kém chất lượng.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các vùng sản xuất rượu khác không?
   Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh phù hợp với điều kiện địa phương về nguyên liệu, khí hậu và tập quán sản xuất để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

• 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, phù hợp làm men rượu thuần chất lượng cao.
• Quy trình sản xuất bột nấm sợi và men rượu thuần được thiết kế thành công, nâng cao hiệu suất lên men và chất lượng rượu truyền thống Bình Định.
• Rượu sản xuất từ men thuần có độ cồn cao hơn 12% và điểm cảm quan tốt hơn so với men thị trường.
• Đề xuất áp dụng men thuần và tối ưu hóa điều kiện lên men trong vòng 6 tháng tới để phát triển nghề rượu truyền thống bền vững.

Mời các nhà nghiên cứu và người làm nghề rượu truyền thống tiếp tục ứng dụng và phát triển các kết quả này nhằm nâng cao giá trị sản phẩm và bảo tồn văn hóa rượu truyền thống Việt Nam.