Nghiên cứu phát triển đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy (Angelica sinensis)

Nghiên cứu về đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy (Angelica sinensis) mở ra hướng đi mới… 95 trang · Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry · 2022.

• Tác giả: Cao Hong Le
• Người hướng dẫn: MSc. Vi Dai Lam
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Food Technology
• Đề tài: Nghiên cứu phát triển đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy (Angelica sinensis)
• Loại tài liệu: bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• TABLE OF CONTENT
• 1. CHAPTER I: INTRODUCTION
• 1.1. Research rationale
• 1.2. Overall objectives
• 1.3. Detail objectives
• 1.4. Research question
• 1.5. Limitation
• 2. CHAPTER II: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Overview about Angelica sinensis (Oliv.)
• 2.2. Characteristics of Angelica sinensis (Oliv.) Diels
• 2.3. Overview of the chemical compositions of Angelica sinensis (Oliv.) Diels
• 2.4. Overview of biological effects (pharmacology) of Angelica sinensis (Oliv.) Diels
• 2.4.1. Anti-inflammatory effects
• 2.4.2. Anti-cancer effects
• 2.4.3. Anti-cardiovascular effects
• 2.4.4. Antiplatelet effect
• 2.4.5. Neuroprotective effects
• 3. MATERIALS, RESEARCH CONTENTS AND METHODOLOGY
• 3.1. Material and research scope
• 3.2. Work place and time to proceed
• 3.3. Experimental design method
• 3.4. The biochemistry method
• 3.5. Data statistical analysis methods
• 4. RESULT AND DISCUSSION
• 4.1. Result for determining the component of raw materials
• 4.2. The result of studying some factors affecting on the quality of product
• 4.3. The result of effecting material/distilled water ratio on the quality of product
• 4.4. The result of the effect of the pH on the quality of product
• 4.5. The result of the research on initial sugar concentration affecting the quality of product
• 4.6. The result of research on yeast ratio affects to the quality of product
• 4.7. The result of research on fermentation time affects the quality of the product
• 4.8. Completing the process of producing fermented beverage from the residue of Angelica sinensis (Oliv.)
• 4.9. Evaluation the quality of final product and preliminary cost estimation final product
• 4.9.1. Evaluation the quality of final product
• 4.9.2. Preliminary cost estimation final product
• 5. CONCLUSION AND RECOMMENDATION
• Appendix ballot for product sensory assessment score
• Appendix statistical analysis

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Đồ Uống Lên Men Từ Bã Rễ Đương Quy

Nghiên cứu về đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy (Angelica sinensis) mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp. Đương quy là một dược liệu quý, được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền. Sau quá trình chiết xuất, bã rễ thường bị bỏ đi, gây lãng phí. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng bã rễ Đương quy để tạo ra đồ uống lên men có giá trị gia tăng, vừa giảm thiểu chất thải, vừa tạo ra sản phẩm mới có lợi cho sức khỏe. Quá trình lên men sử dụng các vi sinh vật lên men như nấm men hoặc vi khuẩn lactic, chuyển hóa các hợp chất trong bã rễ thành các chất có lợi, đồng thời tạo ra hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Nghiên cứu này hứa hẹn mang lại những ứng dụng thực tiễn trong ngành ứng dụng thực phẩm và phát triển sản phẩm. Theo tài liệu gốc, bã rễ Đương quy vẫn còn chứa một lượng đáng kể ginsenosides và polysaccharides sau khi chiết xuất, tạo tiềm năng lớn cho việc lên men.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Cây Đương Quy Angelica sinensis

Đương quy (Angelica sinensis) là một loại thảo dược quan trọng, có nguồn gốc từ Trung Quốc. Rễ của cây Đương quy, được biết đến với tên gọi Danggui trong tiếng Trung, đã được trồng và sử dụng ở Trung Quốc trong hơn 2000 năm. Đương quy được sử dụng để bổ máu, điều trị thiếu máu, thấp khớp và các vấn đề kinh nguyệt. Gần đây, Đương quy đã được tìm thấy ở Việt Nam từ năm 1960, chủ yếu được trồng ở các tỉnh như Lào Cai, Hòa Bình, Lai Châu, Đà Lạt, Lâm Đồng. Theo y học cổ truyền Trung Quốc, Đương quy là một loại thảo dược phổ biến giúp chữa bệnh cho phụ nữ và được chỉ định trong nhiều đơn thuốc như thuốc bổ và để điều trị các bệnh như đau đầu liên quan đến thiếu máu, suy nhược, bệnh tim mạch, đau lưng, đau ngực, viêm khớp, đau ở các chi, tê liệt, táo bón, lở ngứa, chứng máu khó đông, kinh nguyệt không đều, đau bụng kinh.

1.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Bã Rễ Đương Quy Trong Thực Phẩm

Sau khi chiết xuất, phần lớn bã rễ Đương quy chưa được tái sử dụng đúng cách để tạo ra các sản phẩm có giá trị. Một lượng đáng kể ginsenosides hoặc polysaccharides vẫn còn giữ lại trong bã rễ. Do đó, bã rễ Đương quy có một lợi thế đáng kể để tạo ra các sản phẩm có giá trị bằng cách giảm lignin, cellulose và cho phép nấm men tham gia vào quá trình chuyển đổi glucose thành ethanol trong quá trình lên men. Việc sử dụng bã rễ Đương quy không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí mà còn tận dụng được các hợp chất có lợi còn sót lại, mang lại giá trị kinh tế và sức khỏe.

II. Thách Thức Trong Quy Trình Lên Men Đồ Uống Từ Bã Rễ

Mặc dù tiềm năng lớn, việc nghiên cứu phát triển đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy cũng đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là tối ưu hóa quy trình lên men để đạt được sản phẩm có đặc tính cảm quan tốt và hàm lượng dinh dưỡng cao. Các yếu tố như vi sinh vật lên men, nhiệt độ lên men, thời gian lên men, và tỷ lệ phối trộn cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Bên cạnh đó, vấn đề an toàn thực phẩm cũng cần được đặc biệt quan tâm, đảm bảo sản phẩm không chứa các chất độc hại hoặc vi sinh vật gây bệnh. Nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình để tạo ra sản phẩm ổn định, có khả năng bảo quản tốt và đáp ứng các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm.

2.1. Ảnh Hưởng Của Các Yếu Tố Lên Men Đến Chất Lượng Sản Phẩm

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng của đồ uống lên men. Các yếu tố này bao gồm: Nhiệt độ, pH, nồng độ đường, tỷ lệ nấm men trong môi trường lên men, thời gian lên men, hàm lượng cồn, ánh sáng, axit hữu cơ và khoáng chất. Việc kiểm soát và tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo quá trình lên men diễn ra hiệu quả và tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt nhất.

2.2. Đảm Bảo An Toàn Thực Phẩm Trong Sản Xuất Đồ Uống Lên Men

An toàn thực phẩm là yếu tố then chốt trong sản xuất đồ uống lên men. Cần kiểm soát chặt chẽ các vi sinh vật gây hại, đảm bảo nguyên liệu đầu vào không chứa các chất độc hại. Quá trình lên men cần được thực hiện trong điều kiện vệ sinh, tuân thủ các quy trình an toàn thực phẩm để tránh nhiễm khuẩn. Sản phẩm cuối cùng cần được kiểm tra chất lượng, đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm trước khi đưa ra thị trường.

III. Phương Pháp Lên Men Bã Rễ Đương Quy Hiệu Quả Tối Ưu

Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng Saccharomyces bayanus để lên men bã rễ Đương quy. Saccharomyces bayanus là một loại nấm men được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đồ uống lên men, có khả năng chịu được nồng độ cồn cao và tạo ra hương vị đặc trưng. Quy trình lên men bao gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu, đường hóa, lên men, lọc và bảo quản. Các thông số lên men như pH, nhiệt độ, và thời gian được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình. Mục tiêu là tạo ra đồ uống lên men có hàm lượng dinh dưỡng cao, đặc tính cảm quan tốt và hoạt tính sinh học đáng kể. Theo nghiên cứu, tỷ lệ nguyên liệu/nước cất là 1/30, lên men ở pH=4, nồng độ đường ban đầu là 23°Brix, tỷ lệ nấm men thêm vào là 3% (v/w) với thời gian lên men là 8 ngày, hàm lượng cồn của sản phẩm cuối cùng là 9,5% (v/v).

3.1. Lựa Chọn Vi Sinh Vật Lên Men Saccharomyces bayanus

Saccharomyces bayanus là một lựa chọn phù hợp cho quá trình lên men bã rễ Đương quy do khả năng chịu cồn cao và tạo hương vị đặc trưng. Việc lựa chọn chủng vi sinh vật phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo quá trình lên men diễn ra hiệu quả và tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt. Cần nghiên cứu kỹ đặc tính của từng chủng vi sinh vật để lựa chọn chủng phù hợp nhất với nguyên liệu và mục tiêu sản phẩm.

3.2. Tối Ưu Hóa Các Thông Số Trong Quy Trình Lên Men

Việc tối ưu hóa quy trình lên men là rất quan trọng để đạt được sản phẩm có chất lượng tốt nhất. Các thông số như pH, nhiệt độ, thời gian, và tỷ lệ phối trộn cần được điều chỉnh để tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển và chuyển hóa các hợp chất trong bã rễ Đương quy. Cần thực hiện các thí nghiệm để xác định các thông số tối ưu cho từng giai đoạn của quá trình lên men.

IV. Đánh Giá Chất Lượng Và Giá Trị Của Đồ Uống Lên Men

Sau khi hoàn thành quy trình lên men, sản phẩm cần được đánh giá chất lượng một cách toàn diện. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm đặc tính cảm quan (màu sắc, mùi vị, trạng thái), hàm lượng dinh dưỡng (vitamin, khoáng chất, polyphenol, flavonoid), hoạt tính sinh học (chất chống oxy hóa), và an toàn thực phẩm (hàm lượng kim loại nặng, độc tính, vi sinh vật gây bệnh). Bên cạnh đó, cần phân tích thành phần hóa học của sản phẩm để xác định các hợp chất có lợi và đánh giá giá trị gia tăng của sản phẩm. Nghiên cứu cũng cần xem xét tác dụng phụ và liều dùng phù hợp của sản phẩm.

4.1. Các Chỉ Tiêu Đánh Giá Chất Lượng Cảm Quan Và Dinh Dưỡng

Việc đánh giá chất lượng đồ uống lên men cần tập trung vào các chỉ tiêu cảm quan như màu sắc, mùi vị, trạng thái và các chỉ tiêu dinh dưỡng như hàm lượng dinh dưỡng, chất chống oxy hóa, polyphenol, flavonoid. Các chỉ tiêu này giúp đánh giá giá trị dinh dưỡng và khả năng mang lại lợi ích cho sức khỏe của sản phẩm.

4.2. Phân Tích Thành Phần Hóa Học Và Hoạt Tính Sinh Học

Phân tích thành phần hóa học giúp xác định các hợp chất có lợi trong sản phẩm, như polyphenol, flavonoid, và các hợp chất khác có hoạt tính sinh học. Việc đánh giá hoạt tính sinh học giúp xác định khả năng chống oxy hóa, kháng viêm, và các tác dụng có lợi khác của sản phẩm. Các kết quả phân tích này cung cấp thông tin quan trọng để chứng minh giá trị gia tăng của sản phẩm.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Triển Vọng Thị Trường Đồ Uống

Nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng thực phẩm rộng rãi, đặc biệt trong việc phát triển các sản phẩm chức năng và đồ uống healthy. Thị trường đồ uống đang chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ của các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên và mang lại lợi ích cho sức khỏe. Xu hướng tiêu dùng ngày càng quan tâm đến các sản phẩm đồ uống thảo dược và đồ uống healthy. Việc nghiên cứu phát triển đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy có thể đáp ứng nhu cầu thị trường và tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng cao. Cần có các nghiên cứu lâm sàng để chứng minh hiệu quả và an toàn của sản phẩm trước khi đưa ra thị trường.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển Sản Phẩm Chức Năng Từ Đương Quy

Đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy có tiềm năng lớn để phát triển thành sản phẩm chức năng nhờ vào các hợp chất có lợi cho sức khỏe có trong Đương quy. Việc bổ sung các thành phần dinh dưỡng và hoạt tính sinh học có thể tạo ra các sản phẩm đáp ứng nhu cầu của thị trường đồ uống healthy.

5.2. Xu Hướng Tiêu Dùng Đồ Uống Thảo Dược Và Healthy

Xu hướng tiêu dùng hiện nay đang hướng tới các sản phẩm đồ uống thảo dược và đồ uống healthy. Người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến nguồn gốc tự nhiên và lợi ích sức khỏe của sản phẩm. Việc phát triển đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy phù hợp với xu hướng này và có tiềm năng thu hút sự quan tâm của người tiêu dùng.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Đồ Uống

Nghiên cứu về đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy đã mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp và tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng lớn của việc sử dụng Saccharomyces bayanus để lên men bã rễ Đương quy, tạo ra đồ uống có đặc tính cảm quan tốt và hàm lượng dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu khoa học để tối ưu hóa quy trình, đánh giá toàn diện an toàn và hiệu quả của sản phẩm, cũng như nghiên cứu thị trường để đưa sản phẩm đến gần hơn với người tiêu dùng. Các nghiên cứu tiền lâm sàng và nghiên cứu lâm sàng là cần thiết để chứng minh các lợi ích sức khỏe của sản phẩm.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Và Đóng Góp Khoa Học

Nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển quy trình lên men bã rễ Đương quy bằng Saccharomyces bayanus, tạo ra đồ uống có tiềm năng ứng dụng thực phẩm. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp và phát triển các sản phẩm chức năng.

6.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Mở Rộng Và Phát Triển Sản Phẩm

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình lên men, nghiên cứu các chủng vi sinh vật khác, nghiên cứu các phương pháp bảo quản và nghiên cứu các tác dụng có lợi cho sức khỏe của sản phẩm. Cần có các nghiên cứu thị trường để xác định nhu cầu và xu hướng tiêu dùng, từ đó phát triển các sản phẩm phù hợp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đương quy (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) thuộc họ Hoa tán (Apiaceae), là cây thuốc quý có nguồn gốc bản địa tại Trung Quốc, được ghi nhận lịch sử canh tác và ứng dụng y học cổ truyền trên 2.000 năm. Rễ Đương quy chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao như acid ferulic, Z-ligustilide, butylidenephthalide cùng các chuỗi polysaccharides đa dạng. Các hợp chất này có tác dụng bổ huyết, hỗ trợ điều trị thiếu máu, đau nhức xương khớp và rối loạn kinh nguyệt. Tại Việt Nam, Đương quy đã được di thực và trồng tại một số vùng có khí hậu mát mẻ như Lào Cai, Hòa Bình, Lai Châu, Đà Lạt (Lâm Đồng).

Trong công nghiệp chế biến thực phẩm và dược liệu (tiêu biểu là quy trình sản xuất trà hòa tan), củ Đương quy sau khi trải qua quá trình chiết xuất bằng cồn thường để lại lượng bã rễ rất lớn. Phần bã thải này vẫn còn lưu giữ một lượng đáng kể các hợp chất polysaccharides và hoạt chất có giá trị. Tuy nhiên, phần lớn bã rễ Đương quy chưa được tái sử dụng hợp lý mà bị loại bỏ ra môi trường, gây lãng phí tài nguyên sinh khối. Về mặt cấu trúc, bã rễ sau khi trích ly đã giảm bớt hàm lượng cellulose và lignin, tạo điều kiện thuận lợi để nấm men chuyển hóa cơ chất đường thành cồn trong quá trình lên men sinh học.

Đồng thời, xu hướng tiêu dùng thực phẩm chức năng và đồ uống lên men từ dược liệu tự nhiên đang phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao sức khỏe, tiện lợi và kéo dài thời gian bảo quản. Việc tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp có chi phí thấp để sản xuất đồ uống lên men vừa giúp hạ giá thành sản phẩm, vừa giải quyết bài toán môi trường. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài "Research on fermented beverage development from the residue of Angelica sinensis (Oliv.) Diels root" (Nghiên cứu phát triển đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy) được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu

• Mục tiêu tổng quát: Nâng cao giá trị sử dụng của bã rễ Đương quy (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) thông qua việc phát triển sản phẩm đồ uống lên men có giá trị cảm quan cao, đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng và giảm thiểu phế phụ phẩm phát sinh từ quy trình chế biến.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Đánh giá các thành phần hóa sinh cơ bản trong nguyên liệu bã rễ Đương quy.
  2. Ứng dụng bã rễ Đương quy sau chiết cồn để phát triển sản phẩm đồ uống lên men.
  3. Khảo sát các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình lên men từ cơ chất bã rễ Đương quy sử dụng nấm men Saccharomyces bayanus.
  4. Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy và đánh giá chất lượng sản phẩm hoàn thiện.

Câu hỏi nghiên cứu

• Khả năng sử dụng chủng nấm men Saccharomyces bayanus để lên men dịch chiết từ bã rễ Đương quy (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) nhằm tạo ra sản phẩm đồ uống lên men đạt tiêu chuẩn chất lượng là như thế nào?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  • Bã rễ cây Đương quy (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) 2 năm tuổi thu hoạch tại tỉnh Lào Cai, đã được trích ly bằng cồn ethanol 70% (v/v) ở 45°C trong 12 giờ và sấy khô đến độ ẩm dưới 13%.
  • Chủng nấm men thuần khiết Saccharomyces bayanus do Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cung cấp.
• Không gian thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.
• Thời gian thực hiện: Từ tháng 02/2021 đến tháng 02/2022.
• Quy mô: Thực nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm (Laboratory scale).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết sinh hóa và công nghệ thực phẩm sau:

• Đặc tính dược liệu của Đương quy: Các dẫn xuất phthalide (đặc biệt là Z-ligustilide), acid hữu cơ (acid ferulic) và hệ polysaccharides phức tạp (fructose, galactose, glucose, arabinose, rhamnose, xylose) có tác dụng chống viêm, chống oxy hóa, kích thích tạo máu, ức chế kết tập tiểu cầu và bảo vệ hệ tim mạch - thần kinh.
• Cơ chế lên men rượu: Quá trình chuyển hóa đường yếm khí qua con đường đường phân (Glycolysis gồm 10 phản ứng enzyme xúc tác), chuyển hóa glucose thành acid pyruvic, sau đó acid pyruvic được khử carboxyl thành acetaldehyde và tiếp tục khử thành ethanol dưới tác dụng của enzyme alcohol dehydrogenase trong tế bào nấm men. Phương trình tổng quát: $$\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 + \text{Nấm men} \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2 + \text{Năng lượng (ATP)} + \text{Nhiệt}$$
• Đặc tính sinh học của nấm men Saccharomyces bayanus: Là vi sinh vật đơn bào hình elip/trứng (kích thước 5–14 µm), sinh sản nảy chồi, có nguồn gốc lai ghép tự nhiên giữa S. cerevisiae, S. uvarum và S. eubayanus. Chủng này có khả năng chịu cồn tốt, lên men tốt ở nhiệt độ thấp, không chuyển hóa galactose (galactose negative), tạo hương vị đặc trưng cho đồ uống lên men.
• Động học quá trình lên men và các yếu tố công nghệ: Mối tương quan giữa nồng độ chất khô hòa tan (°Brix), pH môi trường, tỷ lệ giống cấy, nhiệt độ lên men và thời gian lên men đối với tốc độ sinh cồn, hàm lượng glycerol và các hợp chất bay hơi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ thực phẩm với thiết kế thí nghiệm theo khối ngẫu nhiên hoàn toàn (Completely Randomized Design), mỗi công thức được lặp lại 3 lần để lấy giá trị trung bình.

Các phương pháp phân tích hóa sinh và chỉ tiêu kiểm nghiệm:

• Xác định độ ẩm: Phương pháp sấy đến khối lượng không đổi ở 105°C theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10788:2015.
• Xác định hàm lượng tro tổng số: Phương pháp nung mẫu tại nhiệt độ 550–600°C trong lò nung muffle đến khi thu được tro trắng theo TCVN 8124:2009.
• Xác định hàm lượng protein tổng số: Phương pháp Kjeldahl (gồm ba giai đoạn: vô cơ hóa mẫu bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc với xúc tác $\text{K}_2\text{SO}_4/\text{CuSO}_4$, chưng cất giải phóng $\text{NH}_3$ bằng $\text{NaOH}$ 40%, và chuẩn độ lượng acid dư bằng dung dịch $\text{NaOH}$ 0,1 N).
• Xác định hàm lượng đường khử: Phương pháp đo quang phổ so màu sử dụng thuốc thử acid dinitrosalicylic (DNS) trên máy quang phổ UV-Vis.
• Xác định nồng độ chất khô hòa tan: Đo bằng khúc xạ kế quang học (Brix Meter Refractometer).
• Xác định độ acid và pH: Đo pH bằng máy đo điện tử HANNA HI 2210-02; độ acid xác định bằng phương pháp chuẩn độ trung hòa với chỉ thị phenolphthalein.
• Xác định hàm lượng cồn: Phương pháp chưng cất tách cồn và đo bằng cồn kế (Alcohol meter).
• Phương pháp đánh giá cảm quan: Sử dụng thang điểm cảm quan đánh giá theo hệ số trọng lượng về trạng thái, màu sắc, mùi và vị.
• Phương pháp xử lý số liệu: Thu thập và phân tích thống kê phương sai (ANOVA) nhằm đánh giá độ tin cậy của các sai khác giữa các công thức thí nghiệm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chapter I: Introduction (Mở đầu)

Chương này tập trung trình bày tính cấp thiết của đề tài, lý do lựa chọn đối tượng nghiên cứu là bã rễ Đương quy sau trích ly dịch trà. Tác giả phân tích tiềm năng chưa được khai thác của phụ phẩm giàu polysaccharide này trong bối cảnh thị trường thực phẩm chức năng và đồ uống lên men thảo mộc đang gia tăng. Xác định 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, câu hỏi nghiên cứu trọng tâm và nêu rõ các giới hạn khách quan của đề tài liên quan đến độ ổn định của chủng giống nấm men lưu trữ và thời điểm thu hoạch nguyên liệu trái vụ.

Chapter II: Literature Review (Tổng quan tài liệu)

Chương tổng quan cung cấp hệ thống lý thuyết toàn diện bao gồm:

• Tổng quan về cây Đương quy (Angelica sinensis): Đặc điểm thực vật học, phân loại ba phần rễ (đầu, thân, đuôi rễ với công năng y học khác nhau); thành phần hóa học phân lập (các dẫn xuất phthalide như Z-ligustilide, butylphthalide; các acid hữu cơ như ferulic acid; các polysaccharide tan trong nước); tác dụng dược lý (chống đông máu, chống viêm, kháng ung thư đại trực tràng HT-29, hạ mỡ máu, bảo vệ tim mạch, bảo vệ tế bào thần kinh chống lại độc tính peptide $\beta$-amyloid, kích thích tạo máu).
• Công nghệ lên men và đồ uống lên men: Phân loại lên men chìm (submerged) và lên men bề mặt/cơ chất rắn (solid-state); cơ chế sinh hóa chi tiết của quá trình lên men rượu 10 bước từ glucose đến ethanol; lịch sử phát triển men thuần khiết từ Antonie van Leeuwenhoek, Louis Pasteur đến Max Delbrück.
• Đặc tính vi sinh vật: Cấu tạo tế bào, sinh lý sinh hóa của nấm men Saccharomyces bayanus; yêu cầu kỹ thuật đối với nấm men lên men đồ uống (tỷ lệ nảy chồi 10–15%, tỷ lệ tế bào chết < 2%, chịu cồn 7–16% v/v); vai trò của vi khuẩn lactic (Lactobacillus, Oenococcus oeni) và các loài vi sinh vật khác trong chuyển hóa acid malic thành acid lactic.
• Các yếu tố công nghệ chi phối: Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ (khoảng tối ưu 25–32°C), nồng độ oxy ở giai đoạn đầu, pH dịch lên men (thích hợp từ 4,0–4,5), nồng độ đường cơ chất (khoảng 10–25 °Brix), tỷ lệ giống cấy (6–10 triệu tế bào/ml), ánh sáng, acid hữu cơ, khoáng chất và các sản phẩm phụ (glycerol, acid acetic, ester).
• Các phương pháp sản xuất đồ uống nồng độ cồn thấp: Giới thiệu các kỹ thuật vật lý và màng như bốc hơi chân không (VE), chưng cất chân không (VD), cột nón quay (SCC), thẩm tách, thẩm thấu ngược (RO) và bốc hơi thẩm thấu (pervaporation).

Chapter III: Materials, Research Contents and Methodology (Nguyên liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu)

Trình bày chi tiết về xuất xứ nguyên vật liệu, hóa chất, danh mục thiết bị thí nghiệm và bố cục 6 nội dung nghiên cứu thực nghiệm:

• Thí nghiệm 1: Xác định các thành phần hóa sinh cơ bản của bã rễ Đương quy (độ ẩm, tro tổng số, protein, đường khử, độ acid).
• Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ bã nguyên liệu/nước cất (1/20, 1/30, 1/40 w/v) đến chất lượng sản phẩm (cố định: 20g bã, bổ sung 300g đường, pH 4,0, tỷ lệ men 3%, nhiệt độ 28°C, thời gian 8 ngày).
• Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu (các mức pH: 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0).
• Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đường ban đầu (12, 16, 20, 23, 26, 28 °Brix).
• Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men bổ sung (1,5%; 2,0%; 2,5%; 3,0%; 3,5%; 4,0% v/w).
• Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men (2, 3, 5, 8, 10 ngày).
• Mô tả quy trình thực nghiệm chi tiết cho từng phương pháp phân tích hóa sinh chuẩn hóa theo TCVN và phương pháp Kjeldahl, so màu DNS.

Chapter IV: Result and Discussion (Kết quả và thảo luận)

Trình bày các số liệu thực nghiệm, đồ thị và phân tích nguyên nhân sinh hóa:

• Đánh giá thành phần bã rễ Đương quy sau khi trích ly cồn.
• Đánh giá động thái thay đổi của hàm lượng cồn (% v/v), nồng độ đường sót (°Brix), hiệu suất lên men và điểm cảm quan qua từng biến số công nghệ (tỷ lệ nguyên liệu/nước, pH, độ Brix ban đầu, tỷ lệ nấm men, thời gian lên men).
• Xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ hoàn thiện chế biến đồ uống lên men từ bã Đương quy.
• Phân tích các chỉ tiêu hóa lý, cảm quan và an toàn vi sinh vật của sản phẩm thành phẩm đối chiếu với quy chuẩn TCVN.
• Sơ bộ hạch toán chi phí sản xuất cho 1 lít đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy.

Chapter V: Conclusion and Recommendation (Kết luận và kiến nghị)

Tóm tắt các thông số công nghệ tối ưu đã đạt được và đưa ra khuyến nghị cho các nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã xác lập được bộ thông số công nghệ tối ưu cho quy trình sản xuất đồ uống lên men từ bã rễ Đương quy bằng nấm men Saccharomyces bayanus:

Thông số công nghệ	Giá trị tối ưu được xác lập	Ghi chú kỹ thuật
Tỷ lệ bã nguyên liệu / nước cất	1/30 (w/v)	Đảm bảo trích ly tối đa dưỡng chất, tạo vị hài hòa
Giá trị pH ban đầu của dịch lên men	pH = 4,0	Tạo môi trường tối ưu cho S. bayanus, ức chế tạp khuẩn
Nồng độ đường ban đầu	23 °Brix	Đủ cơ chất chuyển hóa cồn, không gây sốc thẩm thấu
Tỷ lệ bổ sung giống nấm men	3,0% (v/w)	Đảm bảo mật độ tế bào sinh khối, tránh mùi men lạ
Nhiệt độ lên men	28°C	Duy trì hoạt tính enzyme chuyển hóa đường phân
Thời gian lên men chính	8 ngày	Đạt đỉnh tích lũy cồn và cân bằng hương vị

Đặc tính chất lượng của sản phẩm cuối cùng

• Hàm lượng ethanol: Đạt 9,5% (v/v).
• Chỉ tiêu chất lượng: Các chỉ tiêu hóa học, vật lý, cảm quan (màu sắc, độ trong, mùi thơm thảo mộc đặc trưng, vị chua ngọt hài hòa) và các chỉ tiêu an toàn vi sinh vật đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam (TCVN) đối với đồ uống lên men.
• Giá thành: Hoàn thành bảng tính toán sơ bộ chi phí nguyên liệu và phụ trợ cho 1 lít đồ uống lên men thành phẩm.

Đóng góp của đề tài

• Ý nghĩa khoa học: Bổ sung dữ liệu thực nghiệm về khả năng chuyển hóa sinh học của chủng nấm men Saccharomyces bayanus trên nền cơ chất phụ phẩm dược liệu Đương quy (Angelica sinensis).
• Ý nghĩa thực tiễn: Thiết lập quy trình công nghệ hoàn chỉnh giúp tận dụng triệt để bã thải từ ngành sản xuất trà hòa tan Đương quy, tạo ra dòng sản phẩm đồ uống lên men có giá trị gia tăng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ dược liệu trong nước.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Hoạt lực của chủng nấm men: Chất lượng và hoạt lực của chủng nấm men Saccharomyces bayanus bị suy giảm một phần do thời gian bảo quản giống kéo dài trong suốt chu kỳ thực hiện đề tài.
• Chất lượng nguyên liệu ban đầu: Nguồn nguyên liệu rễ Đương quy thu nhận tại Lào Cai rơi vào thời điểm thu hoạch trái vụ, dẫn đến hàm lượng một số hoạt chất ban đầu chưa đạt mức tối ưu như kỳ vọng lý thuyết.
• Quy mô thực nghiệm: Toàn bộ các mẻ lên men mới được khảo sát và hoàn thiện ở quy mô phòng thí nghiệm (Laboratory scale) với thể tích nhỏ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Khảo sát nâng rộng quy mô sản xuất lên mức pilot và công nghiệp thử nghiệm.
• Phân tích định lượng chi tiết hàm lượng các hợp chất sinh học quý còn tồn dư trong sản phẩm cuối cùng (như hàm lượng polysaccharide hòa tan, acid ferulic tự do).
• Nghiên cứu sâu hơn về thời hạn bảo quản, độ ổn định cảm quan và thử nghiệm các biện pháp vi lọc/thanh trùng phù hợp cho sản phẩm đóng chai.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên: Thuộc các ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Kỹ thuật Hóa học nghiên cứu về công nghệ lên men truyền thống và hiện đại, kỹ thuật chế biến phụ phẩm nông sản - dược liệu.
• Cán bộ nghiên cứu và phát triển (R&D): Tại các doanh nghiệp sản xuất đồ uống, trà thảo dược, thực phẩm chức năng muốn tìm giải pháp công nghệ tận dụng bã chiết xuất để phát triển sản phẩm mới có cồn hoặc độ cồn thấp.
• Các nội dung nổi bật đáng tham khảo:
  • Quy trình thiết kế thí nghiệm đa yếu tố khảo sát động học lên men rượu.
  • Các quy trình phân tích hóa sinh chuẩn hóa: xác định protein bằng Kjeldahl, xác định đường khử bằng phản ứng so màu DNS, xác định độ ẩm theo TCVN 10788:2015 và tro theo TCVN 8124:2009.
  • Tổng quan chi tiết về thành phần dược lý của Đương quy và các phương pháp khử cồn/sản xuất đồ uống nồng độ cồn thấp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên liệu bã rễ Đương quy được xử lý sơ bộ như thế nào trước khi đưa vào lên men?

Rễ Đương quy 2 năm tuổi thu hoạch tại Lào Cai được làm sạch, loại bỏ phần hư hỏng, sấy ở 60°C trong 8 giờ đến độ ẩm dưới 10%, sau đó ngâm chiết với cồn ethanol 70% (v/v) ở 45°C trong 12 giờ để thu dịch chiết chứa polysaccharide. Phần bã rễ còn lại được sấy khô đến độ ẩm dưới 13%, bảo quản trong túi nhựa PE để dùng làm cơ chất cho nghiên cứu lên men.

2. Chủng vi sinh vật nào được lựa chọn để thực hiện quá trình lên men và nguồn gốc từ đâu?

Nghiên cứu sử dụng chủng nấm men thuần khiết Saccharomyces bayanus, được cung cấp bởi Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Chủng nấm men này có đặc tính chịu cồn và chịu lạnh tốt, phù hợp cho lên men rượu và đồ uống lên men.

3. Bộ thông số công nghệ tối ưu để sản xuất đồ uống lên men từ bã Đương quy là gì?

Bộ thông số tối ưu được xác định gồm:

• Tỷ lệ bã nguyên liệu/nước cất: 1/30 (w/v).
• pH ban đầu của môi trường: 4,0.
• Nồng độ đường ban đầu: 23 °Brix.
• Tỷ lệ nấm men bổ sung: 3% (v/w).
• Nhiệt độ lên men: 28°C.
• Thời gian lên men: 8 ngày.

4. Nồng độ cồn của sản phẩm hoàn thiện đạt bao nhiêu và chất lượng có đạt chuẩn không?

Sản phẩm đồ uống lên men sau 8 ngày đạt hàm lượng cồn 9,5% (v/v). Các chỉ tiêu hóa học, vật lý, cảm quan và vi sinh vật của sản phẩm hoàn thiện đều đáp ứng các yêu cầu quy định trong Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam (TCVN) đối với đồ uống lên men.

5. Những yếu tố hạn chế nào đã được tác giả ghi nhận trong quá trình thực hiện khóa luận?

Tác giả ghi nhận hai hạn chế chính: hoạt lực của chủng nấm men Saccharomyces bayanus bị suy giảm do bảo quản kéo dài trong thời gian nghiên cứu, và nguồn nguyên liệu rễ Đương quy thu hái vào thời điểm trái vụ nên chất lượng chưa đạt mức tối ưu nhất.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Cao Hồng Lê đã nghiên cứu thành công khả năng ứng dụng chủng nấm men Saccharomyces bayanus để sản xuất đồ uống lên men từ nguồn phụ phẩm bã rễ Đương quy (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) sau chiết cồn. Đề tài đã xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ ở quy mô phòng thí nghiệm với các thông số tối ưu: tỷ lệ bã/nước 1/30, pH 4,0, 23 °Brix, tỷ lệ men 3% trong 8 ngày lên men tại 28°C, tạo ra sản phẩm có độ cồn 9,5% (v/v) đạt tiêu chuẩn TCVN. Kết quả này mở ra hướng tiếp cận hiệu quả trong việc nâng cao giá trị chuỗi chế biến dược liệu, tận dụng phế phụ phẩm công nghiệp và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURAL AND FORESTRY CAO HONG LE RESEARCH ON FERMENTED BEVERAGE DEVELOPMENT FROM THE RESIDUE OF (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) ROOT BACHELOR THESIS Study Mode : Full time Major : Food Technology Faculty : Advanced Education Program Office Batch : 2017 - 2021 Thai Nguyen, 2022 DOCUMENTATION PAGE WITH ABSTRACT Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Degree Program: Bachelor of Food Science and Technology Student name: Cao Hong Le Student ID: DTN1754190005 Thesis Title: Research on fermented beverage by using the residue of (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) root Supervisor(s): MSc. Vi Dai Lam MSc. Dinh Thi Kim Hoa Supervisor's Signature: This study aimed to investigate the effects of some factors on the fermentation process of the residue of (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) root by using Saccharomyces bayanus. This product will meet the requirement of TCVN in Vietnam in addition this process will help to use by-products of the instant tea production process from (Angelica sinensis (Oliv.

In this research, Angelica sinensis (Oliv.) Diels root was harvested in Lao Cai province after two years of cultivation. The root was extracted by 70% (v/v) ethanol and dried to obtain a residue, subsequently fermented with Saccharomyces bayanus. The fermentation process was researched and the most suitable parameters were determined. The result gives information that the material/distilled water ratio was 1/30, fermentation at pH=4, initial concentration of sugar was 23°Brix, the added yeast ratio was 3% (v/w) with the time for fermentation was 8 days, the alcohol content of final product was 9.5% (v/v) and the chemical, physical, sensory, and microbiological characteristics of final product satisfied the requirements of the Vietnam Standard for fermented beverages.

Keywords: Angelica sinensis (Oliv.) Diels), fermented beverage Saccharomyces bayanus, temperature, pH, °Brix, alcohol content, (material/distilled water) ratio, fermentation parameters. Number of pages: 70 Date of submission June 1st, 2022 ii ACKNOWLEDGEMENT This experiment was carried out at the Department of Food Technology, Faculty of Biotechnology and Food Technology, at Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry in the year 2021. First and foremost, I would like to thank my supervisor MSc.Dinh Thi Kim Hoa and MSc.Vi Dai Lam , for helping me to overcome the obstacles during the period under the thesis. They were always willing to assist me whenever I needed it and directed me in the right direction for finishing the project.

Secondly, I would like to thank Dr. Nguyen Tien Cuong, at Ha Noi University of Science and Technology as well as MSc. Luu Hong Son a member of the Department of Food Technology, Faculty of Biotechnology and Food Technology, for providing me with a wealth of information and professional advice in my thesis. Thirdly, I would want to convey my heartfelt appreciation to my family and friends, those who have always been there for me, supporting me whenever I've run into a roadblock and assisting me in getting through the tough period of finishing this bachelor thesis.

Finally, this thesis cannot escape flaws due to a lack of knowledge and practice time. I'm looking forward to getting feedback from professors and friends on how to enhance my thesis. Best regards, Thai Nguyen, May, 2 ,2022 Sincerely CAO HONG LE iii TABLE OF CONTENT ACKNOWLEDGEMENT. iii TABLE OF CONTENT.

iv LIST OF FIGURES. 1 LIST OF TABLE. 2 LIST OF ABBREVIATIONS. Overview about Angelica sinensis (Oliv.

Characteristics of Angelica sinensis (Oliv. Overview of the chemical compositions of Angelica sinensis (Oliv. Overview of biological effects (pharmacology) of Angelica sinensis (Oliv. Some kind of products in the current market.

Types of Fermentation Processes. Mechanism of alcoholic fermentation. Historical development of fermented beverage. Classification of fermented beverages.

Health benefits of fermented beverages. Low alcohol beverage. The method used in the low-alcohol production. Microbiology in fermented beverages.

Lactic acid bacteria. Some factors affect to fermented beverage. Influence of temperature. Influence of oxygen on fermentation.

Influence of pH. Influence of sugar contrentration. Influence of yeast ratio on fermentation medium. Influence of alcohol content.

Influence of light. Influence of organic acids. Influence of minerals. By-products of fermentation.

Formation of organic acids. MATERIALS, RESEARCH CONTENTS AND METHODOLOGY.