Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thị trường đồ uống giải khát hiện nay phần lớn vẫn bị chiếm lĩnh bởi các sản phẩm nước giải khát pha chế công nghiệp có sử dụng nhiều hóa chất, hương liệu nhân tạo và chất bảo quản, về lâu dài có thể gây ra những ảnh hưởng bất lợi cho sức khỏe người tiêu dùng. Xu hướng tiêu dùng hiện đại đang dịch chuyển mạnh mẽ sang các dòng sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, vừa có chức năng giải khát vừa cung cấp dinh dưỡng và các hoạt chất sinh học hỗ trợ tăng cường miễn dịch.

Water Kefir là một loại thức uống lên men truyền thống từ dịch quả hoặc nước đường, có màu trong mờ, chứa hệ vi sinh vật probiotic phong phú mang lại nhiều lợi ích cho hệ tiêu hóa, ức chế vi sinh vật gây bệnh, hỗ trợ điều hòa huyết áp và giảm cholesterol. Tuy nhiên, tại Việt Nam, sản phẩm Water Kefir vẫn còn rất mới mẻ do nguồn giống Water Kefir thuần chủng chưa phổ biến và khó tìm kiếm trên thị trường. Trong khi đó, hạt nấm sữa Kefir (Milk Kefir) đã du nhập vào Việt Nam từ lâu và được nuôi cấy rộng rãi trong dân gian. Các công trình khoa học đã chỉ ra rằng phức hệ vi sinh vật của Milk Kefir và Water Kefir có sự tương đồng lớn về chủng loại sinh học, mở ra khả năng thích nghi và chuyển đổi giống Milk Kefir sang lên men trên môi trường dịch quả với số chu kỳ sử dụng nhất định.

Mặt khác, dứa (Ananas comosus) thuộc họ Bromeliaceae là nguồn nông sản nhiệt đới dồi dào, giá thành thấp, có diện tích canh tác lớn tại Việt Nam. Quả dứa sở hữu hàm lượng đường cao (phù hợp làm cơ chất lên men), giàu vitamin (C, B1, B2, PP), khoáng chất (Ca, Mn, K) và chứa enzyme protease bromelain có lợi cho tiêu hóa. Việc nghiên cứu ứng dụng hạt Kefir để chế biến nước dứa lên men là giải pháp kết hợp hiệu quả giữa nguồn nguyên liệu nông sản trong nước và công nghệ sinh học lên men truyền thống nhằm tạo ra sản phẩm đồ uống giàu dinh dưỡng.

Khóa luận xác định các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Khảo sát các chỉ tiêu hóa lý ban đầu của nguyên liệu dứa tươi giống Cayenne.
  2. Xác định điểm dừng pH thích hợp cho quá trình lên men nhằm đảm bảo chất lượng cảm quan tối ưu về mùi và vị.
  3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống hạt Kefir đến tốc độ lên men và các biến đổi hóa lý của dịch lên men.
  4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối chế dịch dứa và nước đến động học lên men và cảm quan sản phẩm.
  5. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn đường saccharose và đường lactose đến quá trình lên men.
  6. Đánh giá khả năng thích nghi và tái sử dụng giống hạt Kefir sau quá trình lên men khi được giữ lại trong môi trường sữa và môi trường dịch dứa.
  7. Hoàn thiện quy trình công nghệ, phân tích các chỉ tiêu chất lượng hóa lý, vi sinh và đánh giá cảm quan sản phẩm nước dứa lên men Kefir.
  • Đối tượng nghiên cứu: Quả dứa tươi giống Cayenne (Ananas comosus cayenne) thu mua tại Bình Dương và giống hạt Kefir dân gian được nuôi giữ, nhân giống trong sữa tươi tiệt trùng không đường.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh; hoàn thành vào tháng 8 năm 2011.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết về phức hệ sinh học hạt Kefir, sinh hóa quá trình lên men lactic và lên men ethanol, cùng hệ thống phương pháp thực nghiệm trong công nghệ thực phẩm và phân tích hóa sinh vi sinh.

Cơ sở lý thuyết và hệ vi sinh vật

Hạt Kefir là một phức hệ cộng sinh chặt chẽ giữa vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic và nấm men được bao bọc trong ma trận gel polysaccharide không tan trong nước có tên là kefiran do vi khuẩn Lactobacillus kefiranofaciens tiết ra, cùng với protein và chất béo.

Hệ vi sinh vật chính trong hạt Kefir bao gồm:

  • Vi khuẩn Lactic (chiếm $60% - 80%$ tổng số vi sinh vật):
    • Lactobacilli: Gồm các loài đồng hình (Lb. lactis, Lb. delbrueckii sub sp. bulgaricus, Lb. acidophilus) và dị hình (Lb. casei, Lb. plantarum, Lb. reuteri, Lb. fermentum, Lb. kefir, Lb. kefiranofaciens).
    • Lactococci: Chiếm khoảng $20%$ (Lactococcus lactis ssp. lactis, Lc. lactis ssp. diacetylactis, Lc. cremoris), sản sinh L(+)-lactate và hợp chất hương diacetyl.
    • Leuconostoc: (Leuconostoc mesenteroides, Leuc. cremoris), sản sinh D(-)-lactate, $CO_2$ và các hợp chất hương từ carbohydrate.
    • Streptococci: Chiếm $11% - 12%$ (Streptococcus thermophilus, Str. lactis, Str. cremoris).
  • Vi khuẩn Acetic ($10^5 - 10^6$ tế bào): Gồm các chủng Acetobacter casei, Acetobacter racens.
  • Nấm men (chiếm $5% - 10%$ tổng số vi sinh vật): Bao gồm các chủng có khả năng lên men đường lactose (Kluyveromyces marxianus, Candida delbrueckii) và các chủng không lên men lactose (Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces unisporus, Saccharomyces exiguus).

Cơ chế sinh hóa của quá trình lên men diễn ra song song:

  1. Lên men lactic đồng hình: Chuyển hóa glucose thành acid lactic qua chu trình đường phân Embden-Meyerhof-Parnas (EMP): $$C_6H_{12}O_6 + 2\text{ADP} + 2\text{P}_i \longrightarrow 2\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH} + 2\text{ATP}$$
  2. Lên men lactic dị hình: Chuyển hóa hexose và pentose theo con đường 6-phosphogluconate/phosphoketolase tạo thành acid lactic, acid acetic, ethanol và khí $CO_2$.
  3. Lên men ethanol: Nấm men chuyển hóa đường hexose trong điều kiện yếm khí thành acid pyruvic, tiếp tục khử carboxyl tạo acetaldehyde và khử thành ethanol cùng khí $CO_2$: $$C_6H_{12}O_6 + 2\text{ADP} + 2\text{P}_i \longrightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2 + 2\text{ATP}$$ Đường lactose được phân cắt thành glucose và galactose nhờ enzyme $\beta$-galactosidase của vi khuẩn lactic, sau đó galactose được chuyển hóa tiếp qua chu trình Leloir.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tác giả áp dụng các phương pháp phân tích tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm:

  • Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý:
    • Xác định hàm lượng chất khô hòa tan ($^\circ\text{Bx}$) bằng khúc xạ kế cầm tay.
    • Xác định giá trị pH bằng máy đo pH điện tử.
    • Xác định độ chua (hàm lượng acid tổng số tính theo độ Thorner - $^\circ\text{T}$) bằng phương pháp chuẩn độ trung hòa dung dịch mẫu với dung dịch tiêu chuẩn $\text{NaOH } 0{,}1\text{N}$, sử dụng chất chỉ thị màu phenolphthalein.
    • Xác định hiệu suất thu hồi dịch quả dứa bằng phương pháp cân khối lượng trước và sau khi ép lọc: $$\text{Hiệu suất (%)} = \frac{\text{Khối lượng dịch thu được (g)}}{\text{Khối lượng thịt quả ban đầu (g)}} \times 100$$
  • Phương pháp đánh giá cảm quan:
    • Phương pháp cho điểm thị hiếu kết hợp mô tả chất lượng cảm quan (chỉ tiêu mùi, vị, màu sắc, trạng thái và chất lượng toàn diện) với hội đồng đánh giá.
    • Phép thử so sánh cặp đôi (Paired Comparison Test) được áp dụng nhằm so sánh sự khác biệt về cảm quan giữa các mẻ lên men sử dụng giống tái sử dụng và giống đối chứng.
  • Phương pháp vi sinh:
    • Định lượng mật độ tế bào vi khuẩn lactic (Lactococci, Lactobacilli) và nấm men bằng phương pháp đếm khuẩn lạc trên đĩa thạch chuyên dụng (biểu thị dưới dạng $\log\text{CFU/g}$).

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Tổng quan

Chương này trình bày hệ thống tài liệu khoa học về nguyên liệu dứa và phức hệ vi sinh vật Kefir:

  • Nguyên liệu dứa: Định danh loài Ananas comosus, phân tích đặc tính các giống dứa phổ biến tại Việt Nam (dứa Queen/dứa hoa, dứa Cayenne không gai, dứa Spanish/dứa ta, dứa Singapor). Phân tích bảng thành phần hóa học của $100\text{ g}$ dứa (độ ẩm $81{,}3 - 91{,}2%$, đường tổng số $8 - 9{,}26\text{ g}$, năng lượng $48\text{ kcal}$, vitamin C $27 - 165{,}2\text{ mg}$, mangan $1{,}65\text{ mg}$, enzyme bromelain).
  • Giống Kefir và Water Kefir: Nguồn gốc lịch sử từ vùng Kavkaz, cấu trúc hình thái tương tự hoa cải (đường kính $0{,}3 - 2\text{ cm}$), thành phần protein chiếm $30%$ chất khô, carbohydrate chiếm $25 - 50%$. So sánh đặc tính giữa Milk Kefir (màu trắng đục, kết cấu nhớt dẻo, sinh trưởng trong sữa) và Water Kefir (màu trong mờ, dễ vỡ vụn dưới áp lực cơ học, sinh trưởng trong dung dịch đường).
  • Phương pháp bảo quản hạt giống: Phân tích kỹ thuật bảo quản lạnh đông (nhiệt độ $-20^\circ\text{C}$ đến $-80^\circ\text{C}$, có bổ sung bột sữa bảo vệ, thời gian lưu giữ khoảng 2 tháng) và phương pháp đông khô (khử nước từ 2 - 5 ngày, bảo quản 12 - 18 tháng ở dạng ngủ sinh học).
  • Cơ chế hóa học quá trình lên men: Trình bày chi tiết sơ đồ chuyển hóa đường phân của vi khuẩn lactic đồng hình, dị hình và con đường sinh tổng hợp ethanol của nấm men.

Phần 2: Phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị, sơ đồ công nghệ dự kiến và thiết kế các bước thí nghiệm thực nghiệm:

Bước thí nghiệm Mục đích nghiên cứu Thông số và biến số khảo sát
Nhân giống hạt Kefir Tăng sinh khối hạt giống chuẩn bị cho lên men Cấy $3%$ hạt Kefir vào sữa tươi không đường ($11 - 12%$ chất khô), nuôi ở $25 - 30^\circ\text{C}$, khuấy trộn mỗi $2 - 5\text{ h}$, kết thúc khi $\text{pH} = 4{,}5$ (sau khoảng $20\text{ h}$).
Khảo sát nguyên liệu Đánh giá độ ổn định của dứa Cayenne Đo hiệu suất ép thu dịch, pH ban đầu, độ Brix, độ chua $^\circ\text{T}$.
Khảo sát điểm dừng pH Tìm thời điểm kết thúc lên men có cảm quan tốt nhất Cố định dịch dứa $60%$, nước $40%$, saccharose $8%$, lactose $5%$, giống $3%$. Lấy mẫu tại 3 điểm dừng: $\text{P1 (pH } 3{,}8\text{)}$, $\text{P2 (pH } 3{,}7\text{)}$, $\text{P3 (pH } 3{,}6\text{)}$.
Khảo sát tỉ lệ giống cấy Xác định mật độ giống tối ưu Khảo sát 3 tỉ lệ giống: $\text{K1} = 1%$, $\text{K2} = 3%$, $\text{K3} = 5%$ trên nền dịch phối chế chuẩn.
Khảo sát tỉ lệ dịch dứa Cân bằng hương vị quả và môi trường lên men Khảo sát 3 công thức phối chế dịch dứa : nước: $\text{D1} (30:70)$, $\text{D2} (60:40)$, $\text{D3} (100:0)$.
Khảo sát tỉ lệ đường Xác định hàm lượng cơ chất tối ưu cho vi khuẩn và nấm men Bố trí ma trận trực giao 9 mẫu kết hợp: Lactose ($0%, 5%, 10%$) và Saccharose ($4%, 8%, 12%$).
Tái sử dụng giống Đánh giá khả năng hồi phục hoạt tính hạt Kefir Đánh giá hạt giống sau lên men dịch dứa khi giữ lại trong môi trường sữa tươi và giữ trực tiếp trong dịch dứa qua nhiều mẻ.
  • Quy trình công nghệ dự kiến: Dứa tươi $\rightarrow$ Gọt vỏ, bỏ mắt, bỏ lõi $\rightarrow$ Rửa $\rightarrow$ Cắt lát $\rightarrow$ Ép lấy dịch $\rightarrow$ Lọc tách bã $\rightarrow$ Điều chỉnh $\text{pH} = 5{,}0$ bằng dung dịch $\text{NaHCO}_3\ 10%$ $\rightarrow$ Phối chế đường $\rightarrow$ Thanh trùng ($100^\circ\text{C}$ trong 3 phút) $\rightarrow$ Làm nguội ($25 - 30^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Cấy hạt giống Kefir $\rightarrow$ Lên men ở nhiệt độ phòng $\rightarrow$ Tách thu hồi hạt Kefir $\rightarrow$ Đóng chai vô trùng $\rightarrow$ Bảo quản lạnh ($4 - 6^\circ\text{C}$).

Phần 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Tác giả trình bày kết quả đo đạc thực nghiệm và thảo luận động học quá trình lên men qua từng nội dung:

  • Khảo sát nguyên liệu đầu vào: Dứa giống Cayenne cho hiệu suất thu hồi dịch quả cao sau ép lọc, dịch dứa nguyên chất có tính acid tự nhiên cao cần được hiệu chỉnh về $\text{pH} = 5{,}0$ bằng $\text{NaHCO}_3\ 10%$ để tránh ức chế hoạt lực ban đầu của hạt Kefir.
  • Xác định điểm dừng pH: Quá trình lên men làm pH giảm dần từ $5{,}0$ xuống dưới $3{,}6$, đồng thời độ chua Thorner tăng nhanh và hàm lượng chất khô hòa tan giảm do vi sinh vật tiêu thụ đường. Kết quả đánh giá cảm quan cho thấy mẫu dừng ở vùng $\text{pH } 3{,}7 - 3{,}8$ đạt sự hài hòa cao nhất giữa vị chua, vị ngọt và mùi thơm đặc trưng, trong khi mẫu $\text{pH } 3{,}6$ có vị chua gắt át mùi thơm quả dứa.
  • Ảnh hưởng của tỉ lệ giống cấy: Mẫu cấy $5%$ giống có tốc độ lên men rất nhanh nhưng tạo vị chua nồng, khó kiểm soát điểm dừng; mẫu cấy $1%$ có thời gian lên men kéo dài, dễ phát sinh tạp nhiễm. Tỉ lệ giống cấy $3%$ cho tốc độ lên men ổn định, thời gian lên men vừa phải và điểm chất lượng cảm quan cao nhất.
  • Ảnh hưởng của tỉ lệ phối chế dịch dứa: Mẫu $\text{D1 (30% dịch dứa)}$ có vị nhạt, hương dứa yếu; mẫu $\text{D3 (100% dịch dứa)}$ có vị nồng gắt, hàm lượng acid hữu cơ cao gây khó uống. Công thức $\text{D2 (60% dịch dứa : 40% nước)}$ duy trì được cấu trúc dung dịch hài hòa, giữ được hương dứa đặc trưng và đạt độ chua dịu sau lên men.
  • Ảnh hưởng của tỉ lệ đường saccharose và lactose: Saccharose đóng vai trò là cơ chất chính cho nấm men tạo cồn nhẹ, khí $CO_2$ và hương thơm; lactose là cơ chất bắt buộc cho vi khuẩn lactic duy trì hoạt tính sinh tổng hợp acid lactic. Công thức phối chế tối ưu được xác định tại mức $8%$ saccharose kết hợp $5%$ lactose. Cơ chất quá cao ($12%$ saccharose) làm kéo dài thời gian lên men và lượng đường sót lớn; cơ chất quá thấp làm tăng sự cạnh tranh vi sinh vật khiến dịch lên men nhanh chua và thiếu vị ngọt hậu.
  • Khảo sát tái sử dụng giống: Hạt Milk Kefir sau khi lên men trong dịch dứa bị mất đi một phần chất dinh dưỡng từ sữa và giảm nhẹ liên kết sinh khối. Khi thu hồi và nuôi dưỡng lại trong môi trường sữa tươi tiệt trùng, hạt giống phục hồi nhanh chóng hoạt tính sinh acid và có thể tái sử dụng cho các mẻ lên men tiếp theo mà không làm sai lệch chất lượng cảm quan của sản phẩm (chứng minh qua phép thử so sánh cặp đôi).

Phần 4: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp toàn bộ các thông số kỹ thuật đã được tối ưu hóa trong quy trình sản xuất nước dứa lên men Kefir; đồng thời đưa ra các đề xuất về việc hoàn thiện thử nghiệm bảo quản sản phẩm ở quy mô mở rộng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thông số kỹ thuật chính

Khóa luận đã xác lập bộ thông số công nghệ hoàn chỉnh cho quy trình chế biến nước dứa lên men Kefir ở quy mô phòng thí nghiệm:

  • Nguyên liệu: Dứa Cayenne chín $2/3$ mắt vàng, lọc trong dịch quả, hiệu chỉnh pH dịch về $5{,}0$ bằng dung dịch $\text{NaHCO}_3\ 10%$.
  • Tỉ lệ phối chế dịch lên men: $60%$ dịch dứa nguyên chất $+ 40%$ nước sạch.
  • Tỉ lệ cơ chất đường bổ sung: $8%$ đường saccharose $+ 5%$ đường lactose.
  • Chế độ thanh trùng: $100^\circ\text{C}$ trong thời gian 3 phút, làm nguội nhanh về nhiệt độ phòng ($25 - 30^\circ\text{C}$).
  • Tỉ lệ giống cấy: $3%$ khối lượng hạt Kefir (đã được hoạt hóa/nhân giống trong sữa).
  • Điều kiện lên men: Nhiệt độ phòng ($25 - 30^\circ\text{C}$), thời gian lên men kéo dài đến khi đạt điểm dừng $\text{pH } 3{,}7 - 3{,}8$.
  • Bảo quản: Tách thu hồi hạt giống, rót chai trong điều kiện vô trùng và bảo quản lạnh ở $4 - 6^\circ\text{C}$.

Mật độ vi sinh vật trong hệ thống nghiên cứu được ghi nhận theo bảng số liệu sau:

Đối tượng kiểm tra Lactococci ($\log\text{CFU/g}$) Lactobacilli ($\log\text{CFU/g}$) Nấm men ($\log\text{CFU/g}$)
Chủng hạt Kefir ban đầu 7,37 8,94 8,30
Môi trường nuôi ban đầu 8,43 7,65 5,58
Sản phẩm cuối cùng 8,54 7,45 5,24

Đóng góp thực tiễn và khoa học

  1. Khả năng chuyển đổi môi trường của hạt giống Kefir: Khóa luận chứng minh tính khả thi của việc sử dụng hạt giống Milk Kefir dân gian tại Việt Nam để lên men dịch nước quả nhiệt đới (dứa), giải quyết bài toán thiếu hụt nguồn giống Water Kefir thương mại.
  2. Quy trình công nghệ cụ thể: Xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến nước dứa lên men Kefir với các thông số phối chế và kiểm soát hóa lý rõ ràng, tạo ra sản phẩm đồ uống lên men có nồng độ cồn thấp, sủi bọt tự nhiên, vị chua ngọt hài hòa và giữ được mật độ vi sinh vật probiotic có ích cao ($> 10^7\text{ CFU/g}$ đối với vi khuẩn lactic).
  3. Giải pháp tuần hoàn giống: Đưa ra phương thức thu hồi và phục hồi hoạt tính của hạt Kefir bằng môi trường sữa tươi tiệt trùng, giúp tiết kiệm chi phí giống trong quy trình sản xuất.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô thực nghiệm phòng thí nghiệm (mẻ nhỏ), chưa tiến hành khảo sát trên các thiết bị lên men bán công nghiệp có kiểm soát nhiệt độ và khuấy đảo tự động.
  • Chưa định lượng chi tiết nồng độ cồn sinh ra trong quá trình lên men ethanol qua từng khoảng thời gian và hàm lượng khí $CO_2$ hòa tan trong sản phẩm.
  • Chưa thực hiện nghiên cứu theo dõi thời hạn bảo quản (shelf-life) dài ngày và sự biến động của mật độ vi sinh vật sống trong điều kiện tồn trữ thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu mở rộng

  • Nghiên cứu kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm ở nhiệt độ lạnh ($4 - 6^\circ\text{C}$), bổ sung các biện pháp hoàn thiện bao bì nhằm duy trì độ sủi bọt khí tự nhiên và giữ ổn định hương vị.
  • Nghiên cứu hoàn thiện quy trình thuần hóa lâu dài giống Milk Kefir để thích nghi hoàn toàn trong môi trường dịch quả mà không cần phục hồi định kỳ qua môi trường sữa.
  • Mở rộng ứng dụng quy trình công nghệ trên các nguồn dịch quả nhiệt đới khác như thanh long, xoài, dưa hấu hoặc phối trộn đa loại quả.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học, giảng viên và các nhà nghiên cứu thuộc các ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa sinh; các kỹ sư phát triển sản phẩm (R&D) trong ngành đồ uống lên men và thực phẩm chức năng.
  • Nội dung giá trị:
    • Cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về thành phần loài vi khuẩn lactic và nấm men trong hạt Kefir cùng cơ chế sinh hóa chuyển hóa đường lactose, saccharose.
    • Quy trình nhân giống, tách rửa, bảo quản hạt Kefir (lạnh đông và đông khô) và kỹ thuật điều chỉnh pH dịch quả bằng muối $\text{NaHCO}_3$.
    • Phương pháp thiết kế thí nghiệm khảo sát đa yếu tố (pH dừng, tỉ lệ giống, tỉ lệ nước quả, tỉ lệ phối trộn đường) và phương pháp đánh giá cảm quan thực phẩm ứng dụng cho sản phẩm lên men probiotic.

Câu hỏi thường gặp

1. Giống hạt Kefir được sử dụng trong khóa luận có nguồn gốc từ đâu và quy trình nhân giống như thế nào?

Giống hạt Kefir được thu nhận từ nguồn nuôi cấy dân gian (Milk Kefir). Quy trình nhân giống được tiến hành bằng cách cấy $3%$ khối lượng hạt vào sữa tươi tiệt trùng Vinamilk không đường ($11 - 12%$ chất khô), nuôi ở nhiệt độ phòng ($25 - 30^\circ\text{C}$) trong khoảng 20 giờ đến khi pH môi trường giảm xuống $4{,}5$. Sau đó, canh trường được lọc qua lưới để thu hồi hạt giống, rửa sạch bằng nước vô khuẩn ở $6 - 10^\circ\text{C}$ và bảo quản trong nước vô khuẩn hoặc dung dịch $\text{NaCl } 0{,}9%$ trước khi đưa vào lên men dịch dứa.

2. Tại sao quy trình công nghệ bắt buộc phải bổ sung đồng thời cả hai loại đường saccharose và lactose vào dịch dứa?

Dịch quả dứa tự nhiên chủ yếu chứa glucose, fructose và saccharose. Trong phức hệ hạt Kefir, vi khuẩn lactic đồng hình và dị hình có nhu cầu sử dụng đường lactose làm cơ chất đặc thù để sinh tổng hợp acid lactic thông qua enzyme $\beta$-galactosidase, giúp tạo độ chua dịu và duy trì sức sống của tế bào vi khuẩn. Đồng thời, đường saccharose là nguồn carbon chính để nấm men (Saccharomyces, Kluyveromyces) chuyển hóa thành ethanol nhẹ, khí $CO_2$ và các ester thơm, tạo độ sủi bọt và hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

3. Tại sao dịch ép dứa ban đầu phải điều chỉnh pH về 5,0 bằng dung dịch NaHCO3 10%?

Dịch ép dứa tươi nguyên chất có hàm lượng acid hữu cơ (acid citric, acid malic) cao, khiến pH tự nhiên xuống thấp (khoảng $3{,}4 - 3{,}8$). Nếu cấy trực tiếp hạt Kefir vào môi trường acid mạnh này, vi khuẩn lactic và nấm men sẽ bị sốc pH, ức chế quá trình sinh trưởng và làm giảm tốc độ lên men. Việc sử dụng dung dịch $\text{NaHCO}_3\ 10%$ để chuẩn độ dịch dứa về $\text{pH} = 5{,}0$ tạo môi trường pH ban đầu tối ưu cho hệ vi sinh vật của hạt Kefir bắt nhịp quá trình trao đổi chất.

4. Điểm dừng pH thích hợp cho quá trình lên men nước dứa Kefir được xác định là bao nhiêu và vì sao?

Điểm dừng lên men thích hợp nhất được xác định tại dải $\text{pH } 3{,}7 - 3{,}8$. Tại điểm dừng này, quá trình lên men tích lũy đủ lượng acid lactic và cồn sinh học để tạo nên sự cân bằng hài hòa giữa vị chua thanh, vị ngọt hậu của đường sót và mùi thơm đặc trưng của dứa kết hợp hương thơm lên men; trong khi nếu kéo dài lên men đến $\text{pH } 3{,}6$ hoặc thấp hơn, sản phẩm sẽ bị chua gắt và mất đi hương vị dứa tự nhiên.

5. Khả năng tái sử dụng của hạt giống Kefir sau khi lên men dịch dứa được tác giả đánh giá như thế nào?

Do môi trường dịch dứa thiếu hụt protein và lactose so với môi trường sữa nguyên bản, hạt Kefir sau quá trình lên men nước dứa sẽ giảm dần hoạt tính nếu sử dụng liên tục trong dịch quả. Tác giả đã thử nghiệm giải pháp thu hồi hạt sau mẻ lên men, rửa sạch và đưa trở lại nuôi dưỡng trong môi trường sữa tươi tiệt trùng. Kết quả kiểm tra động học lên men và đánh giá cảm quan bằng phép thử so sánh cặp đôi cho thấy hạt giống phục hồi hoàn toàn hoạt tính sinh hóa và đảm bảo chất lượng cho các mẻ lên men kế tiếp.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hồ Nguyễn Minh Phượng đã nghiên cứu và xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến nước dứa lên men sử dụng hạt giống Kefir ở quy mô phòng thí nghiệm. Đề tài đã giải quyết vấn đề sử dụng nguồn giống Milk Kefir sẵn có trong nước để lên men trên cơ chất dịch quả nhiệt đới, tối ưu hóa các thông số kỹ thuật then chốt từ tỉ lệ dịch quả ($60%$), nồng độ đường bổ sung ($8%$ saccharose, $5%$ lactose), lượng giống cấy ($3%$) đến điểm dừng lên men ($\text{pH } 3{,}7 - 3{,}8$). Sản phẩm hoàn thiện đạt chất lượng cảm quan tốt, nồng độ cồn nhẹ, sủi bọt tự nhiên và duy trì mật độ vi sinh vật probiotic cao, tạo tiền đề khoa học và thực tiễn cho việc đa dạng hóa các sản phẩm đồ uống lên men chức năng từ nông sản Việt Nam.