Luận văn về sản xuất nước giải khát chanh dây lên men

Nước giải khát là một phần thiết yếu trong đời sống con người, không chỉ cung cấp nước mà còn bổ… 95 trang · Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM · 2010.

• Tác giả: Huỳnh Văn Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Sản Xuất Nước Chanh Dây Lên Men
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NƯỚC GIẢI KHÁT VÀ NƯỚC GIẢI KHÁT LÊN MEN
• 1.1. Tình hình sản xuất nước giải khát trên thế giới
• 1.2. Tình hình sản xuất nước giải khát trong nước
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Khái quát về nước giải khát lên men từ trái cây
• 2.2. Giới thiệu về chanh dây
• 2.3. Nguồn gốc và đặc diểm
• 2.4. Thu hoạch và bảo quản chanh dây
• 2.5. Ứng dụng của trái chanh dây
• 2.6. Tổng quan về nấm men
• 2.6.1. Đặc điểm hình thái, kích thước tế bào nấm men
• 2.6.2. Cấu tạo tế bào nấm men
• 2.6.2.1. Thành tế bào
• 2.6.2.2. Màng nguyên sinh chất
• 2.6.2.3. Chất nguyên sinh
• 2.6.2.4. Mạng lưới nội chất
• 2.6.3. Thành phần hóa học của nấm men
• 2.6.4. Sự sinh trưởng và phát triển của nấm men
• 2.6.4.1. Sự sinh trưởng của nấm men
• 2.6.4.2. Sự sinh sản của nấm men
• 2.7. Tổng quan về quá trình lên men
• 2.7.1. Tác nhân lên men
• 2.7.2. Cơ chế của quá trình lên men
• 2.7.3. Động học của quá trình lên men
• 2.7.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
• 2.7.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ đường
• 2.7.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.7.4.3. Ảnh hưởng của pH môi trường
• 2.7.4.4. Ảnh hưởng của oxy
• 2.7.4.5. Ảnh hưởng của nồng độ rượu và CO2
• 2.7.4.6. Ảnh hưởng của số lượng tế bào nấm men
• 2.7.5. Các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men
• 2.7.5.1. Sự tạo thành glycerin
• 2.7.5.2. Sự tạo thành acid hữu cơ
• 2.7.5.3. Sự tạo thành este
• 2.7.6. Các vi khuẩn có hại trong quá trình lên men
• 2.7.6.1. Vi khuẩn lactic
• 2.7.6.2. Vi khuẩn acetic
• 2.7.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ của pectinase
• 2.8. Phương pháp đếm số lượng tế bào nấm men
• 2.8.1. Đếm số tế bào nấm men trong 1ml nấm men thương mại
• 2.9. Phương pháp xác định lượng đường tổng, đường khử
• 2.9.1. Dụng cụ, hóa chất
• 2.9.2. Cách tiến hành
• 2.10. Phương pháp xác định hàm lượng acid toàn phần
• 2.10.1. Dụng cụ, hóa chất
• 2.10.2. Cách tiến hành
• 2.10.3. Tính kết quả
• 2.11. Phương pháp xác định nồng độ chất khô hòa tan
• 2.12. Phương pháp xác định pH của dung dịch
• 2.13. Phương pháp định lượng vitamin C
• 2.13.1. Dụng cụ và hóa chất
• 2.13.2. Cách tiến hành
• 2.14. Phương pháp xác định độ cồn
• 2.14.1. Cách tiến hành
• 2.14.2. Cách tính kết quả
• 2.15. Xây dựng quy trình nghiên cứu chế biến nước giải khát lên men từ chanh dây
• 2.15.1. Quy trình sản xuất nước chanh dây lên men dự kiến
• 2.15.2. Thuyết minh quy trình
• 2.15.3. Chọn lựa và phân loại
• 2.15.4. Rửa – tách ruột quả
• 2.15.5. Pha loãng
• 2.15.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase đến quá trình thủy phân dịch ruột chanh dây
• 2.15.7. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân dịch ruột chanh dây bằng enzyme pectinase
• 2.15.8. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến quá trình lên men
• 2.15.9. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ pha loãng dịch quả chanh dây
• 2.15.10. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất khô đến quá trình lên men
• 2.15.11. Khảo sát ảnh hưởng pH môi trường lên men
• 2.15.12. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ men giống đến quá trình lên men
• 2.15.13. Đánh giá cảm quan
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Kết quả phân tích nấm men thương mại (Saccharomyces cerevisiae)
• 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase đến quá trình thủy phân dịch ruột chanh dây
• 4.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân dịch ruột chanh dây bằng enzyme pectinase
• 4.4. Khảo sát ảnh hưởng thời gian lên men đến quá trình lên men
• 4.5. Khảo sát tỷ lệ pha loãng dịch quả chanh dây
• 4.6. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất khô đến quá trình lên men
• 4.7. Khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình lên men
• 4.8. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ men giống đến quá trình lên men
• 4.9. Đánh giá chất lượng sản phẩm
• 4.10. Kết quả kiểm tra vi sinh
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục B
• Phụ lục C

Tóm tắt

I. Tình hình nghiên cứu nước giải khát và nước giải khát lên men

Nước giải khát là một phần thiết yếu trong đời sống con người, không chỉ cung cấp nước mà còn bổ sung các chất dinh dưỡng quan trọng. Tình hình sản xuất nước giải khát trên thế giới đang chuyển dịch từ các sản phẩm truyền thống sang các loại nước giải khát có giá trị dinh dưỡng cao, được sản xuất từ trái cây. Các nước như Mỹ, Nhật Bản và Đức đang phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này. Đặc biệt, nước giải khát lên men từ trái cây, bao gồm cả chanh dây, được dự đoán sẽ trở thành một sản phẩm chủ lực trong tương lai. Nước giải khát lên men không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn có giá trị dinh dưỡng cao nhờ vào quá trình lên men tự nhiên.

1.1 Tình hình sản xuất nước giải khát trong nước

Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ nước giải khát rất lớn, nhưng mức tiêu thụ bình quân vẫn còn thấp so với nhiều quốc gia khác. Việt Nam có tiềm năng sản xuất nước giải khát từ trái cây phong phú, đặc biệt là chanh dây. Tuy nhiên, việc thiếu công nghệ chế biến hiện đại đã dẫn đến tình trạng lãng phí nguồn nguyên liệu. Nước giải khát lên men từ chanh dây không chỉ có hương vị thơm ngon mà còn mang lại lợi ích cho sức khỏe, mở ra cơ hội cho thị trường trong nước và xuất khẩu.

II. Tổng quan về nước giải khát lên men từ trái cây

Nước giải khát lên men từ trái cây, đặc biệt là từ chanh dây, có độ cồn thấp và chứa nhiều chất dinh dưỡng. Quá trình lên men giúp tạo ra rượu etylic và CO2, mang lại cảm giác mát lạnh và vị thơm ngon cho sản phẩm. Nước giải khát lên men có thể sử dụng được cho nhiều đối tượng, bao gồm cả phụ nữ và người già. Tuy nhiên, do quá trình sinh học tiếp diễn, sản phẩm này chỉ có thể bảo quản trong thời gian ngắn. Để tăng thời gian bảo quản, các sản phẩm cao cấp thường được thanh trùng.

2.1 Đặc điểm dinh dưỡng của chanh dây

Chanh dây chứa nhiều vitamin A, C và các khoáng chất thiết yếu như K và Fe. Mặc dù chanh dây có hàm lượng đường thấp hơn một số loại trái cây khác, nhưng nó vẫn cung cấp vị ngọt tự nhiên nhờ vào fructose. Ngoài ra, chanh dây cũng là nguồn cung cấp chất xơ rất tốt, giúp tăng cường sức khỏe tiêu hóa. Nước giải khát lên men từ chanh dây không chỉ ngon mà còn có giá trị dinh dưỡng cao, hỗ trợ sức khỏe người tiêu dùng.

III. Quy trình sản xuất nước chanh dây lên men

Quy trình sản xuất nước chanh dây lên men bao gồm nhiều bước quan trọng từ việc chọn nguyên liệu, xử lý và lên men. Đầu tiên, chanh dây được chọn lựa và rửa sạch, sau đó tách ruột để lấy dịch. Dịch này sẽ được pha loãng và thêm enzyme pectinase để thủy phân. Thời gian và nồng độ enzyme sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dịch. Sau đó, dịch sẽ được lên men với nấm men Saccharomyces cerevisiae. Các yếu tố như pH, nồng độ chất khô và tỷ lệ men giống cũng cần được khảo sát để tối ưu hóa quá trình lên men.

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Nồng độ đường, pH, nhiệt độ và số lượng tế bào nấm men là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lên men. Nồng độ đường cao có thể thúc đẩy sự phát triển của nấm men, trong khi pH không phù hợp có thể ức chế quá trình này. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ lên men, do đó cần được kiểm soát chặt chẽ. Việc khảo sát các yếu tố này sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

IV. Kết quả và bàn luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nước chanh dây lên men có chất lượng cao với hương vị đặc trưng và giá trị dinh dưỡng đáng kể. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng thời gian lên men và tỷ lệ pha loãng có ảnh hưởng lớn đến cảm quan sản phẩm. Đặc biệt, nồng độ enzyme pectinase cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất thu hồi dịch. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng trong sản xuất thực tế, mở ra cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới từ chanh dây.

4.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm

Chất lượng sản phẩm nước chanh dây lên men được đánh giá thông qua các chỉ tiêu vi sinh và cảm quan. Sản phẩm đạt yêu cầu về độ trong, hương vị và hàm lượng vi sinh vật. Kết quả kiểm tra cho thấy nước chanh dây lên men an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng, đồng thời có thể trở thành một sản phẩm tiềm năng trên thị trường. Những thông tin này sẽ hỗ trợ các nhà sản xuất trong việc phát triển và tiếp thị sản phẩm hiệu quả.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước giải khát là một trong những sản phẩm đồ uống thiết yếu, không chỉ đáp ứng nhu cầu bù nước mà còn cung cấp nhiều vi chất dinh dưỡng cho cơ thể. Xu hướng tiêu dùng hiện đại trên thế giới đang chuyển dịch mạnh mẽ từ các loại nước giải khát pha chế truyền thống (chủ yếu từ đường, hương liệu tổng hợp, chất tạo màu và khí cacbonic) sang các dòng sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên từ hoa quả. Trong đó, nước giải khát lên men nồng độ cồn thấp (khoảng 6–7% độ cồn) được đánh giá là phân khúc có tiềm năng phát triển lớn, kết hợp giữa giá trị dinh dưỡng của dịch quả tươi với các hợp chất sinh học sản sinh trong quá trình chuyển hóa của nấm men. Nhiều quốc gia như Mỹ, Đức, Nhật Bản, Hà Lan đã phát triển các dòng sản phẩm lên men từ nho, táo, dâu, xoài, và đặc biệt là chanh dây (điển hình như sản phẩm của Schennebly Redland’s Winery hay Arbor Mist).

Tại Việt Nam, điều kiện tự nhiên nhiệt đới gió mùa tạo thuận lợi lớn cho việc phát triển các vùng chuyên canh cây ăn quả, trong đó có chanh dây (Passiflora edulis). Tuy nhiên, mức tiêu thụ nước giải khát từ trái cây bình quân của người Việt Nam tại thời điểm nghiên cứu chỉ đạt khoảng 0,16 lít/người/năm — mức rất thấp so với khu vực. Nguồn nguyên liệu chanh dây dồi dào đối mặt với nguy cơ dư thừa, hư hỏng sau thu hoạch do thiếu công nghệ chế biến phù hợp. Các sản phẩm chế biến từ chanh dây trên thị trường chủ yếu dừng lại ở dạng nước cốt cô đặc hoặc bột hòa tan. Nhằm đa dạng hóa chuỗi sản phẩm, nâng cao giá trị kinh tế của nông sản và đón đầu nhu cầu tiêu dùng đồ uống tự nhiên có lợi cho sức khỏe, đề tài "Nghiên cứu sản xuất nước giải khát chanh dây lên men" đã được thực hiện.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là nghiên cứu quy trình công nghệ chế biến nước giải khát lên men từ chanh dây nhằm giải quyết các vấn đề chất lượng, ổn định cảm quan và nâng cao hiệu quả kinh tế. Tác giả xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men.
2. Khảo sát tỉ lệ phối trộn giữa dịch quả chanh dây và nước (tỷ lệ pha loãng).
3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu đến quá trình lên men.
4. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường đến quá trình lên men.
5. Khảo sát tỉ lệ men giống sử dụng trong quá trình lên men.
6. Hoàn thiện thành phần nước giải khát chanh dây lên men và đánh giá cảm quan sản phẩm.

• Đối tượng nghiên cứu: Quả chanh dây tươi, chế phẩm enzyme pectinase (Pectinex Ultra SP-L) và nấm men thương mại Saccharomyces cerevisiae.
• Phạm vi nghiên cứu: Các thí nghiệm thủy phân enzyme, lên men và phân tích hóa lý được thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và Khoa Sinh học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM; các chỉ tiêu vi sinh vật được kiểm nghiệm tại Viện Vệ sinh Y tế Công cộng TP.HCM (năm 2010).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết về hóa sinh thực phẩm, vi sinh vật học ứng dụng và kỹ thuật đồ uống lên men:

• Đặc tính sinh hóa của chanh dây (Passiflora edulis): Dịch quả chiếm khoảng 40% trọng lượng quả, chứa 66–84% nước, giàu acid hữu cơ (chủ yếu là acid citric, hàm lượng 3,2–3,9 g/100g), hàm lượng đường khoảng 8,5 g/100g (chủ yếu là fructose có độ ngọt cao), vitamin C (29,8–30 mg/100g), vitamin A (700–2.410 IU), khoáng chất (K, Fe, P, Ca) và một lượng pectin hòa tan tạo độ nhớt.
• Hệ vi sinh vật và cơ chế lên men: Sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae (thuộc họ Endomycetaceae, lớp Ascomycetes). Cơ chế lên men ethanol yếm khí diễn ra theo phương trình tổng quát: $$\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 + 2\text{ADP} + 3\text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2 + 2\text{ATP} + \text{H}_2\text{O}$$ Quá trình gồm thời kỳ cảm ứng (tạo glycerin và acetaldehyde) và thời kỳ tĩnh (tổng hợp ethanol và CO2), đi kèm các phản ứng este hóa tạo hương thơm đặc trưng.
• Cơ chế tác động của enzyme pectinase: Chế phẩm Pectinex Ultra SP-L xúc tác thủy phân các liên kết $\alpha$-1,4-glycoside và liên kết este trong phân tử pectin khối ruột quả, giúp hạ độ nhớt dịch quả, hỗ trợ tách hạt triệt để và nâng cao hiệu suất thu hồi dịch chiết trước khi lên men.

Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích hóa nghiệm được tác giả áp dụng:

Chỉ tiêu / Thông số	Phương pháp phân tích	Nguyên tắc & Thiết bị chính
Mật độ nấm men	Đếm trực tiếp trên buồng đếm	Buồng đếm Thoma-Goriaep, kính hiển vi quang học (vật kính $\times40$), nhuộm xanh methylen.
Đường tổng & đường khử	Phương pháp chuẩn độ Ferricyanure	Oxy hóa đường khử bằng $\text{K}_3\text{Fe(CN)}_6$ trong môi trường kiềm, đun nóng, chỉ thị bromothymol blue / xanh methylen.
Acid toàn phần	Chuẩn độ trung hòa acid - base	Chuẩn độ bằng dung dịch $\text{NaOH } 0,1\text{N}$, chỉ thị bromothymol blue (hoặc phenolphthalein), quy về acid citric.
Chất khô hòa tan	Khúc xạ kế	Khúc xạ kế cầm tay (Portable Refractometer), đọc theo độ Brix ($^\circ\text{Bx}$).
Độ pH	Đo điện thế	Máy đo pH để bàn có điện cực thủy tinh chuẩn hóa.
Hàm lượng Vitamin C	Chuẩn độ Iod	Oxy hóa acid ascorbic bằng dung dịch $\text{I}_2\text{ } 0,1\text{N}$, chỉ thị hồ tinh bột 0,7%.
Độ cồn (Ethanol)	Định lượng hóa học bằng muối Mohr	Oxy hóa rượu bằng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ trong môi trường $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc, chuẩn độ lượng dư bằng muối Mohr $(\text{FeSO}_4(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)$, thuốc thử ferricyanid $\text{K}_3\text{Fe(CN)}_6$.
An toàn vi sinh	Kiểm nghiệm vi sinh y tế	Đánh giá tổng số vi sinh vật hiếu khí, Coliforms, nấm men - nấm mốc theo tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm.

Nguồn nguyên liệu sử dụng gồm chanh dây tươi phân loại tại TP.HCM, nấm men bánh mì thương mại Saccharomyces cerevisiae do Công ty LD Lesaffre - Cát Tường (Safviet) sản xuất, chế phẩm Pectinex Ultra SP-L từ Công ty TNHH Hóa chất Nam Giang, đường tinh luyện saccharose Biên Hòa ($99,8%$ chất khô), acid citric và $\text{Na}_2\text{CO}_3$ tinh khiết dùng trong thực phẩm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này phân tích tổng quan thị trường đồ uống giải khát thế giới và trong nước, chỉ ra sự chênh lệch giữa tiềm năng nguồn nguyên liệu trái cây nhiệt đới tại Việt Nam và năng lực chế biến công nghiệp. Tác giả đặt vấn đề nghiên cứu sản xuất đồ uống lên men độ cồn thấp từ chanh dây nhằm tạo sản phẩm có giá trị gia tăng, đồng thời xác lập hệ thống 6 mục tiêu thực nghiệm của đồ án.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học toàn diện về:

• Cây chanh dây (Passiflora edulis), phân loại dạng quả tím (Passiflora edulis Sims) và quả vàng (Passiflora edulis var.), phân tích các thành phần dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất và dược tính (an thần, hạ huyết áp, chống oxy hóa).
• Đặc tính hình thái, cấu trúc tế bào (thành tế bào glucan-manan, màng nguyên sinh chất, không bào, thể volutin, 17 đôi nhiễm sắc thể), thành phần hóa học và 4 pha sinh trưởng của nấm men Saccharomyces cerevisiae.
• Cơ chế sinh hóa quá trình lên men yếm khí chuyển hóa đường thành rượu và khí $\text{CO}_2$; các yếu tố công nghệ quyết định tốc độ lên men (nồng độ đường tối ưu 18–22%, nhiệt độ 28–30°C, pH thích hợp 4,0–4,5, vai trò của oxy hòa tan trong pha tiền phát, nồng độ rượu và $\text{CO}_2$ tự do); cơ chế sinh sản phẩm phụ (glycerin, acid lactic, acid succinic, este thơm) và nguy cơ tạp nhiễm từ vi khuẩn lactic, acetic.
• Đặc tính hoạt hóa của enzyme pectinase (nhiệt độ tối thích 45–55°C, pH 4,5–5,0) trong công đoạn phá vỡ liên kết pectin làm trong và tách dịch quả.

Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Tác giả thuyết minh chi tiết quy trình công nghệ đề xuất gồm 12 bước cơ bản:

1. Chọn lựa, phân loại & Rửa - tách ruột: Thu nhận phần thịt quả lẫn hạt màu vàng cam.
2. Ủ enzyme pectinase: Bổ sung Pectinex Ultra SP-L ở 45°C để cắt mạch pectin, giảm độ nhớt.
3. Lọc rây & Vô hoạt enzyme: Tách bỏ hạt, nâng nhiệt lên 80°C trong 5 phút để vô hoạt enzyme.
4. Pha loãng: Bổ sung nước vô trùng để giảm độ chua tự nhiên (dịch quả nguyên chất có pH rất thấp từ 2,86–3,10).
5. Phối trộn: Điều chỉnh độ Brix lên 16–20$^\circ\text{Bx}$ bằng đường saccharose Biên Hòa và nâng pH lên 3,5–5,0 bằng $\text{Na}_2\text{CO}_3$.
6. Thanh trùng dịch lên men: Xử lý nhiệt 75–85°C trong 15 phút, sau đó hạ nhiệt độ xuống 28–30°C.
7. Lên men: Cấy nấm men Saccharomyces cerevisiae, nạp dịch vào bình lên men (đạt 70–80% dung tích bình để tránh trào bọt khí $\text{CO}_2$), tiến hành lên men ở nhiệt độ phòng.
8. Làm lạnh, lọc bã & Chiết rót: Hạ nhiệt độ xuống $< 10^\circ\text{C}$ để nấm men lắng cặn, lọc thô bỏ bã men, chiết rót vào chai thủy tinh màu tối.
9. Thanh trùng thành phẩm: Thanh trùng Pasteur ở 65–75°C trong 35–40 phút để ức chế tế bào men còn sót, sau đó làm lạnh về 10°C để bảo quản 2–3 tháng.

Chương này cũng mô tả chi tiết các quy trình bố trí thí nghiệm đơn yếu tố để xác định nồng độ enzyme (0,1–0,35%), thời gian thủy phân, tỷ lệ pha loãng nước/dịch quả, nồng độ chất khô, pH ban đầu và tỷ lệ men giống.

Trái chanh dây tươi
Rửa sạch & Tách ruột quả (cả hạt)
Vô hoạt enzyme (80°C, 5 phút)
Pha loãng dịch quả với nước vô trùng
Phối chế dịch lên men (Đường Saccharose, chỉnh pH bằng Na2CO3)
Cấy giống nấm men Saccharomyces cerevisiae
Lên men yếm khí ở nhiệt độ phòng
Chiết rót vào chai thủy tinh tối màu

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Trình bày toàn bộ số liệu thu được từ các chuỗi thực nghiệm:

• Đánh giá hoạt tính sinh trưởng và mật độ tế bào nấm men thương mại ban đầu bằng buồng đếm Thoma-Goriaep.
• Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase và thời gian thủy phân đến hiệu suất thu hồi dịch quả: Hiệu suất tách dịch tăng rõ rệt khi bổ sung enzyme, khối ruột quả phân lớp rõ rệt (hạt lắng xuống đáy, lớp dịch trong ở trên) so với mẫu đối chứng không enzyme.
• Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng dịch quả chanh dây với nước: Xác lập tỷ lệ phối chế tối ưu đảm bảo sự cân bằng giữa độ chua đặc trưng của chanh dây và môi trường dinh dưỡng cho nấm men.
• Ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu ($^\circ\text{Bx}$) và pH môi trường: Điều chỉnh nồng độ đường và nâng pH lên vùng thích hợp giúp rút ngắn pha lag, tăng cường tốc độ sinh cồn và ức chế các chủng vi khuẩn sinh acid.
• Ảnh hưởng của tỷ lệ men giống và thời gian lên men đến động học sinh cồn: Xác định thời điểm kết thúc lên men chính để chuyển sang làm lạnh, bảo toàn hàm lượng khí $\text{CO}_2$ tự nhiên và este hương thơm.
• Đánh giá cảm quan và kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật tại Viện Vệ sinh Y tế Công cộng TP.HCM, xác nhận sản phẩm đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các giá trị thông số công nghệ tối ưu được thiết lập qua nghiên cứu, đồng thời nêu rõ các điểm hạn chế về thiết bị và điều kiện bảo quản trong phòng thí nghiệm để làm cơ sở cho các đề xuất hoàn thiện tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến nước giải khát chanh dây lên men từ nguyên liệu quả tươi ở quy mô thực nghiệm:

• Xác lập các thông số công nghệ then chốt:
  • Xử lý enzyme: Sử dụng chế phẩm Pectinex Ultra SP-L ở nồng độ thích hợp tại 45°C giúp phá vỡ cấu trúc gel pectin, tăng hiệu suất thu hồi dịch quả và giúp công đoạn chà lọc tách hạt diễn ra nhanh chóng. Vô hoạt enzyme hiệu quả ở 80°C trong 5 phút.
  • Chuẩn bị dịch lên men: Nâng pH dịch quả chanh dây từ mức rất chua ($\text{pH} \approx 2,86–3,10$) lên vùng $\text{pH} = 3,5–5,0$ bằng dung dịch $\text{Na}_2\text{CO}_3$; điều chỉnh nồng độ chất khô hòa tan bằng đường saccharose Biên Hòa đạt khoảng 16–20$^\circ\text{Bx}$.
  • Chế độ nhiệt và bảo quản: Thanh trùng dịch lên men ở 75–85°C trong 15 phút; nhiệt độ lên men thích hợp ở 28–30°C; làm lạnh lắng cặn ở $< 10^\circ\text{C}$; thanh trùng Pasteur sản phẩm sau đóng chai ở 65–75°C trong 35–40 phút giúp sản phẩm bảo quản ổn định từ 2–3 tháng.
• Chất lượng sản phẩm: Sản phẩm tạo ra có độ cồn nhẹ (6–7% độ cồn), vị ngọt chua hài hòa, giữ được mùi thơm đặc trưng của chanh dây tươi và cảm giác sảng khoái nhờ khí $\text{CO}_2$ hòa tan tự nhiên. Kết quả kiểm nghiệm vi sinh vật tại Viện Vệ sinh Y tế Công cộng khẳng định sản phẩm không bị nhiễm các khuẩn gây hại (Coliforms, tạp khuẩn sinh acid).
• Đóng góp của đề tài: Khóa luận cung cấp giải pháp công nghệ khả thi giúp tận dụng nguồn chanh dây nông sản, đề xuất phương pháp xử lý cơ chất có độ chua và độ nhớt cao bằng enzyme kết hợp lên men độ cồn thấp, tạo tiền đề làm phong phú dòng đồ uống lên men từ trái cây nhiệt đới tại Việt Nam.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận đã thẳng thắn ghi nhận một số hạn chế do điều kiện thực nghiệm tại chỗ:

• Các thí nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm (mẻ nhỏ), chưa khảo sát các biến thiên áp suất và nhiệt độ trong các bồn lên men công nghiệp dung tích lớn.
• Việc khảo sát các yếu tố công nghệ chủ yếu thực hiện theo phương pháp đơn biến (thay đổi từng yếu tố riêng lẻ), chưa áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố để tìm điểm tối ưu tương tác toàn diện.
• Thời gian theo dõi chất lượng cảm quan và độ ổn định của sản phẩm đóng chai mới dừng lại ở giới hạn bảo quản lạnh ngắn hạn, chưa nghiên cứu sâu về sự biến đổi hàm lượng vitamin C và các hợp chất chống oxy hóa theo thời gian lưu trữ dài ngày.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:

• Ứng dụng mô hình bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) để tối ưu hóa đồng thời nồng độ enzyme, tỷ lệ pha loãng, nồng độ đường và tỷ lệ men giống.
• Nghiên cứu công nghệ chiết rót đẳng áp và bao bì chuyên dụng chịu áp lực cao nhằm nâng cao khả năng giữ khí $\text{CO}_2$ tự nhiên cho sản phẩm.
• Nghiên cứu tận dụng các phụ phẩm sau chế biến (vỏ chanh dây và bã hạt) để trích ly pectin thô hoặc sản xuất phân bón hữu cơ, hướng tới mô hình chế biến không phế thải.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư nghiên cứu phát triển sản phẩm (R&D) thuộc các chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Hóa học:

• Quy trình công nghệ thực tế: Cung cấp thông số chi tiết về kỹ thuật xử lý enzyme phá gel pectin trên nguyên liệu dịch ruột quả có hạt, giúp giải quyết bài toán tắc màng lọc và tổn thất dịch quả trong chế biến hoa quả nhiệt đới.
• Phương pháp hóa nghiệm chuyên ngành: Trình bày chi tiết các quy trình định lượng hóa học chuẩn xác như xác định độ cồn bằng phản ứng oxy hóa bicromat - chuẩn độ muối Mohr, định lượng đường tổng/đường khử bằng phương pháp ferricyanure và định lượng vitamin C bằng iod.
• Kỹ thuật lên men cơ chất acid cao: Cung cấp kinh nghiệm thực nghiệm trong việc hiệu chỉnh pH và cân bằng áp suất thẩm thấu khi lên men các loại quả có độ acid tự nhiên cao bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần bổ sung enzyme pectinase vào khối dịch ruột chanh dây trước khi lên men?

Dịch ruột chanh dây chứa một lượng pectin hòa tan làm dịch quả có độ nhớt cao và bám chặt lấy hạt, gây khó khăn cho quá trình lọc tách hạt và làm giảm hiệu suất thu hồi dịch. Enzyme Pectinex Ultra SP-L có tác dụng cắt đứt các liên kết $\alpha$-1,4-glycoside của pectin, làm giảm độ nhớt, tạo sự phân lớp rõ ràng (hạt lắng xuống đáy, dịch trong ở trên), từ đó nâng cao hiệu suất thu nhận dịch chanh dây và làm trong môi trường lên men.

2. Dịch chanh dây nguyên chất có đặc điểm gì gây khó khăn cho nấm men và tác giả đã xử lý thế nào?

Dịch chanh dây nguyên chất có độ acid rất cao ($\text{pH} \approx 2,86–3,10$, acid citric chiếm 3,2–3,9 g/100g), vượt quá ngưỡng phát triển tối ưu của nấm men Saccharomyces cerevisiae (thích hợp ở pH 4,0–4,5). Để khắc phục, tác giả đã tiến hành pha loãng dịch quả với nước vô trùng theo tỷ lệ khảo sát và bổ sung muối $\text{Na}_2\text{CO}_3$ để nâng pH môi trường lên mức 3,5–5,0 trước khi cấy men giống.

3. Phương pháp hóa học nào được sử dụng để xác định nồng độ cồn trong sản phẩm?

Tác giả sử dụng phương pháp định lượng ethanol bằng muối Mohr. Nguyên tắc: ethanol trong mẫu sau ly tâm được oxy hóa hoàn toàn thành acid acetic bởi hỗn hợp $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ và $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc; lượng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ dư thừa sau phản ứng được chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr $(\text{FeSO}_4(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)$ với thuốc thử ferricyanid $(\text{K}_3\text{Fe(CN)}_6)$. Từ lượng bicromat đã phản ứng, tác giả tính toán chính xác hàm lượng ethanol có trong dịch lên men.

4. Quy trình thanh trùng sản phẩm đóng chai được kiểm soát ở chế độ nhiệt nào?

Sản phẩm sau khi lọc bỏ bã nấm men và chiết rót vào chai thủy tinh kín được đưa vào thanh trùng Pasteur ở nhiệt độ 65–75°C trong thời gian 35–40 phút, sau đó làm lạnh xuống 10°C. Chế độ này giúp tiêu diệt hoặc ức chế hoàn toàn các tế bào nấm men còn sót lại, ngăn chặn quá trình lên men tiếp diễn gây đục hoặc biến đổi chất lượng, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm từ 2 đến 3 tháng.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của Huỳnh Văn Hiếu đã hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất nước giải khát chanh dây lên men nồng độ cồn thấp (6–7%) sử dụng chủng nấm men thương mại Saccharomyces cerevisiae. Thông qua hệ thống thí nghiệm thực nghiệm, tác giả đã xác lập được các thông số kỹ thuật thích hợp từ công đoạn xử lý phá gel bằng enzyme pectinase, phối chế dịch quả, kiểm soát điều kiện lên men cho đến thanh trùng bảo quản thành phẩm. Đồ án không chỉ cung cấp một quy trình chế biến thực phẩm có cơ sở khoa học rõ ràng mà còn mở ra hướng phát triển các sản phẩm đồ uống tự nhiên có giá trị gia tăng cao từ nguồn nguyên liệu chanh dây phong phú tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu GVHD: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh 1. Mục tiêu nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu chế biến nước giải khát lên men từ chanh dây với trọng tâm giải quyết các vấn đề liên quan đến chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế của sản phẩm. Trên cơ sở đó chúng tôi nghiên cứu các vấn đề sau đây:  Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến quá trình lên men.

 Khảo sát tỉ lệ phối trộn giữa dịch quả và nước.  Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất khô đến quá trình lên men.  Khảo sát ảnh hưởng pH môi trường đến quá trình lên men.  Khảo sát tỉ lệ men giống sử dụng trong quá trình lên men  Tạo thành phần nước giải khát chanh dây lên men và đánh giá cảm quan sản phẩm.

3 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Khái quát về nƣớc giải khát lên men từ trái cây Nước giải khát lên men từ dịch trái cây không qua chưng cất, có độ cồn thấp (6 – 7 % độ cồn) được xem là loại nước uống tự nhiên có lợi cho sức khỏe vì có chứa nhiều chất dinh dưỡng của trái cây. Hiện nay trên thị trường xuất hiện nhiều loại nước giải khát với nhiều hương vị khác nhau (nho, cam…).

Tuy nhiên, trên thực tế thì có rất ít các sản phẩm có hương liệu tự nhiên mà chỉ là hương liệu tổng hợp. Những loại thức uống này hoàn toàn không có dinh dưỡng mà chỉ có một ít năng lượng là đường, và nếu sử dụng đường hóa học lại còn có hại đối với sức khỏe người tiêu dùng. , gần 84% dịch quả chanh dây là nước, còn lại là các hợp chất thơm, các hợp chất màu, các chất sinh năng lượng (đường, tinh bột…) và các chất vi lượng (khoáng, viatmin). Chất béo và protein chứa trong dịch quả chanh dây không đáng kể, chỉ chiếm khoảng 3 - 4% tổng năng lượng cung cấp.

Chanh dây chứa nhiều vitamin A, C, các chất khoáng như K và Fe nhưng lại cung cấp ít năng lượng, mỗi trái chỉ cho khoảng 16 calories. Nếu ăn cả hạt, chanh dây sẽ là nguồn cung cấp chất xơ rất tốt. Dịch quả của chanh dây vàng chứa lượng xơ rất ít ỏi và mặc dù tổng lượng xơ tan được thấp, dịch quả vẫn chứa một ít pectin. Nước giải khát lên men chứa một lượng cồn thấp nên nhiều người có thể uống được kể cả phụ nữ và người già.

Cồn etylic trong nước giải khát lên men tự nhiên rất tinh khiết. Nước giải khát lên men hương vị chanh dây tự nhiên là một loại nước giải khát sử dụng nấm men Saccharomyces lên men từ dịch chiết chanh dây tạo rượu etylic và CO 2. Nhờ đó khi uống ta có cảm giác mát lạnh nhờ CO2, vị thơm nồng của rượu etylic và chanh dây. Nước quả lên men có vị ngọt và mát lạnh nên dùng để giải khát và giải rượu rất tốt.

Đối với những người bị cảm, sốt, hay bị dị ứng, mỏi mệt kinh niên, bệnh phù, nước quả lên men giúp tăng khả năng đề kháng với các bệnh truyền nhiễm, ngừa bệnh khô da vào mùa đông ( do trong nước quả lên men có khá nhiều khoáng và vitamin B,C,…). 4 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh Đặc điểm chung của nước giải khát lên men là trong thành phẩm các quá trình sinh học còn tiếp diễn, do đó không thể bảo quản lâu quá 2 ngày dù ở nhiệt độ thấp. Khi đã rót ra cốc mà để lâu thì chất lượng nước giải khát cũng bị giảm rõ rệt sau 2 - 3 giờ.

Vì vậy, nước giải khát lên men nói chung thường chỉ sản xuất đủ tiêu dùng trong ngày và nên uống khi còn tươi. Tuy nhiên đối với một số nước giải khát lên men cao cấp, người ta loại bớt tế bào nấm men, rót vào chai, đậy nút rồi đem thanh trùng ở nhiệt độ thích hợp và vì thế thời gian bảo quản cho phép tăng 2 - 3 tháng, tương tự như bia. Giới thiệu về chanh dây [14], [15], [16] 2. Nguồn gốc và đặc diểm Chanh dây còn gọi là lạc tiên, chum bao, chanh leo, mát mát, dây mát, mê ly…Tên khoa học là: Passiflora edulis.

 Loài (species): Passiflora foetida. Chanh dây thuộc họ Passifloraceae và có họ gần với cây violet. Có hơn 500 loài Passiflora,thuộc họ Passifloraceae, khoảng 50 trong số đó có thể ăn được. Nhưng chỉ một loài duy nhất, P.edulis Sims, mới có tên gọi là Passion fruit.

Trong loài này, có hai dạng phân biệt: dạng đỏ tía (purple) – thông thường và dạng vàng (yellow) không chỉ ở màu sắc mà còn ở một số đặc điểm khác. Chanh dây đỏ tía (Purple passion fruit): Passiflora edulis Sims. Chanh dây vàng (Yellow passion fruit): Passiflora edulis var. Chanh dây là loại cây leo nhiệt đới có nguồn gốc từ nam Brazil, sau đó được mang sang Úc và Châu Âu từ thế kỷ XIX.

Lá loại cây ăn trái có triển vọng ở các nước đang phát triển. Hiện tại, 5 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh ở Việt Nam có hai loại chanh dây, một loại được chiết ghép với giống của Đài Loan, một loại thuần Việt. Theo Đông y, các hợp chất trong chanh dây có tính hàn, giúp bổ dưỡng cho tim mạch, lưu thông khí huyết, hạ thân nhiệt… Với các đặc tính trên, chanh dây ngày càng được chú ý khai thác và nhân rộng, hướng tới canh tác theo quy mô công nghiệp.

Nước quả trái chanh dây có hương thơm, vị ngọt và có hàm lượng axit khoảng 2%. Dịch quả có chứa nhiều vitamin A và C cùng nhiều nguyên tố vi lượng có ích cho tim mạch… Quả chanh dây có vỏ dày nên thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản. Cây Cây chanh dây rất dễ trồng, ưa đất khô ráo, cần ít nước, sống được cả nơi sỏi đá hoặc đất cát. Cây đạt độ trưởng thành ở 12 tháng tuổi, có thể dài đến 15m, cho thu hoạch tốt trong vòng 5 - 6 năm.

Chanh dây là loại dây leo bằng tua cuốn đơn mọc ở phía đối diện ở lá có chiều dài từ 20 – 40cm.1: Cây chanh dây 2. Lá Mọc xen kẽ, có dạng thùy sâu 3 lớp, có răng cưa khi trưởng thành. Lá dài 7 – 20cm, mặt trên láng và có màu xanh đậm, mặt dưới nhạt hơn và mờ đục. 6 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS.

Nguyễn Dương Tâm Anh 2 2. Hoa Mọc ở trên mỗi đốt, có dạng đơn, có mùi thơm, rộng 5cm –8cm, gồm có 5 đài trắng hơi lục, 5 cánh trắng, màu tía đậm ở đáy. Hoa có 5 nhị có bao phấn, có bầu nhụy, vòi nhụy phân làm 3 nhánh tạo nên một cấu trúc nổi bật ở giữa. Dạng quả tía ra hoa vào mùa xuân và đầu mùa hè (tháng 7 - tháng 11) và ra hoa lần nữa vào mùa thu và đầu mùa đông (tháng 2 - tháng 4).

Hoa nở vào lúc sáng sớm và tàn trước buổi trưa, hoa có khả năng tự tương hợp. Hoa chanh dây có tác dụng an thần nhẹ và có khả năng “ru” ngủ. Hoa chanh dây đã và đang được nhiều nước dùng để điều trị cho những trẻ em dễ bị kích động hoặc có vấn đề bất ổn về thần kinh, chữa bệnh hen suyễn, rối loạn tiêu hóa, chứng mất ngủ và các khó chịu của hội chứng tiền mãn kinh. 3 7 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS.

Nguyễn Dương Tâm Anh 4: Hoa chanh dây 2. Quả [17] Quả chanh dây hình cầu hoặc bầu dục, kích thước 4,5 – 7cm, màu tím sậm hay vàng chanh, tự rụng khi chín, vỏ quả trơn láng bóng. Vỏ quả mỏng cứng, trung bì màu xanh, nội quả bì màu trắng. Trái mang nhiều hột có cơm mềm, mùi thơm rất hấp dẫn.

Dịch quả đạt được 40% so với trọng lượng quả. Phần dịch chứa nhiều axit thường được sử dụng bằng cách thêm đường cô đặc và chế biến nước giải khát rượu hay mứt…Chanh dây có hàm lượng đường vừa phải (8,5g glucid/100g), thấp hơn một số loại trái cây thông thường khác (trung bình là 9-12g/100g), nhưng phần lớn lượng đường này là fructose có độ ngọt cao (so với đường saccharoza) vì vậy chanh dây vẫn có vị ngọt. Mặc dù nó còn chứa các loại axit hữu cơ chủ yếu là axit citric (3,9g/100g, ít chua hơn trái chanh). Ngoài ra trong chanh dây còn có một tỉ lệ chất nhất định protein, lipid, các chất khoáng và các chất vi lượng như sắt, photpho, kẽm, magnesium,… nhiều loại vitamin đặc biệt là vitamin C và nhất là chất xơ.

Về năng lượng cung cấp, chanh dây tương đương với xoài, xơri, về magnesium tương đương với chuối [17]… Quả chanh dây có hai loại: Dạng trái tím [18]: Có vỏ trái màu tím đến tím sậm, trái nhỏ. Trái nhỏ (đường kính 4- 5cm), có tua dây, nhánh và gân lá màu xanh. Dạng này phổ biến ở vùng có khí hậu mát như Đà Lạt, Tây Nguyên và cho hương vị trái ngon nhất. Dạng trái vàng [18]: Vỏ trái màu vàng chanh.

Trái lớn hơn dạng trái tím (6 - 12 x 4 - 7cm), cây có tua dây, nhánh và gân lá ửng đỏ tím. Hoa lớn và có tràng màu tím sậm hơn dạng trái tím, 8 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh đồng thời dây cũng mọc mạnh hơn. Quả chanh dây dạng này chịu nóng, thích hợp với vùng có độ cao thấp (0 – 800m) như ở đồng bằng sông Cửu Long.

Hạt Hạt chanh dây có dạng bẹt (một đầu nhọn và một đầu tròn), kích thước khá nhỏ, có màu tối (thường là đen). Bề mặt hạt hơi rỗ nhưng có độ bóng nhất định. Tùy thuộc từng loài mà hạt chanh dây có thể hoặc không thể ăn được. Thu hoạch và bảo quản chanh dây Quả sẽ nhanh chóng chuyển từ xanh sang tía đậm (hoặc vàng) khi chín và rồi rớt xuống đất chỉ trong vài ngày.

Người ta thường hái khi trái đổi màu hoặc là lượm trên đất. Tuy chúng không hấp dẫn kiến và ruồi nhưng nên thu gom mỗi ngày để tránh bị sinh vật dưới đất làm hư hỏng. Để chế biến nước quả, quả phải có màu tía đậm. Sản lượng dao động từ 9 đến 14 tấn một mẫu.

Với 9 Chương 2: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Dương Tâm Anh diều kiện mát mẻ như ở Lâm Đồng thì quả chanh dây có thể bảo quản 5-7 ngày. Nhưng ở trong điều kiện nóng như ở TP.HCM thì trái chanh dây chỉ bảo quản được khoảng 4 ngày.1: Thành phần hóa học của trái chanh dây cho 100g dịch [14] Thành phần Hàm lƣợng Nước 66 – 84% Protein 0.8% Ca 4 – 17mg P 35 – 64mg Fe 0.1mg Vitamin C 30g Vitamin A 700 – 2410 IU Niacin 1.5g Glucid/ 100g Acid citric 3.