Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp nhưng đồng thời đặt ra thách thức lớn đối với công tác bảo quản nông sản sau thu hoạch. Rau quả tươi có hàm lượng nước cao, cường độ hô hấp mạnh nên rất dễ thối hỏng trong quá trình thu hái, vận chuyển và tồn trữ, dẫn đến tỷ lệ hao hụt sau thu hoạch cao và làm suy giảm phẩm chất thương phẩm. Do đó, việc nghiên cứu phát triển các công nghệ chế biến nhằm kéo dài thời gian sử dụng, nâng cao giá trị gia tăng cho nông sản và tạo ra các mặt hàng thực phẩm đa dạng là yêu cầu cấp thiết của ngành công nghệ sau thu hoạch và chế biến thực phẩm.

Cà chua (Solanum lycopersicum) là một trong những loại rau ăn quả chủ lực tại Việt Nam, với diện tích gieo trồng duy trì ổn định trong khoảng 23.000 đến 25.000 hecta, phân bố từ đồng bằng, trung du Bắc Bộ đến miền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ. Quả cà chua chín chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng và giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học như lycopene (3.025 µg/100g), β-carotene (393 µg/100g), vitamin C (40 mg/100g), cùng các hợp chất phenolic (flavonoid, acid hydroxycinnamic, acid chlorogenic, acid homovanillic, acid ferulic) và khoáng chất (kali, phospho, magie, sắt). Các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên này có vai trò hỗ trợ giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, ung thư và cải thiện hệ miễn dịch. Mặc dù vậy, các sản phẩm chế biến từ cà chua trên thị trường hiện nay chủ yếu tập trung vào dạng sốt cà chua, tương cà chua, mứt hoặc nước ép tươi, trong khi các dòng sản phẩm nước giải khát lên men có độ cồn thấp từ cà chua hầu như chưa được khai thác.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu chế biến nước cà chua (Solanum lycopersicum) lên men" của tác giả Huỳnh Cẩm Tú được triển khai nhằm giải quyết vấn đề công nghệ trên.

  • Mục tiêu nghiên cứu: Xác định các thông số kỹ thuật tối ưu cho quy trình công nghệ chế biến nước cà chua lên men ở quy mô phòng thí nghiệm, tạo ra dòng sản phẩm nước giải khát có độ cồn thấp, đạt chất lượng dinh dưỡng, an toàn vi sinh và có giá trị cảm quan tốt.
  • Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nước pha loãng đến chất lượng sản phẩm.
    2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của độ Brix và pH sau khi phối chế đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.
    3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men Saccharomyces cerevisiae đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.
    4. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ agar bổ sung đến độ trong của sản phẩm.
    5. Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của chế độ thanh trùng đến khả năng bảo quản và chất lượng sản phẩm.
  • Đối tượng nghiên cứu: Quả cà chua (Solanum lycopersicum) chín đỏ hoàn toàn, không dập nát, không sâu bệnh; chủng nấm men khô Saccharomyces cerevisiae (Saf-Instant, Pháp); các phụ gia thực phẩm gồm đường tinh luyện, acid citric, natri bisulfit (NaHSO3) và agar.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm thuộc Khu thí nghiệm trung tâm, Trường Đại học An Giang - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 12/2021 đến tháng 05/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết của quá trình lên men rượu (alcoholic fermentation) và các nguyên lý công nghệ chế biến đồ uống lên men từ dịch quả. Trong điều kiện yếm khí, nấm men Saccharomyces cerevisiae đồng hóa các loại đường đơn giản (glucose, fructose từ nguyên liệu và saccharose sau khi thủy phân) để chuyển hóa thành ethanol và khí carbon dioxide ($CO_2$), kèm theo sự giải phóng năng lượng và tích lũy các sản phẩm phụ như ester, acid hữu cơ tạo nên hương vị đặc trưng:

$$C_6H_{12}O_6 + 2\text{ADP} + 2\text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2 + 2\text{ATP} + 2\text{H}_2\text{O}$$

Quá trình sinh trưởng của nấm men trải qua 4 pha: tiềm phát (lag phase), phát triển theo hàm số mũ hay pha chỉ số (log phase), ổn định (stationary phase) và suy thoái (death phase). Để tối ưu hóa hiệu suất lên men, môi trường dịch quả cần được kiểm soát nghiêm ngặt về nồng độ chất khô hòa tan (18–22 °Bx), pH thích hợp (dao động từ 4,0 đến 4,5 nhằm ức chế vi khuẩn phát triển vì vi khuẩn bắt đầu phát triển mạnh khi $\text{pH} \ge 4,2$), nhiệt độ môi trường (28–30 °C) và mật độ giống cấy ban đầu đạt $10^6 - 10^8 \text{ tế bào/ml}$.

Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn chất lượng được tác giả áp dụng đối chiếu trong nghiên cứu gồm:

  • QCVN 01:2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống dùng trong chế biến.
  • TCVN 6958:2001: Tiêu chuẩn áp dụng đối với đường tinh luyện (RE).
  • TCVN 5516:2010: Tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm acid citric.
  • Quyết định 3742/2001/QĐ-BYT và Thông tư 08/2015/TT-BYT: Quy định mức giới hạn phụ gia thực phẩm, trong đó hàm lượng $\text{NaHSO}_3$ trong nước giải khát có cồn không vượt quá 350 mg/kg.
  • TCVN 7045:2009: Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho sản phẩm nước giải khát lên men có độ cồn thấp (hàm lượng methanol $\le 500\text{ mg/l cồn } 100^\circ$, $\text{SO}_2 \le 350\text{ mg/l cồn } 100^\circ$).
  • Quyết định 46/2007/QĐ-BYT: Quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm đối với đồ uống lên men.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế theo mô hình bố trí thí nghiệm ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại ($n = 3$). Các công đoạn nghiên cứu được tiến hành tuần tự, lấy thông số tối ưu từ thí nghiệm trước làm điều kiện cố định cho các thí nghiệm kế tiếp.

Phương pháp phân tích các chỉ tiêu lý - hóa và cảm quan bao gồm:

  • Xác định chất khô hòa tan tổng số bằng brix kế điện tử Atago PAL-3 (độ chính xác $\pm 0,2\ ^\circ\text{Bx}$).
  • Xác định độ cồn (% v/v) bằng cồn kế sau khi chưng cất tách rượu.
  • Xác định pH bằng máy đo pH điện tử.
  • Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp acid 3,5-dinitrosalicylic (DNS).
  • Định lượng vitamin C (acid ascorbic) bằng phương pháp chuẩn độ iod.
  • Định lượng hàm lượng lycopene bằng phương pháp trích ly dung môi hữu cơ (hỗn hợp hexane : acetone : ethanol) và đo mật độ quang trên máy quang phổ UV-Vis.
  • Đo các giá trị màu sắc ($L^, a^, b^*$) của dịch quả.
  • Đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm thị hiếu hoặc tiêu chuẩn TCVN 3215-79.
  • Xác định hiệu quả thanh trùng thông qua giá trị đơn vị thanh trùng ($PU$ - Pasteurization Unit) dựa trên dữ liệu ghi nhận nhiệt độ tâm sản phẩm theo thời gian thực:

$$PU = \int 10^{\frac{T - T_{\text{ref}}}{Z}} dt$$

với nhiệt độ tham chiếu $T_{\text{ref}} = 65\ ^\circ\text{C}$ và hệ số chịu nhiệt $Z = 10\ ^\circ\text{C}$ đối với nấm men và nấm mốc trong môi trường acid hóa ($\text{pH} < 3,7$).

Hạng mục thông số Dụng cụ / Phương pháp / Tiêu chuẩn áp dụng
Đo độ Brix Brix kế điện tử Atago PAL-3 (Nhật Bản)
Cân khối lượng Cân phân tích 2 số lẻ (A&D GX-2000), 4 số lẻ (Ohaus PA64)
Xay nghiền mẫu Máy xay sinh tố Electrolux EBR3416
Hàm lượng Vitamin C Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử với dung dịch Iod/Iodat
Hàm lượng Lycopene Phương pháp trích ly quang phổ UV-Vis ở bước sóng xác định
An toàn thực phẩm QCVN 01:2009/BYT, TCVN 7045:2009, QĐ 46/2007/QĐ-BYT

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Chương này thiết lập nền tảng khoa học và mục tiêu thực tiễn của đề tài. Tác giả phân tích mâu thuẫn giữa sản lượng dồi dào của cà chua tại Việt Nam với tình trạng thiếu hụt các sản phẩm chế biến sâu có giá trị gia tăng cao. Chương 1 xác định rõ 5 nội dung nghiên cứu thực nghiệm cần giải quyết, đồng thời khẳng định tính mới của đề tài: phát triển dòng nước giải khát lên men cồn thấp từ cà chua với hương vị tự nhiên, lưu giữ hàm lượng hoạt chất sinh học lycopene và vitamin C cao từ nguồn nguyên liệu quả tươi có giá thành hợp lý.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Chương 2 cung cấp bức tranh tổng thể về cơ sở lý thuyết, nguyên liệu và các công trình liên quan:

  • Nguyên liệu cà chua: Phân loại thực vật học (Solanum lycopersicum L., họ Cà Solanaceae, gồm hai chi phụ Eriopersicon và Eulycopersicon). Trình bày chi tiết bảng thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của quả: nước 94g, protein 0,6g, lipid 0,2g, glucid 4,0g, cellulose 0,8g, tro 0,4g, lycopene 3.025 µg, β-carotene 393 µg, vitamin C 40 mg, kali 275 mg, canxi 12 mg, sắt 1,4 mg, phốt pho 26 mg.
  • Vi sinh vật: Giới thiệu đặc điểm hình thái, cấu tạo tế bào, cơ chế dinh dưỡng và chu trình phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae.
  • Cơ sở khoa học của các quá trình công nghệ: Phân tích bản chất, mục đích, các biến đổi vật lý, hóa học, hóa sinh, sinh học và các yếu tố ảnh hưởng của 5 quá trình chính: rửa, nghiền cơ học, phối trộn dịch quả, lọc cơ học, và thanh trùng nhiệt (kèm lý thuyết tính toán giá trị đơn vị thanh trùng $PU$).
  • Nguyên liệu phụ và bao bì: Phân tích chức năng công nghệ của nước, đường saccharose tinh luyện, acid citric, chất ức chế vi sinh vật $\text{NaHSO}_3$, chất làm trong agar (gồm hai cấu tử agarose và agaropectin chiết xuất từ tảo đỏ Gelidium sp.), và bao bì chai thủy tinh.
  • Lược khảo nghiên cứu: Điểm qua các công trình trong nước về đồ uống lên men từ thanh long (Mạch Thị Khiêm Tín, 2006), mãng cầu xiêm (Bùi Thị Thùy Trang, 2009), nước táo bổ sung caramel (Phạm Thị Khuyên, 2010), táo mèo (Nguyễn Đức Hạnh và cs., 2016), cider dâu (Bùi Văn Tú, 2019), sơ ri (Trần Thị Ngọc Mai, 2020); cùng các nghiên cứu quốc tế về khả năng ức chế vi sinh vật gây bệnh E. coli O157:H7 trong quá trình lên men nước táo (Semanchek & Golden, 1996) và biến đổi hợp chất phenolic, acid hữu cơ trong nước quả lên men (Xu et al., 2006; Valles et al., 2008; Ye et al., 2014).

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm và các điều kiện kỹ thuật:

  • Địa điểm và thời gian: Tiến hành từ tháng 12/2021 đến tháng 05/2022 tại PTN Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học An Giang.
  • Quy trình công nghệ dự kiến: Cà chua chín đỏ $\rightarrow$ Xử lý (loại cuống, rửa sạch, cắt tư, bỏ hạt) $\rightarrow$ Nghiền nhuyễn (máy xay sinh tố trong 5 phút) $\rightarrow$ Pha loãng với nước $\rightarrow$ Phối chế đường RE và acid citric $\rightarrow$ Xử lý thanh trùng bằng $\text{NaHSO}_3$ $\rightarrow$ Bổ sung nấm men Saccharomyces cerevisiae, sục khí/để hở 30 phút cho tăng sinh khối, sau đó đậy kín lên men kỵ khí ở nhiệt độ phòng đến khi đạt độ cồn $5% \pm 0,5%$ v/v $\rightarrow$ Lọc qua vải lọc tách bã và xác men $\rightarrow$ Bổ sung dung dịch agar 1%, giữ lắng 1 tuần ở nhiệt độ 0–4 °C $\rightarrow$ Chiết dịch trong, loại cặn $\rightarrow$ Phối chế điều vị bằng đường đến $13\ ^\circ\text{Bx}$ $\rightarrow$ Chiết rót, đóng chai $\rightarrow$ Thanh trùng nhiệt $\rightarrow$ Thu nhận thành phẩm.
  • Thiết kế 5 thí nghiệm: Xác định rõ các dải biến số: tỷ lệ pha loãng nước (1:0 đến 1:2); độ Brix (16–22 $^\circ\text{Bx}$) và pH (3,8–4,4); tỷ lệ nấm men (0,1%–0,4%); tỷ lệ dung dịch agar 1% (0%–4% v/v); và chế độ thanh trùng (65–80 °C trong 1–3 phút).

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 4 trình bày các số liệu thực nghiệm và giải thích cơ chế của từng công đoạn:

  • Đặc tính nguyên liệu ban đầu: Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý của dịch cà chua nghiền nguyên bản.
  • Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng: Khảo sát các tỷ lệ dịch quả : nước (1:0; 1:0,5; 1:1; 1:1,5; 1:2). Kết quả chỉ ra tỷ lệ 1:0,5 đảm bảo độ nhớt dịch quả thích hợp cho nấm men chuyển hóa, giữ được màu sắc đỏ tự nhiên ($a^*$ cao), bảo lưu hàm lượng lycopene và vitamin C ở mức cao, đạt điểm cảm quan tốt nhất và mang lại hiệu quả kinh tế.
  • Ảnh hưởng của độ Brix và pH ban đầu: Thử nghiệm phối hợp giữa các mức Brix (16, 18, 20, 22 $^\circ\text{Bx}$) và pH (3,8; 4,0; 4,2; 4,4). Khi đưa độ Brix về 20 $^\circ\text{Bx}$ và pH về 4,0, nấm men sinh trưởng thuận lợi, tốc độ tiêu thụ đường và sinh cồn diễn ra ổn định, sản phẩm sau lên men có vị hài hòa giữa độ ngọt, độ chua và nồng độ cồn đạt đích $5% \pm 0,5%$.
  • Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men S. cerevisiae: Thử nghiệm ở các tỷ lệ 0,1%, 0,2%, 0,3% và 0,4%. Tỷ lệ giống cấy 0,3% giúp quá trình lên men đạt tốc độ tối ưu, rút ngắn thời gian lên men mà không sinh ra mùi nồng của xác nấm men, đạt điểm cảm quan vượt trội so với các tỷ lệ thấp (lên men chậm, nguy cơ nhiễm tạp) hoặc tỷ lệ cao (tự phân nấm men gây mùi lạ).
  • Ảnh hưởng của tỷ lệ agar đến độ trong: Khảo sát nồng độ bổ sung dung dịch agar 1% với các tỷ lệ 0%, 1%, 2%, 3%, 4% (v/v) trong thời gian lắng 1 tuần ở 0–4 °C. Tỷ lệ bổ sung 3% (v/v) tạo mạng lưới keo tụ tối ưu, hấp phụ và kéo lắng các hạt thịt quả lơ lửng, tạo độ trong cao nhất mà không làm đông đặc dung dịch.
  • Ảnh hưởng của chế độ thanh trùng: Ghi nhận biến thiên nhiệt độ tâm chai theo thời gian ở 65, 70, 75, và 80 °C trong 1, 2, 3 phút. Ở chế độ 70 °C giữ nhiệt 2 phút đối với sản phẩm có pH 3,59, tổng giá trị thanh trùng đạt $PU = 34,60$ (vượt xa mức tối thiểu $PU_{65}^{5,5} = 16,7$ phút theo quy chuẩn kỹ thuật cho sản phẩm có pH < 3,7), tiêu diệt hoàn toàn nấm men, nấm mốc và vi khuẩn sinh acid, đồng thời hạn chế tối đa sự tổn thất nhiệt đối với vitamin C, lycopene và giữ nguyên màu sắc, mùi vị đặc trưng.
  • Chất lượng thành phẩm: Tổng hợp và đánh giá thành phẩm sau điều vị (13 $^\circ\text{Bx}$) đạt đầy đủ các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn vi sinh vật theo TCVN 7045:2009 và Quyết định 46/2007/QĐ-BYT.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

Chương cuối tóm tắt toàn bộ các thông số công nghệ cốt lõi của quy trình sản xuất nước cà chua lên men độ cồn thấp ở quy mô phòng thí nghiệm và đưa ra các khuyến nghị ứng dụng nhằm hoàn thiện quy trình ở quy mô sản xuất thử nghiệm.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã xác lập bộ thông số công nghệ hoàn chỉnh cho quy trình chế biến nước cà chua lên men ở quy mô phòng thí nghiệm. Các thông số kỹ thuật tối ưu qua từng công đoạn được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Công đoạn công nghệ Thông số kỹ thuật tối ưu Ý nghĩa kỹ thuật và chất lượng
Nghiền nguyên liệu Thời gian nghiền 5 phút Phá vỡ tế bào, giải phóng dịch quả và sắc tố lycopene
Pha loãng dịch quả Tỷ lệ dịch quả : nước = 1:0,5 Giảm độ nhớt, tạo màu sắc đẹp, giữ hàm lượng lycopene, vitamin C
Phối chế dịch lên men 20 $^\circ\text{Bx}$; pH = 4,0 Bổ sung đường RE và acid citric tạo môi trường dinh dưỡng tối ưu
Nấm men cấy giống 0,3% Saccharomyces cerevisiae Lên men hiếu khí 30 phút, sau đó lên men kỵ khí đạt cồn $5% \pm 0,5%$ v/v
Làm trong sản phẩm Bổ sung 3% (v/v) dung dịch agar 1% Lắng 1 tuần ở nhiệt độ 0–4 °C, tạo độ trong tốt nhất
Điều vị sản phẩm Bổ sung đường đạt 13 $^\circ\text{Bx}$ Cân bằng vị chua ngọt và độ cồn, tăng giá trị cảm quan
Thanh trùng thành phẩm 70 °C trong thời gian 2 phút Đạt $PU = 34,60$ (tại $\text{pH} = 3,59$), đảm bảo vô trùng thương phẩm

Các đóng góp khoa học và thực tiễn của khóa luận:

  • Đóng góp học thuật: Cung cấp dẫn liệu khoa học thực nghiệm về động học lên men rượu trên cơ chất dịch quả cà chua - một loại quả có tính acid nhẹ, hàm lượng pectin và carotenoid cao. Làm sáng tỏ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (pha loãng, pH, Brix, nồng độ giống, chất trợ lắng agar) đến chất lượng cảm quan và sự bảo lưu các hoạt chất sinh học (lycopene, acid ascorbic).
  • Đóng góp thực tiễn: Xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến nước cà chua lên men có tính khả thi kỹ thuật cao, tận dụng nguồn nông sản dồi dào, giá rẻ tại Việt Nam, góp phần đa dạng hóa danh mục đồ uống lên men độ cồn thấp có lợi cho sức khỏe trên thị trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện với các điều kiện giới hạn nhất định, từ đó bộc lộ một số điểm cần tiếp tục hoàn thiện:

  • Hạn chế của đề tài: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với mẻ mẫu nhỏ; thiết bị nghiền và lọc sử dụng dụng cụ phòng thí nghiệm (máy xay sinh tố, lọc vải) chưa phản ánh đầy đủ chế độ cơ học công nghiệp. Quá trình làm trong bằng agar đòi hỏi thời gian lắng kéo dài (1 tuần) ở điều kiện bảo quản lạnh (0–4 °C), điều này có thể làm tăng chi phí năng lượng và kéo dài chu kỳ sản xuất nếu áp dụng ở quy mô lớn. Đề tài chưa khảo sát toàn diện sự biến đổi các chỉ tiêu chất lượng trong thời gian bảo quản dài hạn (trên 3–6 tháng).
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    1. Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm enzyme làm trong (như pectinase, amylase) nhằm rút ngắn thời gian làm trong dịch quả thay thế cho phương pháp ủ lắng bằng agar kéo dài.
    2. Nâng quy mô sản xuất lên mức pilot để tính toán các thông số truyền nhiệt, truyền khối và chi phí năng lượng chính xác hơn.
    3. Khảo sát động học suy giảm chất lượng dinh dưỡng (đặc biệt là tốc độ thoái biến lycopene và vitamin C) và độ ổn định màu sắc trong các điều kiện nhiệt độ và bao bì bảo quản khác nhau qua thời gian.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị đối với:

  • Sinh viên, học viên và cán bộ nghiên cứu: Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Kỹ thuật sau thu hoạch, Công nghệ sinh học ứng dụng và Quản lý chất lượng thực phẩm.
  • Các nội dung nổi bật đáng tham khảo:
    • Phương pháp luận bố trí thí nghiệm tối ưu hóa từng bước cho quy trình sản xuất đồ uống lên men.
    • Kỹ thuật tính toán đơn vị thanh trùng ($PU$) thực tế dựa trên đường cong nhiệt độ tâm sản phẩm đối với đồ uống acid hóa.
    • Quy trình phân tích định lượng đồng thời vitamin C và lycopene trong nền mẫu rau quả chế biến.
    • Các kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp khởi nghiệp trong lĩnh vực chế biến đồ uống nông sản tìm kiếm giải pháp đa dạng hóa sản phẩm từ cà chua.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại chọn tỷ lệ pha loãng dịch quả cà chua với nước là 1:0,5 thay vì các tỷ lệ khác?
Dịch cà chua nguyên chất (tỷ lệ 1:0) có độ nhớt rất cao do chứa hàm lượng thịt quả và pectin lớn, gây khó khăn cho quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men và quá trình lọc sau này. Tuy nhiên, nếu pha loãng ở các tỷ lệ cao (1:1; 1:1,5; 1:2) thì màu sắc dịch quả bị nhạt, hương vị cà chua đặc trưng bị suy giảm và hàm lượng các hoạt chất sinh học (lycopene, vitamin C) bị suy giảm đáng kể. Tỷ lệ 1:0,5 là tỷ lệ tối ưu dung hòa giữa độ nhớt thích hợp cho lên men, giá trị cảm quan (màu đỏ đẹp, vị đậm đà), bảo lưu hoạt chất sinh học cao và mang lại hiệu quả kinh tế.

2. Điều kiện tối ưu của dịch quả trước khi tiến hành lên men rượu là gì?
Dịch quả sau khi pha loãng được phối chế với đường saccharose tinh luyện để nâng độ chất khô hòa tan lên 20 $^\circ\text{Bx}$, điều chỉnh độ chua bằng acid citric để đưa pH về mức 4,0, sau đó bổ sung nấm men khô Saccharomyces cerevisiae với tỷ lệ 0,3% (w/v).

3. Tại sao trong quy trình lên men lại cần để hở bình dịch quả khoảng 30 phút đầu trước khi đậy kín?
Nấm men Saccharomyces cerevisiae là vi sinh vật yếm khí tùy tiện. Trong 30 phút đầu, việc để hở tạo điều kiện hiếu khí nhằm cung cấp oxy hòa tan cho nấm men thực hiện quá trình hô hấp hiếu khí, phân giải đường để sinh năng lượng tổng hợp sinh khối và nhân nhanh số lượng tế bào. Sau khi mật độ nấm men đã đạt yêu cầu, bình được đậy kín để tạo điều kiện yếm khí bắt buộc nấm men chuyển sang pha lên men rượu, chuyển hóa đường thành ethanol và $CO_2$.

4. Phương pháp làm trong dịch quả lên men được thực hiện như thế nào và đạt hiệu quả ra sao?
Sau khi lên men và lọc bỏ bã thô, dịch quả được bổ sung dung dịch agar nồng độ 1% với tỷ lệ 3% thể tích (v/v), sau đó giữ yên ở nhiệt độ 0–4 °C trong thời gian 1 tuần. Cơ chế tạo gel thuận nghịch và tính chất keo tụ của agarose trong agar giúp kết tụ các hạt thịt quả mịn và xác nấm men còn sót lại, lắng xuống đáy bình, giúp dịch quả bên trên đạt độ trong tốt nhất mà không làm ảnh hưởng xấu đến hương vị sản phẩm.

5. Cơ sở nào khẳng định chế độ thanh trùng 70 °C trong 2 phút đảm bảo an toàn vi sinh cho sản phẩm?
Thành phẩm sau điều vị có giá trị pH thực tế là 3,59. Trong môi trường acid hóa mạnh ($\text{pH} < 3,7$), đối tượng vi sinh vật gây hư hỏng chính là nấm men và nấm mốc với ngưỡng thanh trùng an toàn tối thiểu là $PU_{65}^{5,5} = 16,7$ phút. Chế độ xử lý nhiệt ở 70 °C trong 2 phút được ghi nhận qua nhiệt độ tâm sản phẩm cho tổng giá trị thanh trùng tích lũy đạt $PU = 34,60$, vượt xa ngưỡng an toàn tối thiểu, đảm bảo tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật mục tiêu đồng thời bảo vệ các hoạt chất mẫn cảm với nhiệt độ cao.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Huỳnh Cẩm Tú đã nghiên cứu và hoàn thiện thành công quy trình công nghệ chế biến nước cà chua (Solanum lycopersicum) lên men độ cồn thấp ở quy mô phòng thí nghiệm. Bằng phương pháp thực nghiệm khoa học, đề tài đã xác lập các thông số công nghệ then chốt gồm tỷ lệ pha loãng dịch quả 1:0,5; phối chế 20 $^\circ\text{Bx}$ và pH 4,0; bổ sung 0,3% Saccharomyces cerevisiae; làm trong bằng 3% dung dịch agar 1% trong 1 tuần ở 0–4 °C; và thanh trùng ở 70 °C trong 2 phút ($PU = 34,60$). Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi của việc chế biến đồ uống lên men từ quả cà chua tươi, vừa tạo ra sản phẩm giải khát mới lạ, an toàn vi sinh, vừa bảo lưu tốt các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên quý giá như lycopene và vitamin C.