Nghiên cứu phát triển bia nồng độ cồn thấp sử dụng nấm men probiotic Saccharomyces boulardii

• Tác giả: Khuất Bích Phượng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Phát Triển Bia Nồng Độ Cồn Thấp Với Nấm Men Probiotic Saccharomyces Boulardii
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan về bia
• 1.1.1. Thị trường bia trên thế giới
• 1.1.2. Công nghệ sản xuất bia
• 1.1.3. Bia có lợi cho sức khoẻ
• 1.1.3.1. Bia có bổ sung thêm các thành phần từ thực vật
• 1.1.3.2. Bia có bổ sung thêm các loại vi sinh vật có lợi
• 1.1.3.3. Bia không chứa gluten
• 1.1.3.4. Bia không cồn và bia có nồng độ cồn thấp
• 1.1.3.4.1. Thị trường NABLAB
• 1.1.3.4.2. Các phương pháp sản xuất NABLAB
• 1.1.4. Nấm men probiotic Saccharomyces boulardii
• 1.1.5. Mục tiêu đề tài
• 1.2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 1.2.2. Thiết bị sử dụng
• 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2.3.1. Đánh giá khả năng sử dụng chủng Saccharomyces boulardii trong sản xuất bia
• 1.2.3.2. Nghiên cứu chế độ đường hoá và kỹ thuật lên men tạo bia nồng độ cồn thấp và lượng sinh khối cao bằng chủng Saccharomyces boulardii
• 1.2.3.3. Tiến hành sản xuất ở quy mô phòng thí nghiệm (20L). Đánh giá chất lượng của sản phẩm
• 1.2.4. Phương pháp phân tích
• 1.2.4.1. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu hoá lý
• 1.2.4.2. Phương pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh
• 1.2.4.3. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan
• 1.2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu
• 1.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.3.1. Khảo sát các đặc điểm và đánh giá khả năng sử dụng chủng Saccharomyces boulardii trong sản xuất bia
• 1.3.1.1. Phân lập và khảo sát các đặc điểm của chủng Saccharomyces boulardii từ chế phẩm Bioflora
• 1.3.1.2. Ảnh hưởng của độ cồn và độ đắng tới sự phát triển của chủng Saccharomyces boulardii
• 1.3.2. Nghiên cứu kỹ thuật đường hoá và lên men tạo bia nồng độ cồn thấp và lượng sinh khối cao bằng chủng Saccharomyces boulardii
• 1.3.2.1. Nghiên cứu kỹ thuật đường hoá
• 1.3.2.2. Nghiên cứu kỹ thuật lên men
• 1.3.3. Tiến hành sản xuất ở quy mô phòng thí nghiệm (20L). Đánh giá chất lượng của sản phẩm
• 1.3.3.1. Sản xuất bia quy mô 20L
• 1.3.3.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm bia
• 2. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phát triển bia nồng độ cồn thấp với Saccharomyces boulardii

Bia nồng độ cồn thấp đang trở thành xu hướng mới trong ngành công nghiệp đồ uống. Sự kết hợp giữa nấm men probiotic Saccharomyces boulardii và quy trình sản xuất bia truyền thống hứa hẹn mang lại sản phẩm không chỉ ngon mà còn có lợi cho sức khỏe. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển sản phẩm bia nồng độ cồn thấp, sử dụng nấm men probiotic, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về các sản phẩm có lợi cho sức khỏe.

1.1. Lợi ích của nấm men probiotic trong sản xuất bia

Nấm men probiotic Saccharomyces boulardii không chỉ giúp lên men mà còn cung cấp nhiều lợi ích cho sức khỏe. Nghiên cứu cho thấy, nấm men này có khả năng cải thiện hệ tiêu hóa và tăng cường miễn dịch. Việc sử dụng nấm men probiotic trong sản xuất bia có thể tạo ra sản phẩm không chỉ ngon mà còn bổ dưỡng.

1.2. Quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp

Quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp bao gồm các bước như đường hóa, lên men và bảo quản. Đặc biệt, việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian lên men là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Sản phẩm cuối cùng mong muốn có nồng độ cồn không quá 2% và chứa khoảng 5 tỉ tế bào nấm men probiotic trong mỗi chai.

II. Thách thức trong việc phát triển bia nồng độ cồn thấp

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc phát triển bia nồng độ cồn thấp với nấm men probiotic cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như khả năng chịu cồn của nấm men, sự ổn định của sản phẩm và sự chấp nhận của người tiêu dùng là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Khả năng chịu cồn của Saccharomyces boulardii

Khả năng chịu cồn của nấm men Saccharomyces boulardii là một yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp. Nghiên cứu cho thấy, nấm men này có thể chịu được nồng độ cồn lên đến 2%, nhưng cần có các điều kiện tối ưu để phát huy hết khả năng của nó.

2.2. Sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với bia nồng độ cồn thấp

Sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm bia nồng độ cồn thấp là một thách thức lớn. Nghiên cứu thị trường cho thấy, người tiêu dùng thường có xu hướng ưa chuộng các sản phẩm có nồng độ cồn cao hơn. Do đó, việc truyền thông về lợi ích sức khỏe của bia nồng độ cồn thấp là rất cần thiết.

III. Phương pháp sản xuất bia nồng độ cồn thấp với Saccharomyces boulardii

Để phát triển sản phẩm bia nồng độ cồn thấp, cần áp dụng các phương pháp sản xuất hiện đại kết hợp với truyền thống. Việc tối ưu hóa quy trình đường hóa và lên men là rất quan trọng để đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn.

3.1. Kỹ thuật đường hóa trong sản xuất bia

Kỹ thuật đường hóa là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất bia. Nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh nhiệt độ và thời gian đường hóa có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch đường lên men. Sử dụng malt Pilsner và Carabelge với tỷ lệ hợp lý sẽ tạo ra dịch đường có chất lượng tốt.

3.2. Kỹ thuật lên men với nấm men probiotic

Kỹ thuật lên men là bước quan trọng tiếp theo. Việc sử dụng nấm men Saccharomyces boulardii trong quá trình lên men giúp tạo ra sản phẩm bia có nồng độ cồn thấp và chứa nhiều lợi ích sức khỏe. Thời gian và nhiệt độ lên men cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy, sản phẩm bia nồng độ cồn thấp từ nấm men probiotic có thể đạt được chất lượng tốt và được người tiêu dùng chấp nhận. Sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn mang lại lợi ích cho sức khỏe.

4.1. Đánh giá chất lượng sản phẩm bia

Sản phẩm bia nồng độ cồn thấp được đánh giá thông qua các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý. Kết quả cho thấy, sản phẩm đạt tỷ lệ chấp nhận cao từ người tiêu dùng, với 97,5% người thử cảm quan đánh giá tích cực.

4.2. Tiềm năng thương mại hóa sản phẩm

Với kết quả nghiên cứu khả quan, sản phẩm bia nồng độ cồn thấp có tiềm năng lớn để thương mại hóa. Các nhà sản xuất có thể mở rộng quy mô sản xuất và đưa sản phẩm ra thị trường, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về sản phẩm có lợi cho sức khỏe.

V. Kết luận và tương lai của bia nồng độ cồn thấp

Bia nồng độ cồn thấp với nấm men probiotic Saccharomyces boulardii không chỉ là một sản phẩm mới mà còn là một xu hướng trong ngành công nghiệp đồ uống. Tương lai của sản phẩm này hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng về sức khỏe.

5.1. Xu hướng phát triển sản phẩm bia có lợi cho sức khỏe

Xu hướng tiêu dùng hiện nay đang chuyển dịch sang các sản phẩm có lợi cho sức khỏe. Bia nồng độ cồn thấp với nấm men probiotic sẽ là một lựa chọn hấp dẫn cho người tiêu dùng, đặc biệt là những người quan tâm đến sức khỏe.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện quy trình sản xuất và mở rộng các loại nấm men probiotic khác. Điều này sẽ giúp tạo ra nhiều sản phẩm bia đa dạng hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

## Tổng quan nghiên cứu

Bia là một trong những loại đồ uống có cồn phổ biến nhất trên thế giới, với lượng tiêu thụ toàn cầu đạt khoảng 177.500 triệu lít năm 2020, mặc dù giảm 6,3% so với năm trước do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19. Việt Nam đứng thứ 9 thế giới về sản lượng tiêu thụ bia với khoảng 3,845 triệu lít năm 2020, giảm 19,1% so với năm 2019 do tác động của dịch bệnh và các quy định pháp luật nghiêm ngặt về nồng độ cồn khi tham gia giao thông. Trong bối cảnh đó, nhu cầu về các sản phẩm bia có lợi cho sức khỏe, đặc biệt là bia có nồng độ cồn thấp, ngày càng tăng. 

Luận văn tập trung nghiên cứu phát triển sản phẩm bia nồng độ cồn thấp (dưới 2% v/v) sử dụng chủng nấm men probiotic Saccharomyces boulardii, nhằm tạo ra sản phẩm vừa đáp ứng nhu cầu tiêu dùng vừa mang lại lợi ích sức khỏe. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trong năm 2022, với mục tiêu tạo ra sản phẩm bia có chứa khoảng 5 tỉ tế bào nấm men probiotic trong chai 330mL, đồng thời đảm bảo chất lượng cảm quan và ổn định trong quá trình bảo quản. 

Sản phẩm bia nồng độ cồn thấp này không chỉ góp phần đa dạng hóa thị trường bia mà còn hỗ trợ người tiêu dùng có lối sống lành mạnh, giảm thiểu tác hại của cồn mà vẫn giữ được trải nghiệm thưởng thức bia truyền thống.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Lý thuyết lên men sinh học:** Nghiên cứu quá trình lên men của nấm men Saccharomyces boulardii, đặc biệt khả năng chuyển hóa đường thành cồn và sinh khối trong điều kiện kiểm soát.
- **Mô hình sản xuất bia nồng độ cồn thấp:** Áp dụng kỹ thuật đường hóa ở nhiệt độ cao và lên men theo mẻ cấp dưỡng để kiểm soát lượng cồn tạo thành, đồng thời tăng sinh khối nấm men probiotic.
- **Khái niệm probiotic và lợi ích sức khỏe:** Saccharomyces boulardii là chủng nấm men probiotic duy nhất được chứng minh có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa và tăng cường sức khỏe đường ruột.
- **Chỉ tiêu cảm quan và chất lượng sản phẩm:** Đánh giá độ đắng (IBU), nồng độ cồn, mật độ tế bào nấm men sống, hàm lượng CO2 và mức độ chấp nhận của người tiêu dùng.
- **Quy trình sản xuất bia thủ công và công nghiệp:** So sánh và lựa chọn quy trình phù hợp để sản xuất bia nồng độ cồn thấp có chứa probiotic.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu:** Sử dụng malt Pilsner và Carabelge phối trộn theo tỷ lệ 70/30, hoa houblon Saaz, và chủng nấm men Saccharomyces boulardii phân lập từ chế phẩm Bioflora.
- **Phương pháp phân tích:** 
  - Giải trình tự gen ITS để xác định chủng nấm men.
  - Phân tích hàm lượng đường (maltose, glucose) bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
  - Đo mật độ tế bào nấm men bằng phương pháp đếm trực tiếp.
  - Xác định nồng độ cồn, độ đắng, hàm lượng CO2 bằng các thiết bị chuyên dụng.
  - Đánh giá cảm quan sản phẩm với 120 người thử, sử dụng thang điểm mô tả mức độ ưa thích.
- **Timeline nghiên cứu:** 
  - Phân lập và khảo sát đặc điểm nấm men: 2 tháng.
  - Nghiên cứu kỹ thuật đường hóa và lên men: 4 tháng.
  - Sản xuất thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm 20L và đánh giá chất lượng: 2 tháng.
  - Tổng hợp và báo cáo kết quả: 1 tháng.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Phân lập và đặc điểm nấm men:** Saccharomyces boulardii được xác nhận qua giải trình tự ITS, có khả năng sử dụng glucose tốt nhưng sử dụng galactose kém hơn so với Saccharomyces cerevisiae thông thường. Chủng này chịu được nồng độ cồn đến 5% và độ đắng lên đến 20 IBU, phù hợp cho sản xuất bia nồng độ cồn thấp.
- **Kỹ thuật đường hóa:** Chế độ đường hóa ở 78°C trong 30 phút với tỷ lệ malt Pilsner/Carabelge 70/30 và tỷ lệ malt/nước 1/5 cho dịch đường có nồng độ chất hòa tan 6,56 g/100 mL, tỷ lệ đường lên men được 33,29%, giúp kiểm soát lượng cồn tạo thành.
- **Kỹ thuật lên men:** Lên men theo mẻ cấp dưỡng ở 25°C với mật độ nấm men ban đầu 10^7 tế bào/mL trong 4 ngày tạo ra bia có nồng độ cồn 1,38% v/v và mật độ nấm men sống đạt 2,57×10^7 tế bào/mL sau 6 tháng bảo quản lạnh.
- **Đánh giá cảm quan:** 97,5% trong số 120 người thử cảm quan đánh giá sản phẩm bia đạt mức chấp nhận cao, cho thấy tiềm năng thương mại hóa sản phẩm.

### Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng Saccharomyces boulardii trong sản xuất bia nồng độ cồn thấp là khả thi và mang lại lợi ích sức khỏe nhờ probiotic. Việc áp dụng kỹ thuật đường hóa ở nhiệt độ cao giúp giảm lượng đường lên men, từ đó hạn chế nồng độ cồn trong sản phẩm. Kỹ thuật lên men cấp dưỡng duy trì lượng đường thấp trong môi trường, giúp tăng sinh khối nấm men và giảm cồn tạo thành, đồng thời giữ được các hợp chất tạo hương vị đặc trưng.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng các chủng nấm men khác như Saccharomycodes ludwigii, Saccharomyces boulardii không chỉ tạo ra nồng độ cồn thấp mà còn duy trì được mật độ tế bào probiotic cao, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng và sức khỏe cho người tiêu dùng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong sinh trưởng nấm men, biểu đồ thay đổi nồng độ cồn và đường trong quá trình lên men, cũng như bảng đánh giá cảm quan.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Áp dụng quy trình đường hóa ở 78°C trong 30 phút** với tỷ lệ malt Pilsner/Carabelge 70/30 để tối ưu hóa dịch đường lên men, giảm lượng đường lên men được, hạn chế nồng độ cồn sản phẩm. Thời gian thực hiện: ngay trong quy trình sản xuất, chủ thể: nhà máy bia.
- **Sử dụng kỹ thuật lên men cấp dưỡng** với mật độ nấm men ban đầu 10^7 tế bào/mL và kiểm soát nhiệt độ 25°C để duy trì lượng đường thấp, tăng sinh khối nấm men probiotic. Thời gian: 4 ngày lên men, chủ thể: bộ phận sản xuất.
- **Đóng chai và lên men trong chai** để ổn định chất lượng bia, tăng hàm lượng CO2 và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Thời gian: 4 ngày lên men trong chai, chủ thể: bộ phận đóng gói.
- **Đánh giá chất lượng cảm quan định kỳ** với người tiêu dùng để điều chỉnh công thức và quy trình sản xuất phù hợp với thị hiếu. Thời gian: hàng quý, chủ thể: bộ phận nghiên cứu và phát triển.
- **Xây dựng chiến lược marketing nhấn mạnh lợi ích sức khỏe** của sản phẩm bia nồng độ cồn thấp chứa probiotic nhằm mở rộng thị trường và nâng cao nhận thức người tiêu dùng. Thời gian: 6 tháng đầu sau khi sản phẩm ra mắt, chủ thể: phòng marketing.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Nhà sản xuất bia thủ công và công nghiệp:** Có thể áp dụng quy trình và kỹ thuật lên men để phát triển sản phẩm bia nồng độ cồn thấp, đáp ứng xu hướng tiêu dùng lành mạnh.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm:** Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật lên men và ứng dụng probiotic trong sản xuất thực phẩm chức năng.
- **Chuyên gia dinh dưỡng và y tế công cộng:** Hiểu rõ về lợi ích của sản phẩm bia probiotic nồng độ cồn thấp đối với sức khỏe người tiêu dùng.
- **Nhà quản lý và hoạch định chính sách:** Căn cứ vào nghiên cứu để xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển sản phẩm đồ uống có lợi cho sức khỏe, phù hợp với xu hướng thị trường và quy định pháp luật.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Saccharomyces boulardii là gì và tại sao được chọn để sản xuất bia?**  
Saccharomyces boulardii là chủng nấm men probiotic duy nhất được chứng minh có lợi cho sức khỏe đường ruột, chịu được môi trường axit và muối mật, thích hợp cho sản xuất bia nồng độ cồn thấp nhằm tăng giá trị dinh dưỡng.

2. **Làm thế nào để kiểm soát nồng độ cồn trong bia?**  
Bằng cách áp dụng kỹ thuật đường hóa ở nhiệt độ cao để giảm lượng đường lên men được và sử dụng kỹ thuật lên men cấp dưỡng để duy trì lượng đường thấp trong quá trình lên men, từ đó hạn chế sản sinh cồn.

3. **Sản phẩm bia nồng độ cồn thấp có lợi ích gì cho người tiêu dùng?**  
Ngoài việc giảm tác hại của cồn, sản phẩm còn chứa nấm men probiotic sống giúp hỗ trợ tiêu hóa, tăng cường hệ miễn dịch và cải thiện sức khỏe tổng thể.

4. **Quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp có phức tạp không?**  
Quy trình tương tự như sản xuất bia truyền thống nhưng có điều chỉnh về nhiệt độ đường hóa, tỷ lệ malt và kỹ thuật lên men để kiểm soát nồng độ cồn và duy trì probiotic.

5. **Sản phẩm có thể bảo quản được bao lâu và ở điều kiện nào?**  
Sản phẩm bia nồng độ cồn thấp chứa probiotic có thể bảo quản ổn định ít nhất 6 tháng ở nhiệt độ lạnh 8-10°C, giữ được mật độ nấm men sống và chất lượng cảm quan.

## Kết luận

- Đã phát triển thành công quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp (1,38% v/v) sử dụng nấm men probiotic Saccharomyces boulardii với mật độ tế bào sống đạt 2,57×10^7 tế bào/mL sau 6 tháng bảo quản.  
- Kỹ thuật đường hóa ở 78°C trong 30 phút và lên men cấp dưỡng là phương pháp hiệu quả để kiểm soát nồng độ cồn và tăng sinh khối nấm men.  
- Sản phẩm được đánh giá cao về chất lượng cảm quan với tỷ lệ chấp nhận 97,5% từ người tiêu dùng thử nghiệm.  
- Luận văn góp phần mở rộng nghiên cứu ứng dụng probiotic trong ngành công nghiệp bia, đáp ứng xu hướng tiêu dùng lành mạnh.  
- Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất và phát triển các sản phẩm đa dạng hơn nhằm thương mại hóa và phục vụ thị trường trong nước và quốc tế.

Khuyến khích các nhà sản xuất bia áp dụng quy trình nghiên cứu để phát triển sản phẩm mới, đồng thời tăng cường quảng bá lợi ích sức khỏe của bia nồng độ cồn thấp chứa probiotic đến người tiêu dùng.