Ảnh hưởng của mật số Saccharomyces cerevisiae, hàm lượng chất khô hòa tan và pH đến chất lượng rượu vang khoai lang tím Nhật

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 205 ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT SỐ SACCHAROMYCES CEREVISIAE, HÀM LƯỢNG CHẤT KHÔ HÒA TAN VÀ PH ĐẾN CHẤT LƯỢNG RƯỢU VANG KHOAI LANG TÍM NHẬT Lê Thái Anh Thư*, Bùi Thị Minh Thơ, Nguyễn Thị Anh Thư, Trần Hiếu Nhân Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp *Tác giả liên lạc: lethaianhthudt@gmail.com TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện trên cơ sở khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: (i) mật số nấm men Saccharomyces cerevisiae thuần chủng (105 - 107 tế bào/mL), (ii) hàm lượng chất khô hòa tan của dịch lên men (20 – 24oBrix) và pH dịch lên men (4 - 5) đến chất lượng rượu vang khoai lang tím Nhật tại huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp. Kết quả khảo sát cho thấy, quy trình lên men rượu vang khoai lang tím với mật số nấm men 106 tế bào/mL, với hàm lượng chất khô hòa tan dịch lên men 22% và pH = 4,5 cho kết quả lên men tốt nhất. Kết thúc quá trình lên men chính ở ngày thứ 7; sản phẩm rượu vang khoai lang tím Nhật thành phẩm có hàm lượng ethanol 12,64%, hàm lượng đường sót 4,65%, mùi, vị đặc trưng hợp thị hiếu người tiêu dùng, các chỉ tiêu SO2 và methanol đều đạt theo Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 6-3:2010/BYT). Từ khóa: Chất khô hòa tan, khoai lang tím Nhật, lên men rượu. INFLUENCE OF SACCHAROMYCES CEREVISIAE DENSITY, TOTAL SOLUBLE SOLIDS AND PH ON JAPANESE PURPLE SWEET POTATO WINE QUALITY Le Thai Anh Thu*, Bui Thi Minh Tho, Nguyen Thi Anh Thu, Tran Hieu Nhan Dong Thap Community College *Corresponding Author: lethaianhthudt@gmail.com ABSTRACT This research investigated the effects of (i) populations of Saccharomyces cerevisiae starter (105-107cells/mL), (ii) total soluble solids content (20 - 24oBrix) and pH value (4-5) on Japanese purple sweet potato wine quality at Chau Thanh distric, Dong Thap province. Research results showed that high quality Japanese purple sweet potato wine was produced by using yeast density of 106 cells/mL , 22oBrix (total soluble solid) and pH = 4,5 for fermentation process. After 7 days of main fermentation process, ethanol content of the wine was 12,64%; reducing sugar remaining was 4,65% and sensory evaluation of purple sweet potato wine met consumers demand. Beside that, SO2 and methanol concentrations also met the Vietnamese Standards (QCVN 6-3:2010/BYT). Keywords: Total soluble solids, Japanese purple sweet potato, wine fermentation. TỔNG QUAN Ở Việt Nam, khoai lang (Ipomoea batatas L.) được xem là loại cây lương thực quan trọng đứng thứ tư sau lúa, ngô và sắn (Mai Thạch Hoành và Nguyễn Công Vinh, 2003). Ở ĐBSCL, Đồng Tháp là địa phương có diện tích canh tác khoai lang tím lớn, chủ yếu tập Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 206 trung ở huyện Châu Thành. Thành phần dinh dưỡng chính của khoai lang tím Nhật (Ipomoea batatas L.) là tinh bột, ngoài ra còn có các thành phần khác như: Protein, các vitamin (vitamin C, tiền vitamin A, B1, B2, B6), các chất khóa ng (K, Ca, Mg, P, Fe). Đặc biệt, khoai lang tím chứa nhiều anthocyanin-chất có hoạt tính sinh học cao, có khả năng bảo vệ cơ thể chống lại bệnh rối loạn chức năng gan, tăng huyết áp, rối loạn thị giác; đồng thời anthocyanin cũng được chứng minh là có đặc tính chống viêm, kháng khuẩn, kháng tia cực tím, bảo vệ và làm giảm nguy cơ suy giảm trí nhớ. Ngoài tính năng là một hợp chất sinh học, các sản phẩm thực phẩm có chứa anthocyanin, đặc biệt là rượu vang sẽ cho màu tím hoặc tím đỏ, làm tăng giá trị cảm quan và giá trị sử dụng của thực. Rượu vang là sản phẩm được sản xuất từ các loại củ, quả bằng phương pháp lên men với sự tham gia của nấm men Saccharomyces. Trong rượu vang, ngoài thành phần ethylic còn có những thành phần dinh dưỡng khác như: các vitamin, khóa ng và acid hữu cơ. Do đó, chế biến rượu vang từ nguyên liệu khoai lang tím Nhật ngoài việc đa dạng hóa sản phẩm cho thị trường, mang đến cho người tiêu dùng những cảm nhận tuyệt vời về mùi vị đặc trưng của nguyên liệu khoai. Sản phẩm rượu vang khoai lang tím Nhật còn giúp cơ thể phòng chống được nhiều loại bệnh nhờ hợp chất sinh học anthocyanin, đồng thời giải quyết được nguồn nguyên liệu dồi giàu ở địa phương, tăng giá trị sử dụng cho khoai, tăng thu nhập cho dân, giúp ổn định và phát triển làng nghề là việc làm cần thiết, phù hợp với chủ trương phát triển vùng trồng khoai lang của tỉnh Đồng Tháp. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên vật liệu Khoai lang tím Nhật thu mua tại huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp, vận chuyển về phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm, trường cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp và bảo quản trong tủ mát để dùng cho thí nghiệm. Nấm men Saccharomyces cerevisiae thuần chủng được sử dụng trong thí nghiệm có nguồn gốc từ bộ sưu tập giống vi sinh vật của Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học, Trường Đại học Cần Thơ. Đường, enzyme amylase, acid citric,.. được cung cấp bởi công ty Trách nhiệm hữu hạn Hóa chất - Vật tư Khoa học Kỹ thuật An Khánh (Số 14, lô 43, khu tái định cư Thới Nhựt, Phường An Khánh, Quận Ninh Kiều, Thành phố Cần Thơ). Phương pháp nghiên cứu Các bước thực hiện của quy trình nghiên cứu sản xuất rượu vang khoai lang tím Nhật Khoai lang tím Nhật sau thu mua được loại bỏ củ hư, rửa sạch, hấp chín và nghiền với nước sạch theo tỷ lệ 1 khoai: 2 nước. Quá trình dịch hóa và đường hóa được thực hiện bằng enzyme α-amylase 0,05% (80oC, 40 phút) và γ-amylase 0,1% (60oC, 120 phút) (Nguyễn Thị Mỹ Tuyền và ctv, 2016). Dịch khoai thu được sau khi lọc được điều chỉnh oBrix và pH (như bố trí trong thí nghiệm 2); thanh trùng bằng Na2S2O5 0,01%, 2h. Nấm men Saccharomyces cerevisiae được nuôi tăng sinh đến mật số (như bố trí trong thí nghiệm 1) và bổ sung vào dịch khoai lang tím đã thanh trùng để thực hiện quá trình lên men chính. Tiến hành lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu theo thời gian đã định trước. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của mật số nấm men Saccharomyces cerevisiae đến chất lượng rượu vang khoai lang tím Nhật. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 207 Nhân tố A: Mật số nấm men Saccharomyces cerevisiae (tế bào/mL) A1=105 A2=106 A3=107 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất khô hòa tan và pH dịch lên men đến chất lượng rượu vang khoai lang tím Nhật. Nhân tố B: oBrix B1=20 B2=22 B3= 24 Nhân tố C: pH C1=4 C2=4,5 C3= 5 Phương pháp phân tích, thu thập và xử lý số liệu Bảng 1. Phương pháp phân tích và đo đạc các chỉ tiêu STT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích 1 pH pH kế (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2010) 2 oBrix Chiết quang kế (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2010) 3 Đường, tinh bột (%) Phương pháp đo quang (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2010) 4 Ethanol (%) Cồn kế (Nguyễn Đình Thưởng và Nguyễn Thanh Hằng, 2005) 5 Methanol (mg/L) Phương pháp đo quang (Lê Thanh Mai và ctv, 2007) 6 SO2 (mg/L) Chuẩn độ (Lê Thanh Mai và ctv, 2007) 7 Anthocyanin (mg/100g) Phương pháp pH vi sai (Sandeep et al., 2015) 8 Cảm quan Phương pháp cho điểm Các thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên, số liệu được thu thập và xử lý bằng phần mềm stargraphics XV.1 và Excel. Giá trị tối ưu thu được từ thí nghiệm trước là thông số cố định cho thí nghiệm tiếp theo. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thành phần hóa học trong nguyên liệu khoai lang tím Nhật Thành phần hóa học của khoai lang tı́m Nhật được trı̀nh bày ở bảng 2. Bảng 2. Một số thành phần hóa học trong củ khoai lang tím Nhật Thành phần Đơn vị tính Hàm lượng Tinh bột % 21,54±0,63 Đường khử % 6,05±0,51 Anthocyanin mg/100g 63,38±0,61 Ẩm % 68,73±0,03 Ghi chú: Số liệu là trung bình của 3 lần lặp lại Ảnh hưởng của mật số nấm men Saccharomyces cerevisiae đến chất lượng rượu vang khoai lang tím Nhật Ảnh hưởng của mật số nấm men đến pH sản phẩm rượu vang khoai lang tím Nhật Kết quả thí nghiệm cho thấy, giá trị pH dịch lên men ở cả ba nghiệm thức có mật số nấm men 105, 106 và 107 tế bào/mL đều giảm theo thời gian lên men (hình 1). Trong đó, nghiệm thức có mật số nấm men 105 tế bào/mL có pH giảm đến ngày thứ 9 (3,81), sau đó ổn định đến ngày thứ 10. Riêng nghiệm thức 106 và107 tế bào/mL đều có pH giảm đến ngày thứ 7 (pH = 3,62 và 3,52), sau đó không có sự khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê trong từng nghiệm thức đến ngày thứ 10. Kết quả Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 208 nghiên cứu phù hợp với Bùi Thị Quỳnh Hoa (2010), pH dịch lên men giảm theo thời gian lên men, vì trong quá trình lên men, ngoài sản phẩm chính là rượu ethanol thì CO2 còn có một số acid hữu cơ (chủ yếu acid acetic và acid lactic) cũng được sinh ra, làm giảm pH của dịch lên men. Hình 1. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH của rượu vang khoai lang tím Nhật Ảnh hưởng của mật số nấm men đến độ Brix và hàm lượng ethanol sản phẩm rượu vang khoai lang tím Nhật Kết quả khảo sát ảnh hưởng của mật số nấm men đến độ Brix và hàm lượng ethanol của rượu vang khoai lang tím Nhật cho thấy mật số nấm men có ảnh hưởng đến độ Brix của dịch lên men và hàm lượng ethanol sinh ra. Độ Brix các nghiệm thức có mật số nấm men 105, 106 và 107 tế bào/mL đều giảm, nhưng hàm lượng ethanol tăng dần theo thời gian lên men. Khi kết thúc quá trình lên men, nghiệm thức có mật số nấm men 107 tế bào/mL có độ Brix còn lại (6,68) thấp hơn hai nghiệm thức có mật số nấm men 105 và 106 tế bào/mL (lần lượt là 10,64 và 8,15). Mật số nấm men ít (105 tế bào/mL), lượng ethanol sinh ra thấp (10,33%), độ Brix còn lại cao và thời gian lên men kéo dài hơn (9 ngày). Khi tăng mật số nấm men lên 106 và 107 tế bào/mL, hàm lượng ethanol sinh ra nhiều hơn (12,51% và 14,95%), độ Brix còn lại thấp hơn và thời gian lên men ngắn hơn (7 ngày). Theo Lương Đức Phẩm (2006), khi mật số nấm men thấp, dinh dưỡng trong môi trường được sử dụng cho nấm men tăng sinh khối. Ảnh hưởng của mật số nấm men đến hàm lượng đường sót, methanol, SO2 và anthocyanin sản phẩm rượu vang khoai lang tím Nhật Hàm lượng đường của dịch khoai lang trước lên men là 20,71±0,4%, sau quá trình lên men hàm lượng đường sót ở ba nghiệm thức khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê. Hàm lượng đường sót ở nghiệm thức 105, 106 và 107 tế bào/mL lần lượt là 5,33; 4,73 và 3,51%, điều này cho thấy mẫu rượu được lên men với mật số nấm men càng cao hàm lượng đường sót càng thấp và ngược lại. Kết quả khảo sát cũng cho thấy hàm lượng SO2 và methanol giữa các nghiệm thức sau lên men không có sự khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê và đều thấp hơn giới hạn quy định trong QCVN 6-3:2010/BYT của Bộ Y Tế (SO2<150mg/L, methanol <400mg/L). Anthocyanin của dịch khoai trước khi lên men ở cả ba nghiệm thức là 28,51±1mg/100mL. Sau quá trình lên men, hàm lượng anthocyanin giảm nhẹ và không có sự khác biệt về ý nghĩa thống giữa các nghiệm thức mật có số nấm men 105, 106 và 107 ¬ tế bào/mL, dao động từ 24,49-24,62 mg/100mL. 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.40 4.60 1 3 5 7 9 p H Ngày 10^5 10^6 10^7 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 209 Hang (2008) kết luận rằng oxy là một trong các tác nhân gây ra các phản ứng oxy hóa các hợp sinh học trong rượu vang. Khi có sự hiện diện của oxy sẽ thúc đẩy nhanh phản ứng oxy hóa anthocyanin. Mặt khác, khi tiếp xúc với ánh sáng, bao gồm ánh sáng nhìn thấy được và các nguồn sáng khác, anthocyanin không ổn định dẫn đến hiện tượng thóa i hóa anthocyanin. KẾT LUẬN Nấm men Saccharomyces cerevisiae với mật số 106 tế bào/mL được sử dụng để lên men dịch khoai lang tím Nhật có giá trị pH ban đầu là 4,5 và hàm lượng chất khô hòa tan 22% sẽ cho sản phẩm rượu vang khoai lang tím có chất lượng cao. Kết thúc quá trình lên men chính ở ngày thứ 7, sản phẩm rượu vang có hàm lượng ethanol 12,64%, hàm lượng đường sót 4,65% và giá trị cảm quan được đánh giá cao. Chỉ tiêu chất lượng (SO2, methanol) của rượu đạt yêu cầu theo QCVN 6- 3:2010/BYT của Bộ Y tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO BÙI THỊ QUỲNH HOA (2010). Giáo trình vi sinh Thực phẩm. Trường Đại học Cần Thơ. LƯƠNG ĐỨC PHẨM (2006). Nấm men công nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. MAI THẠCH HOÀNH VÀ NGUYỄN CÔNG VINH (2007). Giống và Kỹ thuật thâm canh cây có củ. Nhà xuất bản Nông nghiệp. NGUYỄN CÔNG HÀ, LÊ NGUYỄN ĐOAN DUY VÀ BÙI THỊ HUỲNH HOA ( 2014). Công nghệ sản xuất rượu, bia và nước giải khát. Nhà xuất bản Trường Đại học Cần Thơ. NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY, TRẦN THỊ LAN HƯƠNG VÀ NHỮ THỊ NHUNG (2007). Giáo trình công nghệ bảo quản và chế biến rau quả. Nhà xuất bản Hà Nội.