Phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghiệp chế biến

Thứ ba, 16/10/2018 | 10:24

Thứ ba, 16/10/2018 | 10:24

Công nghệ

Cập nhật lúc 02:20 ngày 11/10/2018

Nghiên cứu lên men giấm nước dừa (Cocos Nucifera) bằng vi khuẩn Acetobacter Indonesiensis

ThS. NGUYỄN PHÚ THỌ (Khoa Nông nghiệp - Tài nguyên thiên nhiên, Trường Đại học An Giang)
TÓM TẮT:
Đề tài nghiên cứu thu lên men giấm nước dừa (Cocos nucifera) bằng vi khuẩn Acetobacter indonesiensis được thực hiện nhằm mục tiêu nghiên cứu qui trình sản xuất giấm từ nước dừa khô dựa trên các nghiên cứu: ảnh hưởng của nồng độ ethanol; ảnh hưởng của pH ban đầu và ảnh hưởng của mật số vi khuẩn Acetobacter indonesiensis đến hàm lượng acid acetic sinh ra theo thời gian lên men. Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ ethanol 4% cho hàm lượng acid sinh ra cao nhất trong quá trình lên men. Giá trị pH thích hợp cho quá trình lên men giấm dao động trong khoảng pH 5,0 - 5,5 là tốt nhất. Mật số vi khuẩn Acetobacter indonesiensis bổ sung thích hợp cho quá trình lên men là 107 CFU/mL. Thời gian lên men 7 - 8 ngày thì hàm lượng acid tạo ra đạt hiệu suất cao.
Từ khoá: Giấm, Acetobacter indonesiensis, nước dừa lên men.
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là nước có truyền thống sản xuất các loại thực phẩm bằng phương pháp lên men từ lâu đời như giấm, nước tương, nước mắm, chao, rượu… Trong đó, giấm là một loại thực phẩm được sử dụng có ý nghĩa rất cần thiết trong đời sống. Từ xưa, giấm đã được sử dụng rộng rãi trong ẩm thực như là một loại gia vị không thể thiếu. Ngày nay, giấm còn được sử dụng trong bảo quản thực phẩm, tiêu diệt các vi sinh vật và độc tố, thúc đẩy tiêu hóa và có khả năng chống lão hóa, điều trị các vấn đề về da và khử mùi hôi trên cơ thể... Và được ứng dụng trong y học như một tác nhân làm đông máu, tăng cường chức năng gan, thận.
Ở Việt Nam, quá trình lên men giấm sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu tự nhiên vốn có như chuối, dứa, rượu ngũ cốc, mạch nha… hình thành nên các sản phẩm giấm đặc trưng như giấm gạo, giấm trắng, giấm rượu, giấm táo, giấm trái cây… mang hương vị thơm ngon, bổ dưỡng. Tuy nhiên, giấm được sản xuất theo truyền thống chủ yếu sản xuất ở quy mô nhỏ lẻ, mất nhiều thời gian, chất lượng không ổn định, giá thành lại đắt hơn so với giấm tổng hợp, nên ít được sản xuất ở quy mô lớn.
Việc tìm một nguồn nguyên liệu mới có giá thành rẻ, cho năng suất và hiệu quả cao là rất có ý nghĩa ở giai đoạn hiện tại. Trong số đó có thể kể đến việc tận dụng các nguồn phụ phẩm từ dừa để lên men giấm nhằm tạo ra sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, tốt cho sức khỏe, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng, mở ra một hướng đi mới có nhiều tiềm năng.
Do đó, đề tài: “Nghiên cứu lên men giấm nước dừa (Cocos nucifera) bằng vi khuẩn Acetobacter indonesiensis” nhằm tìm ra quy trình sản xuất giấm mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế và chất lượng ổn định, an toàn cho người sử dụng là việc rất cần thiết.
2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Nước dừa già được mua tại chợ Mỹ Xuyên, TP. Long Xuyên, tỉnh An Giang. Chủng vi khuẩn Acetobacter indonesiensis của phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học, Đại học An Giang.
Môi trường dùng để nuôi nhân giống vi khuẩn Acetobacter indonesiensis gồm có các thành phần: Yeast extract: 10g; Glucose: 100g; Ethanol: 15ml (sử dụng cồn 96o); Nước cất định mức lên 1.000ml.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol: Nước dừa khô được bổ sung đường với độ Brix bằng 5, sau đó thanh trùng và để nguội. Bổ sung ethanol nguyên chất (96%) theo các tỷ lệ 0%, 2%, 4%, 6%, 8% (v/v). Chỉnh pH = 5 bằng acid acetic. Chủng giống vi khuẩn Acetobacter indonesiensis với mật số 107 CFU/ml. Tiến hành lên men trong điều kiện lắc 50 vòng/phút nhằm tạo điều kiện hiếu khí. Theo dõi hàm lượng acid acetic của dịch lên men theo thời gian.
Ảnh hưởng của pH ban đầu trong quá trình lên men giấm nước dừa: Nước dừa khô được bổ sung đường với độ Brix bằng 5, sau đó thanh trùng và để nguội. Bổ sung ethanol nguyên chất (96%) với tỷ lệ 4% (v/v). Chỉnh pH ở các giá trị đối chứng; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0 bằng acid acetic. Chủng giống vi khuẩn Acetobacter indonesiensis với mật số 107 CFU/ml. Tiến hành lên men trong điều kiện lắc 50 vòng/phút nhằm tạo điều kiện hiếu khí. Theo dõi thay đổi hàm lượng acid acetic của dịch lên men theo thời gian.
Ảnh hưởng mật số vi khuẩn Acetobacter indonesiensis: Nước dừa khô được bổ sung đường với độ Brix bằng 5, sau đó thanh trùng và để nguội. Bổ sung ethanol nguyên chất (96%) với tỷ lệ 4% (v/v). Chỉnh pH = 5 bằng acid acetic. Chủng giống vi khuẩn Acetobacter indonesiensis ở các giá trị đối chứng (không bổ sung vi khuẩn), 107 CFU/mL, 108 CFU/mL, 109 CFU/ml. Tiến hành lên men trong điều kiện lắc 50 vòng/phút nhằm tạo điều kiện hiếu khí. Theo dõi thay đổi pH và hàm lượng acid acetic của dịch lên men theo thời gian.
Xác định hàm lượng acid acetic: Dùng hơi nước lôi kéo acid bay hơi sau đó cho ngưng tụ và chuẩn độ bằng NaOH 0.1 N với chỉ thị màu phenolphtalein.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến quá trình lên men giấm nước dừa
Ethanol là một cơ chất cần thiết cho quá trình lên men giấm. Hàm lượng ethanol trong lên men giấm thay đổi từ 2 - 10% thể tích tùy theo phương pháp lên men. Do đó thí nghiệm đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của ethanol đến quá trình lên men và theo dõi hàm lượng acid acetic sinh ra. Kết quả Hình 1 cho thấy nồng độ ethanol có ảnh hưởng đến hàm lượng acid sinh ra theo thời gian. Hàm lượng acid tăng dần theo thời gian khi tăng nồng độ ethanol từ 2%, 4%, và 6%.
 
Ở mẫu không bổ sung ethanol (nồng độ ethanol = 0%) thì hàm lượng aicd tăng đến ngày thứ 3 và giảm dần ở các ngày sau đó là do vi khuẩn đã sử dụng hết lượng ethanol tự nhiên có trong dung dịch, vì vậy chúng tiếp tục thực hiện quá trình oxy hóa, lúc này vi khuẩn sẽ sử dụng lượng acid tạo ra như là một cơ chất để chuyển hóa thành CO2 và H2O làm giảm chất lượng của giấm.
Riêng ở nồng độ ethanol = 2% và 4% thì lượng acid sinh ra cao, do ở nồng độ ethanol này vi khuẩn thích ứng nhanh với môi trường. Nồng độ ethanol thấp kích thích sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn (Nguyễn Đức Lượng và ctv, 2004), do đó lượng acid sinh ra nhiều. Tại thời điểm vào ngày lên men thứ 7 thì lượng acid trung bình cao nhất. Tuy nhiên, khi thời gian kéo dài đến ngày thứ 8 thì hàm lượng acid sinh ra ở nồng độ ethanol 2% lại giảm do cạn kiệt cơ chất lên men.
Nhìn chung ở nồng độ ethanol 6% thì đường đồ thị biểu diễn hàm lượng acid biến động cũng khá giống với nồng độ 2% và 4% nhưng lượng acid tạo ra không bằng ở nồng độ 2% và 4%, cao hơn so với nồng độ ethanol 0% và ethanol 8%. Do đó với lượng ethanol 6% thì lượng acid tạo ra sẽ không đạt hiệu quả cao trong quá trình lên men.
Nồng độ ethanol 8% thì lượng acid tạo ra không cao. Ta nhận thấy trong dung dịch chiếm 8% ethanol, lượng acid tạo thành rất thấp do chất nền ethanol cao đã ức chế hoạt động của vi khuẩn acid acetic. Do đó, nồng độ này không thích hợp cho quá trình lên men giấm.
Như vậy nồng độ ethanol 4% là thích hợp cho quá trình lên men giấm nước dừa vì lượng acid tạo ra với hàm lượng cao và ổn định. So với nghiên cứu Nguyễn Thị Mai Hiền và Nguyễn Minh Thùy, kết quả nghiên cứu này cũng khá tương đồng về nồng độ ethanol thích hợp cho quá trình lên men giấm. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Mai Hiền và Nguyễn Minh Thùy (2014), kết luận rằng nồng độ ethanol 5% thích hợp cho quá trình lên men giấm vang và nồng độ ethanol 9% sẽ ức chế họat động của vi khuẩn acetic và acid sinh ra thấp.
3.2. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH ban đầu trong quá trình lên men giấm nước dừa
pH ban đầu là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men giấm. pH thích hợp sẽ thúc đẩy sự phát triển sinh khối và khả năng tổng hợp acid acetic. Thí nghiệm đã thực hiện lên men nước dừa ở các pH ban đầu khác nhau.
 
Dựa vào kết quả ghi nhận được ở Hình 2, hàm lượng acid tăng dần theo thời gian lên men. Thời gian càng lâu, hàm lượng acid tạo ra càng cao; hàm lượng acid đạt giá trị cực đại ở ngày thứ 8, tuy nhiên sang ngày thứ 9 thì hàm lượng acid có xu hướng bắt đầu giảm dần. Khả năng sinh acid ở các giá trị pH là khác nhau, tuy nhiên trong 4 ngày đầu vi khuẩn cần thích nghi với môi trường nên hàm lượng acid tăng chậm,từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 8 vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng mạnh mẽ nên hàm lượng acid tạo ra nhiều.
Cụ thể trong ngày thứ 8, ở giá trị pH = 5,0 hàm lượng acid đạt giá trị cao nhất là 2,87 g/100ml và pH = 5,5 đạt 2,75 g/100ml. Đối với các giá trị pH còn lại thì hàm lượng acid tạo ra thấp hơn.
Như vậy giá trị pH thích hợp cho quá trình lên men giấm nước dừa là 5,0. So với công bố của Nguyễn Trương Bảo Trân thì pH = 5,5 là tối thích để vi khuẩn phát triển và khoảng thích hợp cho hầu hết các chủng lên men giấm từ 4,5 - 6,0. Vì các chủng vi khuẩn khác nhau sẽ có độ hoạt động pH rộng hẹp khác nhau. Kết quả nghiên cứu này là cũng hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu của Phạm Hồng Quang, Nguyễn Văn Sơn và Lê Thị Mỹ Xuyên (2014) là vi khuẩn acetic có thể lên men tốt trong khoảng pH = 5,0 - 5,5.
3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng mật số vi khuẩn Acetobacter indonesiensis đến quá trình lên men giấm nước dừa
Mật số vi khuẩn cũng được xem là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men. Ở lượng vi khuẩn quá cao hay quá thấp đều không tốt cho quá trình lên men. Trong quá trình lên men, mật số chủng giống bổ sung cao thì thời gian lên men có thể rút ngắn và ngược lại. Kết quả thí nghiệm Hình 3 cho thấy ảnh hưởng của mật số vi khuẩn đến hàm lượng acid tạo ra theo thời gian trong quá trình lên men giấm. Trong khoảng 3 ngày đầu lượng acid acetic có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ vi khuẩn bổ sung. Mẫu có tỷ lệ vi khuẩn bổ sung cao có lượng acid tăng nhanh hơn mẫu có tỷ lệ vi khuẩn bổ sung thấp.
 
Ngày đầu tỷ lệ 109 CFU/ml có lượng acid cao hơn tỷ lệ 108 CFU/ml và 107 CFU/ml. Đến ngày thứ 5 thì lượng acid tăng mạnh ở mỗi giá trị tỷ lệ vi khuẩn bổ sung. Tuy nhiên, khi sang ngày thứ 9 thì hầu hết lượng acid ở các tỷ lệ vi khuẩn bổ sung có xu hướng giảm. Hàm lượng acid bắt đầu giảm mạnh vào ngày thứ 9 do khi đó nguồn dinh dưỡng trong dung dịch không đủ để vi khuẩn phát triển, vì vậy chúng sử dụng lượng acid tạo ra như là một cơ chất để tiếp tục thực hiện quá trình oxy hóa. Như vậy, để đạt hiệu suất lên men tốt nhất, ta nên kết thúc quá trình lên men trước giai đoạn này.
Dựa vào sự tương quan giữa mật số vi khuẩn đến hàm lượng acid tạo ra trong quá trình lên men chúng tôi nhận thấy ở mật độ vi khuẩn bổ sung ban đầu trong khoảng 107 CFU/mL thì hàm lượng acid tạo ra nhiều, mang hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí sản xuất.
4. Kết luận
Từ các kết quả thí nghiệm thu được của đề tài nghiên cứu lên men giấm nước dừa (Cocos nucifera) bằng vi khuẩn Acetobacter indonesiensis, chúng tôi rút ra kết luận nồng độ ethanol bổ sung là 4% cho hàm lượng acid sinh ra cao nhất trong quá trình lên men giấm nước dừa. Giá trị pH thích hợp cho quá trình lên men giấm là 5,0. Mật số vi khuẩn bổ sung cho hàm lượng acid cao nhất trong quá trình lên men là mật độ 107 CFU/ml. Thời gian lên men dao động trong khoảng 7 - 8 ngày thì hàm lượng acid tạo ra đạt hiệu suất cao ■
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Nguyễn Đức Lượng (2007), Công nghệ vi sinh (Tập 2), Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
2. Nguyễn Thị Mai Hiền và Nguyễn Minh Thùy (2014), “Tương quan giữa hàm lượng acid acetic sinh ra và ethanol, đường, mật số vi khuẩn Acid acetic trong sản xuất giấm vang chuối”, Tạp chí Khoa học Nông nghiệp, (Số 1), tr. 76 - 83.
3. Nguyễn Trương Bảo Trân (2007), Chọn giống vi khuẩn và khảo sát một số điều kiện lên men acetic để làm giấm trái cây, Luận án thạc sĩ chuyên ngành vi sinh vật học, Trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh.
4. Phạm Hồng Quang, Nguyễn Văn Sơn và Lê Thị Mỹ Xuyên (2014), “Phân lập, tuyển chọn nấm men và vi khuẩn acid acetic thử nghiệm lên men trà thủy sâm (Kombucha)”, Tạp chí Khoa học Nông nghiệp, Thủy sản và Công nghệ Sinh học, (Số 34), tr. 12 - 19.

Nguồn Tạp chí Công Thương
lên đầu trang