Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52(5C) (2014)

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÊN MEN DẤM GẠO THƠM THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CHÌM TỪ PHỤ PHẨM CỦA QUÁ

TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO

Đỗ Thị Kim Loan1,*, Nguyễn Thị Việt Anh2, Lê Đức Mạnh2, Bùi Thị Thúy Hà2

1Trường Cao đẳng Công nghệ và Kinh tế Hà Nội, Sóc Sơn, Hà Nội2Viện Công nghiệp thực phẩm, 301-Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

*Email: loantp80@yahoo.com.vn

Đến Tòa soạn: …/09/2014, Chấp nhận đăng: 25/11/2014

TÓM TẮT

Chủng vi khuẩn acetic Komagataeibacter saccharivorans A2có khả năng chịu cồn và acid cao được sử dụng để lên men dấm trên môi trường bổ sung dịch bã rượu. Chúng tôi đã nghiên cứu và lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình lên men là: 6% (vol./vol.) cồn đầu, 6g/l acid acetic, cao nấm men bổ sung 0,75g/l và nhiệt độ 30oC. Điều kiện lên men này được thử nghiệm sản xuất dấm từ dịch bã rượu theo phương pháp lên men chìm sục khí, bổ sung dần cồn đến 9% (vol./vol.)đã đạt được 8,11% (w/w) acid acetic với hiệu suất lên men đạt 82,19%. Đồng thời, thành phần các chất thơm trong sản phẩm dấm lên men trên môi trường bổ sung dịch bã rượu được chúng tôi xác định bằng phương pháp GC-MS, cho thấy 19 cấu tử dễ bay hơi thuộc nhóm các hợp chất ester, acid cacboxylic, alcohol. Các hợp chất này có thể tạo hương vi đặc trưng cho sản phẩm dấm gạo lên men. Trong đó, có 3 hợp chất: acid acetic, phenylethyl alcohol và acetic acid 2-phenylethyl ester có mặt trong thành phần các chất thơm của dấm gạo đen Nhật Bản và dấm vang đỏ.

Từ khóa: các hợp chất dễ bay hơi của dấm, dấm gạo, Komagataeibacter, lên men acid acetic, lên men chìm.

1. MỞ ĐẦU

Dấm gạo, loại dấm được tiêu dùng phổ biến và phù hợp với khẩu vị của người Việt, có xuất xứ từ hai nguồn khác nhau: pha chế từ acid acetic tinh khiết và sản phẩm của quá trình lên men acid acetic. Dấm pha chế có thành phần chính là acid acetic và một số thành phần phụ khác nhưng hương vị kém dấm lên men.Ở Việt Nam, dấm lên men được sản xuất chủ yếu theo phương pháp lên men bề mặt, chưa có cơ sở nội địa sản xuất dấm theo phương pháp lên menchìm qui mô công nghiệp; trong khi phương pháp này được nghiên cứu và ứng dụng phổ biến để sản xuất dấm trên thế giới [1]. Hương thơm đặc trưng của dấm liên quan đến thành phần các hợp chất dễ bay hơi từ nguyên liệu và được hình thành trong quá trình lên men. Một số nghiên cứu trên thế giới cho thấy thành phần các hợp chất dễ bay hơi trong các loại dấm có sự khác biệt. Chẳng hạn, trong dấm vang đỏ có khoảng 57 cấu tử chất thơm được xác định gồm các

Đỗ Thị Kim Loan, Nguyễn Thị Việt Anh, Lê Đức Mạnh, Bùi Thị Thúy Hà

nhóm: ethyl ester, acetic ester, alcohol, acid, acetoin và một số hợp chất khác [2]; với dấm gạo đen của Nhật, acid acetic, isoamyl acetate, phenethyl acetate và phenethyl alcohol là những cấu tử có ảnh hưởng lớn đến hương thơm [3]. Xây dựng qui trình sản xuất dấm trên môi trường bổ sung dịch bã rượu nhằm tận dụng triệt để nguồn phế phẩm có giá trị, góp phần giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường từ các cơ sở sản xuất rượu gạo và tạo ra sản phẩm dấm có chất lượng tốt, hương thơm đặc trưng.Trong khuôn khổ bài báo, chúng tôi trình bày kết quả lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình lên men dấm bởi chủng Komagataeibacter saccharivorans A2; thử nghiệmtrên thiết bị lên men phòng thí nghiệm theo phương pháp chìm và đánh giá thành phầncác hợp chất dễ bay hơi trong dấm gạo.

2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên vật liệu

- Dịch bã rượu thu nhận từ qui trình sản xuất rượu gạo qui mô công nghiệp với công suất 1.500 kg/mẻ của Viện Công nghiệp Thực phẩm.

- Chủng giống vi khuẩn acetic: Komagataeibacter saccharivorans A2 thuộc Bộ Sưu tập vi sinh vật công nghiệp của Viện Công nghiệp Thực phẩm.Chi Komagataeibacter là một chi mới công bố năm 2012 trong hệ thống cây phân loại vi khuẩn acetic; được thiết lập trên cơ sở tách ra một số loài thuộc chi Gluconacetobacter bảo đảm độ an toàn cho lên men dấm cho con người.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp công nghệ

- Dịch bã rượu thu nhận sau quá trình chưng cất được thủy phân tinh bột bằng enzyme amylase (Novo), sau đó pha với nước theo tỉ lệ 1:3 và bổ sung đường, cao nấm men, khoáng vi lượng. Môi trường được thanh trùng ở nhiệt độ 110 °Ctrong 15 phút và làm nguội nhanh tới nhiệt độ lên men. Bổ sung cồn, acid acetic và giống vi khuẩn acetic với tỷ lệ giống >108 cfu/ml.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ cồn đầu, nồng độ acid, nồng độ cao nấm men đến quá trình lên men dấm trong bình tam giác 1000 ml với 200 ml dịch, lắc 200 vòng/phút.

- Thử nghiệmlên mendấm theo phương pháp chìm trên thiết bị lên men phòng thí nghiệm Lambda 1lít, tốc độ khuấy 5Hz, nồng độ oxy hòa tan 5 mg/l, lưu lượng dòng khí 3,0 lít/phút; bổ sung cồn 0,5% (vol/vol)/lần trong quá trình lên men vào các thời điểm 36 giờ, 48 giờ, 60 giờ, 72 giờ, 84 giờ và 96 giờ.

2.2.2. Các phương pháp phân tích hóa học, hóa lý và cảm quan [4-6]

- Hàm lượng acid tổng số (% w/wtheo acid acetic): theo phương pháp chuẩn độ acid-bazơ với dung dịch chuẩn NaOH 0,1Nchỉ thị phenolphtalein trên hệ thống buret bán tự động.

- Hàm lượng cồn (% thể tích): theo phương pháp đo nhiệt độ sôi của dung dịch trên thiết bị Salleron Dujardin Paris.

- Đánh giá chất lượng hương thơm của dấm theo phép thử cho điểm (thang 6 điểm) bởi hội đồng cảm quan gồm 12 thành viên và xử lý số liệu bằng phân tích phương sai ANOVA.

2.2.3. Phương pháp xác định các hợp chất tạo hương [3]

2

Nghiên cứu kỹ thuật lên men dấm gạo thơm theo phương pháp lên men chìm…

Xử lý mẫu theo phương pháp chiết bằng dung môi n-hexan và cất bằng máy cô quay chân không để thu hỗn hợp chất thơm. Phân tích thành phần hỗn hợp chất thơm theo phương pháp sắc ký khí khối phổ GC-MS: loại cột DB5, kích thước cột: 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm; chương trình nhiệt: 40 °C/3 phút – 150 °C/ 6 phút – 190 °C/ 6 phút – 230 °C/ 5 phút; nguồn ion hóa 70 eV, nhiệt độ 200 °C; buồng ion hóa 230 °C; vận tốc dòng khí 35 cm/giây; thể tích mẫu bơm 0,2 µl.

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu điều kiện lên men thích hợp cho sản xuất dấm gạo bằng phương pháp lên men chìm từ dịch bã rượu gạo (nhiệt độ lên men, nồng độ cồn ban đầu, nồng độ acid ban đầu, nồng độ cao nấm men)

Trong các nghiên cứu trước, chủng vi khuẩn acetic Komagataeibacter saccharivorans A2 được đánh giá có khả năng chịu nồng độ cồn cao (tới 10 % vol/vol), nồng độ acid cao (tới 10 % w/w) và chịu nhiệt tốt (tới 40 oC). Đó là những đặc điểm thuận lợi để ứng dụng chủng vi khuẩn này ra sản xuất công nghiệp. Với mục tiêu ứng dụng đó và kết hợp tận dụng triệt để phế phụ phẩm có giá trị, chúng tôi đã nghiên cứu xây dựng qui trình lên men chìm sản xuất dấm gạo chất lượng cao từ dịch bã thải trong sản xuất rượu gạo. Trong đó, các yếu tố nhiệt độ, nồng độ cồn, acid ban đầu, hàm lượng protein (cao nấm men) được xác định tại điểm thích hợp nhất cho quá trình lên men tạo nồng độ acid cao(Hình 3.1, 3.2, 3.3 và 3.4).

Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men dấm.

Hình 3.2. Ảnh hưởng của cồn đầu đến quá trình lên men dấm.

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ acid ban đầu đến quá trình lên men acetic.

3

Đỗ Thị Kim Loan, Nguyễn Thị Việt Anh, Lê Đức Mạnh, Bùi Thị Thúy Hà

Hình 3.4. Ảnh hưởng của caonấm men bổ sung đến quá trình lên men acetic.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, quá trình chuyển hóa ethanol thành acid acetic trên môi trường cơ bản bổ sung dịch bã rượu đạt cao nhất tại điều kiện: nhiệt độ 30 oC, nồng độ cồn ban đầu 6 % (v/v), nồng độ acid đầu 6 g/l (theo acid acetic), nồng độ cao nấm men bổ sung 0,75 g/l. Với thí nghiệm lên men lắc trong bình tam giác 1000 ml (200 ml dịch lên men), quá trình lên men dấm kết thúc sau7 ngày và hàm lượng acid tổng số đạt 5,88-5,97 %. Khả năng chuyển hóa acid acetic của chủng A2 trên môi trường dịch bã rượu là cao so với một số công bố trước đây; ví dụ, chủng Acetobacter sp. RKP4, lên men lắc tốc độ 200 v/phút trong bình tam giác 500 ml chứa 50 ml dịch đạt cực đại 47,4 g/l acid acetic sau 48 giờ [4]. Như vậy, có thểđánh giá chủng Komagataeibacter saccharivorans A2của chúng tôi là một chủng vi khuẩn acetic có tiềm năng, có thể ứng dụng cho sản xuất dấm gạo từ bã thải rượu gạo đạt hiệu suất chuyển hóa acid cao.

3.2. Hoàn thiện quy trình lên men dấm gạo từ phếphụ phẩm của quá trình sản xuất rượu

.................................................

3.3. Đánh giá thành phần hợp chất dễ bay hơi của dấm gạo lên men từ dịch bã rượu

………………………...

4. KẾT LUẬN

Kết quả nghiên cứu cho thấycó thể tận dụng dịch bã thải từ qui trình sản xuất rượu gạo để sản xuất dấm gạo lên men có chất lượng cao bởi chủng Komagataeibacter saccharivorans A2. Với điều kiện lên men thích hợp đã nghiên cứu và lựa chọn, qui trình sản xuất dấm qui mô phòng thí nghiệm đạt hiệu suất 82 % với nồng độ acid acetic 8,1 %. Sản phẩm dấm gạo lên men được đánh giá có hương thơm đặc trưng, có chứa mốt số thành phần hợp chất dễ bay hơi đóng vai trò tạo hương tương tự một số loại dấm thơm trên thế giới như dấm gạo đen, dấm vang đỏ. Một số hợp chất aldehyde, ester, acid béo khác biệt được tìm thấy trên sản phẩm dấm thí nghiệm so với các sản phẩm dấm đã công bố. Những hợp chất này có thể sẽ tạo ra hương vị đặc trưng riêng cho dấm mà chúng tôi nghiên cứu.

Để ứng dụng sản xuất dấm lên men từ nguồn dịch bã rượu theo phương pháp lên men chìm kết hợp sục khí qui mô công nghiệp có hiệu quả, chúng tôi tiếp tục khảo sát tính ổn định của quá trình lên men với qui mô lớn hơn. Việc cải biến chủng giống vi khuẩn acetic Komagataeibacter saccharivorans A2để phát triển nguồn gen quý nhằm năng cao khả năng sinh acid và có thể lên men ở nhiệt độ phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam cũng là vấn đề chúng tôi đang quan tâm.

4

Nghiên cứu kỹ thuật lên men dấm gạo thơm theo phương pháp lên men chìm…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hutkins, Robert W - Vinegar Fermentation. Microbiology and Technology of Fermented Foods (1st edn). USA : Blackwell, 2006, pp. 398–399.

2. CallejonR.M., Tesfaye W.,- Volatile compounds in red wine vinegars obtained by submerged and surface acetification in different woods, Food chemistry 113 (2009) 1252-1259.

3. Su-Won Lee, Sung-Ran Yoon, Gui-Ran Kim, Seung-Mi Woo, Yong-Jin Jeong, Soo-Hwan Yeo, and Joong-Ho Kwon - Effect of Nuruk and Fermentation Method on Organic Acid and Volatile Compounds in Brown Rice Vinegar, Food Sci. Biotechnol 21(2) (2012) 453-460.

4. Jin-Nam Kim, Jong-Sok Choo, Young-Jung Wee - Culture Medium Optimization for Acetic Acid Production by a Persimmon Vinegar-Derived Bacterium, Applied Biochemistry and Biotechnology 1 (2005) 121-124.

5. Lê Thanh Mai- Các phương pháp phân tích trong ngành công nghệ lên men, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005, tr.149-150.

6. Hà Duyên Tư – Kỹ thuật phân tích cảm quan thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2010, tr.56-62.

7. Pinhas Z.Margalith, Charles C Thomas -Flavor microbiology. USA : Charles C Thomas Publisher, 1981.

8. Pretorius, M. L - Yeast DNA its Importance to Wine Aroma, S. Afr. J. Enol. Vitic 21 (2000) 97-129.

9. Yongsheng Tao, H. L - Volatile compounds of young Cabernet Sauvignon red wine from Changli County (China), Journal of Food Composition DNA Analysis 21 (2008) 689– 694.

ABSTRACT

RICE VINEGAR PRODUCTION USING SUBMERGED FERMENTATION METHOD FROM BY-PRODUCT OF RICE SPIRIT PRODUCTION PROCESS

Do Thi Kim Loan1,*, Nguyen Thi Viet Anh2, Le Duc Manh2, Bui Thi Thuy Ha2

1Hanoi College of Technology and Economics, Socson, Hanoi2Food Industries Research Institude, 301-Nguyentrai, Thanhxuan, Hanoi

*Email: loantp80@yahoo.com.vn

Acid acetic bacteria, strain Komagataeibacter saccharivorans A2 with high alcohol and acetic acid resistance have been used in a fermentation medium supplemented by-product of rice spirit production process. The fermentation suitable conditions found in the study as follows: 6% (vol./vol.) initial alcohol, 6g/l acid acetic, 0.75g/l additional yeast extract, temperature 30 oC. The experimental alcohol fermentation for vinegar production in the experimental equipment by submerged fermentation method with additional alcohol 9% (vol./vol.) yields a vinegar with 8.11% (w/w) acetic acid and 82.19% yield. Volatile compounds obtainable from the above fermentation process comprise of 19 compounds which are classified as ester, carboxylic acid, alcohol as measured by GC-MS. These compounds give the characteristic flavor and aroma to

5

Đỗ Thị Kim Loan, Nguyễn Thị Việt Anh, Lê Đức Mạnh, Bùi Thị Thúy Hà

vinegar. Of which, acid acetic, phenylethyl alcohol and acetic acid 2-phenetyletyl ester also are components which give odor of Japanese Brown rice vinegar and red wine vinegar.

Keywords:Acetic acid fermentation, Komagataeibacter, rice vinegar, submerged fermentation, volatile compounds of vinegar.

6