Đề tài: Nghiên cứu sản xuất sản phẩm rau quả muối chua ở quy mô lớn

Chia sẻ: 123share | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

435
lượt xem 79
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay ở nước ta các sản phẩm rau quả muối chua chủ yếu được sản xuất ở mức độ thủ công, lên men tự nhiên và mới bắt đầu sản xuất công nghiệp ở qui mô nhỏ. Do đó năng suất thấp, chất lượng không đồng đều, có độ rủi ro cao, thời gian sử dụng ngắn. Vấn đề đặt ra hiện nay là phải tạo ra những sản phẩm rau quả muối có chất lượng ổn định, đồng đều, có thời gian bảo quản lâu và sản xuất với năng suất lớn. Đề tài: Nghiên cứu sản xuất sản phẩm rau quả muối chua ở quy mô lớn dưới đây là xuất phát từ những yêu cầu trên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Nghiên cứu sản xuất sản phẩm rau quả muối chua ở quy mô lớn

MỞ ĐẦU Rau quả là những thức ăn thiết yếu của con người. Rau quả cung cấp cho con người những thành phần quan trọng như: protein, lipit, vitamin, mu ối khoáng, axit hữu cơ, chất thơm và chất xơ ...Rau quả được sử dụng dưới hai hình thức là rau quả ăn tươi, xào hoặc nấu và rau quả muối chua. Đời s ống ngày càng cao thì nhu cầu về rau quả càng phong phú và đa dạng, đ ủ v ề số lượng, tốt về chất lượng và an toàn đối với con người. Rau quả muối chua là những sản phẩm chế biến từ rau quả, bằng cách làm cho đường có sẵn trong nguyên liệu hoặc đường bổ sung thêm vào chuyển hóa thành axit lactic do quá trình lên men lactic bởi các vi khuẩn lactic. Axit lactic và các sản phẩm khác của quá trình lên men lactic tạo cho s ản ph ẩm rau quả muối chua hương vị đặc trưng. Ngoài ra axit lactic có kh ả năng ức chế hoạt động của nhiều loại vi sinh vật gây hư hỏng sản ph ẩm do đó rau qu ả muối chua có thể bảo quản lâu ngày. Vì vậy có thể nói rau quả muối chua là nhu cầu không thể thiếu được của người dân Việt Nam. Các sản phẩm rau quả muối chua như rau cải bẹ, cà muối, su hào muối, bắp cải muối ... đó là những sản phẩm truyền thống được nhân dân ta sử dụng từ rất lâu đời, nó phù hợp với khẩu vị và món ăn của người Việt Nam. Những nguyên liệu dùng để muối chua như cải bẹ, cà pháo, cà bát, su hào, bắp c ải... đều là những nguyên liệu có thể trồng quanh năm, năng suất cao, dễ tr ồng và thời gian trồng ngắn. Hiện nay ở nước ta các sản phẩm rau quả muối chua chủ yếu được sản xuất ở mức độ thủ công, lên men tự nhiên và mới bắt đầu s ản xuất công nghiệp ở qui mô nhỏ. Do đó năng suất thấp, chất lượng không đồng đều, có độ rủi ro cao, thời gian sử dụng ngắn. Vấn đề đặt ra hiện nay là phải tạo ra những sản phẩm rau quả muối có chất lượng ổn định, đồng đều, có thời gian bảo quản lâu và sản xuất với năng suất lớn. Xuất phát từ những yêu cầu trên chúng tôi đã đi sâu “ Nghiên cứu sản xuất sản phẩm rau quả muối chua ở quy mô lớn” Mục tiêu chính của chúng tôi là : 1
1/ Từ hai chủng vi khuẩn lactic phân lập được từ sản phẩm rau cải bẹ muối tự nhiên theo phương pháp truyền thống và một chủng Lactococcus lactic sử dụng trong quá trình lên men tạo axit lactic từ rỉ đường mía Việt Nam , chọn ra chủng thích hợp nhất cho quá trình muối chua các sản phẩm rau quả. 2/ Ứng dụng chủng vi khuẩn lactic đã chọn trong quá trình muối chua rau quả. Nghiên cứu đưa ra qui trình công nghệ tối ưu cho quá trình sản xuất các sản phẩm rau quả muối chua. 3/ Nghiên cứu phương pháp thích hợp để bảo quản những sản phẩm rau quả muối chua. 2
PHẦN I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU I.1. Khái quát tình hình sản xuất và tiêu thụ rau qu ả mu ối chua trên thế giới và ở Việt Nam Sự lên men lactic được ứng dụng rộng rãi trong đời s ống hàng ngày cũng như trong nông nghiệp, trong công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm. Từ rất lâu co người đã sử dụng những sản phẩm của quá trình lên men lactic như sữa chua, phomat, hải sản muối và các sản phẩm rau quả muối chua. Khác với các sản phẩm khác, sản phẩm rau quả muối chua chủ yếu được sản xuất ở qui mô gia đình trong điều kiện thủ công. Hiện nay một số nước đã đưa việc sản xuất các sản phẩm trên ở qui mô công nghiệp, đi đ ầu là Nhật Bản, Hàn Quốc, Philipine và Thái Lan. Còn ở châu Âu, công nghệ lên men lactic được ứng dụng với những nguyên liệu rau quả như bắp cải, dưa chuột, ôliu, cà rốt, cà chua, tảo biển...Theo số liệu năm 1992 mỗi năm người Pháp sử dụng 47.000 tấn bắp cải muối có giá trị 200 triệu Frăng, được sản xuất ở 51 xí nghiệp. Bảng sau đưa ra sự đánh giá tương quan về sản xuất bắp cải và bắp cải muối ở Pháp từ năm 1985 đến năm 1992 [1]: Bảng 1 : Tương quan về sản xuất bắp cải và bắp cải muối ở Pháp từ năm 1985 đến năm 1992 Năm 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 Sản phẩm Bắp cải (kg) 96850 86430 78410 84385 83398 79434 89537 93786 Bắp cải muối chua 47530 43050 41225 43980 41658 41747 45494 46893 (kg) Tỷ lệ (%) 49,0 49,8 52,6 52,1 50,0 52,6 50,8 50,0 Bảng trên cho thấy lượng bắp cải muối có biến động nhưng không đáng kể và chiếm khoảng 50% tổng sản lượng bắp cải của Pháp. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về các sản phẩm rau quả lên men. Như Pederson(1930 - 1960) nghiên cứu về quá trình lên men của bắp cải, năm 1971, ông nghiên cứu về quá trình lên men của suplơ. Niketic, Aleksic và các cộng sự đã nghiên cứu quá trình lên men ở cà rốt, Beltran- Edeze, Fernandez 3
nghiên cứu về cà chua, Huber và Dupuy (1994) về tảo. Aubert (1985) và Schoneck (1988) đã đưa ra kết quả thu được trong quá trình nghiên c ứu s ự lên men tự nhiên của cà rốt, dưa chuột, củ cải, củ cải đường, hành... Nhờ những nghiên cứu này mà ở châu Âu các sản phẩm rau quả lên men đã được sản xuất ở qui mô công nghiệp[1]. Châu Mỹ và châu phi sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm rau quả muối chua ít hơn so với châu Á và châu Âu. Các s ản ph ẩm chính c ủa h ọ nh ư d ưa muối của châu Mỹ và gari của châu Phi [1]. Ở Việt Nam, dưa muối có thể được coi là sản ph ẩm truyền th ống c ủa dân tộc. Từ giữa thế kỷ 18 đến giữa thế kỷ 19 nhân dân ta đã tiếp thu kinh nghiệm của người Hoa làm ra dưa muối từ các loại rau, củ, quả. Có hai loại dưa - dưa muối xổi thường dùng các loại rau cải non, các loại củ, quả cắt nhỏ, ngâm trong dấm có thể ăn ngay sau khi muối một thời gian ngắn, còn loại th ứ hai là dưa muối để lâu dùng các loại cải bẹ, cà, hành, d ưa chuột, xơ mít...Cách muối truyền thống thường rất đơn giản, rau củ rửa sạch, để ráo nước cho nguyên liệu hơi héo rồi xếp vại, thêm muối, đường, gia vị, giữ được trong thời gian tương đối dài từ vài ngày đến vài tuần, một số loại như cà muối m ặn có thể để được hàng tháng. Các sản phẩm rau, củ, quả muối được sản xuất quanh năm, mùa đông, mùa xuân có cải bẹ muối, hành muối, bắp cải muối còn mùa hè, mùa thu có cà muối, dưa chuột muối...Các sản phẩm trên được tiêu thụ với số lượng lớn tuy nhiên chủ yếu được sản xuất ở qui mô gia đình. Một số sản phẩm như d ưa chuột muối, cà muối, hành muối đã bắt đầu được sản xuất ở một số nhà máy, ở qui mô bán công nghiệp nhưng số lượng không đáng kể. Trong những năm gần đây ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu về quá trình lên men lactic của một số loại rau quả chủ y ếu là d ưa chu ột và bắp cải. Tuy nhiên những công trình nghiên cứu về các sản phẩm rau quả muối chua còn chưa nhiều và chưa thật sự đi sâu [7], [9],[11]. I.2. Công nghệ muối chua rau quả Rau quả muối chua là sản phẩm chế biến từ rau quả, bằng cách làm cho chất đường có sẵn trong rau quả hoặc đường bổ sung thêm vào chuyển hóa thành axit lactic, do quá trình lên men lactic bởi các vi sinh vật lactic. Axit lactic 4
và các sản phẩm khác của quá trình lên men lactic tạo cho sản phẩm một hương vị đặc trưng. Axit lactic tạo thành trong quá trình lên men lactic làm giảm pH của sản phẩm do đó có khả năng ức chế được sự hoạt động của nhiều loại vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm vì thế các sản phẩm rau quả muối chua có thể bảo quản dài ngày. I.2.1. Nguyên liệu dùng muối chua rau quả Có thể sử dụng rất nhiều loại nguyên liệu để sản xuất ra các sản ph ẩm rau quả muối chua như cải bẹ, dưa chuột, cà chua, cà, bắp cải, c ải trắng, su hào, hành, cà rốt, tảo... Mỗi một quốc gia và vùng khác nhau lại có nh ững s ản phẩm rau quả muối chua truyền thống đặc trưng. Sau đây là một số nguyên liệu dùng muối chua thường sử dụng : I.2.1.1. Cải bẹ Tên khoa học là : Brassica campestrus L hay còn gọi là nhóm cải dưa, gồm các giống cải như cải Đông Dư, cải bẹ Nam (cải mào gà), cải Hà L ưỡng, cải Lạng Sơn, cải tàu cuốn... Đặc điểm của nhóm cải bẹ là có lá to, lá rất lớn, một cây có thể nặng từ 2-3 kg, thời gian sinh trưởng dài thường từ 120 - 160 ngày. Tuy nhiên hi ện nay một số giống cải mới như cải Đông Dư thì thời gian sinh trưởng ngắn chỉ khoảng 30 - 45 ngày, thường được trồng từ tháng 6 đến tháng 9. Cải có bộ r ễ ăn nông trên tầng đất màu, bộ lá khá phát triển, to bản nhưng chịu hạn kém và dễ bị sâu bệnh phá hoại [3], [24], [25]. Hiện nay có rất ít những công trình nghiên cứu về rau cải bẹ. Theo Nguyễn Văn Thắng và Trần Khắc Thi [24] thì thành phần c ủa rau cải b ẹ nh ư sau: Bảng 2 : Thành phần của rau cải bẹ, % Vitamin, mg% Nước Protein Đường Chất Tro B1 B2 C xơ 93,8 1,7 2,1 1,8 0,6 0,07 0,1 51 5
Khác với các loại rau quả khác cải bẹ chỉ có một ứng dụng duy nhất là muối dưa, rất ít khi dùng nấu canh hay xào nấu. Dưa cải bẹ là một trong những sản phẩm muối chua phổ biến nhất ở nước ta. Độ già của rau tốt nhất ở mức độ bánh tẻ, mới chớm có hoa, không sử dụng dưa quá già hay quá non. Nên sử dụng cây dưa có bẹ, khối lượng trung bình mỗi cây từ 1 - 2 kg v ới hàm lượng đường trung bình trong nguyên liệu từ 2 - 2,5%. I.2.1.2. Dưa chuột Dưa chuột muối là một trong những sản phẩm rau muối chua phổ bi ến nhất trên thế giới. Dưa chuột là một loại rau ngắn ngày thuộc họ bầu bí , v ụ chính từ tháng 3 đến tháng 5. Dưa chuột có ba loại chính là loại nhỏ, lo ại trung bình và loại lớn. Dưa chuột dùng để muối chau cần phải là dưa non, hạt nhỏ, ít ruột thịt quả trắc, vỏ mỏng, buồng hạt của quả không lớn và chưa già. Để sản phẩm có chất lượng tốt nguyên liệu cần tươi tốt, thời gian từ lúc thu hái đ ến lúc đưa vào sử dụng không nên quá 24 h. Kích thước quả dưa và hàm lượng đường trong dưa ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm. Trong giống dưa quả nhỏ hàm lượng đường cao hơn so với dưa quả to. Vì v ậy giống dưa quả nhỏ cho sản phẩm có chất lượng cao hơn giống dưa quả to. Dưa chuột dùng muối chua có hàm lượng đường không thấp hơn 2%[7]. I.2.1.3.Cà Cà có nhiều loại như cà bát, cà pháo, cà tím, cà trắng...Trong đó thích hợp cho muối chua là cà bát, cà pháo loại trắng. Độ già thích hợp là quả có vết vàng ở đáy, tai quả nhỏ với hàm lượng đường trong nguyên liệu là 3,5 - 4% . cà non quá hoặc già quá đều có hàm lượng đường thấp, cho sản phẩm có ch ất lượng không cao. Không sử dụng những quả sâu, dập nát hoặc thối [7]. I.2.1.4. Bắp cải Bắp cải là một cây rau được trồng và sử dụng nhiều ở nước ta. Không phải tất cả các loại bắp cải đều có thể sử dụng để muối chua. Để muối chua cần dùng loại nguyên liệu có hàm lượng đường cao và mô lá không quá giòn để sản phẩm đỡ gẫy nát. Độ chín kỹ thuật của bắp cải bi ểu hiện ở chỗ: lá cuốn thật chặt, hàm lượng chất khô khoảng 10% trong đó bao gồm 4 - 5% đường, 1 - 2% protein để tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic phát triển thuận lợi. Bắp cải chứa nhiều vitamin C (26 - 60 mg%) và trong quá trình mu ối chua 6
vitamin ít bị tổn thất. Dùng bắp cải to lợi hơn vì tỷ lệ phế liệu thấp hơn so với bắp cải nhỏ. Không dùng bắp cải quá non, quá già hoặc bị sâu bệnh. B ắp c ải tươi được lưu vài ngày trong kho thông gió tốt để bắp cải hơi héo, khi c ắt nhỏ đỡ dập nát. Trước khi muối cắt bỏ những lá xanh và lá khuyết tật. Có th ể tận dụng lõi bắp cải vì trong lõi có chứa nhiều đường và axit ascorbic. Sau đây là thành phần chính của một số loại bắp cải được trồng ở Việt Nam : 7
Bảng 3 : Thành phần hóa học của một số loại bắp cải (%) Đườn Đường Axit Loại Chất Chất Protein Tro g tổng saccaroza ascorbic, mg cải khô xơ % Bắp 4,9-14.0 2,0-5,7 0,0-1,2 0,4-1,3 0,6-2,7 0,6-0,7 20-94 cải trắng Bắp 8,8-10,4 3,7-5,2 0,0-0,9 0,9-1,2 1,4-1,6 0,7 33-64 cải đỏ I.2.1.5. Cà chua Cà chua là một loại quả có thể sử dụng tất cả các độ chín khác nhau đ ể muối chua như : cà chua xanh, cà chau ương, cà chua chín nhưng phải muối riêng từng độ chín khác nhau. Sau khi đã loại bỏ những quả khuyết tật và không hợp quy cách, cà chua được phân cỡ rồi rửa sạch và tiến hành muối trong những thùng hoặc vại. I.2.2 . Phương pháp muối chua truyền thống (muối chua tự nhiên) Các sản phẩm rau quả muối chua là những sản phẩm truyền thống, nó được nhân dân ta sử dụng từ rất lâu. Năm 1829 cải trắng đã được trồng ở nghiên cứu ta và là tiền thân của những loại cải ngày nay. Từ giữa thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19, nhân dân ta đã tiếp thu kinh nghiệm của người Hoa về sản xuất và chế biến một số loại như cải thìa, cải bẹ dùng để muối dưa hoặc làm ca-la thầu [3]. Bên cạnh sản phẩm chủ yếu là dưa cải bẹ nhân dân ta còn s ử d ụng rất nhiều loại nguyên liệu khác nhau để muối dưa như cà bát, cà pháo, cải bắp, hành, quả sung, quả trám, su hào, xơ mít, rau cần...Mỗi loại nguyên liệu cũng như mỗi vùng miền đều có một cách thức muối chua riêng. Nhưng nhìn chung phương pháp muối chua rau quả truyền thống được thực hiện như sau: tùy từng loại nguyên liệu mà lựa chọn độ non già khác nhau. Trong muối chua truyền thống nhân dân ta thường sử dụng gia vị để muối kèm với nguyên li ệu như : khi muối cà thường cho thêm một chút tỏi hoặc giềng, khi muối d ưa cải bẹ thì cho hành hoặc kiệu, khi muối bắp cải thì cho hành, rau răm hoặc rau 8
cần...Các gia vị có rất nhiều vai trò trong quá trình muối chua như làm tăng hương vị và giá trị cảm quan cho sản phẩm, tăng hàm lượng đường cho dưa, một số loại gia vị có tác dụng ức chế một số vi sinh vật l ạ. Nguyên liệu đ ược lựa chọn, cắt bỏ những phần già, dập nát hoặc sâu bệnh. Theo như kinh nghiệm của nhân dân nguyên liệu thường được để héo bằng cách ph ơi nắng một thời gian, cũng có thể muối nguyên liệu tươi mà không cần để héo. Sau đó nguyên liệu và gia vị được rửa sạch, để ráo, sau đó xếp vại. Dịch dùng muối chua bao gồm nước, muối, có thể bổ sung đường hoặc không. Tùy từng loại sản phẩm và nhu cầu thói quen của người sử dụng mà lượng muối dùng cho muối chau có thể khác nhau, thường từ 3-10% so với nguyên liệu. Lượng dịch cho vào thường gần bằng hoặc ngập nguyên liệu. Dịch pha xong được rót vào vại đã chứa sẵn nguyên liệu. Sau đó nén vỉ, đậy lại, một s ố s ản phẩm cần phải nén với một lực lớn như su hào muối, cà muối. Tùy từng sản phẩm mà nồng độ muối cho vào, nhiệt độ môi trường bên ngoài mà thời gian muối khác nhau: thường đối với dưa cải bẹ, cà pháo, muối với nồng độ muối với nồng độ thấp thì sau 3-5 ngày là được. Còn những sản phẩm như su hào muối, dưa chuột, cà bát thì lâu hơn. Thông thường các sản phẩm muối chua truyền thống thường chỉ sử dụng trong một thời gian ngắn, tuy nhiên có một số những sản phẩm đặc biệt như nhút (làm từ xơ mít) ở miền Trung, cà muối mặn ở một số vùng ở miền Bắc có thể bảo quản trong thời gian vài tháng. Nói chung các sản phẩm muối chua theo phương pháp truyền thống thường có chất lượng không ổn định, không đồng đều, mức độ hư hỏng lớn, thời gian bảo quản ngắn. Và chỉ sản xuất ở quy mô gia đình nên năng suất thấp. I.2.3. Muối chua ở quy mô công nghiệp Trên thế giới hiện nay đặc biệt ở một số nước châu Á các sản phẩm rau quả muối chua đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp như [11]: 1/ Dưa chua Nhật Bản (Takana Zuke) : Làm t ừ nguyên li ệu chính : lá rau cải 80--85%, ớt đỏ 0,5%, muối 15--20%. Trong đó trên 90% sản phẩm này được sản xuất trên qui mô công nghiệp. 9
2/ Dưa chua Triều Tiên (Baechô Kim Chi): Có thành phần nguyên li ệu là cải trắng 90%, hành 2,0%, ớt 2,0%, gừng 0,5%, muối 2,5-3%. Hàng năm sản xuất khoảng 800.000 tấn trong đó trên 90% sản xuất ở qui mô công nghiệp, chỉ khoảng 10% sản xuất theo phương pháp thủ công. 3/ Dưa chua Thái Lan (Pak gaad dong) : Được làm từ lá rau c ải đ ắng 90%, muối 8%, nước cháo gạo 2%. Sản xuất khoảng 4,6 triệu tấn/ năm nhưng chủ yếu sản xuất theo phương pháp thủ công. 4/ Trái cây muối chua của Philipine (Byrong prutas). Nguyên li ệu: trái cây100%, muối 2,25-2,5%, đường 1%. Trong đó trên 90% là sản xuất thủ công và khoảng 10% được sản xuất công nghiệp. Còn ở Việt Nam thì các sản phẩm rau quả muối chua chủ yếu được sản xuất thủ công ở quy mô gia đình chỉ có một số sản phẩm được sản xuất ở quy mô bán cơ giới. Trong công nghiệp, đặc biệt ở các nước châu Âu thì quá trình muối chua các sản phẩm rau quả được tiến hành trong những bể có thể tích lớn, quá trình lên men lactic diễn ra ở nhiệt độ thấp, thời gian dài. Có thể làm tăng chất lượng sản phẩm bằng cách sử dụng chủng vi sinh vật lên men lactic thuần khiết được đưa vào dưới dạng dịch men, được phun đều lên trên bề mặt của từng lớp nguyên liệu trong bể muối. Để điều chế dịch men sử dụng các chủng vi khuẩn lactic thuần khiết, không sinh hơi và nấm men mà các cơ sở ch ế bi ến nhận về dưới dạng lỏng chứa trong các chai thủy tinh. Điều chế dịch men bằng cách nhân giống các chủng vi sinh vật thuần khiết, nấm men và vi khuẩn phải được nhân giống riêng sau đó mới trộn lại với nhau. Môi trường dùng điều chế dịch men thường là nước dưa cũ và dịch chiết bắp cải (đối với muối bắp cải còn đối với các sản phẩm khác có thể thay thế bằng loại môi trường khác). Sau ngày thứ ba hoặc thứ tư tính từ ngày bắt đầu muối, lấy nước ra khỏi bể muối. Không nên lấy nước dưa ở thời điểm muộn hơn vì khi đó nước dưa chỉ còn lại ít chất dinh dưỡng do các vi sinh vật đã sử dụng để lên men lactic. Nếu nước lấy ra ở bể chưa đủ số lượng cần thiết thì bổ sung thêm nước với tỷ lệ 1:1 và cho thêm đường với tỷ l ệ 1% so với tổng lượng nước dưa và nước lã. Lọc rồi đun sôi sau 1 giờ đ ể ti ệt trùng. Canh bắp cải được điều chế bằng cách nấu bắp cải tươit nước, cứ 100 lít 10
nước nấu với 20-25 kg bắp cải. Khi bắp cải đã nhừ lọc lấy nước để pha v ới nước dưa Để loại trừ vi sinh vật lạ phát triển thì môi trường cần được ti ệt trùng bằng hơi nước ở 105-1100C trong thời gian 30-40 phút. Sau đó môi trường được đổ vào thùng gỗ làm nguội xuống 35 0C rồi cho vào thùng 1% dịch men thuần khiết, khuấy đều rồi để 3 ngày ở 25-300C . Sau khi đã nhân giống vi khuẩn và nấm men riêng rẽ thì trộn lẫn với nhau và cho vào bể muối nguyên liệu theo tỷ lệ 1,25% (trong đó gồm 1% dich vi khuẩn và 0,25% dịch nấm men). Sau khi lên men lactic đạt đến nồng độ axit lactic cần thiết thì tiến hành hạ nhiệt độ để quá trình lên men xảy ra chậm, tránh tổn thất axit, vitamin C làm cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn. Sau đó sản phẩm thường được bảo quản ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài . Khi sử dụng chủng vi sinh vật thuần khiết trong quá trình muối chua rau quả thì sản phẩm thu được có chất lượng ổn định, có thể bảo quản trong thời gian dài [7]. I.2.4. Các giai đoạn của quá trình lên men lactic Quá trình lên men lactic trong các sản phẩm rau quả muối chua có thể phân ra làm ba giai đoạn. Trong giai đoạn đầu do muối ăn gây áp suất thẩm thấu lớn nên đường và các chất dinh dưỡng khác trong nguyên liệu được khuyếch tán vào trong nước và các vi sinh vật bắt đầu hoạt động . Trên bề mặt của nước muối xuất hiện các bọt khí đó là do hoạt động của một số vi khuẩn coli và một số vi sinh vật có khả năng sinh khí khác . Chủng vi khuẩn lactic phát triển chủ yếu trong thời kỳ này là Leuconostoc mesenteroides . Đó là loại cầu khuẩn có khả năng sinh axit lactic và sinh khí, sự tích tụ axit lactic trong giai đoạn này là thấp. Trong giai đoạn thứ hai, các vi khuẩn lactic phát triển mạnh mẽ và axit lactic được tích tụ nhiều, phần lớn các vi khuẩn gây thối bị ức chế vì đ ộ pH của môi trường giảm xuống 3-3,5. Thời kỳ này là thời kỳ quan trọng của quá trình lên men lactic vì sản phẩm tích tụ được lượng axit lactic cao và có hương vị đặc trưng của sản phẩm. Trong thời kỳ thứ ba, khi axit lactic đã tích tụ với lượng lớn thì ngay bản thân vi khuẩn lactic cũng bị ức chế. Khi đó các nấm men và nấm mốc có kh ả 11
năng phát triển mạnh làm giảm chất lượng sản phẩm vì chúng có kh ả năng phân hủy axit lactic mạnh. Vì vậy cần ngăn chặn giai đoạn này bằng cách bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ thấp hoặc ở điều kiện yếm khí [7]. I.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic là nồng độ muối ăn, hàm lượng đường trong sản phẩm (đường có sẵn trong nguyên liệu và đường bổ sung thêm vào), độ pH của sản phẩm, hệ vi sinh vật trong sản phẩm và nhiệt độ môi trường. Dung dịch muối ăn với nồng độ tương đối cao sẽ ức chế sự phát triển của các vi sinh vật lạ và cả vi khuẩn lactic. Khi tiến hành muối chua rau quả cần tạo điều kiện cho các vi khuẩn lactic phát triển và ức ch ế các vi sinh v ật lạ. Do vậy cần sử dụng nồng độ muối không quá cao : thường sử dụng muối ăn với nồng độ 4-6% hoặc nước muối với nồng độ 6-10%. Đường trong quá trình muối chua rau quả là nguồn tạo axit lactic. Trong trường hợp đường trong nguyên liệu không đủ thì hàm lượng axit lactic tích tụ trong sản phẩm cũng không đạt mức yêu cầu. Khi đó sản ph ẩm có h ương v ị kém và dễ bị hư hỏng trong quá trình bảo quản. Vì vậy khi muối chua cần chọn loại nguyên liệu có hàm lượng đường đạt mức yêu cầu và khi cần thì phải bổ sung thêm đường. Độ axit trong sản phẩm cũng ảnh hưởng lớn tới quá trình muối chua vì các vi sinh vật rất nhạy cảm đối với pH môi trường (pH tối ưu của vi khu ẩn lactic là 5,5- 6,5). Trong quá trình lên men của rau quả muối chua axit lactic tích tụ với hàm lượng 0,5% cũng đã ức chế hoạt động của nhiều vi sinh vật lạ gây ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men. Khi tích tụ axit lactic với hàm lượng cao (1-2%) thì ngay cả các vi khuẩn lactic cũng bị ức chế và do đó quá trình lên men lactic bị kìm hãm. Nồng độ axit lactic giới hạn đạt được trong quá trình lên men lactic phụ thuộc vào lượng đường có sẵn trong nguyên liệu , ồng độ muối, nhiệt độ lên men và loại vi khuẩn lactic. Tuy nhiên axit lactic không ức chế hoạt động của một số nấm men nấm mốc. Nhiệt độ lên men ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lên men và tới chất lượng sản phẩm. Ở nhiệt độ 0-40C thì sự lên men lactic không bị đình chỉ mà 12
chỉ diễn ra chậm. Nhiệt độ tối ưu cho nhiều loại vi khuẩn lactic là 35-42 0C, nhưng nhiệt độ này cũng kích thích sự phát triển của nhiều vi sinh vật lạ. Sự lên men lactic cần tiến hành trong điều kiện yếm khí. Phần lớn các vi khuẩn lactic hoạt động trong điều kiện yếm khí tùy tiện, tức là phát tri ển không nhất thiết phải có mặt của oxy không khí. Một số loài trong chúng cũng bị giảm hoạt động khi có mặt của oxy không khí [7]. I.2.6.Các biện pháp làm chủ quá trình lên men I.2.6.1. Làm chủ chất lượng ban đầu của nguyên liệu Lượng vi sinh vật ban đầu của nguyên liệu là một nhân tố quan trọng. Rửa rau cho phép loại bỏ một phần vi sinh vật và những cặn bẩn. Theo Hasan và các cộng sự(1993), một sự chiếu xạ thích hợp đối với nguyên liệu trước khi lên men sẽ tạo điều kiện thuận lợi hơn cho sự phát triển của vi khuẩn lactic - loại vi khuẩn chịu được chiếu xạ tốt hơn so với các loại khác. Tuy nhiên biện pháp này còn ít được sử dụng do giá thành cao. Có thể xử lý nhiệt đối với nguyên liệu trước khi muối khi đó cũng làm giảm được một phần vi sinh vật có trong nguyên liệu. Mặt khác thời gian tồn trữ của nguyên liệu trước khi muối cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Theo Andersson và các cộng sự (1990) cà rốt lên men ngay sau khi thu hoạch, sẽ bảo quản được lâu hơn cà rốt lên men sau khi thu hoạch 6 tháng được bảo quản ở 20C [1]. I.2.6.2. Thay đổi các điều kiện lên men Một phương pháp khác để làm chủ quá trình lên men là thay đổi các điều kiện lên men: thay đổi nồng độ đường, nồng độ muối khác nhau, tìm điều kiện nhiệt độ thích hợp, axit hóa, tạo môi trường yếm khí thích hợp, cải thiện tính đệm...Ví dụ như thêm canxi axetat cho phép một mặt tăng tính đệm của môi trường mặt khác đảm bảo sự phân hủy hoàn toàn lượng đường [1]. I.2.6.3. Sử dụng chủng vi khuẩn lactic thuần khiết Hiện nay, ở các nước phương Tây việc sử dụng chủng vi khuẩn thuần khiết vào quá trình sản xuất các sản phẩm lên men rau quả là rất phổ biến. Lựa chọn chủng vi khuẩn này dựa trên các chỉ tiêu sau: 13
- Phát triển nhanh - Tạo lượng axit nhanh - Đảm bảo sự lên men đường hoàn toàn, tránh sự lên men phụ bởi nấm men. - Các tế bào vi khuẩn phải có khả năng lắng tốt, lọc nhanh để dễ dàng loại bỏ nếu cần thiết. - Có khả năng giữ được hoạt tính sau khi bảo quản [1]. 14
I.2.7. Một số biện pháp bảo quản sản phẩm rau quả muối chua Sau khi sản phẩm đạt được hàm lượng axit lactic và chất lượng như mong muốn thì sản phẩm cần phải được bảo quản để tránh sự phá hỏng của nấm men nấm mốc. Tốt nhất nên bảo quản sản phẩmtrong kho lạnh có nhiệt độ 0-10C . Trong điều kiện không có kho lạnh thì có thể sử dụng chất bảo quản hoặc bằng cách tạo điều kiện yếm khí cho sản phẩm. Có thể sử dụng axit sobic, các muối của nó hoặc axit benzoic, các muối của nó để bảo quản các sản phẩm rau quả muối chua. Nồng độ chất bảo quản thường từ 0,07-0,1%, với nồng độ này không những chống lại được sự phá hoại của nấm men nấm mốc mà còn giữ được hương vị và màu sắc tự nhiên của sản phẩm. Tạo điều kiện yếm khí cao cho sản phẩm bằng cách phủ lên trên lớp sản phẩm một màng polyetylen rồi đổ nước muối lên trên vừa tạo điều kiện yếm khí cho sản phẩm vừa làm vật nén cho sản phẩm. Cũng có th ể bảo quản sản phẩm bằng tia tử ngoại nhưng giá thành sẽ cao. Cũng có thể bảo quản các sản phẩm rau quả muối chua trong các bao bì bảo quản. Hai loại bao bì phổ biên là bao bì thủy tinh và bao bì PE. Khi đóng lọ thì cần tách sản phẩm khỏi nước muối. Đem lọc nước muối để loại bỏ những vụn bẩn, loại bỏ kết tủa tanin protein và một phần vi sinh vật có trong nước. Sản phẩm được xếp vào lọ, có thể có các gia vị kèm theo sau đó rót nước vào và ghép nắp. Cũng có thể loại bỏ nước dưa cũ đi mà thay vào đó dịch pha mới. Trong trường h ợp bảo quản trong bao bì thì có thể thanh trùng sản phẩm để kéo dài thời gian bảo quản [7], [27]. I.3. Vi khuẩn lactic và quá trình lên men lactic Axit lactic (CH3CHOHCOOH) được sử dụng từ rất lâu để bảo quản và chế biến thực phẩm. Axit này lần đầu tiên được phát hiện ra từ sữa bò lên men bởi nhà bác học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele năm 1780 và được coi là axit sữa. Trong thời gian từ năm 1857 đến 1876 Pasteur đã chỉ ra rằng tất cả các quá trình lên men đều do tác dụng của vi sinh v ật, mỗi d ạng lên men đ ều do một loại vi sinh vật gây ra. Ông cũng chứng minh được quá trình làm s ữa chua là kết quả hoạt động của một nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic 15
[10]. Năm 1878, Joseph Lister lần đầu tiên phân lập được một loại vi khuẩn lactic đặt tên là Bacterium lactic (hiện nay gọi là Streptococcus lactic), về sau các nhà khoa học liên tiếp phân lập được các lạo vi khuẩn lactic khác nhau. Năm 1919, Orla Iencen là người đầu tiên nghiên cứu, phân loại có hệ thống các vi khuẩn lactic. Tiếp đó các nhà khoa học người Đức và Thụy Sĩ G.Muler và A.Ostervalder đã nghiên cứu tỉ mỉ các thay đổi hoa sinh trong các loại “rượu vang bị bệnh”. Ông đặt tên cho các loại nghiên cứu được là Bacterium mannitôpeum, Bacterium graccile, Bacterium intermedium, Micrococcus acidovorax, Micrococcus variococcus. Tuy nhiên việc định tên này chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Sau các nhà khoa học này còn có rất nhi ều nhà khoa học khác nghiên cứu về vi khuẩn lactic trong các loại sản phẩm khác nhau như thịt , rượu vang, sữa...[22] Tất cả các vi khuẩn lactic đều có những đặc tính chung: là vi khuẩn Gram dương, không chuyển động, không tạo bào tử, hô hấp yếm khí hoặc yếm khí tùy tiện. Chúng đều đòi hỏi nguồn dinh dưỡng tổng hợp chứa axit amin, peptit, vitamin, muối, axit béo, đường có khả năng lên men. Vi khuẩn lactic lên men đường để tạo ra năng lượng cần thiết cho sự phát triển của chúng. Nhờ quá trình lên men đường được chuyển hóa thành axit lactic, etanol, axit axetic và dioxyt cacbon trong trường hợp lên men dị hình [15]. I.3.1. Phân loại vi khuẩn lactic Có rất nhiều cách phân loại khác nhau, vi khuẩn lactic có thể được phân loại theo các yếu tố sau: - Theo lượng sản phẩm tạo thành [12]: + Vi khuẩn lactic lên men đồng hình: lên men đồng hình là con đường lên men tạo ra 70 - 90% axit lactic. Vi khuẩn lactic lên men đồng hình có thể được chia thành hai nhóm đó là Streptococcus và Lactobacterium. + Vi khuẩn lên men lactic dị hình: lên men lactic dị hình là con đường lên men ngoài axit lactic tạo thành còn có các sản phẩm như axit axetic, CO 2 và etanol. Trong đó axit lactic chiếm khoảng 40%, axit sucxinic chiếm 20%, etanol và axit axetic chiếm 10% còn các chất khí chiếm khoảng 20%. T ỷ l ệ này thay 16
đổi ít hay nhiều tùy thuộc vào loại vi khuẩn và điều kiện môi tr ường. Một s ố loài lên men lactic dị hình như Bacterium coli, Lactobacillus casei... - Theo nhiệt độ phát triển [12]: + Nhóm ưa ấm: nhiệt độ thích hợp từ 25-30oC, ví dụ như Lactobacillus casei + Nhóm ưa nhiệt : nhiệt độ thích hợp 40--44oC, như Lactobacillus bulgaricus, Steptococcus thermophilus. + Nhóm ưa lạnh : nhiệt độ thích hợp từ 0-15oC - Nhu cầu về oxy [12]: + Yếm khí tùy tiện: Có thể phát triển trong cả điều kiện yếm khí và hiếu khí tuy mhiên phát triển mạnh hơn trong điều kiện yếm khí. Phần l ớn vi khuẩn lactic thuộc loại này. + Yếm khí : không thể phát triển được trong điều kiện hiếu khí. - Đặc điểm hình thái [10], [15]: + Hình cầu : Steptococcus, Lactococcus, Vagococcus, Aerococcus, Leuconostoc... + Hình que : Lactobacillus và Carnobacterium Ngoài ra vi khuẩn còn được phân loại theo các đặc điểm sinh lí sinh hóa, đặc điểm về cấu trúc, đặc điểm về miễn dịch... I.3.2. Đặc điểm về hình thái Các giống vi khuẩn khác nhau có hình dạng và kích thước khác nhau. Ngoài ra hình dạng và kích thước của tế bào vi khuẩn lactic còn phụ thuộc vào môi trường, điều kiện nuôi cấy, sự có mặt của oxy và tuổi của tế bào [10], [22]. Những tế bào hình cầu, hình ôvan thường có đường kính khoảng 0,5-2 µm, sắp xếp riêng biệt, cặp đôi hoặc thành chuỗi dài. Các giống Steptococcus, Lactococcus, Vagococcus và Enterrococcus được tạo thành từ những tế bào hình ôvan sắp xếp thành chuỗi, giống Leuconostoc được tạo thành từ những tế bào hình thấu kính (hình hột đậu lăng) sắp xếp thành cặp hay thành chu ỗi, các 17
giống Pediococcus, Aerococcus, Tetragenococcus được tạo thành từ những tế bào hình cầu ghép nối bốn tế bào. Giống Atôpbium lại có hình dạng thay đổi theo từng chủng : có thể hình cầu nhỏ, hình thấu kính, hình gậy hay hình trung gian của các loại trên [10]. Những tế bào hình que cân đối có kích thước từ 0,5-2µm chiều rộng và 1-10µm chiều dài, sắp xếp riêng biệt, cặp đôi hoặc thành chuỗi dài. Theo Orla Jensen, giống Lactobacillus có thể chia làm ba loài :Thermobacterium (lên men đồng hình chặt chẽ) được tạo thành từ những tế bào hình que dài, riêng bi ệt hay được sắp xếp thành những chuỗi rất dài hoặc ở dạng chuỗi xoắn, loài Streptobacterium (lên men dị hành tùy tiện) được tạo thành từ những tế bào hình que ngắn đôi khi có dạng cong, sắp xếp thành chuỗi ngắn hoặc rất dài, loài Betabacterium (lên men dị hình chặt chẽ) nói chung được tạo thành từ những tế bào rất ngắn, thẳng, sắp xếp riêng biệt. Giống Carnobacterium được tạo thành từ những tế bào mà chiều dài của chúng thay đổi theo tuổi [10]. Những tế bào hình que không cân đối điển hình là Bifidobacterium. Chúng được tạo thành từ những tế bào hình que sần sùi, phân nhánh tạo thành hình ngôi sao, hình giàn đậu, hình chữ V [10]. Thành phần môi trường cũng như sự có mặt của oxy có ảnh hưởng lớn tới hình dạng tế bào. Trong môi trường có hàm lượng etanol cao sẽ làm cho chiều dài tế bào dài ra. Mặt khác etanol còn kìm hãm s ự phân chia t ế bào mạnh hơn so với sự sinh trưởng. Thực tế là trong môi trường có etanol trực khuẩn lactic sẽ dài ra, mảnh hơn, còn cầu khuẩn thì bảo tồn được hình dạng của mình [22]. I.3.3. Đặc điểm sinh lí sinh hóa I.3.3.1. Sự hấp thụ chất dinh dưỡng qua màng tế bào Đối với tất cả các vi sinh vật, sự hấp thụ và chuyển hóa các chất dinh dưỡng là một chức năng quan trọng đảm bảo cho sự phát triển của chúng. Phần lớn các chất trong môi trường tự nhiên đều là các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử lớn, chúng phải được phân cắt để các vi khuẩn s ử dụng. Các hợp chất hữu cơ này có thể xâm nhập vào khoảng không bên trong tế bào bằng sự vận chuyển bị động hoặc chủ động qua màng tế bào - giới hạn phân 18
chia tế bào vi khuẩn với môi trường. Vận chuyển bị động không phụ thuộc vào sự chuyển hóa, nó liên quan đến năng lượng tiêu thụ và và chênh lệch nồng độ giữa mỗi thành phần. Vận chuyển chủ động thì ngược lại (Desmazeaud và Roisart, 1994; Olmos, 1997). Hệ thống chuyển đổi chủ động được thực hiện nhờ những màng trung gian, các màng này tham gia điều hòa sự chuyển hóa và cân b ằng n ội t ế bào. Những màng trung gian này vận chuyển chất dinh dưỡng nhờ hoạt đ ộng của enzim permeaza hay enzim photphotransferaza. Năng lượng được tạo thành, một phần là năng lượng được tạo ra từ sự thủy phân ATP thành ADP + Pi (dưới tác dụng của enzim ATPaza có ái lực cao đối với cơ chất), phần khác bởi sự tổ hợp điện thế qua màng và sự chênh lệch điện hóa học của proton qua màng. Phần lớn các vi sinh vật đều có sự chênh lệch điện hóa học của proton qua màng tế bào chất, bên trong có tính kiềm còn bên ngoài có tính axit. Vì th ế s ự vận chuyển proton từ bên trong tế bào ra ngoài có thể gắn liền với các hợp chất từ môi trường bên ngoài vào bên trong tế bào và ngược l ại với nguyên lí chênh lệch nồng độ (Tseng và montville, 1993). Trong trường hợp sự vận chuyển được thực hiện bởi enzim photphotransferaza các phân tử cơ chất chịu sự phosphoryl hóa nhờ sự xúc tác của một nhóm enzim ở màng tế bào, t ế bào sử dụng PEP như một nguồn năng lượng. Hệ thống PEP- photphotransferaza (PEP-PTS) có tác động chính đến sự chuyển đường ở vi khuẩn lên men đồng hình [15]. I.3.3.2. Cơ chế chuyển hóa đường Lên men lactic được thực hiện dựa vào một chuỗi các phản ứng oxy hóa khử mà nguyên liệu ban đầu là gluccoza, chất tạo thành cuối cùng là axit pyruvic hoặc axetyl-CoA, những chất trung gian chuyển đổi electron là NAD +/ NADH, H+ kết hợp với những phản ứng hydro hóa. Năng lượng được tạo ra từ phản ứng dehydro hóa hoặc những tác động nối hoặc cắt các liên kết photpho của cơ chất được sử dụng để tổng hợp ATP. Mặt khác PEF - ti ền c ơ chất photpho hóa axit pyruvic tác động vào ATP như một nguồn năng lượng trong sự vận chuyển cơ chất và trong sự đồng hóa hay sinh tổng hợp các đại phân tử lại là thành phần chính của cấu trúc tế bào vi khuẩn. Tùy theo loài vi khuẩn và các điều kiện của môi trường sự chuyển hóa glucoza có thể theo con đường đồng hóa, dị hóa hay con đường của các vi khuẩn bifido [15]. 19
I.3.3.3. Một số các quá trình chuyển hóa khác của các vi khuẩn lactic. Ngoài các quá trình chuyển hóa ở trên vi khuẩn lactic còn có thể có các quá trình chuyển hóa sau: Vi khuẩn lactic gây ra quá trình chuyển hóa malolactic trong lên men rượu vang, axit malic được chuyển hóa thành axit lactic. C4H6O5 C3H6O3 + CO2 Năng lượng cần thiết cho quá trình lên men malolactic là rất nhỏ. Để phân hủy 1 gam axit malic chỉ cần 0,1 - 0,2 gam glucoza. Bi ến đ ổi axit malic thành axit qua giai đoạn trung gian hình thành axit pyruvic nhờ enzim maloic. Enzim này tạo thành và bị ức chế tùy theo trong môi trường có nhiều hay ít axit malic. Sau đó axit pyruvic tạo thành axit axetat - salyxalic rồi được khử trực tiếp bàng enzim decacboxylaza [22]. Ngoài ra vi khuẩn lactic còn có thể phân hủy protein do chúng có h ệ enzim proteinaza và peptinaza. Trong quá trình thủy phân protein diễn ra sự tích tụ axit amin (asparagin, glyxin, serin, axit glutamic, treonin, tyrozin, valin, phinylanalin, isoleusin) và các peptit. Khả năng thủy phân protein biểu thị ở nhóm vi khuẩn hình cầu, nhóm trực khuẩn lactic ưa nhiệt hay chi ph ụ Steptobacterium ...Giống Lactobacillus có hoạt tính thủy phân protit lớn hơn các vi khuẩn lactic khác, chảng hạn như Lactobacillus có thể chuyển hóa 25- 30% cazein thành dạng hòa tan trong khi đó Steptococcus lactic và Steptococcus cremoris chỉ thực hiện được 15-17%. Quá trình thủy phân protein của vi khuẩn lactic được th ực hiện bởi h ệ enzim proteaza nội bào và ngoại bào. Người ta đã phát hiện thấy sự có mặt của proteaza trong dịch lọc trong (không còn tế bào vi khuẩn) c ủa môi trường nuôi cấy Steptococcus lactic và Lactobacillus bulgaricus (Van der Zant, Nelson, 1954). Trong khi đó các enzim proteaza nội bào của nhiều loại vi khuẩn lactic khác l ại giữ vai trò quyết định trong quá trình thủy phân protein, ví dụ như Steptococcus cremoris và Lactobacillus helveticus (Ohmiya, Stato 1972). Sự thủy phân protein đặc biệt được thúc đẩy khi trong môi trường có mặt một số ion kim loại, đ ặc biệt là Mg2+, Mn2+, Co2+, và pH = 5,5-6. Người ta đã sử dụng các chủng vi khuẩn lactic có đặc tính thủy phân protit cao để bổ sung vào thành ph ần giống dùng để áp dụng vào sản xuất hàng loạt các sản phẩm từ thịt, cá, sữa...Đặc 20