Ứng dụng vi khuẩn lactic rút ngắn thời gian sinh hương của nước mắm

Dù được coi là loại gia vị “quốc hồn quốc túy” của Việt Nam từ hàng ngàn năm nay song giờ đây, nước mắm truyền thống, một sản phẩm gia vị lỏng được làm từ cá và muối lên men, đang mất đi vị thế ngay trên sân nhà. Theo thống kê của Hội Lương thực thực phẩm TP.HCM năm 2018, dù trung bình mỗi năm, Việt Nam tiêu thụ khoảng 250 triệu lít nước mắm nhưng chỉ hơn 20% là nước mắm truyền thống. Phần còn lại là nước mắm công nghiệp, loại nước mắm truyền thống đã bị pha loãng và bổ sung thành phần hương vị, chất bảo quản...

Theo các chuyên gia, nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này là do hương vị và giá cả của nước mắm truyền thống chưa đủ sức cạnh tranh. “Nhìn chung, chế biến nước mắm theo phương pháp cổ truyền ở nước ta còn thô sơ và thời gian chế biến còn dài (khoảng 12 tháng) nên hiệu quả kinh tế còn thấp”, PGS.TS. Lê Thanh Hà ở Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm (trường ĐH Bách khoa Hà Nội) nhận xét. Phương pháp truyền thống cũng tạo ra hương vị nước mắm nồng mặn đặc trưng, ít được người trẻ ưa thích bằng các loại nước chấm công nghiệp dịu nhẹ.

Liệu khoa học công nghệ có thể giải quyết phần nào bài toán của nước mắm? Xuất phát từ suy nghĩ này, PGS.TS. Lê Thanh Hà và các cộng sự đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu phân lập Tetragenococcus sp. chịu mặn ứng dụng làm chủng khởi động nhằm cải thiện nước mắm ngắn ngày” (BKA-2017-15A, từ năm 2017-2018). Kết quả là chị đã tìm ra chủng vi khuẩn có khả năng rút ngắn quá trình ủ tạo hương cho nước mắm, vừa tiết kiệm thời gian, vừa giảm bớt hàm lượng đạm thối (đạm amon) - yếu tố chính đem đến sự “nặng mùi” của nước mắm.

Sức mạnh của con vi khuẩn bé nhỏ

Đi tìm đến những miền biển làm nước mắm trên cả nước, các nhà nghiên cứu phát hiện ra những điều lý thú trong quy trình làm ra thứ nước chấm sánh đặc và dậy mùi hương đặc biệt này. Với đường bờ biển kéo dài qua nhiều vĩ độ, mỗi vùng biển Việt Nam lại có cách sản xuất nước mắm khác nhau tùy theo điều kiện tự nhiên. Ở miền Bắc ít nắng, người dân thường dùng phương pháp phơi nắng - khuấy đảo, ở miền Nam nắng nhiều hơn nên có phương pháp ủ chượp - kéo rút, còn miền Bắc Trung bộ lại kết hợp ủ chượp - phơi nắng - đánh khuấy,... Tuy khác nhau là vậy nhưng dưới góc nhìn khoa học, bản chất của các phương pháp này đều hội tụ ở hai giai đoạn là thủy phân và lên men. “Ở giai đoạn thứ nhất, các enzyme proteaza trong nội tạng cá sẽ thủy phân protein trong thịt cá chuyển thành axit amin. Đến giai đoạn thứ hai, vi khuẩn trong đó sẽ phân giải đạm và lipid tạo thành các hợp chất dễ bay hơi tạo ra hương, mùi vị đặc trưng của nước mắm”, chị giải thích.

Quá trình làm ra những giọt nước mắm truyền thống do đó không hề nhanh. Thông thường, những người làm nước mắm truyền thống phải mất cả năm trời mới trích rút được sản phẩm còn đối với sản phẩm nước chấm công nghiệp, người ta thường bổ sung thêm enzyme proteaza để đẩy nhanh quá trình. Tuy có lợi về thời gian nhưng cách làm này lại ảnh hưởng đến hương vị. “Việc dùng enzyme có thể rút ngắn thời gian thủy phân, nhưng đến giai đoạn tạo hương vị lại rất kém”, PGS.TS. Lê Thanh Hà nói. Trong một bài phỏng vấn trên Tri Thức Trẻ, chuyên gia nước mắm Vũ Thế Thành cũng từng nhận xét về sự phức tạp của quá trình tạo hương nước mắm: “Người ta có thể rút ngắn thời gian chượp bằng cách dùng enzyme nhưng với hương thì không thể. Hương cần thời gian chượp ủ lâu mới hình thành được”.

Trong quá trình nghiên cứu, PGS.TS. Lê Thanh Hà và các cộng sự nhận thấy một trong những lời giải cho bài toán tạo hương nước mắm là các vi sinh vật sinh hương. Điều đầu tiên mà chị suy nghĩ là “trong các sản phẩm lên men, người ta hay dùng vi khuẩn lactic và trong tất cả các chủng vẫn được sử dụng trong nghiên cứu thì vi khuẩn lactic có tiềm năng nhất”. Đó là lý do để chị và cộng sự “đi thẳng vào nghiên cứu vi khuẩn lactic” để tìm những ứng viên sáng giá. Kết quả là nhóm nghiên cứu đã tìm ra một chủng vi khuẩn đặc biệt tiềm năng là Tetragenococcus Halophilus. Điểm độc đáo của nó là có khả năng sinh hương và chịu mặn cao, vượt trội hơn hẳn các hệ vi sinh vật sinh hương được sử dụng ở Việt Nam hiện nay bao gồm Bacillus, Lactobacillus, Clostridium, Lactococcus và Staphylococcus. Điểm khó của Tetragenococcus Halophilus là nó khó phân lập hơn so với các chủng thông thường vì “nó sinh trưởng rất chậm”.

Một số quốc gia sản xuất nước mắm trên thế giới đã đi theo xu hướng này: “Thái Lan là nước đầu tiên sử dụng Tetragenococcus Halophilus để làm chủng khởi động cho lên men nước mắm”, chị cho biết. Mặc dù các tài liệu tham khảo đều có đề cập đến cách phân lập song trong quá trình làm, “mình vẫn phải loay hoay tìm hiểu rất nhiều”, PGS.TS. Lê Thanh Hà nói. Đơn cử như việc lấy mẫu phân lập, “họ nói là phân lập từ nước mắm, mình cũng lấy mẫu nước mắm thành phẩm để làm nhưng không ra. Sau đó chúng tôi mới nhận ra là phải lấy mẫu trong các chượp mắm đang ủ. Khi làm được mẫu đầu tiên thì những mẫu sau đơn giản hơn rất nhiều”.

Từ những bước mày mò như vậy, nhóm nghiên cứu đã phân lập thành công các chủng vi khuẩn Tetragenococcus Halophilus từ các mẫu chượp mắm ở Cát Hải và Cửa Hội - những vùng sản xuất nước mắm nổi tiếng ở Hải Phòng và Nghệ An. “Chúng tôi đã lấy mẫu ở nhiều giai đoạn lên men khác nhau để chọn ra chủng tiềm năng nhất”, chị giải thích. “Sau bước định danh bằng PCR, chúng tôi đã thu được khá nhiều chủng”. Niềm vui của những người làm nghiên cứu không chỉ ở đó, những nỗ lực còn đã đem lại cho sản phẩm của họ một dấu ấn rất riêng: “Mặc dù cùng là Tetragenococcus Halophilus nhưng đặc tính hóa sinh của các chủng mà chúng tôi đã phân lập rất khác so với các chủng của Thái Lan. Điều này cũng dễ hiểu vì điều kiện tự nhiên mỗi nơi khác nhau dẫn đến khác biệt về đặc điểm di truyền”, chị chia sẻ và cho biết thêm “Vì nó khác nhau như thế nên hương vị nó đem lại chắc chắn không giống nhau”. Có thể đây là một trong những lý do mà nước mắm ở các vùng miền khác nhau lại có những hương vị khác nhau.

Thật kỳ lạ là những sinh vật bé nhỏ mà mắt thường không thể quan sát như Tetragenococcus Halophilus lại nắm giữ phần nào những giải pháp của cả ngành nước mắm truyền thống. Kết quả bước đầu cũng cho thấy hiệu quả của chủng vi khuẩn mà các nhà nghiên cứu đã phân lập, dù ở quy mô rất nhỏ. “Nước mắm bổ sung chủng vi khuẩn Tetragenococcus Halophilus của chúng tôi có thể lên hương sau sáu tháng lên men, thay vì chín tháng như thông thường. Hàm lượng nitơ tổng là 21g/l (đạt tiêu chuẩn nước mắm hạng 1 theo TCVN 5107:2003), trong đó hàm lượng đạm thối chỉ chiếm 15% so với nitơ tổng”, chị cho biết. Nhờ tính mới và tiềm năng ứng dụng cao, chủng vi khuẩn Tetragenococcus Halophilus V7-3 do nhóm nghiên cứu phân lập đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng bảo hộ giải pháp hữu ích vào năm 2021.

Tạo ra chế phẩm vi sinh

Thành công nho nhỏ bước đầu hẳn đã đem lại nhiều cơ hội cho PGS.TS. Lê Thanh Hà và cộng sự tìm đến những giải pháp đa dạng hơn, ví dụ như khả năng đa dạng hóa sản phẩm nước mắm truyền thống với nhiều hương vị khác nhau? “Hoàn toàn có thể”, chị hào hứng. “Chủng vi khuẩn mà chúng tôi đã đăng ký giải pháp hữu ích chỉ là một số các chủng đã phân lập thôi. Khi thử nghiệm, chúng tôi thấy mỗi chủng tạo ra hương và vị nước mắm khác nhau, rất thú vị”.

Để mở rộng cơ hội ứng dụng trong thực tế, chị và các cộng sự đã nghiên cứu tìm môi trường tăng sinh thay thế môi trường MRS (thường dùng tăng sinh và định lượng vi khuẩn lactic). “Nếu đưa vào ứng dụng trong thực tế thì phải có lượng sinh khối lớn, cho nên chúng tôi phải tìm môi trường nào giúp vi khuẩn phát triển nhanh hơn và có giá thành phù hợp”, PGS.TS. Lê Thanh Hà giải thích. Bằng các phương pháp tối ưu quy hoạch, nhóm nghiên cứu đã tìm ra môi trường nuôi cấy có thể giúp số lượng vi khuẩn tăng lên gấp đôi, vừa “rẻ hơn và đơn giản hơn rất nhiều so với môi trường MRS - có gần 10 thành phần, chúng tôi giảm đi chỉ còn khoảng 3-4 thành phần”, chị nói.

Dù đã nỗ lực song nhóm nghiên cứu biết rằng, còn rất nhiều việc phải làm với con vi khuẩn này nữa, nếu muốn áp dụng giải pháp này trong sản xuất. Do đó, hiện nay họ đang dấn thêm một bước nữa để thúc đẩy quá trình này: thực hiện đề tài tạo chế phẩm vi sinh chịu mặn sinh hương từ các chủng vi khuẩn đã phân lập. “Có thể nhờ vậy thì việc tạo chế phẩm sẽ dễ dàng vận chuyển, bảo quản và sử dụng hơn”, chị giải thích. “Hơn nữa, có chế phẩm rồi thì mới có thể thử nghiệm trên quy mô công nghiệp và đánh giá được chính xác hơn so với quy mô nhỏ”.

Bên cạnh vấn đề hương vị, quá trình sản xuất nước mắm truyền thống còn gợi mở nhiều bài toán thú vị khác cho các nhà nghiên cứu. “Chẳng hạn như giảm độ mặn hay tăng hiệu suất thu hồi, đây đều là những vấn đề rất quan trọng với doanh nghiệp. Chúng tôi đang cố gắng xem có thể cải tiến được hay không, làm thế nào để lên men triệt để, phần bã sau khi làm mắm không còn chút protein nào thì sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất cao. Đây là bài toán rất cần quan tâm nhưng không dễ giải quyết”, chị nói.