Tài liệu Khảo sát hiệu quả của việc sử dụng dung dịch kiềm trong quá trình tinh chế betaglucan từ bã men bia

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG VÕ VĂN TẤN TÀI KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG DUNG DỊCH KIỀM TRONG QUÁ TRÌNH TINH CHẾ BETA-GLUCAN TỪ BÃ MEN BIA Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2009 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tên đề tài: KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG DUNG DỊCH KIỀM TRONG QUÁ TRÌNH TINH CHẾ BETA-GLUCAN TỪ BÃ MEN BIA Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ts. Nguyễn Công Hà Võ Văn Tấn Tài MSSV: 2051674 Lớp: CNTP K31 Cần Thơ, 2009 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ Luận văn đính kèm theo đây, với đề tựa là “KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG DUNG DỊCH KIỀM TRONG QUÁ TRÌNH TINH CHẾ BETA-GLUCAN TỪ BÃ MEN BIA”, do VÕ VĂN TẤN TÀI thực hiện và báo cáo, đã đƣợc Hội đồng chấm luận văn thông qua. Giáo viên hƣớng dẫn Giáo viên phản biện 1 TS. NGUYỄN CÔNG HÀ TS. BÙI HỮU THUẬN Giáo viên phản biện 2 ThS. NGUYỄN THỊ THU THỦY Cần Thơ, ngày tháng năm 2009 Chủ Tịch Hội Đồng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD ii Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trƣớc đây. Tác giả luận văn VÕ VĂN TẤN TÀI Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD iii Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ LỜI CẢM TẠ Để đạt đƣợc kết quả học tập sau bốn năm học tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp, tôi xin đƣợc phép gởi lòng biết ơn chân thành của mình đến: Cha mẹ đã nuôi dƣỡng, dạy dỗ, động viên khuyến khích và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ trong cuộc sống. Toàn thể quí Thầy Cô trƣờng Đại Học Cần Thơ và đặc biệt là quý Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng đã tận tình truyền đạt hành trang kiến thức và vốn sống bằng tâm huyết của mình. Thầy Nguyễn Công Hà đã nhiệt tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Quý Thầy Cô và các Chị ở phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm và thƣ viện Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. Chân thành cảm ơn sự đoàn kết và hỗ trợ của các bạn lớp Công nghệ thực phẩm khóa 31 trong suốt bốn năm học và trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Cần thơ, ngày 4 tháng 6 năm 2009 Sinh viên thực hiện VÕ VĂN TẤN TÀI Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD iv Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ TÓM LƢỢC Với mục tiêu đa dạng hóa sản phẩm, tận dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm trong quá trình sản xuất rượu bia, nâng cao giá trị kinh tế của bã men bia và đặc biệt là tạo ra một loại thực phẩm chức năng, đề tài “Khảo sát hiệu quả của việc sử dụng dung dịch kiềm trong quá trình tinh chế beta-glucan từ bã men bia” ở quy mô phòng thí nghiệm đã được thực hiện với các khảo sát: ảnh hưởng của tỉ lệ trích ly với NaOH (1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5), nồng độ NaOH (0,5N, 1N, 1,5N), nhiệt độ trích ly (75oC, 80oC, 85oC) đến hiệu quả của việc sử dụng dung dịch kiềm đối với sản phẩm (không ủ, ủ (pH = 4) và ủ (pH = 5)). Trong thí nghiệm của tôi, bã men bia lấy từ nhà máy bia được sử dụng để sản xuất beta-glucan (β-glucan) bao gồm sự trích ly với kiềm. Mục đích của việc trích ly kiềm là để thủy phân và hòa tan protein tế bào, nucleic acid, mannans, glucan hòa tan được và chất béo phân cực. Các chỉ tiêu theo dõi tôi thực hiện là: - Hàm lượng đạm tổng số của sản phẩm. - Hàm lượng glucid tổng số của sản phẩm. Qua quá trình nghiên cứu cho kết quả như sau:  Đối với mẫu không ủ: Ở tỉ lệ trích ly là 1:4, nhiệt độ trích ly là 85oC và nồng độ NaOH là 1N thì sản phẩm sẽ có hàm lượng protein còn lại thấp.  Đối với mẫu ủ (pH = 4): Ở tỉ lệ trích ly là 1:4, nhiệt độ trích ly là 85oC và nồng độ NaOH là 0,5N thì sản phẩm sẽ có hàm lượng protein còn lại thấp.  Đối với mẫu ủ (pH = 5): Ở tỉ lệ trích ly là 1:2, nhiệt độ trích ly là 85oC và nồng độ NaOH là 0,5N thì sản phẩm sẽ có hàm lượng protein còn lại thấp.  Mẫu ủ (pH = 5) có hàm lượng protein còn lại thấp hơn mẫu ủ (pH = 4) và hàm lượng protein còn lại của mẫu ủ (pH = 4) lại tương đối thấp hơn mẫu không ủ. Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD v Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii LỜI CẢM TẠ ..................................................................................................................iv TÓM LƢỢC ..................................................................................................................... v MỤC LỤC .......................................................................................................................vi DANH SÁCH HÌNH.................................................................................................... viii DANH SÁCH BẢNG ...................................................................................................... x CHƢƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 1 1.1 TỔNG QUAN ........................................................................................................ 1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................... 2 CHƢƠNG 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .......................................................................... 3 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................... 3 2.1.1 Polysacharide .................................................................................................... 3 2.1.2 -glucan ............................................................................................................ 3 2.1.3 Một số loại nguyên liệu có chứa -glucan ....................................................... 4 2.1.4 Giới thiệu nguyên liệu bã men bia ................................................................... 5 2.1.5 Giới thiệu chung về men bia ............................................................................ 6 2.2 QUI TRÌNH SẢN XUẤT β-GLUCAN THAM KHẢO (Gồm 4 giai đoạn) ....... 15 2.2.1 Giai đoạn chuẩn bị vách tế bào (CW) ............................................................ 15 2.2.2 Giai đoạn chuẩn bị vách tế bào đồng hoá (HCW).......................................... 15 2.2.3 Giai đoạn trích ly β-glucan ............................................................................. 16 2.2.4 Giai đoạn chế biến sản phẩm bột β-glucan .................................................... 17 2.3 VAI TRÒ, ỨNG DỤNG CỦA POLYSACCHARIDE VÀ β-GLUCAN ............ 17 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD vi Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ CHƢƠNG 3 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 19 3.1 PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ........................................................................ 19 3.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu .................................................................. 19 3.1.2 Nguyên liệu thô .............................................................................................. 19 3.1.3 Thiết bị dụng cụ .............................................................................................. 19 3.1.4 Hóa chất sử dụng ............................................................................................ 19 3.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 20 3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tỷ lệ trích ly với NaOH 1N ở 80oC trong thời gian 2 giờ hiệu quả đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4) và ủ (pH = 5) ........................ 20 3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát điều kiện nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH hiệu quả đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4) và ủ (pH = 5) ...................................... 21 3.3 PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ....................................... 23 3.3.1 Các phƣơng pháp phân tích ............................................................................ 23 3.3.2 Xử lý số liệu ................................................................................................... 27 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 28 4.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TỈ LỆ TRÍCH LY VỚI NaOH 1N Ở 80oC TRONG THỜI GIAN 2 GIỜ HIỆU QUẢ ĐỐI VỚI SẢN PHẨM: KHÔNG Ủ, Ủ (pH = 4) VÀ Ủ (pH = 5) .................................................................................................................. 28 4.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ TRÍCH LY VÀ NỒNG ĐỘ KIỀM TRÍCH LY HIỆU QUẢ ĐỐI VỚI SẢN PHẨM: KHÔNG Ủ, Ủ (pH = 4) VÀ Ủ (pH = 5) .................................................................................................................. 32 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................... 39 5.1 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 39 5.2 ĐỀ NGHỊ .............................................................................................................. 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 41 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỐNG KÊ ...............................................................................xii Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD vii Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình Tựa hình Trang 2.1 Đơn vị cấu trúc của -glucan 4 2.2 Cấu trúc một phần của glucan men bia 4 2.3 Cấu trúc một phần của một đoạn -(13)-glucan men bia 4 2.4 Qui trình làm bia công nghiệp và sản phẩm phụ của ngành làm bia 5 2.5 Nấm men trong sản xuất bia: S. cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b) 7 2.6 Hệ vi cơ quan và những bộ phận trong tế bào nấm men 10 2.7 Cấu trúc của vách tế bào nấm men 11 2.8 Những cấu tử của vách tế bào nấm men 12 4.1 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4), ủ (pH = 5) 29 4.2 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4), ủ (pH = 5) 31 4.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm không ủ 32 4.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 4) 34 4.5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 5) 35 4.6 Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm không ủ 36 4.7 Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 4) 37 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD viii Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ 4.8 Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 5) 38 5.1 Hình 5.1 Sản Phẩm β-glucan: Không ủ (a), Ủ (pH = 4) (b), Ủ (pH = 5) (c) 39 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD ix Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH BẢNG Bảng Tựa bảng Trang 2.1 Thành phần axit amin của bã bia (g/100 g protein) 5 2.2 Phân loại những đại phần tử có mặt trong men bia 9 2.3 Những vi cơ quan và bộ phận trong tế bào nấm men 10 2.4 Ảnh hƣởng của NaCl lên sự phân bố độ ẩm của nấm men 13 2.5 Thành phần tro của nấm men (%) 14 3.1 Bảng tra hàm lƣợng đƣờng 25 4.1 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm không ủ 28 4.2 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm ủ (pH = 4) 28 4.3 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm ủ (pH = 5) 28 4.4 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm không ủ 30 4.5 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm ủ (pH = 4) 30 4.6 Ảnh hƣởng của tỉ lệ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm ủ (pH = 5) 31 4.7 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm không ủ 32 4.8 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 4) 33 4.9 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm lƣợng protein tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 5) 34 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD x Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ 4.10 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm không ủ 36 4.11 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 4) 37 4.12 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm lƣợng glucid tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 5) 38 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD xi Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ CHƢƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TỔNG QUAN Khi sản xuất thực phẩm là một ngành công nghiệp cạnh tranh, các nhà sản xuất luôn luôn tìm kiếm những thành phần mới cũng nhƣ tìm cách tận dụng những nguồn phế phẩm để giảm chi phí về nguyên vật liệu. Ngành công nghiệp sản xuất bia hàng năm thải ra một lƣợng rất lớn bã nấm men bia. Trung bình sản xuất 100 lít bia sẽ thu đƣợc 2 lít bã nấm men với độ ẩm 88%. Hiện nay, bã nấm men bia đƣợc sử dụng để sản xuất bột chiết nấm men (yeast extract) hoặc làm thức ăn gia súc. Ngoài ra nấm men bia đã đƣợc biết đến và đƣợc chú ý bởi những tính chất hiếm có của nó. Trƣớc đây nấm men bia chỉ chủ yếu đƣợc dùng làm thức ăn cho gia súc. Ngày nay nấm men bia đã là sản phẩm chính của ngành công nghiệp thực phẩm dinh dƣỡng, đƣợc xem là chất bổ sung dinh dƣỡng có giá trị đặc biệt, thúc đẩy việc sử dụng chất dinh dƣỡng khác và là thuốc chữa bệnh cho con ngƣời và vật nuôi. Tại Việt Nam, nấm men bia đƣợc sử dụng để sản xuất loại bột dinh dƣỡng và hỗn hợp acid amin từ nguồn men bia phế liệu của nhà máy bia. Sản xuất chế phẩm invertase từ bã nấm men bia là một hƣớng nghiên cứu mới tại Việt Nam. Trong công nghiệp thực phẩm nhƣ sản xuất nƣớc giải khát, kẹo,… chế phẩm invertase thƣờng đƣợc sử dụng để thủy phân đƣờng sucrose tạo sản phẩm đƣờng nghịch đảo (Lê Văn Việt Mẫn và ctv, 2006). Dung dịch đƣờng nghịch đảo có độ ngọt cao hơn và ít bị hiện tƣợng tái kết tinh đƣờng hơn so với dịch đƣờng sucrose (Lê Văn Việt Mẫn và ctv, 2006). Ngoài ra bã men bia đã đƣợc đề nghị nhƣ một nguồn nguyên liệu có thể cung cấp cho việc sản xuất β-glucan. Thêm vào đó, ngƣời tiêu dùng đã trở nên quan tâm những thực phẩm tự nhiên và an toàn, thực phẩm với cholesterol, năng lƣợng và chất béo thấp nhƣng với hàm lƣợng chất xơ cao. β-glucan đã chứng minh đƣợc những ƣu thế trong việc cải thiện và nâng cao tính chất vật lý của thực phẩm nhƣ là: sự cô đặc, tính chất giữ nƣớc và nó cũng là chất nhũ tƣơng hóa tốt. Ngoài ra, β-glucan không thuộc chức năng dinh dƣỡng trong đƣờng tiêu hóa của con ngƣời, do đó nó có chức năng nhƣ một thực phẩm không cung cấp năng lƣợng. Thông tin về chức năng và đặc tính có lợi cho sức khỏe của β-glucan có thể dẫn đến sự phát triển những ứng dụng mới trong công nghiệp thực phẩm. Các sản phẩm này chứa khoảng 60-70% β-glucan và đƣợc sử dụng để cải thiện chất lƣợng của các sản phẩm thực phẩm. Vì vậy, khả năng sản xuất sản phẩm giá trị gia tăng nhƣ β-glucan từ sản phẩm phụ này có thể đem lại lợi ích cho các nhà sản xuất bia cũng nhƣ những công ty muốn sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng. Ngoài ra, còn giảm thiểu đƣợc các tác động xấu đến môi trƣờng từ các ngành công nghiệp. Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 1 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tìm đƣợc điều kiện thích hợp nhất để tăng hiệu quả sử dụng dung dịch kiềm trong quá trình tinh chế β-glucan từ bã men bia. Từ mục tiêu nghiên cứu, xác định các yếu tố cần khảo sát:  Tỉ lệ trích ly với NaOH hiệu quả đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4), ủ (pH = 5).  Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hiệu quả việc sử dụng dung dịch kiềm đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4), ủ (pH = 5). Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 2 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ CHƢƠNG 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.1.1 Polysacharide Cũng giống nhƣ oligosaccharide, các polysaccharide đƣợc tạo thành từ những monosaccharide qua các liên kết glycoside. Thủy phân các polysaccharide bằng các axit sẽ tạo ra các đƣờng đơn. Việc thủy phân một phần hay hoàn toàn (bằng hóa chất hoặc enzyme) là phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xác định thành phần các monosaccharide, vị trí và dạng các liên kết của chúng trong phân tử polysaccharide. Polysaccharide đƣợc phân loại đƣợc dựa trên thành phần các đƣờng đơn. Polysaccharide (glycan) có thể chứa một loại đƣờng (homoglycan hay homopolysaccharide) hoặc nhiều loại đƣờng khác nhau (heteroglycan hay heteropolysaccharide). Các đƣờng đơn có thể liên kết với nhau tạo thành dạng mạch thẳng (nhƣ trong amylose hay cellulose) hay mạch nhánh (amylopectin, glycogen, guaran). Các polysaccharide cũng có thể đƣợc phân loại dựa vào nguồn gốc từ thực vật, động vật, vi sinh vật hay dựa vào chức năng. Polysaccharide phân bố rộng rãi trong tự nhiên và thực hiện các chức năng sau:  Tạo hình, tạo khung (cellulose, hemicelluloses và pectin ở thực vật; chitin, mucopolysaccharide ở động vật).  Dự trữ (tinh bột, dextrin, inulin ở thực vật; glycogen ở động vật).  Giữ nƣớc (agar, pectin và alginate ở thực vật, mucopolysaccharide ở động vật). (Hoàng Kim Anh, 2007) 2.1.2 -glucan -glucan đƣợc mô tả khái quát nhƣ là một polysacharide. Thành phần chủ yếu của βglucan men bia (khoảng 85%) là một chuỗi β-1,3 glucan và một thành phần nhỏ (khoảng 3%) là nhánh β-1,6 glucan (Manners et al., 1973). β-glucan là một trong những thành phần cấu trúc chính của vách tế bào men bia (khoảng 50-60%) (Nguyen et al., 1998). Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 3 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ Hình 2.1 Đơn vị cấu trúc của -glucan Nguồn: http://www.lsbu.ac.uk/water/hygly.html G = -D-glucopyranose và x + y = 40-50 Hình 2.2 Cấu trúc một phần của glucan men bia Nguồn: Misaki et al., 1968 a + b + c khoảng 60 Hình 2.3 Cấu trúc một phần của một đoạn -(13)-glucan men bia Nguồn: Misaki et al., 1968 2.1.3 Một số loại nguyên liệu có chứa -glucan -glucan thƣờng có mặt trong một số loại nấm thiên nhiên nhƣ: nấm linh chi, nấm đông trùng hạ thảo, nấm hƣơng, nấm thƣợng hoàng, nấm chân chim, nấm vân chi, nấm mỡ, nấm bào ngƣ, nấm quế và nấm trân châu,… Vách tế bào nấm men bia cũng chứa hàm lƣợng -glucan khá cao. Ngoài ra -glucan còn có nhiều trong cám của hạt ngũ cốc chẳng hạng nhƣ lúa mạch, yến mạch, lúa mạch đen, lúa mì,... Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 4 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ 2.1.4 Giới thiệu nguyên liệu bã men bia Bã men bia có rất nhiều nguồn dinh dƣỡng nhƣ hàm lƣợng protein có tỷ lệ khá cao (hơn 30%), carbohydrate (hơn 47%), khoảng hơn 20 axit amin (lysin, valine, cystine, tyrosine, glycine,…), các vitamin (nhất là các vitamin nhóm B), và một số khoáng chất,… Có thể tóm tắt qui trình làm bia công nghiệp và sản phẩm phụ của ngành làm bia nhƣ sau: Lúa mạch + nƣớc Ngâm nƣớc Hạt cốc + nƣớc Làm khô rễ Bia chƣa lên men Ƣớp hublông Loại bỏ hublông Men Lên men bia bia Phụ phẩm (Bã men bia) Hình 2.4 Qui trình làm bia công nghiệp và sản phẩm phụ của ngành làm bia Nguồn: Tropical Feeds, Gohl, 1998 Bảng 2.1 Thành phần axit amin của bã bia (g/100 g protein) Loại acid amin Hàm lƣợng Arg Cys Gly 4.6 - His 1.8 Ils 5.4 Leu 8.3 Lys 3.3 Met Phe Thr Try 1.2 4.7 3.2 1.3 Tyr 4.1 Val 5.4 Nguồn: Tropical Feeds, Gohl, 1998 Trong quá trình làm bia, trƣớc tiên lúa mạch đƣợc ngâm nƣớc và lên mầm, trong vòng sáu ngày quá trình thủy phân tinh bột thông qua hệ thống enzyme để tạo thành dextrins và maltose. Sự hoạt động của enzyme bắt đầu từ khi nẩy mầm hạt hòa thảo. Sự chuyển đổi chủ yếu của tinh bột trong hạt hòa thảo thành đƣờng maltose và các loại đƣờng khác Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 5 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ diễn ra trong quá trình tiếp theo,... Sau khi lên mầm nhƣng trƣớc lúc ngâm vào nƣớc nóng hạt hòa thảo hoặc mạch nha đã đƣợc làm khô cẩn thận để tránh sự hoạt động của enzyme. Phần mầm hoặc chồi này sau đó sẽ đƣợc tách và đƣa sang một bộ phận khác. Sau đó mạch nha đƣợc ép và làm khô rồi đƣợc trộn thêm một phần hạt cốc nhƣ là ngô hoặc gạo và đƣa nhiệt độ lên khoảng 65ơC. Bã bia chứa 75-80% nƣớc sau khi lọc xong. Trong các xí nghiệp lớn, bã bia đƣợc sấy khô bằng ống dẫn hơi nƣớc đến ẩm độ 10%. Bã bia dễ bị hƣ hỏng, vì vậy nên sử dụng dạng tƣơi và phải bảo quản tránh không khí. Bã bia có thể bảo quản dƣới 2 tuần nếu đánh đống và nén chặt và đậy bằng túi vải ƣớt. Tuy nhiên, bã bia ƣớt không nên dự trữ với lƣợng lớn. Để dự trữ lâu hơn, có thể thêm 2-3% rỉ mật. Quá trình lên men xảy ra 4-6 tuần, sau đó khối ủ ổn định và có chất lƣợng tốt. Bã ƣớt có thể bảo quản 1-2 tuần nếu thêm 0,4% hỗn hợp axit formic và propionic. 2.1.5 Giới thiệu chung về men bia a. Đặc điểm hình thái Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào. Có hàng trăm giống và loài nấm men khác nhau, trong công nghệ sản xuất bia thƣờng là chủng thuộc giống Saccharomyces. Trong quá khứ, ngƣời ta chia các giống này thành hai nhóm là: nấm men chìm và nấm men nổi: + Nấm men chìm (lager yeast – “bottom fermenting” type) Saccharomyces uvarum (thƣờng đƣợc gọi là Saccharomyces carlsbergensis)): hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu. + Nấm men nổi (ale yeast – “top fermenting” type) Saccharomyces cerevisiae: tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thƣờng dính lại với nhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men. Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thƣớc 7-10 micromet. Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 6 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 (a) Trường Đại học Cần Thơ (b) Hình 2.5 Nấm men trong sản xuất bia: S. cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b) Nguồn: http://www.diwinetaste.com/html/dwt200701/images/SaccharomycesCerevisiae.jpg http://www.todayinsci.com/H/Hansen_Emil/YeastS-CarlsbergensisThm.jpg Ngày nay, ngƣời ta lại sắp hai nhóm này đều là thành viên của Saccharomyces cerevisiae. Tuy nhiên, có lẽ hình thức phân chia cũ vẫn còn phổ biến. Ngƣời ta còn chia nấm men ra thành nhóm nấm men chìm vừa phải, thuộc nhóm độc lập Saccharomyces uvarum với các đặc điểm nằm giữa hai nhóm trên. b. Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đƣờng trisaccharide, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn đƣờng raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng đƣợc 1/3 đƣờng raffinoza. - Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu đƣợc nhiều hơn nấm men chìm. - Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi. - Bia nhẹ và bia nặng là hai loại bia chính đƣợc lên men bởi các chủng tƣơng ứng là S.uvarum và S.cerevisiae. - Sự khác nhau về công nghệ lên men: + Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men. Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong vào cuối quá trình lên men chính, trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính. Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 7 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 – 2009 Trường Đại học Cần Thơ + Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó: nấm men bụi và nấm men bông. * Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính. * Nấm men kết bông là nấm men có thể kết dính lại với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị. Trong khi nấm men nổi không có khả năng này. + Nấm men chìm kết bông có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho bia nhanh trong nhƣng khả năng lên men hết đƣờng không bằng nấm men bụi và nấm men nổi. + Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm có thể lên men ở 4-12oC, nấm men nổi là 14-25oC. - Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống, nấm men chìm thƣờng lên men ở nhiệt độ 712oC. Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị. Còn lên men nổi thực hiện ở điều kiện nhiệt độ từ 18-25oC, cuối quá trình lên men thì các tế bào nấm men kết thành chum và bị hấp thụ vào các bọt khí CO2 rồi nổi lên bề mặt dịch lên men. Nhƣ vậy đối với sản xuất bia bằng phƣơng pháp lên men nổi, nấm men đƣợc tách khỏi bia bằng cách hớt bọt, còn ở lên men chìm thì xả cặn ở dƣới đáy thiết bị lên men. - Loại nấm men này có khả năng hấp thụ các loại dinh dƣỡng trong môi trƣờng nƣớc mạch nha nhƣ các loại đƣờng hòa tan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptid), vitamin và các nguyên tố vi lƣợng,… qua màng tế bào. Sau đó hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trƣng là quá trình trao đổi chất để chuyển hóa các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men đƣợc hình thành. c. Cấu tạo Tế bào nấm men có sự đa dạng lớn về kích thƣớc, hình dạng và màu sắc tế bào. Thậm chí những tế bào riêng lẻ từ một biến dạng đặc biệt của mỗi loại nấm men có thể hiển thị hình thái và màu sắc không đồng nhất. Điều này chủ yếu bởi sự thay đổi những tính chất vật lý và hóa học của môi trƣờng. Giữa những loại nấm men khác nhau, kích thƣớc tế bào có thể thay đổi nhiều. Tiếp theo chúng ta sẽ tập trung vào loài nấm men S. Cerevisiae. Nhiều thông tin chi tiết về tế bào học nấm men có thể tìm thấy trong (Walker, 1998). Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 8