Nghiên Cứu Phát Triển Sản Phẩm Bia Chứa Phyccoyanin Từ Tảo Spirulina.pdf

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyên cứu và phát triển sản phẩm bia chứa phycocyanin từ tảo xoắn TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH Anh ttp180407@sis hust edu vn Ngành Kỹ thuật thực phẩm Chuyên[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nguyên cứu và phát triển sản phẩm bia chứa

phycocyanin từ tảo xoắn

TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH

Anh.ttp180407@sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật thực phẩm Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Thành

Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm

HÀ NỘI, 03/2023

Chữ ký của GVHD

- Khảo sát các phương pháp tách chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina

- Khaỏ sát điều kiện bảo quản dịch Phycocyanin

- Phát triển sản phẩm bia nền

- Khảo sát tỉ lệ bổ sung Phycocyanin vào sản phẩm bia nền

- Sản xuất sản phẩm bia thử nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm

4 Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Thành

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 12/09/2022

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt hành trình trau dồi tri thức, em thầm cảm ơn những năm tháng được

là sinh viên của đại học Bách khoa Hà Nội, là cô học trò của thầy cô trong trường Gần 5 năm lên Hà Nội, để có thể cho em được ăn uống học hành đầy đủ, bố mẹ em

đã vất vả quá nhiều Vì vậy, lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ông bà, bố

mẹ, những người thân yêu đã luôn động viên, chăm sóc, dạy dỗ em lên người

Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm – những người lái đó thầm lặng, ngày đêm chuẩn

bị bài giảng để giúp chúng em tiếp thu kiến thức tốt hơn Đặc biệt, em xin gửi lời cảm

ơn sâu sắc nhất đến thầy TS.Nguyễn Tiến Thành, người đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo và động viên em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài

Thời gian học tập tại ngôi trường Bách Khoa thêm ý nghĩa hơn vì em có những người anh, người chị, người bạn, người em tuyệt vời đã đồng hành cùng Em xin chân thành cảm ơn anh/chị, các bạn ở Trung Tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, đặc biệt là mọi người ở mái nhà Lab 305 B1 đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện nghiên cứu

Khép lại cánh cổng đại học Bách Khoa Hà Nội, trở thành tân kỹ sư, em hứa sẽ tiếp tục cố gắng, trau dồi kiến thức để trở thành một người công dân tốt, một người

có ích cho xã hội Tiếp tục theo đuổi đam mê, mục tiêu của mình đã lập ra khi còn là một cô sinh viên Em xin gửi lời chúc đại học Bách Khoa luôn là lựa chọn tuyệt vời

để các bạn sinh viên học tập và rèn luyện Kính chúc thầy cô giảng viên luôn mạnh khỏe, hạnh phúc, tràn đầy nhiệt huyết với sự nghiệp cao cả, là con thuyền đưa đến bến

đò thành công

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Xu hướng các sản phẩm bia có lợi cho sức khỏe trong đó có bổ sung hoạt chất

có tính sinh học từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên ngày càng được quan tâm Tảo

Spirulina được biết đến như là “một thực phẩm tương lai” nhờ hàm lượng protein dồi

dào đặc biệt là chất chống oxi hóa phycocyanin Phycocyanin đã được chứng minh về khả năng tăng cường hệ miễn dịch, chống oxy hóa – chống viêm, bảo vệ tim mạch, chống ung thư và chống virus Trong nghiên cứu này, em mong muốn tạo ra sản phẩm

bia xanh chứa hàm lượng phycocyanin từ tảo Spirulina để tận dụng lợi ích của hoạt

chất này mamg lại Để thực hiện nghiên cứu này, khảo sát các phương pháp như đồng

hóa, siêu âm, đông lạnh nhả đông lạnh để tách chiết phycocyanin từ bột tảo Spirulina

Kết quả đồ án đưa ra quy trình tách chiết phycocyanin từ tảo hiệu quả nhất, phương

án công nghệ sản xuất bia nền và cách thức phối trộn dịch chiết phycocyanin từ tảo với bia nền Dịch chiết được xác định hàm lượng phycocyanin thu được 53,22 mg/g Bia nền được sản xuất từ malt Pilsner và malt Wheat đường hóa ở 64℃/60p; 72℃/15p, sôi hoa 45 phút với nguyên liệu là hoa citra 13% Dịch chiết phycocyanin được bổ sung vào quá trình lên men bia để tạo ra sản phẩm có màu xanh đặc trưng độ cồn 5,4˚C, độ đắng 12,35 IBU

Bia sản phẩm được 91,67% số người thử chấp nhận, cho thấy tiềm năng sản xuất ở quy mô thử nghiệm lớn hơn từ đó đi đến thương mại để cung cấp cho người tiêu dùng một sản phẩm mới có lợi cho sức khoẻ

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 9

1.1 Tổng quan về bia 9

1.2 Khái niệm bia thủ công 10

1.2.1 Phân loại các dòng bia bia thủ công 11

1.2.2 Tình hình sản xuất bia thủ công ở Việt Nam 12

1.3 Tổng quan về công nghệ sản xuất bia thủ công 13

1.3.1 Nguyên liệu sản xuất bia 13

1.3.2 Quy trình công nghệ 17

1.4 Bia có lợi cho sức khỏe 19

1.4.1 Bia có bổ sung hoạt chất từ thực vật 19

1.4.2 Bia có bổ sung vi sinh vật có lợi 20

1.4.3 Bia không cồn hoặc bia có nồng độ cồn thấp 20

1.4.4 Bia không chứa Gluten 20

1.5 Hoạt chất Phycocyanin từ tảo Spirulina 21

1.5.1 Phycocyanin 21

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất Phycocyanin 22

1.5.5 Công dụng của Phycocyanin 23

1.5.6 Ứng dụng của Phycocyanin 24

1.5.7 Các nghiên cứu tách chiết Phycocyanin từ Tảo Spirulina 24

2 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Vật liệu 25

2.1.1 Nguyên liệu 25

2.1.2 Thiết bị sử dụng 27

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Khảo sát các phương pháp tách chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina 28

2.2.2 Khảo sát điều kiện bảo quản dịch phycocyanin 32

2.2.3 Phát triển sản phẩm bia nền 32

2.2.4 Khảo sát tỉ lệ bổ sung phycocyanin vào sản phẩm bia nền 34

2.2.5 Quy trình sản xuất sản phẩm thử nghiệm 35

2.2.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm 36

2.3 Phương pháp phân tích 37

2.3.1 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý 37

2.3.2 Phương pháp phân tích cảm quan đánh giá sản phẩm 47

3 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Khảo sát các phương pháp tách chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina 49

3.1.1 Phương pháp đồng hóa 49

3.1.2 Phương pháp siêu âm 51

3.1.3 Phương pháp đông lạnh, nhả đông lạnh 53

3.2 Khảo sát điều kiện bảo quản dịch phycocyanin 57

3.3 Phân tích chỉ tiêu nguyên liệu malt Pilsner 58

3.4 Tiến hành sản xuất sản phẩm thử nghiệm (30L) 58

3.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm 61

3.5.1 Đánh giá chỉ tiêu hóa lý trong bia thành phẩm 61

3.5.2 Đánh giá cảm quan 62

4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tiêu thụ bia toàn cầu theo khu vực năm 2021 9

Hình 1.2 Sản phẩm bia thủ công 11

Hình 1.3 Malt Pilsner 14

Hình 1.4 Cấu tạo tế bào tảo Spirulina 21

Hình 2.1 Bột tảo khô Spirulina 25

Hình 2.2 Nấm men SafeAle 04 26

Hình 2.3 Hoa viên Citra 13% 26

Hình 2.4 Máy đồng hóa IKAT 10 Homogenizer Workcenter 28

Hình 2.5 Dịch chiết phycocyanin từ tảo Spirulina 31

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất bia nền 34

Hình 2.7 Quy trình sản xuất dịch chiết phycocyanin 35

Hình 2.8 Quy trình sản xuất dịch đường từ malt đại mạch 36

Hình 2.9 Quy trình lên men bia 36

Hình 2.10 Xác định độ bề bọt của bia thành phẩm 43

Hình 2.11 Xác định độ cồn và đường sót bia thành phẩm 45

Hình 2.12 Phương pháp đo áp lực CO2 46

Hình 2.13 Xác định độ đắng của bia thành phẩm 47

Hình 3.1 Khảo sát thời gian ngâm nước của phương pháp đồng hóa 49

Hình 3.2 Khảo sát tốc độ đồng hóa 50

Hình 3.3 Khảo sát thời gian đồng hóa 50

Hình 3.4 Khảo sát thời gian ngâm nước đối với phương pháp siêu âm 51

Hình 3.5 Khảo sát năng lượng siêu âm 52

Hình 3.6 So sánh mẫu thu được lần lượt từ trái qua phải bằng 3 phương pháp siêu âm (3 ốn đầu), đồng hóa (3 ống giữa), đông lạnh, nhả lạnh đông (3 ống cuối) 53

Hình 3.7 Khảo sát thời gian ngâm dịch tảo (phút) 54

Hình 3.8 Khảo sát tỉ lệ bột tảo : nước 54

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thể tích dịch đến thời gian đông đá và hàm lượng phycocyanin thu được 56

Hình 3.10 Khảo sát các chu kì lạnh đông, nhả lạnh đông 56

Hình 3.11 Sự thay đổi nồng độ phycocyanin trong các điều kiện bảo quản khác nhau 57

Hình 3.12 Sự thay đổi của nồng độ chất hòa tan và pH trong 7 ngày lên men chính59 Hình 3.13 So sánh tỉ lệ phối trộn dịch phycocyanin với bia nền 60

Hình 3.14 Sản phẩm bia chứa phycocyanin chiết xuất từ tảo Spirulina 61

Hình 3.15 Chuẩn bị mẫu cho buổi đánh giá cảm quan 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tiêu thụ bia toàn cầu theo quốc gia năm 2021 10

Bảng 1.2 Những dòng sản phẩm bia chính năm 2022 11

Bảng 1.3 Một số xưởng bia thủ công ở Việt Nam 13

Bảng 1.4 Một số loại malt phổ biến hiện nay [4] 15

Bảng 1.5 Một số loại hoa houblon dùng trong sản xuất bia thủ công [5] 16

Bảng 1.6 Thành phần hóa học của nước sản xuất một số loại bia nổi tiếng 17

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thể tích dịch đến thời gian đông đá 55

Bảng 3.2 Chỉ tiêu nguyên liệu malt Pilsner 58

Bảng 3.3 Chất lượng dịch đường trước khi lên men 59

Bảng 3.4 Theo dõi chỉ tiêu của quá trình lên men chính 60

Bảng 3.5 Chỉ tiêu hóa lý của bia thành phẩm 61

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát mức độ chấp nhận của người tiêu dùng 63

1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về bia

Bia và rượu là những đồ uống có cồn ra đời từ rất sớm Song hành cùng với sự phát triển của nhân loại, việc sản xuất bia cũng phát triển, được cải tiến và trở thành

một trong những ngành công nghiệp sản xuất đồ uống lớn nhất trên thế giới hiện nay

Hiện nay, bia là thức uống có lượng tiêu thụ lớn thứ ba trên thế giới, sau trà và

cà phê, là đồ uống có cồn phổ biến nhất trên thế giới Theo Báo cáo về lượng tiêu thụ bia toàn cầu năm 2021 của Kirin Holding Company [1], cả thế giới tiêu thụ khoảng 185.600 triệu lít, tăng 4% so với năm trước Theo khu vực, châu Á tiêu thụ bia năm

2021 tăng 3,5% so với năm 20120, chiếm 31,4% thị phần bia toàn cầu, tiếp tục liên tiếp là khu vực tiêu thụ bia lớn nhất thế giới trong 14 năm

Hình 1.1 Tiêu thụ bia toàn cầu theo khu vực năm 2021

Trung Quốc vẫn là quốc gia tiêu thụ bia lớn nhất thế giới trong năm thứ 19 liên tiếp và mức tiêu thụ năm 2021 tăng 5,6% so với cùng kỳ năm ngoái Ấn Độ phục hồi đáng kể từ vị trí thứ 24 năm 2020 lên vị trí thứ 14 năm 2021 (tăng 28,2% so với năm trước)

Việt Nam đứng thứ 9 trên thế giới về sản lượng bia tiêu thụ trong năm 2021, giảm 5,5% so với lượng tiêu thụ năm 2020, từ 4,4 triệu lít (2020) xuống còn 4,159 triệu lít (2020) do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 và Nghị định 100/2019/NĐ-CP

31.4

7.9

26.5 18.3

14.1 1.2 0.6

Tiêu thị bia toàn cầu theo khu vực năm 2021

Châu Á Châu Phi Châu Âu Trung và Nam Mỹ Bắc Mỹ Châu Đại Dương Trung Đông

của Chính phủ: Quy định xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực giao thông đường

Thị phần thế giới (%)

Tốc độ tăng trưởng so với năm 2020 -2021 (%)

(Nguồn: Global Beer Consumption by Country in 2021 – Kirin Holding)

1.2 Khái niệm bia thủ công

Bia thủ công ( craft beer) có thể vẫn là một khái niệm mới tại Việt Nam, nhưng

nó đang được nhân rộng và tạo nên một làn sóng mới trong giới công sở Đối với bia thủ công, nhất là ở góc độ nhìn về tính chất của sản phẩm, loại đồ uống này sẽ dần có chỗ đứng trong thị trường như cocktails, bởi đây là loại đồ uống có sức sáng tạo không hồi kết

Không có khái niệm cụ thể về bia thủ công, do loại bia này được sản xuất với quy mô nhỏ và rất đặc trưng cho từng nhà nấu bia, người nấu bia, vùng và quốc gia Đặc điểm chung của bia thủ công là được ủ hoặc sản xuất tại các nhà máy bia nhỏ sử dụng kỹ thuật nấu bia truyền thống từ các nguyên liệu tốt nhất Tại Việt Nam, các nhà sản xuất bia thủ công sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc địa phương để tạo ra các loại bia mang hương vị Việt Nam Một số loại trái cây nhiệt đới được bổ sung vào như: chuối, xoài, chanh leo, dâu tằm…đến các loại củ như: gừng, sả Bằng việc tìm cách bổ sung thêm các hương vị từ trái cây, gia vị, thảo mộc vào bia nên mỗi loại bia thủ công đều thể hiện được sự sáng tạo, độc đáo trong cách ủ bia của mỗi nhà nấu bia

Hình 1.2 Sản phẩm bia thủ công

1.2.1 Phân loại các dòng bia bia thủ công

Bia thủ công là sản phẩm luôn được nhà sản xuất sáng tạo không ngừng nghỉ,

họ kết hợp nguồn những nguyên liệu đặc biệt tạo nên vô số loại bia độc đắc về màu sắc và hương vị

Hiệp hội những người nấu bia Brewers Association [2] đã phân loại bia thủ công dựa theo màu sắc và hương vị thành 3 phong cách bia chính là: Ale Styles, Lager Styles, Hybrid/Mixed Lagers hoặc Ale

Bảng 1.2 Những dòng sản phẩm bia chính năm 2022

Ale Styles British Origin Ale Styles Ordinary Bitter, Special Bitter hoặc Best

Bitter, Extra Special Bitter, Style Light Ale, Scottish-Style Heavy Ale, British-Style Barley Wine Ale, British-Style India Pale Ale,…

Scottish-North American Origin Ale Styles

Golden hoặc Blonde Ale, Style Amber/Red Ale, American-Style Pale Ale, American-Style India Pale Ale,

Style Black Ale, Style Barley Wine Ale,…

American-Belgian và French Origin Ale Styles

Belgian-Style Table Beer, Belgian-Style Strong Dark Ale, Belgian-Style Tripel, Other Belgian-Style Ale, Belgian-Style Fruit Lambic,

Irish Origin Ale Styles Irish-Style Red Ale, Classic Irish-Style

Dry Stout, Export-Style Stout…

German Origin Ale Styles South German-Style Dunkel Weizen,

North American Origin Lager Styles

American-Style Amber Light Lager, American-Style Lager, American-Style Light Lager, American-Style India Pale Lager, American-Style Amber Lager… Hybrid/Mixed

Lagers hoặc

Ale

Origin Hybrid/Mixed Lagers hoặc Ale

American-Style Cream Ale, California Common Beer, Coffee Beer, American-Style Wheat Beer,…

1.2.2 Tình hình sản xuất bia thủ công ở Việt Nam

Thị trường bia thủ công là thị trường vô cùng tiềm năng và sẽ tiếp tục tăng trưởng mạnh, mặc dù trên thị trường đã có nhiều dòng bia thủ công nhưng mức độ được người tiêu dùng lựa chọn còn thấp Khách hàng, họ đã biết đến những dòng bia Craft nhưng do giá thành khá cao nên mức độ sử dụng còn quá ít so với bia hơi, bia lon Ngày nay, xu hướng của những người trẻ tuổi có học vấn cao tìm kiếm những đồ uống ngon để thưởng thức Mà bia thủ công đánh vào tệp khách quan tâm về chất lượng, hương vị đặc trưng riêng biệt mang màu sắc sáng tạo của nhà sản xuất bia

Tính đến năm 2021, Việt Nam hiện đang có khoảng 30 nhà sản xuất bia thủ công, và số lượng này vẫn đang tăng lên nhanh chóng Sự hiện diện của bia thủ công dần trở thành biểu tượng hiện đại cho ngành thực phẩm và dịch vụ ăn uống tại Việt Nam

Bảng 1.3 Một số xưởng bia thủ công ở Việt Nam

Khu vực Tên nhà nấu bia Sản phẩm bia bán chạy nhất

Long Bien brew Irish Red Ale

HÀ NỘI Turtle lake brewing company Stout, Ho Tay VPA

Thơm brewery Dante’s Inferno Belgian

Quadrupel

C - Brewmaster Warrior Sister’s Pilsner

Winking seal beer Co Dragon Fruit Pale Ale Thành phố

HỒ CHÍ MINH

Pasteur Street Brewing Company

Cyclo Chocolate Stout

Heart Of Darkness Craft Brewery

Loose Rivet New England IPA

Platinum beer Platinum Golden Ale East West Brewing Co Far East IPA

Te Te Craft Beer Te Te Mellow Red Khắp các quận 1, 2, 3 của TP.HCM, dễ dàng bắt gặp những cơ sở sản xuất bia thủ công Việt Nam cũng là nơi đặt trụ sở của nhà sản xuất bia từng đoạt giải thưởng, Pasteur Street Brewing Company, với sản phẩm Cyclo Stout ngâm trong vỏ ca cao Marou nổi tiếng đã được Life and Travel Asia xếp vào danh sách những sản phẩm

nhất định phải thử

1.3 Tổng quan về công nghệ sản xuất bia thủ công

1.3.1 Nguyên liệu sản xuất bia

Bốn loại nguyên liệu chính cần dùng cho quá trình sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men Chất lượng của chúng quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm Hiểu biết đầy đủ các tính chất của các nguyên liệu và tác dụng của chúng đối với quá trình sản xuất và sản phẩm bia là cơ sở của quá trình điều hành sản xuất và xử lý, từ đó có thể điều chỉnh quá trình công nghệ một cách hợp lý nhất

Ngoài ra, với dòng bia thủ công thì người nấu còn bổ sung thêm những nguyên liệu khác nhằm tạo nên sự khác biệt trong sản phẩm của mình Ở trong đề tài này, em

bổ sung thêm chiết xuất phycocyanin từ tảo xoắn

1.3.1.1 Malt đại mạch

Malt đại mạch là nguồn cung cấp chất chiết cho dịch đường lên men Với việc điều chỉnh chế độ trong quá trình sản xuất malt đại mạch như thay đồi thời gian ngâm, thay đổi nhiệt độ sấy, từ cùng một loại đại mạch có thể tạo ra nhiều loại malt với màu sắc, hương vị khác nhau Malt được phân làm hai loại chính là malt nền và malt đặc biệt

Malt nền là những loại malt có màu vàng nhạt, sáng, có mùi vị đặc trưng của malt, vai trò chính là cung cấp chất chiết cho dịch đường lên men Một số loại malt nền phổ biến trên thế giới và tại Việt Nam là: Pilsner, Pale Ale,

Hình 1.3 Malt Pilsner

Malt đặc biệt là những loại malt được rang theo các chế độ riêng biệt để tạo ra màu sắc, hương vị khác nhau Được bổ sung cùng với malt nền tạo nên những dòng bia độc đáo theo người sản xuất

Bảng 1.4 Một số loại malt phổ biến hiện nay [3]

Loại Malt Tên Malt Đặc điểm

Malt nền Pilsner Màu vàng rơm nhạt (2,5-4,5 EBC), hương vị

nhẹ nhàng đặc trưng của malt và pha chút hương thơm mật ong Hiệu suất chiết cao và

dễ dàng khi lọc dịch đường Thích hợp với bất

kỳ phong cách bia nào

Malt lúa mì Wheat Màu vàng nhạt (3-5 EBC) Hiệu suất chiết cao,

khó khan trong công đoạn lọc dịch đường Tạo

ra hương thơm tuyệt vời cho phong cách bia lúa mì

Malt caramel Carabelge Màu vàng nâu (30-35 EBC) tạo màu mật ong

cho bia, hương vị và mùi thơm nhẹ nhàng của caramel, trái cây và các loại hạt khô

CaraAroma Màu nâu đỏ đậm (350-450 EBC) tạo cho bia

có ánh đỏ Mùi thơm độc đáo, đặc trưng bởi hương thơm phức tạp của các loại hạt rang, trái cây khô

Malt chocolate Các loại malt

Carafa

Màu đậm (800-1500 EBC), hương thơm độc đáo từ hạt cà phê, ca cao rang Thích hợp với các dòng bia sẫm màu, bia đen

Malt khói Beech Smoked

Barley Malt

Màu vàng nhạt (4-8 EBC), hương thơm và mùi

vị khói gỗ sồi mạnh, đồng thời có hương thơm nhẹ của vani và mật ong Khi dùng với lượng nhiều sẽ đem lại hương khói mạnh giống thịt hun khói

1.3.1.2 Hoa houblon

Trong quá trình sản xuất bia, hoa houblon được sử dụng để tạo cho bia có vị đắng, hương thơm đặc trưng, tăng khả năng tạo bọt và bền bọt, có tính kháng khuẩn Trong sản xuất người ta thường sử dụng các loại chế phẩm sau từ hoa houblon gồm hoa viên và cao hoa Trong đó với bia thủ công quy mô nhỏ, hoa viên thường được sử dụng phổ biến với hương thơm đặc trưng Một số loại hoa thường được sử dụng trong bia thủ công thể hiện ở bảng 1.5

Tuỳ vào mục đích sử dụng (tạo vị đắng hay hương thơm) mà các chế phẩm sẽ được

sử dụng ở các thời điểm và hàm lượng khác nhau

Bảng 1.5 Một số loại hoa houblon dùng trong sản xuất bia thủ công [4]

Tên hoa bia Hàm lượng

α – axit đắng (%)

Đặc điểm

Citra 13 Hương thơm của trái cây nhiệt đới, vị đắng cay Hallertau 3,5 – 4,5 Hương thơm nhẹ và có vị cay dịu

Mosaic 11,5 – 13,5 Hương thơm dễ chịu của trái cây nhiệt đới như

xoài, cam quýt và các loại thảo mộc

Centennial 8,4 Hương thơm của một số loại quả có múi, hương

thơm của quả dứa

Saaz 3 - 4,5 Hương thơm và mùi vị cay nhẹ, được sử dụng

nhiều trong các loại bia Lager và Pilsner

1.3.1.3 Nấm men

Dịch đường không thể biến thành bia nếu không có nấm men, một trong những yếu tố quan trọng tạo nên sự khác biệt của sản phẩm bia Trong quá trình lên men bia, đường lên men được (chủ yếu là maltose) được nấm men chuyển hoá thành cồn, CO2

và các hợp chất khác tạo nên mùi vị của bia (este, rượu bậc cao, phenols…)

Nấm men được chia thành hai nhóm lớn: nấm men lên men nổi (men Ale, lên men ở nhiệt độ 14-25℃) và nấm men lên men chìm (men Lager, lên men ở nhiệt độ 4-12℃) Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisaccarit, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường saccaroza Đối với bia thủ công, dòng men ale được sử dụng nhiều hơn do có thể tạo nhiều sản phẩm trao đổi thứ cấp hơn, đây là các thành phần tạo đặc trưng cho sản phẩm bia

1.3.1.4 Nước

Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng trong sản xuất bia Nước tham gia vào nhiều công đoạn trong sản xuất malt và bia, đặc điểm của nước sẽ ảnh hưởng tới quá trình diễn ra và hương vị của sản phẩm

Nước của bia Pilsen có rất ít các chất khoáng và đặc biệt thích hợp lên men với nồng độ thấp (11,2 – 120P), nhiều houblon Nước của bia Dormun ít clorua và sunfat, ngược lại chứa nhiều bicacbonat và canxi Bia Dormun khá khô do chứa nhiều sunfat Các loại malt dùng ở Munich chứa nhiều axit hơn và các loại malt vàng khác

Bảng 1.6 Thành phần hóa học của nước sản xuất một số loại bia nổi tiếng

xử lý và bổ sung các loại nguyên liệu đa dạng khác nhau vào các giai đoạn phù hợp

để tạo sự đặc trưng cho sản phẩm bia

Trong sản xuất bia thủ công, nguyên liệu để sản xuất dịch đường lên men thường là 100% malt đại mạch Vì chỉ sử dụng malt đại mạch làm nguồn cung cấp chất chiết cho dịch đường lên men nên quá trình đường hoá trong sản xuất bia thủ công cũng đơn giản hơn so với sản xuất bia công nghiệp Thông thường, các thợ nấu bia thủ công chỉ quan tâm đến hai mức nhiệt độ chính trong quá trình đường hoá là 62-65℃ và 72-76℃ để hai enzyme ꞵ-amylase và α-amylase hoạt động, thuỷ phân tinh bột trong malt thành các loại đường trong dịch lên men bia Các mức nhiệt độ thấp hơn để enzyme protease hoạt động ít được quan tâm hơn, do trong quá trình nảy

mầm tạo malt, enzyme này đã hoạt động và tạo ra lượng FAN nhất định cho nấm men

sử dụng

Điểm khác biệt lớn trong quy trình sản xuất dòng bia thủ công là quá trình lên men bia Các tank lên men trong xưởng thủ công có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với các tank lên men trong nhà máy bia, vì vậy nấm men không phải chịu áp suất lớn, hoạt động nấm men mạnh mẽ hơn, tạo ra phổ sản phẩm lên men phong phú giúp hương vị bia đa dạng Đa số các nhà nấu bia thủ công thường sử dụng nấm men lên men nổi (nhiệt độ lên men là 25-30oC) Kết thúc quá trình lên men chính, bia được làm lạnh để lắng một phần nấm men và cặn, giúp bia được trong hơn trước khi tiến hành rót chai Để hoàn thiện hương vị sản phẩm bia cũng như bù lại lượng CO2 bị mất trong quá trình rót chai, các nhà nấu bia thủ công thường sử dụng phương pháp lên men trong chai thay vì phải bão hòa CO2 như trong các nhà máy bia công nghiệp Vì sau khi rót chai bia vẫn tiếp tục được lên men nên dòng bia thủ công sử dụng phương pháp lên men này có đặc điểm là dễ bị đục do xác nấm men xuống dưới đáy chai

Kỹ thuật lên men trong chai là phương pháp bổ sung thêm men và dịch đường vào trong bia trước khi đóng chai Trong 14 ngày đầu tiên, nấm men hoạt động, nồng

độ cồn và CO2 tăng lên và nồng độ của các hợp chất tạo hương vị cũng thay đổi [5]

Do nấm men sẽ sử dụng oxy còn trong chai nên kỹ thuật này có thể giúp bia thành phẩm không bị oxy hóa, giữ được hương vị Nồng độ CO2 cao dẫn tới áp suất cao kết hợp với độ cồn cao chính là các yếu tố giúp bia không cần thanh trùng và sử dụng chất bảo quản mà vẫn giữ được thời gian sử dụng lâu Lên men trong chai làm tăng nồng độ CO2, hỗ trợ cho việc tạo bọt của bia

Các sản phẩm trao đổi chất của nấm men là rượu bậc cao, este, aldehit, diacetyl, hợp chất lưu huỳnh Este là chất góp phần tạo ra hương hoa, trái cây như etyl axetat (táo xanh), isoamyl axetat (chuối), etyl butyrat (dứa), etyl hexanoat ( táo ngọt) [6] Diacetyl được hình thành như các sản phẩm trung gian trong quá trình tổng hợp valin

và isoleucine Nồng độ diacetyl tăng sẽ tạo ra hương vị bơ và đó là mùi không mong muốn trong bia thành phẩm

Việc lựa chọn nấm men để sử dụng trong quá trình lên men trong chai, nấm men phải có khả năng chịu được độ cồn của bia và phụ thuộc vào đặc điểm của bia mong muốn Ví dụ như chủng nấm men Safbrew T -31, T – 58, S – 33 chúng thường được sử dụng trong bia Bỉ Saftbrew T – 31 có khả năng chống lại nồng độ cồn cao

và có đặc tính kết lắng tốt T – 58 mang lại hương vị hài hòa cho nhiều loại bia Ngoài

ra với kỹ thuật lên men trong chai thì còn có thể sử dụng nhiều vi sinh vật khác ngoài men bia [7]

Trong lên men chính của bia thủ công, một kĩ thuật thường được dùng với loại

bia India Pale Ale là dry hopping Đây là quá trình ủ hoa lạnh để trích ly những hợp

chất bay hơi và không bay hơi của hoa vào trong cồn Kĩ thuật được sử dụng bởi người nấu để tăng hương và ổn định hương vị trong bia (Rettberg et al., 2018; Lafontaine et al., 2018) Quá trình trích ly này được sử dụng hoa viên hoặc bột hoa vì chúng đã được nghiền nát để tăng bề mặt tiếp xúc với dịch bia

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dry hopping như : đặc tính của hoa, số lượng bổ sung, thời gian và nhiệt độ ủ, phương pháp thực hiện Vì mục đích của dry

hopping là tăng hương thơm cho bia thành phẩm nên các giống hoa có hàm lượng tinh

dầu cao sẽ được ưa chuộng hơn Một số phương pháp dry hopping như dry hopping

có khuấy đảo trộn, hoặc không có khuấy đảo trộn Các nghiên cứu đã báo cáo rằng việc khuấy trộn làm thay đổi đặc tính mùi thơm của hoa và thúc đẩy quá trình chiết xuất polyphenol, chất có thể làm tăng độ chát cho bia (Wolfe et al., 2012) Để quá

trình dry hopping tĩnh có thể trích ly được tốt hơn, một số nhà máy bia đã thanh lọc

CO2 trong tank lên men để giữ hoa bia ở trạng thái lơ lửng, điều này làm tăng diện

tích tiếp xúc từ đó tăng khả trích ly hương thơm hoa vào hoa Sau khi dry hopping,

lượng bia thất thoát theo bã hoa được ước tính hơn 20% thể tích Trong các nhà máy lớn ở Brazil, người ta tìm kiếm chiết xuất hoa bia thay vì sử dụng hoa viên

1.4 Bia có lợi cho sức khỏe

Người tiêu dùng ngày càng có xu hướng tìm kiếm những sản phẩm có thể giúp ích cho sức khỏe của họ trong cuộc sống Nắm bắt được điều này, những nhà sản xuất bia thủ công bia đã có những bước thay đổi tạo ra những sản phẩm bia đặc biệt có tác dụng tốt cho sức khỏe Để làm việc đó, họ bổ sung những thành phần từ thực vật, nấm men, chế phẩm sinh học khác nhau hoặc loại bỏ cồn, gluten, carbohydrate ra khỏi sản phẩm bia

1.4.1 Bia có bổ sung hoạt chất từ thực vật

Việc bổ sung các loại thảo mộc vào bia đã có từ khá lâu, thường là với mục đích tăng hương và mùi vị cho sản phẩm Có rất nhiều loại thực vật và chiết xuất từ thực vật đã được sử dụng trong sản xuất bia từ trước tới nay và có những loại đang được nghiên cứu thêm gần đây Bổ sung thêm dược liệu hoặc thảo mộc hoặc chiết xuất của chúng vào bia có thể tạo ra một loại đồ uống có hương vị dễ chịu Theo báo cáo của Djordjevic và cộng sự, trong các loại bia có bổ sung thêm chiết xuất từ lá tía

tô, cây xạ hương, quả bách xù, rễ cây tầm ma, về mặt cảm quan, loại bia được đánh giá tốt nhất là loại bổ sung thêm chiết xuất từ lá tía tô với hàm lượng 0,45mL chiết xuất/L bia, còn xét về tác động tốt của sản phẩm với sức khoẻ con người thì loại bia

có thêm chiết xuất từ cây xạ hương (0,50mL chiết xuất/L bia) được đánh giá cao nhất,

do có hàm lượng polyphenol tổng số (chất chống oxy hoá) cao (384,22mg axit galic/L bia) [8]

Ngoài ra một số loại trái cây như chanh, mâm xôi, cam, nho cũng được chọn

là chất bổ sung cho bia, giúp mở rộng đối tượng tiêu dùng là phụ nữ và những người không thích vị đắng ban đầu của bia Hiện nay, các nghiên cứu cho thấy bổ sung nho kết hợp với các hợp chất hoạt tính sinh học khác nhau có nguồn gốc từ rượu vang, chẳng hạn như phenolic, anthocyanin hứa hẹn sẽ mang lại những kết quả tốt Một số

nghiên cứu về sự kết hợp bia và nho đã được công bố [9,10] Saccharomyces

pastorianus cho thấy hiệu quả hơn trong việc chuyển hoá dịch lên men có bổ sung

thêm dịch ép nho so với Saccharomyces cerevisiae Các loại bia có bổ sung dịch ép

nho chứa hợp chất phenolic nhiều gấp bảy lần so với bia Pilsner đối chứng Bia có bổ sung thêm 20% dịch ép nho sẽ cho thấy các đặc tính cảm qua tốt hơn [11] Việc sử dụng loại bia này có tác động tốt tới nhịp tim và huyết áp, giữ chúng ở mức bình thường Mặc dù chi phí sản xuất đắt hơn bia thông thường, nhưng loại bia có thêm nho đang được các nhà sản xuất bia quan tâm, đặc biệt là các nhà sản xuất bia thủ công, những người đang đi theo hướng sáng tạo các loại bia tốt cho sức khoẻ

1.4.2 Bia có bổ sung vi sinh vật có lợi

Trong sản xuất bia, vi sinh là phần thiết yếu đặc biệt là nấm men Nấm men bia

được chia thành hai loại phổ biến: Saccharomyces carlsbergensis (nấm men lên men chìm) và Saccharomyces cerevisiae (nấm men lên men nổi) [12]

Kefir là một loại đồ uống lên men truyền thống từ sữa, có nguồn gốc từ vùng

Kavkaz Hạt kefir bao gồm nhiều vi sinh vật khác nhau như vi khuẩn (Lactobacillus,

Leuconostoc, Lactococcus và Acetobacter), nấm men (Kluyveromyces, Candida, Saccharomyces, Torulaspora, Kazachstania, Lachancea và Yarrowia) [13,14,15,16]

Kefir và polysaccharide không hòa tan của nó – kefiran có tác dụng chống viêm, kháng khuẩn, chống ung thư và chống oxy hóa [17,18] Việc sản xuất bia với hạt kefir

và bia có bổ sung thêm kefiran (lên men với Saccharomyces cerevisiae) đã được

nghiên cứu và kết quả cho thấy hàm lượng phenolic trong sản phẩm tăng lên [19]

1.4.3 Bia không cồn hoặc bia có nồng độ cồn thấp

Bia không cồn hoặc bia có nồng độ cồn thấp hiện đang là một trong những loại bia có lợi phổ biến nhất hiện có trên thị trường Tùy thuộc vào luật pháp của các quốc gia và thiết bị của nhà sản xuất, bia không cồn có thể chứa 0-0,5% ethanol [20] Các loại bia có nồng độ cồn thấp hoặc bia không cồn đang chiếm lĩnh thị trường và theo báo cáo doanh số bán hàng trung bình ở châu Âu tăng 50% trong 15 năm qua [21]

1.4.4 Bia không chứa Gluten

Gluten là một loại protein được tìm thấy trong một số loại ngũ cốc như lúa mạch và lúa mì Bệnh Celiac hay còn gọi là bệnh không dung nạp gluten, đây là bệnh gây ra do phản ứng với gluten, không cho cơ thể hấp thu các thực phẩm có chứa

gluten Bệnh Celiac dẫn đến tình trạng viêm và bất sản niêm mạc ruột non gây ra hàng loạt các rối loạn tiêu hóa, giảm khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng tại ruột non Do

xu hướng sức khoẻ cũng như tỷ lệ người không dung nạp gluten ngày càng tăng nên các nhà sản xuất bia đã mở rộng thị trường sang loại bia không chứa gluten

Theo Codex Alimentarius và quy định của EU 41/2009 về thực phẩm không chứa gluten [22], bia có ít hơn 20mg gluten/kg được coi là bia không chứa gluten Dostalek và cộng sự đã phân tích hàm lượng gluten của nhiều loại malt đại mạch khác nhau và nhận thấy rằng có sự khác nhau đáng kể giữa các mẫu, hàm lượng gluten trong malt Pilsner là 19g/kg, còn trong malt Carafa là 45g/kg [23] Từ đó có thể thấy rằng, việc lựa chọn nguyên liệu để sản xuất malt cũng có thể làm giảm hàm lượng gluten trong sản phẩm cuối cùng Mặc dù quy trình sản xuất bia có những công đoạn loại bỏ protein (một số được kết tủa trong quá trình lên men sơ cấp và thứ cấp và một

số bị loại bỏ trong quá trình ủ chín và lọc) [23], bia không chứa gluten có thể được sản xuất từ các loại ngũ cốc khác nhau như gạo, kiều mạch , yến mạch, lúa mạch đen, ngô, lúa miến hoặc kê, có thể được sử dụng cả loại không mạch nha và mạch nha [24,25,26,27,28]

1.5 Hoạt chất Phycocyanin từ tảo Spirulina

1.5.1 Phycocyanin

Phycocyanin là một sắc tố màu xanh lam có trong vi khuẩn lam, rhydophyta và cryptophyta và nó được gọi là C-PC hay R-PC tùy thuộc loài R-PC là

sắc tố phụ có trong tảo đỏ Spirulina sở hữu một loạt các chất màu, bao gồm

carotenoid, chlorophyll và phycobiliprotein

Hình 1.4 Cấu tạo tế bào tảo Spirulina

Phycobiliprotein (PBP) là các tập hợp các siêu phân tử protein hòa tan trong nước tham gia vào quá trình thu ánh sáng ở những vi sinh vật này, chiếm 40-60% tổng số protein hòa tan của tế bào Chúng được chia thành ba nhóm dựa trên đặc tính hấp phụ quang phổ: Phycoeryhrin (hấp phụ bước sóng 565 nm), phycocyanin (hấp phụ bước sóng 620 nm) và allophycocyanin (hấp phụ bước sóng 650 nm) Phycocyanin tan được trong nước, có đặc tính huỳnh quang và có khả

năng chống oxy hóa Spirulina Platensis là nguồn cung cấp dồi dào sắc tố

phycocyanin Theo Vonshak (1997), lượng phycocyanin có thể chiếm tới 20% tổng

lượng protein trong SP Trong cấu trúc của tảo Spirulina, phycocyanin tan trong nước

và tập hợp thành nhóm và liên kết với màng tế bào tạo thành phycobilisomes

Phycocyanin (PC) là một thành phần chất màu chủ yếu có trong tảo Spirulina,

nó được biết đến với khả năng bắt giữ các gốc tự do, một đặc tính quan trọng trong điều trị một số bệnh như: viêm nhiễm, suy thoái hệ thần kinh, xơ vữa động mạch, ung thư và tổn thương mô Nhiều nghiên cứu gần đây cũng đã chứng minh được phycocyanin còn có khả năng chống oxy hóa, bảo vệ thần kinh… Vì vậy, phycocyanin đã trở thành đối tượng nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực như y học, dược phẩm và sản xuất thực phẩm [29]

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất Phycocyanin

Phycocyanin là một phức hợp sắc tố - protein có chức năng sinh học hợp tác với chất diệp lục trong quá trình quang hợp Cụ thể, phycocyanin làm tăng hiệu quả sản xuất oxy của chất diệp lục trong điều kiện ánh sáng yếu Phycocyanin có màu xanh lam do chúng hấp thụ các bước sóng ánh sáng màu đỏ cam Khoảng hấp thụ màu cực đạt của PC được xác định trong khoảng 610 – 620 nm PC có khả năng hòa tan

và phát huỳnh quang mạnh trong nước

Độ ổn định của phycocyanin trong các điều kiện khác nhau, bao gồm các chất

ổn định pH, nhiệt độ, ánh sáng, đã được nghiên cứu một cách có hệ thống bằng phương pháp quang phổ [30]

a) Ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ

Các nghiên cứu khác nhau đã đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự phân hủy của phycocyanin Ở các giá trị gần với nhiệt độ phòng (25–47 °C), dung dịch phycocyanin phân hủy rất chậm (𝑡1/2= 309,4 ± 12,0 phút ở 47 °C và pH = 6) [31] Ở nhiệt độ trên 70°C, quá trình biến tính của protein diễn ra nhanh hơn (𝑡1/2= 9,7 ± 1,6 phút ở 74°C và pH = 6) [31] Từ đó cho thấy độ ổn định của phycocyanin phụ thuộc mạnh mẽ vào nhiệt độ Từ những báo cáo trên, phycocyanin được giữ ổn định ở nhiệt

độ lên tới 45ºC trong khoảng thời gian ngắn (nghĩa là không có thay đổi đáng kể nào được quan sát thấy ở nồng độ tương đối của phycocyanin)

b) Ảnh hưởng bởi yếu tố pH

Tính axit của môi trường là một yếu tố quan trọng làm mất ổn định phycocyanin, dẫn đến sự suy tính của nó pH của môi trường cũng làm thay đổi tính chất quang phổ và màu sắc của protein Các dung dịch phycocyanin trong pH axit (3,0

và 4,0 ở nhiệt độ phòng) thể hiện độ hấp thụ thấp hơn ở 620 nm và độ hấp thụ mạnh hơn ở 280 nm so với pH 5, 6 và 7 ở nhiệt độ 55 và 65 °C đối với cùng một nồng độ protein Điều này được giải thích là do sự kết tủa của protein [32] và có thể là do sự thay đổi cấu trúc của protein Đối với các giá trị pH lớn hơn 4 và tối đa 6, nhóm mang màu vẫn giữ nguyên hình dạng mở rộng của nó; tuy nhiên, khi độ pH thấp hơn, nó gấp lại thành một cấu trúc tuần hoàn, làm thay đổi tính chất quang phổ của nó Khi sử dụng tảo Spirulina , điều kiện tốt nhất để phycocyanin ổn định là pH 5,5 và 6,0

c) Ảnh hưởng của ánh sáng

Đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của ánh sáng đối với sự phân hủy của phycocyanin trong dung dịch ở nhiệt độ không đổi 25 ℃ [33], [34], [35] Phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa ánh sáng và nhiệt độ đối với sự suy thoái của phycocyanin bằng cách sử dụng đèn phát sáng cường độ 50 và 100 μmol/m2.s chiếu vào dung dịch phycocyanin Các tác giả khác cũng báo cáo kết quả tương tự với sự phân hủy tăng nhanh khi protein được bảo quản ở 40°C so với 4°C [36] Do đó, điều kiện bảo quản tốt nhất là trong bóng tối

1.5.5 Công dụng của Phycocyanin

Phycocyanin cho thấy một loạt các tác dụng dược lý, với hoạt tính chống oxy hóa, chống ung thư, chống viêm, chống gây độc tế bào và kích thích hệ miễn dịch [37] Vai trò chống oxy hóa của PC thể hiện trong việc ức chế quá trình peroxy hóa lipid ở gan và giúp bảo vệ gan Phycocyanin cũng có khả năng quét các gốc tự do trong các tế bào thần kinh bị tổn thương, điều này có thể tránh tổn thương ADN do các gốc tự do gây ra và ngăn chặn quá trình phá hủy các tế bào thần kinh [38] Ngày càng có nhiều nghiên cứu in vitro và in vivo chỉ ra rằng phycocyanin có vai trò chống ung thư hiệu quả (như ung thư vú, ung thư gan, ung thư phổi, ung thư ruột, bệnh bạch cầu và ung thư tủy xương, ) Khi kết hợp với ánh sáng He-Ne, C-phycocyanin có thể hoạt động như một chất cảm quang trong liệu pháp quang động, tạo ra một liệu pháp điều trị khối u [39] Hơn nữa C-phycocyanin có khả năng chống viêm, vì vậy C-phycocyanin là một chất chống viêm tự nhiên tiềm năng Phycocyanin có khả năng thúc đẩy tái tạo tế bào máu, cải thiện hoạt động của tế bào lympho và hệ thống bạch huyết, cải thiện chức năng miễn dịch, nâng cao toàn diện khả năng kháng bệnh của cơ thể [40] Ngoài ra, C-PC là một loại thuốc chống xơ hóa tiềm năng

1.5.6 Ứng dụng của Phycocyanin

Phycocyanin và những phycobiliprotein khác có nhiều ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm, công nghệ sinh học, chẩn đoán và dược phẩm vì nó có màu sắc đặc trưng, tính huỳnh quang và hoạt tính chống oxy hóa Phycocyanin được sử dụng làm thành phần dinh dưỡng, thuốc nhuộm màu tự nhiên, chất đánh dấu huỳnh quang Trong dược phẩm, PC được sử dụng làm chất chống oxy hóa và chất kháng viêm Phycocyanin được sử dụng làm chất màu trong thực phẩm (kẹo cao su, sản phẩm sữa ) và mỹ phẩm như son môi và kem nền ở Nhật Bản, Thái Lan và Trung Quốc Phycocyanin có thể có tiềm năng mạnh mẽ như một loại thuốc điều trị trong các ứng dụng lâm sàng Trong số các ứng dụng này, việc sử dụng CPC trong y học và sinh học ngày càng thu hút nhiều sự chú ý nhờ khả năng chống oxi hóa, chống viêm, chống ung thư, tăng cường miễn dịch của nó Ngoài ra, CPC có thể điều chế thành thuốc thử huỳnh quang, đầu do huỳnh quang và chất đánh dấu huỳnh quang, được sử dụng trong chẩn đoán y tế, miễn dịch học, kỹ thuật sinh học và các lĩnh vực nghiên cứu khác

1.5.7 Các nghiên cứu tách chiết Phycocyanin từ Tảo Spirulina

PC được tách chiết từ Spirulina sử dụng nhiều phương pháp khác nhau theo

nguyên lý chung là phá vỡ tế bào và trích ly trong môi trường lỏng Từ sinh khối tảo khô, PC được chiết tách bằng cách ngâm sinh khối trong dung môi hoặc lạnh đông ở -25 đến -15℃ và nhả lạnh đông ở 4 đến 30℃, phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm, đồng

hóa… [41] PC có thể được tách chiết cả từ sinh khối tảo Spirulina ở dạng ướt, tuy

nhiên hiệu suất không cao bằng sử dụng bột tảo khô để tách chiết [41] Theo Hrishikesh A Tavanandi và công sự (2018) so sánh về các phương pháp chiết tảo khô, kết quả cho thấy đông lạnh, nhả lạnh đông cho hiệu quả cao, đơn giản [41] Trong nghiên cứu của tác giả ST Silveira và công sự (2007), nước được dùng làm dung môi chiết xuất phycocyanin có nồng độ cao và chi phí thấp, có thể ứng dụng trong thực phẩm [42]

2 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.1.2 Tảo Spirulina

Bột tảo do công ty TNHH công nghệ sinh học Vina tảo Spirulina cung cấp

Hình 2.1 Bột tảo khô Spirulina

2.1.1.3 Nấm men

Nấm men sử dụng trong sản xuất bia thủ công là nấm men Ale Nấm men Ale rất đa dạng, mỗi chủng khác nhau sẽ có tốc độ lên men khác nhau, cho hương vị khác nhau đến sản phẩm bia Ở đề tài này, sử dụng nấm men SafeAle 04 được cung cấp bởi nhà Fermentis

Hình 2.2 Nấm men SafeAle 04

2.1.1.4 Hoa houblon

Hoa houblon được lựa chọn trong đề tài nghiên cứu này là hoa viên Citra có hàm lượng α-axit đắng là 13% Citra có hương vị đặc trưng của trái cây nhiệt đới, vị đắng cay

Hình 2.3 Hoa viên Citra 13%

2.1.2 Thiết bị sử dụng

Với đề tài “Nghiên cứu và phát triển sản phẩm bia xanh chứa Phycocyanin”, các thiết bị sử dụng tại phòng 3052 của Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển công nghệ Sinh học là:

– Thiết bị đo độ ẩm MA 35 (Sartorius – Đức)

– Cân kỹ thuật TE 6101 (Sartorius – Đức)

– Cân phân tích CPA 324S (Sartorius – Đức)

– Máy đồng hóa IKA T10 Homogenizer Workcenter

– Máy ly tâm Vibracell

– Máy siêu âm Sorvall Legend X1R

– Tủ nuôi 25℃

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu được tóm tắt như sau:

2.2.1 Khảo sát các phương pháp tách chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina

Các phương pháp chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina đều có chung một nguyên

lý là phá vỡ tế bào tảo và trích ly phycocyanin trong môi trường lỏng

2.2.1.1 Phương pháp đồng hóa

Đồng hóa là một phương pháp công nghiệp được sử dụng rộng rãi để phá vỡ tế bào

ướt Bột tảo khô được hòa tan vào nước với tỉ lệ 1:8, sau đó ngâm trong các thời gian

khác nhau Tiến hành đồng hóa bằng máy IKA T 10 Homogenizer Workcenter ở các

mức

Mức 3 (10000 rpm), mức 4 (13400 rpm), mức 5 (19900 rpm)

Khảo sát các phương pháp tách chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina

Khảo sát điều kiện bảo quản dịch Phycocyanin

Phát triển sản phẩm bia nền

Khảo sát tỉ lệ bổ sung Phycocyanin vào sản phẩm bia nền

Quy trình sản xuất sản phẩm thử nghiệm

Đánh giá chất lượng sản phẩm bia thành phẩm

Hình 2.4 Máy đồng hóa IKAT 10 Homogenizer Workcenter

Ở nghiên cứu này, khảo sát những thông số như thời gian, tốc độ đồng hóa để nhằm thu được dịch chiết có hàm lượng Phycocyanin cao nhất

a) Khảo sát thời gian ngâm nước:

Cân chính xác 0,5 g bột tảo khô được hòa tan vào 5g nước theo tỉ lệ 1:10 ngâm trong các thời gian từ 30 phút đến 180 phút ở nhiệt độ 25℃ Đồng hóa ở mức 5 (19900rpm) trong thời gian 6 phút Trong quá trình đồng hóa phải giữ lạnh tránh nhiệt

độ tăng quá cao làm ảnh hưởng đến tính chất của phycocyanin Sau đó các mẫu được

ly tâm lạnh 4 ℃ 7000rpm/20 phút Dịch trong thu được đem đi pha loãng và đo độ hấp phụ ở các bước sóng 620nm, 652nm để xác định hàm lượng phycocyanin thu được

b) Khảo sát tốc độ đồng hóa

Để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa thì sau khi lựa chọn được thời gian ngâm nước tốt nhất ta thực hiện đồng hóa ở các mức độ khác nhau (từ 3 đến 6) c) Khảo sát thời gian đồng hóa

Thực hiện đồng hóa trong các khoảng thời gian khác nhau từ 2 đến 12 phút

2.2.1.2 Phương pháp siêu âm

Phương pháp siêu âm là dòng sóng siêu âm để nhằm phá vỡ tế bào tảo Ở nghiên cứu này, khảo sát những thông số như thời gian, năng lượng siêu âm để nhằm thu được dịch chiết có hàm lượng phycocyanin cao nhất

a) Khảo sát thời gian ngâm nước:

Cân chính xác 0,5g bột tảo khô được hòa tan vào 5g nước theo tỉ lệ 1:10 ngâm trong các thời gian từ 30 phút đến 180 phút ở nhiệt độ 25℃ Siêu âm ở mức 35% năng lượng trong thời gian 4 phút Trong quá trình siêu âm phải giữ lạnh tránh nhiệt độ tăng quá cao làm ảnh hưởng đến tính chất của phycocyanin Sau đó các mẫu được ly tâm lạnh 4 ℃ 7000rpm/20 phút Dịch trong thu được đem đi pha loãng và đo độ hấp phụ

ở các bước sóng 620nm, 652nm để xác định hàm lượng phycocyanin thu được b) Khảo sát năng lượng siêu âm

Để nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng siêu âm đến chiết xuất phycocyanin

từ sinh khối tảo khô, bột tảo sau khi ngâm nước được thực hiện bằng cách siêu âm trong các năng lượng khác nhau (25%, 30%, 35%) trong thời gian 4 phút Sau đó các mẫu được xử lý tương tự như trên

2.2.1.4 Phương pháp đông lạnh, nhả lạnh đông

Đông lạnh và nhả lạnh đông là một phương pháp phòng thí nghiệm được sử dụng rộng rãi để chiết xuất phycobiliprotein [43] Có hai phương pháp làm lạnh đông phổ biến là: làm lạnh đông chậm, làm lạnh đông nhanh Ở thí nghiệm này, dùng phương pháp lạnh đông chậm có ưu điểm số tinh thể đá hình thành trong gian bào và

tế bào ít nhưng kích thước lớn nên sự cọ xát làm rách màng tế bào từ đó giải phóng dịch bào Còn làm lạnh đông nhanh thì tạo nhiều tinh thể đá trong gian bào với kích thước nhỏ nên không làm rách màng tế bào, từ đó không chiết được Phycocyanin [44]

Sử dụng tủ đông -20℃

Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hàm lượng phycocyanin của phương pháp đông lạnh, nhả lạnh đông theo quy trình sau:

a) Khảo sát thời gian ngâm nước

Cân chính xác 1g bột tảo khô được hòa tan vào 8g nước theo tỉ lệ 1:8 ngâm trong các thời gian từ 30 phút đến 180 phút ở nhiệt độ 25℃ Thực hiện đông lạnh, nhả lạnh đông 2 chu kì, mỗi chu kì đông lạnh 2 h Các mẫu tiếp tục được xử lý như

đã thực hiện với các phương án khác để xác định hàm lượng phycocyanin

b) Khảo sát tỉ lệ tảo khô: nước

Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay đổi các tỉ lệ tách chiết khác nhau đến khả năng chiết xuất phycocyanin từ tảo Thí nghiệm khảo sát các tỉ lệ tảo khô : nước (1:6, 1:8, 1:10, 1:12, 1:16, 1:20) Sau đó các mẫu được ngâm trong thời gian 120 phút, đông lạnh và nhả lạnh đông 2 chu kì, mỗi chu kì đông lạnh 2h Các mẫu được

xử lý như trên

c) Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đông lạnh đến việc chiết xuất phycocyanin

Mục đích của khảo sát này là muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng tốc độ lạnh đông tới khả năng giải phóng phycocyanin Để thay đổi tốc độ lạnh đông, các thể tích dịch

Khảo sát thời gian ngâm nước

Khảo sát tỉ lệ tảo khô : nước

Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dịch đến thời gian đông lạnh

Khảo sát chu kì đông lạnh, nhả lạnh đông

khác nhau được sử dụng Chuẩn bị các mẫu theo tỉ lệ 1:8 nhưng thay đổi khối lượng tảo và thể tích nước bổ sung Mẫu 1 (0,25g tảo : 2g nước); mẫu 2 (0,5g tảo : 4g nước); mẫu 3 (3g tảo : 24g nước); mẫu 4 (5g tảo : 40g nước); mẫu 5 (10g tảo : 80g nước); mẫu 6 (15g tảo : 120g nước); mẫu 7 (20g tảo : 160g nước) Sau đó các mẫu được ngâm trong thời gian 120 phút Tiến hành đông lạnh, theo dõi thời gian nước hoàn toàn thành pha rắn sau đó nhả lạnh đông Sau đó xử lý như phương pháp ở trên d) Khảo sát chu kì đông lạnh, nhả đông lạnh

Phương pháp lạnh đông và nhả lạnh đông được tiến hành tại -20℃ trong thời gian lạnh đông và nhả lạnh đông với 1, 2, 3, 4 chu kỳ Hỗn hợp sau khi phá vỡ tế bào được ly tâm lạnh 4 ℃ 7000rpm/20 phút Dịch trong thu được đem đi pha loãng và đo

độ hấp phụ ở các bước sóng 620, 652 để xác định hàm lượng phycocyanin thu được

Hình 2.5 Dịch chiết phycocyanin từ tảo Spirulina

Nồng độ phycocyanin (PC) được tính theo công thức sau [45]

PC = (A620− 0,474 A652)

5,34

Trong đó:

- PC là hàm lượng phycocyanin có trong dịch chiết (mg/ml),

- A620 là độ hấp thụ màu của mẫu ở bước sóng 620 nm,

- A652 là độ hấp thụ màu của mẫu ở bước sóng 652 nm

Ngoài ra hàm lượng PC được tính theo mg/g sinh khối khô:

PC = (A620 − 0,474 A652) V

5,34 m

- V: thể tích dung môi được sử dụng (ml)

- m: khối lượng bột tảo khô sử dụng (g)

2.2.2 Khảo sát điều kiện bảo quản dịch phycocyanin

Dịch chiết phycocyanin sau khi thu sẽ được xác định nồng độ và đem đi bảo quản ở những điều kiện nhiệt độ khác nhau (-20℃, -4℃, 4℃) Sau đó theo dõi định

kỳ nồng độ phycocyanin ở các điều kiện bảo quản khác nhau biến đổi trong 7 ngày, tiếp theo trong 4 tuần, theo tháng Từ đó xác định được điều kiện bảo quản dịch phycocyanin tốt nhất

2.2.3 Phát triển sản phẩm bia nền

2.2.3.1 Phân tích nguyên liệu malt bia

Malt đại mạch là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia Mục tiêu

đề tài là phát triển sản phẩm bia mang màu xanh đặc trưng của phycocyanin Vì vậy cần sử dụng malt đại mạch có màu vàng nhạt để không ảnh hưởng nhiều đến màu của bia Malt Pilsner với độ màu EBC 2,5 – 4,5 và malt wheat với độ màu EBC 3 -5 được lựa chọn sử dụng trong nghiên cứu này Ngoài màu sắc, các chỉ tiêu quan trọng khác của malt cũng cần phải được phân tích để đảm bảo malt sử dụng có chất lượng tốt Dưới đây là sơ đồ phân tích các chỉ tiêu của nguyên liệu malt đại mạch để đánh giá được chất lượng malt Pilsner và malt Wheat sử dụng trong nghiên cứu:

2.2.3.2 Lựa chọn chế độ đường hóa và sôi hoa

a) Quá trình đường hóa

Mục đích của quá trình đường hóa là chuyển các thành phần không hòa tan chủ yếu là tinh bột, protein thành các thành phần thấp phân tử, hòa tan như đường, axit amin, peptit,…dưới tác dụng của enzym

Để tạo ra bia nền có màu vàng nhạt, độ cồn 4,5 – 5% Nên ở nghiên cứu này, lựa chọn chế độ đường hóa thông thường như các loại bia thủ công khác ở các mức 64℃/60p, 72℃/15p Tiến hành nghiền 2,5 kg Pilsner và 2,5 kg Wheat Bổ sung 25 lít nước, nâng nhiệt lên đạt 64℃ bổ sung malt Giữ nhiệt độ 64℃ trong 60 phút, nâng nhiệt 72℃ giữ trong 15 phút Sau lọc và rửa bã ở 78℃ thu được 27 lít dịch, độ đường

11oP

b) Quá trình sôi hoa

Mục đích của quá trình sôi hoa là chiết chất đắng, kết tủa protein khả kết, diệt enzym, vi sinh vật Nhưng thời gian đun sôi hoa cũng ảnh hưởng đến màu sắc của dịch đường trước lên men, để màu bia nền không quá đậm nên ở nghiên cứu này rút ngắn thời gian đun sôi hoa còn 45 phút Sử dụng hoa Citra 13%, bổ sung ba lần là: sau sôi 5 phút: 7g, sau sôi 30 phút: 4g, trước kết thúc sôi 5 phút: 4g Sau sôi hoa thu được 25 lít, độ đường 12oP

c) Quá trình lên men chính

Sử dụng chủng nấm men SafeAle 04, có hương thơm trái cây và hương hoa Tốc độ lắng tốt, nhiệt độ lên men 25℃ Theo dõi các chỉ tiêu của bia trong quá trình lên men chính đến khi quá trình lên men dừng lại

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất bia nền

2.2.4 Khảo sát tỉ lệ bổ sung phycocyanin vào sản phẩm bia nền

Sau khi tách chiết, dịch chiết Spirulina được bổ sung vào bia nền nhằm tạo ra một sản phẩm bia xanh chức năng vừa có tác dụng giải khát vừa có đặc tính dinh dưỡng và dược lý trong bảo vệ sức khỏe con người

Do Phycocyanin là chất nhạy cảm bị biến tính bởi nhiệt độ cao, nên dịch chiết không thể bổ sung ở những quá trình gia nhiệt như đường hóa, sôi hoa Với môi trường

pH lên men chính của bia nền cũng làm phycocyanin bị biến tính dẫn tới bị kết tủa, ngoài ra có thể bị lắng xuống bởi nấm men Chính vì vậy nên ở nghiên cứu này, lựa chọn bổ sung vào trước quá trình đóng chai để giữ lại lượng phycocyanin bị kết tủa dưới đáy chai

Sau khi khảo sát sơ bộ những tỷ lệ bổ sung dịnh chiết phycocyanin với bia nền, các tỷ lệ phycocyanin : bia nền như 1/30 1/40 1/50 (theo thể tích) được lựa chọn

nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung dịch chiết Spirulina đến tính chất của bia Dựa trên màu sắc và cảm quan sơ bộ hương của bia thu được để lựa chọn tỷ lệ bổ sung

2.2.5 Quy trình sản xuất sản phẩm thử nghiệm

Quy trình sản xuất bia xanh chứa phycocyanin thử nghiệm hệ 30 lít được tiến hành theo quy trình được mô tả sau đây:

Hình 2.7 Quy trình sản xuất dịch chiết phycocyanin