0986 nghiên cứu công nghệ sản xuất dấm bằng phương pháp lên men chìm sử dụng phụ phẩm trong sản xuất rượu gạo luận văn tốt nghiệp

vàđặcbiệt là các chất thơm; thường được tận dụng làm thức ăn chănnuôi,men bánh mỳ, men gia súc,… Nghiên cứu tận thu nguồn phụphẩmtrong nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm nói chung và tận

TÓMTẮT LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học thực

phẩmMãsố: 62.54.02.05

HàNội-2016

Có thểtìmhiểuluậnántại:

ThưviệnQuốc gia

ThưviệnViệnCôngnghiệpthực phẩm

Bên cạnh nguồn nguyên liệu quả, hạtn g ũ c ố c , d ấ m c ò n

đ ư ợ c sản xuất từ một số loại phụ phẩm như: rượu vang chua, hành

đỏ thứphẩm, mật ong thứ phẩm,… Trong đó, nguồn dịch bã thải sauquátrình chưng cất rượu gạo còn sót một số thành phần có giá trịnhư:ethanol, đường, tinh bột, acid amin, vitamin, chất khoáng,… vàđặcbiệt là các chất thơm; thường được tận dụng làm thức ăn chănnuôi,men bánh mỳ, men gia súc,… Nghiên cứu tận thu nguồn phụphẩmtrong nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm nói chung và tậndụngdịch bã rượu từ qui trình sản xuất rượu gạo nói riêng để lênmen dấmcó ý nghĩa thực tiễn, vừa đáp ứng nhu cầu ngày càng tăngcủa thịtrường về dấm, vừa giảm giá thành sản phẩm và góp phầngiảm thiểuônhiễmmôitrường

Đề tài luận án: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất dấm bằngphươngpháp lên men chìmsử dụngphụ phẩmtrongs ả n

x u ấ t rượu gạo” nhằm khai thác, tận dụng nguồn phụ phẩm dịch bã

rượutạorasảnphẩmdấmantoàn,đápứngyêucầucủangườitiêudùng,

góp phần nâng cao giá trị, giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trườngtừcácquitrìnhsảnxuấtrượugạolênmen.

2 Mụctiêunghiêncứu

- Phân lập, tuyển chọn vikhuẩn aceticcó khản ă n g s i n h t ổ n g

h ợ p acidcaovà phùhợpvớimôitrườnglênmensử dụngdịchbãrượu

- Cải biến vi khuẩn acetic bằng kỹ thuật tạo đột biến ngẫunhiên,nhằm nâng cao khả năng sinh tổng hợp acid acetic, ứng dụngtronglênmendấmnồngđộcao

- Xây dựng qui trình lên men dấm nồng độ acid acetic cao từmôitrường bổ sung dịch bã rượu bởi chủng vi khuẩn acetic đột biến,theophương pháp chìm, quim ô p h ò n g t h í n g h i ệ m S ả n p h ẩ m

d ấ m

l ê n mentạothànhcósựkếthừavàpháttriểnnguồnchấtthơmtựnhiêntừ dịch bã rượu, đạt chất lượng tốt, đảm bảo vệ sinh an toàn và đápứngthịhiếucủangườitiêudùng

3 Ý nghĩakhoahọcvàthựctiễncủaluậnán

3.1 Ý nghĩakhoahọc

Luận án đãđưa ra cơsở khoahọcvềviệcs ử d ụ n g p h ụ

p h ẩ m trong sản xuất rượu gạo, kết hợp với kỹ thuật sinh học trongviệc cảibiến chủng vikhuẩnaceticcókhảnăng sinh tổng hợpa c i d

a c e t i c cao,ứng dụng trong sản xuấtdấm antoàn,đápứngyêucầuc ủ a người tiêudùng.Cụthểnhư sau:

- Đã phân tích, đánh giá thành phần của dịch bã rượu tạo cơ sởchoviệctậndụnglàmnguyênliệuchosảnxuấtdấm

- Đã tuyển chọn được chủng vi sinh vật có khả năng lên men dấmtừmôi trường bổ sung dịch bã rượu và cải biến được chủng vikhuẩnacetic mới có khả năng sinh tổng hợp acid acetic cao bằngphươngpháptạo độtbiếnngẫunhiên

- Xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất dấm từ dịch bãrượuđạt nồng độ acid acetic và hiệu suất lên men cao theo phươngpháplênmenchìmbởichủngvikhuẩnaceticđộtbiến.

3.2 Ý nghĩathực tiễn

- Xửlíhiệuquảphụphẩmdịchbãrượutừquitrìnhsảnxuấtrượugạothànhsảnphẩmdấmcóíchchođờisống

- Sản xuất được sản phẩm dấm đạt nồng độ acid cao, chất lượngổnđịnhvà đảmbảo yêucầu vệsinhantoànthựcphẩm

- Luận án đã bổ sung các kết quả nghiên cứu về vi khuẩn aceticvàứng dụng trong lên mendấm gạo nồng độ cao;dùng làmtàil i ệ u tham khảo phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học,giảng dạy vàtrongsảnxuất

4 Nhữngđiểmmớicủaluậnán

- Từ nguồn mẫu thu thập ở Việt Nam và Nhật Bản đã phân lập,tuyểnchọn, định tên được 04 chủng vi khuẩn acetic có khả năng sinh tổnghợp acid acetic cao,đạt trên 8%w/w Bằng kỹ thuật đột biến sử dụnghóa chất NTG và tia

UV đã cải biến được chủngK saccharivoransA2NV120.3cókhả

nănglênmen acidaceticđạttrên10%w/w

- Luậná n l à c ô n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u c ó h ệ t h ố n g v ề c ô n g n g h ệ s ả

n xuất dấm theo phương pháp lên men chìm sử dụng phụ phẩm của sảnxuất rượu gạo từ khâu phân lập, tuyểnchọn, định tên chủng, cải biếnnâng cao hoạt tính lên men tạo acid acetic củachủng giống đến điềukiện lên men, thu nhận sản phẩm, phân tíchthành phần hương thơmvà chấtlượngcủa sảnphẩmdấmtạothành

5 Kết cấucủaluận án

Luận án gồm 140 trang, 4 chương, 38 bảng số liệu, 39 hình vàđồthị, 95 tài liệu tham khảo và 5 công trình có liên quan tới luận án đãđượccôngbố

Dấm ngày càng trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãitrêntoàn thế giới với vai trò gia vị, phụ gia trong công nghiệp thựcphẩmvà có một số lợi ích đối với sức khỏe con người Ngày nay,dấm trởnên đa dạng về chủng loại với nguồn nguyên liệu, kỹ thuậtsản xuấtkhác nhau, điển hình như: dấm vang, dấm thơm, dấm táo,dấm phatrộn, dấm chưng cất, dấm gạo, dấm hành, dấm hồng vàng,

…

Trongđó,dấ m gạol à l oạ i d ấ m phổt h ôn g, c ó hươngvị đ ặ c t r ư n g v

àp hù hợp với khẩu vị của người tiêu dùng ở nhiều quốc gia, đặc biệt vớivănh ó a ẩ m thực củangườiChâuÁ

Quá trình lên men trong sản xuất dấm được thực hiện theocácphương pháp: lên men bề mặt, dòng chảy nhỏ giọt và lên menchìm.Trong đó, phương pháp lên men chìm làmộtgiảip h á p c ô n g

n g h ệ tiên tiến với nhiều ưu điểm nổi trội, được áp dụng phổ biếntrong sảnxuất dấm ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là trong sảnxuất dấmnồng độ acid acetic cao Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay,sản xuấtdấm theo phương pháp lên men chìm còn nhiều hạn chế,mới đề cậpđến trong một số nghiên cứu sơ bộ và sản xuất thửnghiệm qui mônhỏ Duy có nhà máy 100% vốn nước ngoài của hãngAjinomoto sảnxuất dấm gạo lên men theo phương pháp chìm, qui

mô công nghiệptrênhệthốngdâychuyềnthiếtbịcủa Nhật

Bên cạnh nguồn nguyên liệu quả và hạt ngũ cốc, sản xuất dấmtừnguồn phụ phẩm không phải là vấn đề mới, được một số tác giảtrênthế giới đề cập đến như: dấm hành đỏ ở Nhật, dấm dừa ở TháiLan,dấm mật ong ở Tây Ban Nha,… Tuy nhiên, việc tận dụng phụphẩmdịch bã rượu để lên men dấm chưa có nghiên cứu nào công bố.Đặcbiệt, dấm lên men sử dụng dịch bã rượu không những tận dụngđượccác thành phần dinh dưỡng có giá trị mà còn có khả năng kếthừa vàpháttriểnnguồnchấtthơmtự nhiêncủa dịchbã rượu

Các nghiên cứu về phân lập, tuyển chọn vi khuẩn acetic(AAB)trên thế giới nhằm lựa chọn các chủng có đặc tính công nghệtốt như:khả năng sinh tổng hợp acid acetic cao, chịu được nồng độ ethanol,chịu được acidacetic, chịu nhiệt và lên men ở nhiệt độ cao ứngdụngcóhi ệ u qu ả t r o ng sảnxuất dấm Ở Vi ệ t N a m , v ấ n đề n à y đãđ

ư ợ c mộts ố t á c g i ả n g h i ê n c ứ u n h ư n g s ố l ư ợ n g

c ò n h ạ n c h ế V i ệ c đ á n h giá, tuyển chọn các chủng AABđáp ứng được tiêu chí công nghệ củaqui trình sản xuất dấm ít được quan tâm Đặc biệt,việc tuyển chọnchủng AAB phù hợp với quá trình lên men dấm sử dụngphụ phẩmdịchbã rượuchưacónghiêncứutrongvà ngoàinướcnàocôngbố.Bên cạnh việc phân lập, tuyển chọn AAB có khả năng sinhtổnghợp acid acetic cao và phù hợp với quá trình lên men dấm trongđiềukiện khắc nghiệt, ứng dụng vi sinh vật đột biến theo phươngpháptruyền thống trong chế biến thực phẩm là hướng nghiên cứumới, đãđạt được những thành công nhất định Với mục đích chọnlọc nhanhcác dòng đột biến có khả năng sinh tổng hợp acid aceticcao và phùhợp lên men dấm trên môi trường sử dụng dịch bã rượu,chúng tôitiến hành nghiên cứu cải biến chủng AAB bằng kỹ thuậtđột biến sửdụng hóa chấtNTG, tia UVvà kếthợp với tạo áp lựcmôit r ư ờ n g acid acetic Trên cơsởđó,xây dựng quitrìnhcôngnghệlênm e n dấmtừn g u ồ n n g u y ê nl i ệ u dịc hb ã r ư ợ u b ở i c hủng v

ik h u ẩ n a c e t i c độtbiến,thuđược sảnphẩmdấmantoànvàcónồngđộacidcao

Vì vậy, “Nghiên cứu công nghệ sản xuất dấm bằng phươngpháp lên men chìm sử dụng phụ phẩm trong sản xuất rượu gạo”với mục tiêu phân lập, tuyển chọn, định tên, cải biến vi khuẩn acetic,lên men dấm nồng độ cao trên môi trường sử dụng

phụ phẩm dịch bãrượu theo phương pháp chìm là nghiên cứu cần thiết và có ýnghĩathựctiễncao

CHƯƠNG2 NGUYÊNLIỆUVÀPHƯƠNGPHÁP

2.1 Nguyênliệu,hóachấtvàthiếtbị

+Nguồn mẫu phân lập vi khuẩn acetic: dịch dấm các loại, dấm

bỗng,dịchthảinhàmáyrượu,quảchínlênmen, thuthậptừmộtsốđịaphươngtrongnướcvàtừ NhậtBản

+Dịchbãrượuvàmẫudấmđốichứng:dịchbãrượuthunhậntừquitrìnhsảnxu

ấtrượugạolênmenquimôcôngnghiệpvớicôngsuất

1.500k g /

m ẻ , t ạ i V i ệ n C ô n g n g h i ệ p T h ự c p h ẩ m M ộ t s ố m ẫ u d ấ m nếp hoavàng, dấm Tâm Đức loại chai thủy tinh, dấm gạo lên menAjinomotoloạichai PET trênthịtrườngđượcsửdụngđểsosánh

+Hóa chất:các hóa chất môi trường, hóa chất phân tích và hóa

chấtsinh học phân tử đạt tiêu chuẩn sử dụng, có nguồn gốc từ ViệtNam,TrungQuốc,Pháp,Mỹ

+ Thiết bị: các thiết bị thí nghiệm thông thường, máy quang phổ

UV-VIST80,máycấtđạmVapodest10s-Gerhardt,hệthốngHPLCAGILENT 1200series, hệ thống GC-MS Shimadzu, GC-6890 Plus-hãngAgilent,máyđọctrìnhtựgen,hệthốngthiếtbịl ê n m e n Minifor1lítcủa hãngLambda-ThụySỹ

2.2 Phươngphápnghiêncứu

2.2.1 Phươngphápvisinhvàsinhhọcphântử

- Phân lập AAB trên môi trường GYC: glucose 1%, cao nấmmen1%, ethanol 3%, CaCO32% và agar 1,5% theo phương phápphaloãngthôngthường

- Nghiên cứu vàthửnghiệm lênmen dấm trên hệthống thiết bị

2.2.6 Phươngpháptoánhọc

- Quihoạchthựcnghiệm bậchaivàtốiưuhóahàmmongđợitrênphầnmềmDesignExpertphiênbản8.0.6

- XửlísốliệutheophươngphápphântíchphươngsaiANOVAsửdụngphầnmềmStaticalAnalysis Systems(SAS)9.1

3.1.2 Phântíchthànhphầnhợp chất bay hơicủadịchbã

Kết quả phân tích GC-MS cho thấy, thành phần hợp chất bayhơicủa dịch bã rượu bao gồm: acid acetic, ethyl acetate,benzeneethanol,ethyl lactate, 2-3-Butanediol, 1-ethoxy-Propane, 2-methyl-Propanoicacid, ethylsuccinate, caffeine, propanoic acid, ….; chúng có vai tròquan trọngtrong tạo hương thơm của dịch bã rượu Lên men dấm sửdụng phụphẩm từ qui trình sản xuất rượu gạo không những tận dụngđược cácthành phần dinh dưỡng có giá trị mà còn có khả năng kếthừa vàpháttriển nguồn chất thơm tựnhiên từquá trình lênm e n rượugạo

3.2 PhânlậpvàtuyểnchọnAABcholênmendấmtừmôitrườngsửdụng dịchbãrượu

3.2.3 TuyểnchọnAABsinhtổnghợpacidacetic cao

Từ 12 chủng AAB sàng lọc, đã tuyển chọn được 04 chủngAABcó khả năng sinh tổng hợp acid acetic cao trên môi trườngYGEAtheo kiểu lên men lắc, bổ sung dần ethanol đến 9%Vol.; cụthể

nhưsau:chủngA2đạt8,34±0,05%w/wacidacetic;chủngA4đạt8,12±0,0

6 % w/w acid acetic; chủng M3 đạt 8,00±0,07 %w/wacidacetic;chủngM5đạt8,38±0,03 %w/wacidacetic

3.2.4 ĐịnhtênchủngAABcókhảnăngsinhtổnghợp acidcao

Đã định tên đến cấp độ loài 04 chủng AAB có khả năng sinh

tổnghợp acid acetic cao: K saccharivoransA2,K saccharivoransA4,K.europaeusM3vàA pomorumM5.

3.2.5 Một sốđặcđiểmcủacácchủngAABđãtuyểnchọn

- Đã xác định một số đặc điểm hình thái tế bào và khuẩn lạc, đặc

tínhsinhlí,sinhhóacủa04chủngđãtuyểnchọn:K.saccharivoransA2, K.saccharivoransA4,K.europaeusM3vàA pomorumM5

- Đã đánh giá khả năng chịu nồng độ ethanol và acid acetic của 04chủng AAB: chủngK saccharivoransA2 có dấu hiệu phát triển

yếutrên môi trường chứa 12% (Vol.) ethanol và môi trường chứa

10%(w/w) acid acetic;K europaeusM3 có khả năng chịu ethanol

đến12%( V o l ) n h ư n g k h ô n g c h ị u đ ư ợ c a c i d đ ế n 8 % ( w / w ) ; c h

ủ n g K

saccharivoransA4vàA.pomorumM5chỉchịuđượcnồngđ ộ ethanol

đến10%(Vol.),nồngđộ acidaceticđến8%(w/w)

- Kết quả đánh giá khả năng chịu nhiệt và sinh tổng hợp acid aceticởcác nhiệt độ khác nhau cho thấy: 04 chủng AAB đều phát triển tốt vàsinh tổng hợp acid aceticcao nhất ở 30°C; ở nhiệt độ trên 35°C, khảnăng lên men acid acetic

của chủngK saccharivoransA4 thấp hơn03 chùng còn lại; ở nhiệt độ

40°C-45°C, các chủng phát triến yếuhoặckhôngpháttriển được

3.2.6 Lựa chọn chủng vi khuẩn acetic phù hợp với quá trình lênmendấm gạotrênmôitrường sửdụng dịchbãrượu

- Từ 04 chủng AAB, đã tuyển chọn được chủngK saccharivoransA2

có khảnăng sinh acid aceticcao và phù hợp vớiquát r ì n h l ê n men

dấm trên môi trường sử dụng dịch bã rượu: đạt5,64±0,25%(w/w)acidaceticvàhiệusuấtlênmen84, 42±3,77%ở30°C

- Đã xác định được điều kiện thích hợp nhất cho quá trình lên

mendấm sử dụng dịch bã rượu bởi chủngK saccharivoransA2: nồng

độethanol ban đầu đạt 6 % (Vol.), nồng độ acid đầu đạt 6 g/l (theoacidacetic), nồng độ cao nấm men bổ sung 0,75g/l, nhiệt độ 30oC,thờigian lên men 7 ngày, lắc150v/ph trong bình tam giác1 0 0 0 m l ,

phenylethylalcohol,hexadecanoicacidethylester,butanoicacidethyl ester,phenylethylacetate,…

4,92 2,30 5,97

8,28

9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00

0,900 , 8

3,00 2,00 1,00 0,00

3.3.2 Đánhgiákhảnăngsinhacidcủacácdòng độtbiến

- Sau quá trình xử lí đột biến bằng hóa chất NTG, đã sàng lọc và

lựachọn được dòng đột biếnK saccharivoransA2 N140.7 có khả năngsinh tổng hợp acid acetic cao hơn chủng gốcK saccharivoransA217%trênmôitrườngYGEA.

- Kết quả xử lí đột biến tích lũy bởi NTG và tia UV đối với

chủngK.saccharivoransA2N140.7đãsànglọcđượcdòngđộtbiếnK.sacc harivoransA2 NV120.3có khảnăng lênmena c i d a c e t i c

c a o trên môi trường YGEA, tăng 16 % so vớiK.

tăng26%sovớichủngK.saccharivoransA2.

3.3.3 Một sốđặctínhcủachủngđộtbiến

- Khả năng chuyển hóa trong lên men dấm của chủng đột

biếnK.saccharivoransA2 NV120.3 mạnh hơn so với chủng tự nhiênK.saccharivoransA2: chủng đột biến có khả năng tạo acid

acetic đạt5,73% ( w / w ) v à e t h a n o l s ó t 0 , 4 %( V o l ) v ớ i h i ệ u s u ấ t 8 8 , 9 3 % ; trong khi đó, chủng tự nhiên lên men đạt 4,32 % (w/w)acid acetic vàethanol sót 1,5 % Vol với hiệu suất 80,25 % trong 72 giờ lên menđầutiên Đồng

e t h a n o l trongquátrìnhlênmenlà24giờ,liềulượngdự kiến0,5%/8giờ/lần

3.3.4 Xác định động học quá trình lên men dấm trên môi trườngbổdungdịchbãrượu

Đã xác định động học của quá trình lên men dấm bởi chủngđộtbiến trên thiếtbị Minifor 1 litt h e o p h ư ơ n g á n b ổ s u n g

d ầ n e t h a n o l bắt đầu tại thời điểm 24 giờ với liều lượng0,5%Vol./8 giờ/lần đến 80giờ (tổng hàm lượng ethanol bổ sung đến 10% Vol.) và thực hiệnquátrình lên men cho đến khi nồng độ ethanol sót không lớn hơn 0,5%.Đồng thời, đã xác địnhđược thời gian lên men dấm là 120 giờ,vớinồngđộacidaceticđạt10,20%(w/w) vàhiệusuấtđạt93,56%

3.3.5 Thử nghiệm lên men dấm trên môi trường bổ sung dịch bãrượutheophươngpháplênmenchìm

Kết quả thử nghiệm lên men dấm (5 mẻ) theo phương pháp

chìmbởi chủngK saccharivoransA2 NV120.3 trên môi trường sử

dụngdịchbãrượu,trongthiếtbịMinifor1lítnhưsau:quátrìnhlênmenổn định, dịch dấm có nồng độ acid acetic cao trung bình đạt 10,19 ±0,16%(w/w) vàhiệusuấtlênmen93,45±1,42%

3.3.6 Đánh giá thành phần các acid hữu cơ của dấm gạo lên mentừdịchbãrượu

Nồ ng độ aci da ceti cc uối (%

9.44±0.12 B 8.76±0.16 CD 16±0

.94±

3.4.4 Nghiêncứuảnhhưởngcủamộtsốthànhphầnmôitrườngđ ếnquátrìnhlênmen

3.4.4.1 Khảosát ảnhhưởngcủanồngđộđườngbổsung

Kếtquảkhảosátảnhhưởngcủahàmlượngđườngsaccarozabổsungtrongkhoảng4g/l-20g/lđếnquátrìnhlênmendấmbởichủng

Nồngđộđư ờn g bổsungvàom ôi t r ư ờ n g 12-16g/

l t hì q uá trìnhlên men dấm đạt hàm lượng acid acetic cao 9,44 - 9,66%(w/w) vàhiệu suất lênmen đạt 86,59 - 88,61% Vì vậy, lựa chọn hàmlượngđườngsaccaroza bổsungvàodịchlênmen12g/l

Hiệusuấtlênmen(%)

Hình3.24.Ảnh hưởng nồngđộ acidbanđầuđếnquá trìnhlên men dấm

Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic ban đầu trong khoảng

0,4-1,4% đến quá trìnhlên men dấm bởi chủngK saccharivoransA2NV120.3thểhiệntrênhình3.24chothấy:mộtlượnga