Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến động học quá trình lên men rượu vang nho, sử dụng nấm men cố định

Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu §Động học quá trình sinh trưởng của nấm men Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu §Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ §Động học qu

Trang 1

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG

GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN

ThS TÔN NỮ MINH NGUYỆT

2

Sử dụng cơ chất

Tạo thành sản phẩm

Mật độ tế bào trong hạt Mật độ tế bào ngoài hạt Hàm lượng đường khử Hàm lượng nitơ

Hàm lượng ethanol Hàm lượng acid hữu cơ

Trang 2

Ảnh hưởng của hàm lượng đường ban đầu

§Động học quá trình sinh trưởng của nấm men

Ảnh hưởng của hàm lượng tannin ban đầu

§Động học quá trình sử dụng cơ chất: đường khử, nitơ

§Động học quá trình tạo thành sản phẩm: cồn, acid hữu cơ

Trang 3

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA NẤM MEN

6

Trang 4

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT

QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường

Trang 5

196,8 ± 7,5h 84,0 ± 2,5b

360

180,0 ± 4,6g 79,2 ± 2,5a

320

146,4 ± 3,0f 100,8 ± 2,6c

280

132,0 ± 2,5e 86,4 ± 1,5b

240

108,0 ± 2,0d 79,2 ± 2,5a

200

Nấm men tự do Nấm men cố định

Thời gian lên men (h) Hàm lượng đường ban

đầu

(g/L)

QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG nitơ

Trang 6

12

Trang 7

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM

QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP CỒN

14

Trang 8

QUÁ TRÌNH chuyển hóa của các acid hữu cơ

16

QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA CÁC ACID HỮU CƠ

Trang 9

pH – hàm lượng acid tổng.

Hàm lượng acid dễ bay hơi.

Trang 10

Trang 11

Trang 12

24

Trang 13

26

Trang 14

28

Trang 15

30

Trang 16

QUÁ TRÌNH chuyển hóa của các acid hữu cơ

pH – hàm lượng acid tổng.

Trang 17

Thời gian lên men.

Tốc độ sử dụng đường - tốc độ sinh tổng hợp cồn.

pH - hàm lượng acid tổng.

Sử dụng nấm men cố định trong sản xuất rượu vang có nhiều ưu điểm:

34

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG

GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN

ThS TÔN NỮ MINH NGUYỆT

Trang 18

0,240 ± 0,016a 0,308 ± 0,013b

360

0,520 ± 0,016e 0,310 ± 0,011b

320

0,671 ± 0,020f 0,320 ± 0,023bc

280

0,764 ± 0,018g 0,344 ± 0,018c

240

0,458 ± 0,022d 0,248 ± 0,016a

200

Nấm men tự do Nấm men cố định

Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại µmax(h -1 ) Hàm lượng đường ban đầu

Trang 19

124,98 ± 3,58g 76,95 ± 1,92e

360

85,80 ± 2,55f 22,73 ± 1,55d

320

15,32 ± 0,14c 10,00 ± 1,00b

280

7,80 ± 0,72b 3,10 ± 0,26a

240

2,40 ± 0,44a 2,01 ± 0,43a

200

Hàm lượng đường sót (g/L) Hàm lượng đường ban đầu

Trang 20

2,33 ± 0,07a 3,59 ± 0,08d

360

2,68 ± 0,08b 3,85 ± 0,04f

320

3,36 ± 0,08c 3,89 ± 0,07f

280

3,49 ± 0,05d 3,91 ± 0,07f

240

3,72 ± 0,07e 3,32 ± 0,07c

200

Tốc độ sử dụng đường cực đại gSmax(g/L/h) Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

40

38,0 ± 0,9d 59,0 ± 1,7g

360

14,1 ± 1,7a 58,9 ± 1,4g

320

17,6 ± 1,5b 54,0 ± 1,3f

280

17,9 ± 1,7b 50,9 ± 2,0e

240

26,0 ± 1,8c 56,0 ± 0,9f

200

Tốc độ sử dụng đường riêng cực đại γSmax

(g/h/10 12 tế bào) Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

Trang 21

65,1 360

74 320

94,3 280

97,5 240

98,7 200

Độ lên men (%) Hàm lượng đường ban đầu (g/L)

Trang 22

1,18 ± 0,08a 2,77 ± 0,09f

360

1,32 ± 0,08b 2,99 ± 0,07g

320

1,80 ± 0,06c 2,62 ± 0,08de

280

1,77 ± 0,08c 2,71 ± 0,09ef

240

1,83 ± 0,07c 2,49 ± 0,08d

200

Tốc độ sử dụng đường trung bình KS(g/L/h) Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

44

13,25 ± 0,08c 14,00 ± 0,09e

360

13,73 ± 0,08d 14,55 ± 0,06f

320

14,01 ± 0,10e 13,91 ± 0,11de

280

12,56 ± 0,22b 12,57 ± 0,15b

240

10,61 ± 0,09a 10,54 ± 0,13a

200

Hàm lượng cồn đạt được (%v/v) Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

Trang 23

1,02 ± 0,04a 1,18 ± 0,05b

360

1,24 ± 0,04b 1,36 ± 0,05c

320

1,48 ± 0,05d 1,64 ± 0,04e

280

1,74 ± 0,06f 1,76 ± 0,06f

240

1,60 ± 0,04e 1,46 ± 0,03d

200

Tốc độ sinh tổng hợp cồn cực đại gPmax(g/L/h)

Hàm lượng đường

ban đầu

(g/L)

Trang 24

8,7 ± 0,5c 11,2 ± 0,3d

360

7,0 ± 0,2a 13,4 ± 0,3ef

320

8,0 ± 0,4b 12,4 ± 0,5e

280

8,8 ± 0,5bc 13,2 ± 0,6f

240

11,0 ± 0,3d 23,0 ± 0,4g

200

Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực đại γPmax(g/h/10 12 tế bào) Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

Trang 25

0,526 ± 0,035a 0,933 ± 0,014d

360

0,598 ± 0,019b 1,099 ± 0,017fg

320

0,750 ± 0,010c 1,050 ± 0,022f

280

0,746 ± 0,023c 1,125 ± 0,026g

240

0,770 ± 0,026c 1,005 ± 0,038e

200

Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình

Trang 26

1,71 ± 0,09de 1,29 ± 0,06a

360

1,77 ± 0,08e 1,43 ± 0,11b

320

1,62 ± 0,09cd 1,57 ± 0,05c

280

1,65 ± 0,06cde 1,63 ± 0,09cd

240

1,65 ± 0,07cde 1,58 ± 0,07cd

200

Hiệu suất sinh tổng hợp cồn η (mol glucose/ mol ethanol)

Hàm lượng đường ban đầu

Trang 27

0,130 ± 0,011cd 0,142 ± 0,013d

9,8

0,132 ± 0,006c 0,160 ± 0,012e

3,8

0,680 ± 0,014g 0,338 ± 0,009f

2,8

0,682 ± 0,013g 0,340 ± 0,008f

1,8

Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại

µmax(h -1 ) Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

Trang 28

9,70 ± 0,61e 7,20 ± 0,72d

9,8

7,03 ± 0,96d 4,51 ± 0,50ab

3,8

6,01 ± 0,48cd 4,31 ± 0,60a

2,8

5,75 ± 0,66bc 4,02 ± 0,46a

1,8

Hàm lượng đường sót (g/L) Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

Trang 29

1,60 ± 0,04b 2,51 ± 0,10c

9,8

3,01 ± 0,07d 3,50 ± 0,10f

3,8

3,28 ± 0,07e 3,80 ± 0,07g

2,8

3,34 ± 0,09e 4,08 ± 0,11h

1,8

Tốc độ sử dụng đường cực đại

gSmax(g/L/h) Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

Trang 30

12,0 ± 0,9a 48,0 ± 1,8d

9,8

24,8 ± 2,6c 49,8 ± 2,4de

3,8

17,9 ± 2,0b 51,7 ± 2,3e

2,8

17,1 ± 1,7b 47,0 ± 1,8d

1,8

Tốc độ sử dụng đường riêng cực đại

γPmax(g/h/10 12 tế bào) Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

Trang 31

0,85 ± 0,08a 1,07 ± 0.07b

17,8

1,34 ± 0,09c 1,74 ± 0,10d

9,8

2,29 ± 0,12e 2,79 ± 0,12g

3,8

2,57 ± 0,09f 2,95 ± 0,10h

2,8

2,64 ± 0,07fg 3,05 ± 0,09h

1,8

Tốc độ sử dụng đường trung bình

Trang 32

0,72 ± 0,02a 0,80 ± 0,03b

17,8

0,94 ± 0,04c 1,06 ± 0,05d

9,8

1,34 ± 0,05e 1,50 ± 0,04f

3,8

1,60 ± 0,05g 1,68 ± 0,06gh

2,8

1,74 ± 0,05h 1,76 ± 0,05h

1,8

Tốc độ sinh tổng hợp cồn cực đại

Trang 33

4,8 ± 0,2a 5,4 ± 0,2b

17,8

11,0 ± 0,5e 12,6 ± 0,5f

9,8

7,6 ± 0,6c 10,6 ± 0,4e

3,8

8,5 ± 0,5d 11,0 ± 0,3e

2,8

8,8 ± 0,3d 13,2 ± 0,5f

1,8

Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực đại γPmax(g/h/10 12 tế bào)

Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

66

0,35 ± 0,02a 0,44 ± 0,02b

17,8

0,54 ± 0,03c 0,69 ± 0,04d

9,8

0,88 ± 0,06e 1,03 ± 0,07f

3,8

1,02 ± 0,05f 1,16 ± 0,08gh

2,8

1,09 ± 0,06fg 1,22 ± 0,04h

1,8

Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình KP(g/L/h)

Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

Trang 34

1,68 ± 0,03def 1,64 ± bcd

9,8

1,59 ± 0,03b 1,52 ± 0,04a

3,8

1,63 ± 0,05bcd 1,61 ± 0,03bc

2,8

1,70 ± 0,02ef 1,65 ± 0,03cde

1,8

Hiệu suất sinh tổng hợp cồn η (mol ethanol/ mol glucose) Hàm lượng tannin ban đầu

(g/L)

Trang 35

RONG MƠ

Họ rong mơ (Sargassaceae) tại Việt Nam thuộc bộ rong đuôi ngựa (Fuceles), ngành rong nâu (Phaeophyta).

Ở miền Bắc: Quảng Ninh, Hải Phòng và Thanh Hóa.

Ở miền Trung: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Quy

sản lượng: 30.000 tấn rong tươi/ năm.

Được thu hái vào khoảng tháng 4 – 5, khi rong đã hình thành cơ quan sinh sản.

70

TÁCH CHIẾT ALGINATE

Có 2 quy trình chính: quy trình acid hóa và quy trình canxi hóa.

Nguyên tắc:

các ion kim loại hóa trị hai sang dạng acid alginic.

trao đổi ion và trở thành dạng alginate natri hòa tan vào dd.

§ Lọc bỏ bã rong, lấy phần dịch alginate natri.

alginate canxi không tan hoặc ở dạng gel acid alginic kết tủa.

Trang 36

CẤU TRÚC CỦA ALGINATE

72

ALGINATE ĐƯỢC ỨNG DỤNG RỘNG RÃI DO CÓ

CÁC TÍNH CHẤT SAU

Tính tạo độ quánh (thickening)

Tính chất ổn định (stabilisation) hệ huyền phùTính tạo gel (gelling properties)

Tính co gel tách dịch (syneresis)

Tính tạo màng (film-forming properties)

Trang 37

ỨNG DỤNG CỦA ALGINATE

Chất mang để cố định enzyme và

vi sinh vật trong các thiết bị lên men liên tục

Tạo Ca-alginate không tan

Sinh học

Loại nước cứng và kim loại nặng dùng cho lò hơi công nghiệp

Kết hợp với các ion kim loại nặng và

ion Ca 2+ tạo chất không tan

Kem, cream, phó mát, chocolate, sữa, mứt,…

Phụ gia tạo cấu trúc gel

Một năm trồng 3 vụ, một vụ khoảng 4 tháng

Trang 38

YÊU CẦU CỦA NHO DÙNG TRONG

SẢN XUẤT RƯỢU VANG

giữa đường và acid

76

CHỈ TIÊU CHỌN LỰA NẤM MEN VANG

Đặc tính công nghệ

Tính ổn định cao về mặt di truyền Khả năng chịu sulphite cao

Ít liên kết với sulphite

Ít tạo bọt Có khả năng kết bông Kết lắng cặn nhanh Nhu cầu nitơ thấp

Các đặc tính trao đổi chất có liên quan đến sức khỏe con người

Tạo thành ít sulphite Tạo thành ít ethyl carbamate (urea)

Đặc tính lên men

Thích nghi với quá trình lên men nhanh

Tốc độ sử dụng cơ chất và tốc độ hình thành

sản phẩm cao

Khả năng chịu cồn cao

Khả năng chịu áp suất thẩm thấu cao

Sinh khối tạo thành vừa phải

Các tính chất về hương vị

Tạo thành ít sulphite/DMS/thiol

Tạo thành ít acid dễ bay hơi

Tạo thành ít rượu bậc cao

Giải phóng ra các tiền chất hương glycosylate

Trang 39

CÁC ACID HỮU CƠ TRONG NHO & RƯỢU VANG

0,17 – 0,40g/L 2,60 – 5,7g/L 0,06 – 3,13g/L 0,48 – 1,22g/L 0,07 – 4,89g/L 0,30 – 1,44g/L

0,25 – 0,35g/L 4,07 – 7,65g/L 1,99 – 2,91g/L Rất ít

Rất ít Rất ít

Trang 40

CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH CÁC HỢP CHẤT TẠO HƯƠNG VỊ CHO RƯỢU VANG

80

CÁC HỢP CHẤT HƯƠNG TẠO BỞI NẤM MEN CỐ

ĐỊNH SO VỚI NẤM MEN TỰ DO

Nhiều ester hơn

Ít diacetyl hơn

Ít acetaldehyde hơn

Ít methanol hơn

Ít acid dễ bay hơi hơn

Ít rượu bậc cao hơn

Trang 41

polyphenoloxidase

Ức chế vi khuẩn và nấm men dại

82

THEO QUY ĐỊNH CỦA HIỆP HỘI CHÂU ÂU

210mg/L 260mg/L

> 5g/L đường

160mg/L 210mg/L

< 5g/L đường

Vang đỏ Vang trắng và vang hồng

Loại rượu vang

Trang 42

KHÁI NIỆM SO 2 TỰ DO & SO 2 KẾT HỢP

§ Giảm sự tổn thất các hợp chất hương.

§ Tăng sự tạo thành một số hợp chất dễ bay hơi: isoamyl acetate, isobutyl và hexyl acetate.

§ Giảm đáng kể sự phát triển của vi khuẩn acetic và lactic.

§ Ức chế vi khuẩn và nấm men dại

Nhược điểm:

§Làm giảm mật độ tế bào nấm men.

§Kéo dài pha lag.

§Thu hẹp màng lipid.

§Kéo dài thời gian lên men.

Trang 43

NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG KÉO DÀI THỜI GIAN LÊN MEN HOẶC QUÁ TRÌNH LÊN MEN KẾT THÚC KHI

HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG SÓT CÒN RẤT CAO

Nhiệt độ không thích hợp (quá cao hoặc quá thấp)

Hàm lượng đường cao Tỷ lệ fructose : glucose cao

Sulphite

Dư lượng thuốc trừ sâu

Tác động của các chất ức chế

Nitơ Các chất khoáng Vitamin Oxy Ergosterol và các acid béo không no

Thiếu dinh dưỡng

Lọc chân không Dịch nho

Trang 44

THÀNH PHẦN CỦA DỊCH NHO SAU KHI ÉP

ppm12

g/L1,8

Tannin

ppm45

Nitơ ammonium

ppm172

Nitơ amin tự do

oBx12

Hàm lượng chất khô

g/L120

Đường khử

g acid tartaric/100mL0,65

Độ chua

3,71pH

Đơn vị Giá trị

Thông số

88

KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TẾ BÀO

“Kỹ thuật bao bọc hoặc định vị các tế bào cònnguyên vẹn lên một “vùng không gian nhất định”nhằm bảo vệ các hoạt tính xúc tác mong muốn”(Karel và cộng sự, 1985)

Cố định thường là sự bắt chước các hiện tượng xảy

ra trong tự nhiên do các tế bào có thể phát triển trênbề mặt hoặc bên trong các cấu trúc của nguyên liệucó trong tự nhiên

Trang 45

CÁC KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TẾ BÀO

90

CỐ ĐỊNH NẤM MEN THEO PHƯƠNG PHÁP

TẠO GEL TỪ BÊN NGOÀI

Trang 46

H 2 O

GDL H+

Ca

Na-Alginate

CƠ CHẾ TẠO GEL THEO PHƯƠNG PHÁP

TẠO GEL TỪ BÊN TRONG

92

ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC CỐ ĐỊNH NẤM MEN

TRONG GEL ALGINATE

− Quá trình cố định dễ thực hiện.

− Chất mang có tác dụng bảo vệ tế bào chống lại các tác nhân gây stress.

xử lý hóa chất Do đó, các tế bào cố định không bị mất hoạt tính.

chất và sản phẩm.

cao.

Trang 47

Có tác dụng bao bọc, bảo vệ tế bào

Hiệu suất cố định tế bào cao hơn

Chất mang sử dụng pp hấp phụ Alginate

− Gel Ca-alginate rất nhạy với các chất tạo chelate như phosphate, citrate và lactate và các chất không tạo gel (non-gelling) như là các ion sodium và magnesium → phồng ra, tăng kích thước các lỗ xốp, làm giảm tính ổn định và phá vỡ cấu trúc hạt gel → chất ổn định gel, như là CaCl2, celite và pectine; làm cứng gel bằng cách sử dụng propylene glycol ester, polyethelenine (PEI) và các loại vật liệu composite (colloidal silica).

− Không bền hóa học trong dung dịch điện phân và dung dịch có pH cao → tạo liên kết của hạt gel với glutaraldehyde, với polycations; sấy khô hạt gel; ion Ba 2+ và Sr 2+ thay cho ion Ca 2+

Trang 48

ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN ALGINATE & CÁC ĐIỀU KIỆN TẠO GEL ĐẾN ĐỘ BỀN GEL &

QUÁ TRÌNH LÊN MEN

Khối lượng phân tử ↑ → không ảnh hưởng đến tốc độ lên men +

↑ độ bền gel.

Tỷ lệ M/G ↑ → tốc độ lên men ↑ + độ bền gel ↓

Nồng độ alginate ↑ (1 – 10%) → tốc độ lên men ↓ + độ bền gel

pH tạo gel: 6,0 – 8,0

Nhiệt độ tạo gel: < 25 o C

Mật độ tế bào trong hạt.

Tỷ lệ S/V ↑ → năng suất lên men ↑

96

MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC NHAU GIỮA

CỐ ĐỊNH NẤM MEN & CỐ ĐỊNH ENZYME

chất

hoạt tính cao hơn so với enzyme tự do

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	2,76 MB