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

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 tannin ban đầu Sinh trưởng của nấm men Hàm lượng e

Trang 1

1

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG

GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN

ThS TÔN NỮ MINH NGUYỆT

Trang 2

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 tannin ban đầu

Sinh trưởng của nấm men

Hàm lượng ethanol Hàm lượng acid hữu cơ

Trang 3

3

 Động học quá trình sinh trưởng của nấm men

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

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

Trang 5

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA NẤM MEN

Trang 6

6

Trang 7

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG CƠ CHẤT

QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG đường

Trang 8

Trang 9

9

Hàm lượng đường ban

đầu (g/L)

Thời gian lên men (h) Nấm men cố định Nấm men tự do

Trang 10

QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG nitơ

Trang 11

11

Trang 12

12

Trang 13

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH SẢN PHẨM

QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP CỒN

Trang 14

14

Trang 15

15

QUÁ TRÌNH chuyển hóa của các acid hữu cơ

Trang 16

16

QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA CÁC ACID HỮU CƠ

Trang 17

17

Trang 18

pH – hàm lượng acid tổng

Hàm lượng acid dễ bay hơi

Trang 19

19

Trang 21

21

Trang 22

Trang 23

Trang 24

24

Trang 25

25

Trang 26

26

Trang 27

27

Trang 28

28

Trang 29

29

Trang 30

30

Trang 31

31

QUÁ TRÌNH chuyển hóa của các acid hữu cơ

Trang 32

pH – hàm lượng acid tổng

Trang 33

33

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:

Trang 34

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 38

Hàm lượng đường ban đầu

(g/L)

Tốc độ sử dụng đường cực đại gSmax (g/L/h)

Trang 48

48

(g/L)

Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực

đại Pmax (g/h/10 12 tế bào) Nấm men cố định Nấm men tự do

Trang 51

51

(g/L)

Hiệu suất sinh tổng hợp cồn  (mol

glucose/ mol ethanol) Nấm men cố định Nấm men tự do

Trang 60

60

(g/L)

Tốc độ sử dụng đường riêng cực đại

Pmax (g/h/10 12 tế bào) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 47,0  1,8d 17,1  1,7b 2,8 51,7  2,3e 17,9  2,0b 3,8 49,8  2,4de 24,8  2,6c 9,8 48,0  1,8d 12,0  0,9a 17,8 17,7  1,5b 10,8  1,6a

Trang 65

65

(g/L)

Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực

đại Pmax (g/h/10 12 tế bào) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 13,2  0,5f 8,8  0,3d 2,8 11,0  0,3e 8,5  0,5d 3,8 10,6  0,4e 7,6  0,6c 9,8 12,6  0,5f 11,0  0,5e 17,8 5,4  0,2b 4,8  0,2a

Trang 68

68

(g/L)

Hiệu suất sinh tổng hợp cồn  (mol

ethanol/ mol glucose) Nấm men cố định Nấm men tự do 1,8 1,65  0,03cde 1,70  0,02ef 2,8 1,61  0,03bc 1,63  0,05bcd 3,8 1,52  0,04a 1,59  0,03b 9,8 1,64  bcd 1,68  0,03def 17,8 1,71  0,03f 1,72  0,03f

Trang 69

69

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

Trang 70

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

 Tách nước để thu bột alginate natri: tách ở dạng muối alginate canxi không tan hoặc ở dạng gel acid alginic kết tủa

Trang 71

71

CAÁU TRUÙC CUÛA ALGINATE

Trang 72

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 phù

Tính tạo gel (gelling properties)

Tính co gel tách dịch (syneresis)

Tính tạo màng (film-forming properties)

Trang 73

73

ỨNG DỤNG CỦA ALGINATE

Thực

Dược

phẩm Làm tăng độ nhớtMàng bao tan được Thuốc dạng sirôThuốc viên nang

Thải phóng xạ khỏi cơ thể bệnh nhân ở

Xử lý

nước Kết hợp với các ion kim loại nặng và ion Ca 2+ tạo chất không tan Loại nước cứng và kim loại nặng dùng cho lò hơi công nghiệp

vi sinh vật trong các thiết bị lên men liên tục

Trang 74

74

NHO ĐỎ

Trước năm 2000, giống này chiếm 100% diện tích trồng nho tại Việt Nam, nhưng hiện nay chỉ chiếm khoảng 80% Giống nho xanh NH01 – 48 được nhập từ Thái Lan từ năm 1997 chiếm gần 20% diện tích trồng nho hiện nay

Một năm trồng 3 vụ, một vụ khoảng 4 tháng

Trang 75

75

YÊU CẦU CỦA NHO DÙNG TRONG

SẢN XUẤT RƯỢU VANG

 Nho phải đạt độ chín kỹ thuật: có tỷ lệ cân đối

giữa đường và acid

 Đạt yêu cầu về cảm quan và dược lý

Trang 76

76

CHỈ TIÊU CHỌN LỰA NẤM MEN VANG

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

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)

Trang 77

77

CÁC ACID HỮU CƠ TRONG NHO & RƯỢU VANG

Acid hữu cơ Dịch nho đỏ Rượu vang đỏ Acid citric

Acid tartaric Acid malic Acid succinic Acid lactic Acid acetic

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

Rất ít Rất ít

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

Trang 78

78

QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CÁC HỢP CHẤT NITƠ

Trang 79

79

CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH CÁC HỢP CHẤT

TẠO HƯƠNG VỊ CHO RƯỢU VANG

Trang 80

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 81

81

TÁC DỤNG CỦA SO 2

Chống oxy hóa: tác dụng với O2 không khí

polyphenoloxidase

Ức chế vi khuẩn và nấm men dại

SO2 cao ức chế quá trình lên men cồn:

 Ức chế enzyme ADH

 Kết hợp trực tiếp với acetaldehyde

Trang 82

82

HÀM LƯỢNG SO 2 CHO PHÉP TRONG RƯỢU VANG

THEO QUY ĐỊNH CỦA HIỆP HỘI CHÂU ÂU

Trang 83

83

KHÁI NIỆM SO 2 TỰ DO & SO 2 KẾT HỢP

SO2 tư do: có mặt trong dịch nho ở các dạng H2SO3, HSO3-:

SO2 kết hợp: là dạng liên kết với các thành phần khác

Trang 84

84

NHIỆT ĐỘ THẤP

Ưu điểm:

 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 85

85

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

Các chất khoáng Vitamin

Oxy Ergosterol và các acid béo không no

Các acid độc (MCFA – Medium chain fatty acid)

Sulphite

Dư lượng thuốc trừ sâu

Vi khuẩn acetic và vi khuẩn lactic Nấm men dại

hoặc quá thấp) Hàm lượng đường cao Tỷ lệ fructose : glucose cao

pH thấp

Trang 86

Rửa Chà

Lọc chân không

Dịch nho

Trang 87

87

THÀNH PHẦN CỦA DỊCH NHO SAU KHI ÉP

Trang 88

88

KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TẾ BÀO

“Kỹ thuật bao bọc hoặc định vị các tế bào còn nguyên 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 trên bề mặt hoặc bên trong các cấu trúc của nguyên liệu có trong tự nhiên

Trang 89

89

CÁC KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TẾ BÀO

Trang 90

90

CỐ ĐỊNH NẤM MEN THEO PHƯƠNG PHÁP

TẠO GEL TỪ BÊN NGOÀI

Trang 91

91

GDL H+

CƠ CHẾ TẠO GEL THEO PHƯƠNG PHÁP

TẠO GEL TỪ BÊN TRONG

Trang 92

92

ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC CỐ ĐỊNH NẤM MEN

TRONG GEL ALGINATE

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

chất và sản phẩm.

cao

Trang 93

93

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ALGINATE SO VỚI CÁC CHẤT MANG SỬ DỤNG PP HẤP PHỤ

Alginate Chất mang sử dụng pp hấp phụ

Hiệu suất cố định tế bào cao hơn

Có tác dụng bao bọc, bảo vệ tế bào

Tế bào ít thoát ra khỏi chất mang

hơn

Kỹ thuật cố định đơn giản hơn Có thể tái sử dụng chất mang

Trang 94

94

NHƯỢC ĐIỂM CỦA VIỆC CỐ ĐỊNH NẤM MEN

TRONG GEL ALGINATE VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

 Độ bền gel giảm theo thời gian lên men do: Sự phát triển quá nhiều của các tế bào nấm men trên và gần bề mặt và Sự giải phóng CO2 bên trong gel làm phá vỡ cấu trúc của gel  sử dụng kỹ thuật tạo màng bao hoặc áo nấm men cố định với mạng polymer

 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 95

95

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 

Trang 96

96

MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC NHAU GIỮA CỐ ĐỊNH NẤM MEN & CỐ ĐỊNH ENZYME

 Nấm men là tế bào sống  sinh trưởng, trao đổi chất

 Cố định nấm men  hoạt tính tăng

 Cố định enzyme  hoạt tính giảm nhưng độ bền hoạt tính cao hơn so với enzyme tự do

Trang 97

97

NHƯỢC ĐIỂM CỦA NẤM MEN TỰ DO

Thời gian lên men dài, năng suất lên men thấp

Tiêu tốn nhiều năng lượng để tách nấm men ra khỏi rượu vang sau quá trình lên men

Khả năng tái sử dụng nấm men rất thấp

Khó tự động hóa quá trình lên men

Trang 98

98

ƯU ĐIỂM CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH

Tăng tốc độ sử dụng cơ chất, rút ngắn thời gian lên men

Ổn định hoạt tính của nấm men Các chất mang cố định có tác dụng như là một tác nhân bảo vệ tế bào chống lại những ảnh hưởng bất lợi của pH, nhiệt độ, dung môi và ngay cả các kim loại nặng

Dễ dàng tách nấm men ra khỏi sản phẩm sau quá trình lên men,

do đó làm giảm chi phí về thiết bị và năng lượng

Có thể tái sử dụng nấm men nhiều lần

Tạo điều kiện thuận lợi cho việc tối ưu hóa và tự động hóa quá trình lên men

Trang 99

99

ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TRONG

SẢN XUẤT RƯỢU VANG

Dùng kỹ thuật cố định để khắc phục một số vấn đề trong sản xuất rượu vang:

 Loại acid malic trong rượu vang

 Ngăn chặn hiện tượng kéo dài thời gian lên men hoặc quá trình lên men kết thúc khi hàm lượng đường sót còn rất cao

Dùng kỹ thuật cố định trong một số phương pháp lên men:

 Lên men tĩnh nhiều chu kỳ

 Lên men liên tục

Dùng kỹ thuật cố định trong sản xuất một số loại rượu vang:

 Lên men rượu vang phổ thông ngọt

 Lên men rượu vang có gas theo phương pháp Champenoise

Trang 100

100

KHÁI NIỆM VỀ LÊN MEN

Theo nghĩa hẹp: là quá trình thu nhận năng lượng, sinh tổng hợp ATP mà không có chuỗi hô hấp

Theo nghĩa rộng: là quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật

Cơ chất + Giống VSV  Sinh khối vi sinh + Sản phẩm trao đổi chất ngoại bào + Cơ chất sót + Sản phẩm tự phân của tế bào chết

Trang 101

101

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN

QUÁ TRÌNH LÊN MEN

Giống vi sinh vật

Thành phần môi trường:

 Các nguyên tố cơ bản: C, N, H, O

 Khoáng

 Yếu tố sinh trưởng: vit, aa, purine, pyrimidine

Điều kiện lên men:

 Nồng độ cơ chất

 pH

 Nhiệt độ

 O2

Trang 102

102

LÝ DO CHỌN LỰA CÁC HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG

KHẢO SÁT

 Dịch nho thông thường: 160 – 260g/L đường

 Nho thu hoạch trễ: 300g/L

 Dịch nho cô đặc: 350g/L

Trang 103

103

NẤM MEN BỊ ỨC CHẾ BỞI HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG CAO

Hoạt độ nước giảm  co tế bào chất

Bất hoạt các enzyme quan trọng đảm nhiệm nhiệm vụ sao mã DNA (Patterson và cộng sự, 1995)

pH nội bào giảm đi 0,2 đơn vị (Cheftel, 1995)

Trang 104

104

NẤM MEN CỐ ĐỊNH ÍT BỊ ỨC CHẾ BỞI

HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG CAO

Có chất mang bảo vệ  đường cần có thời gian khuếch tán từ bên ngoài vào bên trong chất mang

Nấm men cố định tạo thành glycerol nhiều hơn 

thế oxy hóa khử nội bào + NAD+/NADH+ + chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu

Môi trường lên men có chứa ion Ca2+ (Vieira và cộng sự, 1989)

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	3,17 MB