Thử nghiệm sử dụng Brewers Spent Grain trong sản xuất bánh cookies giàu xơ

Khảo sát quá trình xử lý bã malt bằng chế phẩm enzyme cellulase : ảnh huởng của lượng nuớc trong hỗn hợp thủy phân, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến hàm luạng xơ tổng, xơ không

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Trần Thị Thu Trà

Thành phần Hội đồng đảnh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đanh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ

luận văn đã được sửa chữa (nếu cổ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Hà Huy Đạt

Ngày, tháng, năm sinh: 24/05/1994

Chuyên ngành: Công Nghệ Thục Phẩm

I TÊN ĐỀ TÀI: THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG BREWER’S SPENT GRAIN TRONG SẢN

XUẤT BÁNH COOKIES GIÀU XƠ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Khảo sát quá trình xử lý bã malt bằng chế phẩm enzyme cellulase : ảnh huởng của lượng nuớc trong hỗn hợp thủy phân, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến hàm luạng xơ tổng, xơ không tan,

xơ hòa tan trong bã malt

2 Khảo sát ảnh huởng tỷ lệ bã malt chua qua xử lý và đã qua xử lý enzyme đến các tính chất cơ lý của bột nhào và chất luợng bánh quy : thông số vậy lý, thành phần hóa học và tính chất cảm quan

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/1/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/6/2018

Mã số : 60540101

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

- (•) -

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bước vào bài báo cáo luận văn của mình, tôi xin được phép gửi những lời cảm

ơn sâu sắc nhất đến tất cả mọi người đã bên cạnh và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, đặc biệt là cha mẹ, luôn ở bên ủng hộ dù bao khó khăn, dù bất cứ hoàn cảnh như thế nào để tôi có thể hoàn thành Luận văn tốt nghiệp

Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Thu Trà và GS TS Lê Văn Việt Mẩn đã tận tâm chỉ bảo, hướng dẫn, không chỉ cung cấp cho tôi thêm nhiều kiến thức mà còn luôn sát cánh cùng tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Tôi cũng xin cảm ơn đến các thầy cô trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, cũng như những thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm - Khoa Kỹ thuật Hóa học vì đã tận tình chỉ bảo, giúp tôi vượt qua khó khăn trong quá trình rèn luyện Tôi xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Nguyên, thầy Huỳnh Trung Việt, cô Trần Thị Hồng Hạnh đã tạo điều kiện cơ sở vật chất tốt nhất có thể

để tôi hoàn thành luận văn của mình

Ngoài ra tôi cũng cảm ơn các bạn, anh chị trong phòng thí nghiêm Công nghệ thực phẩm, đặc biệt là các bạn Trần Kính Hưng và Nguyễn Thị Bảo Trân lớp Kĩ sư tài năng khóa K14 đã luôn giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiêm và hoàn thành luận văn

Luận văn là kết quả dài của quá trình nghiên cứu Tuy đã cố gắng hết sức bằng tất cả khả năng của mình nhưng tôi khó có thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận được ý kiến và sự thông cảm của quí thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn

Một lần nữa, tôi xin được chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 2 tháng 7 năm 2018 Học viên thực hiện

Hà Huy Đạt

- (") -

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Với mục tiêu tận dụng nguồn phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất bia, nghiên cứu này tập trung vào việc bổ sung bã malt vào công thức sản xuất bánh quy giàu xơ Sản phẩm có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng và tăng tính hiệu quả kinh tế

Trong qui trình sản xuất bia, tùy theo từng sản phẩm, các nhà sản xuất có thể sử dụng các thế liệu khác nhau Ở đây, bã malt của nghiên cứu này có xuất xứ từ mẻ nấu 75% malt đại mạch

và 25% thế liệu gạo Bã malt là một nguồn nguyên liệu giàu xơ, trong đó hàm lượng xơ tổng là 57.67 ± 2.15, chất xơ không tan và hòa tan lần lượt chiếm tỷ lệ là 49.17 ± 2.4 và 8.51 ± 0.32, tỷ

lệ giữa lượng chất xơ không tan và chất xơ hòa tan là 5.79 ± 0.48

Quá trình xử lý bã malt bằng chế phẩm Viscozyme®Cassava c đã cải thiện thành phần chất xơ trong bã malt với lượng nước trong hỗn hợp thủy phân là 3.5 g nước/g bã malt khô; nồng

độ enzyme sử dụng là 9 u/g chất khô và thời gian thủy phân là 60 phút Bã malt sau xử lý có hàm lượng xơ tan tăng 71% Một số tính chất chức năng của bã malt sau khi xử lý enzyme cũng

có sự thay đổi với khả năng hút nước và giữ nước giảm

Với tỷ lệ thay thế bột mì từ 10% đến 50%, khối bột nhào có độ cứng tăng lên trong khi độ

cố kết và độ phục hồi giảm Bánh quy thành phẩm có hàm lượng chất xơ và protein, khoáng, lipid tăng lên trong khi tinh bột giảm Khi tăng tỷ lệ bã malt thay thế , xét về chỉ tiêu vật lý, đường kính và độ dày của bánh giảm trong khi chỉ số SF tăng, xét về màu và độ cứng, bánh trử nên sậm màu và cứng hơn Cuối cùng, mức độ ưa thích chung của bánh giảm khi tỷ lệ thay thế

bã malt tăng

Khi đã xử lý enzyme đối với bã malt, độ cứng của bột nhào giảm, độ cố kết tăng lên nhưng

độ phục hồi không thay đổi Hàm lượng chất xơ hòa tan trong bánh tăng lên rõ rệt sau quá trình

xử lý Quá trình xử lý enzyme làm đường kính bánh tăng, độ dày bánh giảm dẫn đến chỉ so SF tăng và màu của bánh sậm hơn Mẩu bánh quy sử dụng bã malt chưa qua xử lý với tỷ lệ 20% đạt được sự chấp nhận của người tiêu dùng; trong khi đó, mẫu bánh có tỷ lệ bã malt đã qua xử lý enzyme là 30% được người tiêu dùng chấp nhận

- (■■■) -

ABSTRACT

With the purpose of using the brewery byproducts, this study focuses on the addition of brewers’ spent grain (BSG) to the fiber-rich biscuit recipes Products are healthy for consumers and increase economic efficiency

In the brewing process, depending on the product, manufacturers may use alternative materials Here, the BSG of this study were come from batches of 75% barley malt and 25% rice BSG is a fiber rich source, of which the total fiber content is 57.67 ± 2.15, insoluble fiber and soluble fiber, respectively, of 49.17 ± 2.4 and 8.51 ± 0.32, the ratio of insoluble fiber and soluble fiber was 5.79 ± 0.48

The treatment of BSG with ViscozymeOCassava c improved the fiber content in BSG

with water content in the hydrolysis mixture of 3.5 g water I g dry BSG; The enzyme

concentration was 9 u / g dry matter and the hydrolysis time was 60 minutes BSG increased by 71% Some of the functional properties of BSG after enzyme treatment also vary with the decrease of water absorption capacity and water retention capacity

With a flour replacement ratio of 10% to 50%, the doughs were increased hardness while cohesiveness and springiness decreased The cookies had higher levels of fiber and protein, minerals, and lipids while starch was reduced By increasing the proportion of BSG, in terms of physical properties, diameter and thickness of the cookies decreased while the SF index increased, in terms of color and hardness, the cake became darker and harder Finally, the preference of the cookies decreases as the BSG percentage increases

After the enzyme treatment of BSG, the hardness of the dough was decreased, the cohesiveness was increased but the springiness was did not change The soluble fiber content of cookies was increases after treatment Enzyme treatment results in increased cookies’ diameter, reduced the thickness resulting in increased SF and the cookies are darker Cookies with 20% untreated BSG were achieved consumers’ acceptance; Meanwhile, cookies with 30% treated btrewers’ spent grain were achieved consumers’ acceptable

(-)

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả và nhóm dưới sự hướng dẫn của TS Trần Thị Thu Trà Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn trung thực

và không sao chép từ bất cứ nguồn tài liệu nào và dưới bất kì hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu

Tác giả luận văn

Hà Huy Đạt

- (■) -

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC V DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xi

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2 TÔNG QUAN 3

2.1 Bã malt 3

2.1.1 Giới thiệu 3

2.1.2 Thành phần hóa học 3

2.2 ứng dụng enzyme để xử lý nguyên liệu giàu xơ 7

2.2.1 Giới thiệu 7

2.2.2 ứng dụng xylanase và cellulase để thủy phân bã malt 9

2.3 Tình hình ứng dụng bã malt để sản xuất thực phẩm giàu xơ 11

2.3.1 Bổ sung trực tiếp bã malt vào thực phẩm để tăng hàm lượng xơ, khoáng và vitamin 11

2.3.2 Thủy phân và lên men bã malt 15

2.3.3 Trích chiết thu nhận các chất từ bã malt 16

2.4 Những điểm mới của đề tài 17

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 3.1 Nguyên liệu 18

- (-) -

3.1.1 Bã malt 18

3.1.2 Chế phẩm enzyme 18

3.1.3 Nguyên liệu để làm bánh 20

3.2 Hóa chất và thiết bị 21

3.2.1 Hóa chất phân tích 21

3.2.2 Thiết bị 21

3.3 Nội dung nghiên cứu 22

3.3.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu 23

3.3.2 Xử lý bã malt bằng phương pháp enzyme 24

3.3.3 Đánh giá sự thay đổi của một sốtính chất chức năng 25

3.3.4 Thử nghiệm thay thế một phần bộtmì bằng bã malt chưa và đã qua xử lý enzyme để tạo sản phẩm bánh quy giàu chất xơ 26

3.4 Các phương pháp phân tích 30

3.5 Phương pháp xử lý số liệu 31

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32

4.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu 32

4.2 Xử lý bã malt bằng phương pháp enzyme 34

4.2.1 Ảnh hưởng của lượng nước trong hỗn hợp thủy phân 34

4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 35

4.2.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 38

4.2.4 Đánh giá sự thay đổi một số tính chất chức năng 40

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt bổ sung đến tính chất của bột nhào và bánh quy: sử dụng mẫu bã malt chưa qua và đã qua xử lý 41

4.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt đến tính chất cơ lý của bột nhào 41 4.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt đến các chỉ tiêu vật lý của bánh quy 44

(- ]

4.3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt đến thành phần hóa học của bánh quy 51

4.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt đến chất lượng cảm quan của bánh quy 55 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

5.1 Kết luận 57

5.2 Kiến nghị 58

CHƯƠNG 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

CHƯƠNG 7 PHỤ LỤC 67

7.1 Các phương pháp phân tích 67

7.1.1 Xác định hàm lượng ẩm 67

7.1.2 Xác định hàm lượng protein 68

7.1.3 Xác định hàm lượng lipid tổng 71

7.1.4 Xác định hàm lượng chất xơ không hòa tan, chất xơ hòa tan và chất xơ tổng 72 7.1.5 Xác định hàm lượng tro 76

7.1.6 Xác định hàm lượng tinh bột 77

7.1.7 Xác định hàm lượng carbohydrate tổng 80

7.1.8 Xác định hoạt tính enzyme 80

7.1.9 Khả năng hút nước (WAC) 83

7.1.10 Khả năng giữ nước (WRC) 83

7.1.11 Khả năng giữ dầu (OHC) 84

7.1.12 Khả năng trương nở (SC) 85

7.2 Phương pháp đánh giá chất lượng bán thành phẩm và sản phẩm 85

7.2.1 Đánh giá tính chất cơ lý của bột nhào 85

7.2.2 Đánh giá chất lượng của bánh quy 86

7.3 Số liệu thí nghiệm 90

• EGU: Endoglucanse Unit - Đơn vị hoạt độ endoglucanase

• FAO: Food and Agriculture Organization - Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

• IDF: Insoluble Dietary Fiber - Chất xơ không hòa tan

• SDF: Soluble Dietary Fiber - Chất xơ hòa tan

• TDF: Total Dietary Fiber - Chất xơ tổng

• SF: Spread Factor - Chỉ số đường kính/độ dày

• WAC: Water absorption capacity - Độ hấp thụ nước

• WRC: Water retention capacity - Độ giữ nước

• OHC: Oil holding capacity - Độ giữ dầu

• SC: Swelling capacity - Độ trương nở

• TPA: Texture Profile Analysis

• USDA: United States Department of Agriculture - Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ

- (-) -

DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Thành phần hóa học của bã malt 4

Bảng 2-2 Thành phần amino acid trong bã malt 5

Bảng 2-3 Thành phần acid béo và triglyceride trong bã malt 6

Bảng 2-4 Thành phần khoáng trong bã malt 6

Bảng 2-5 Thành phần vitamin trong bã malt 7

Bảng 2-6 Một số kết quả nghiên cứu thủy phân chất xơ trong bã malt bằng các chế phẩm cellulase và xylanase 10

Bảng 3-1 Một số đặc tính của chế phẩm Viscozyme®Cassava c 18

Bảng 3-2 Đặc tính của các chế phẩm enzyme dùng trong phân tích chất xơ 19

Bảng 3-3 Chỉ tiêu chất lượng của bột mì (tính trên 100 g bột khô) 20

Bảng 3-4 Các loại hóa chất dùng trong nghiên cứu 21

Bảng 3-5 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng đến hàm lượng chất xơ tan và không tan trong bã malt 25

Bảng 3-6 Công thức bánh quy sử dụng trong nghiên cứu 29

Bảng 3-7 Tỷ lệ bã malt thay thế bột mì trong công thức bánh 29

Bảng 4-1 Thành phần hóa học của bã malt 32

Bảng 4-2 Thành phần hóa học của bột mì 33

Bảng 4-3 Kết quả khảo sát các tính chất chức năng của bã malt chưa xử lý enzyme, bã malt đã xử lý enzyme và bột mì 40

Bảng 4-4 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến đường kính, độ dày, và chỉ so SF của bánh quy 45

Bảng 4-5 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến màu sắc của bánh quy 50

Bảng 4-6 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến hàm lượng protein, tro, lipid, tinh bột của bánh quy 52

Bảng 4-7 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến chất lượng cảm quan của bánh 55

- (-) -

Bảng 7-1 Ảnh hưởng của lượng nước trong hỗn hợp thủy phân (trên căn bản chất khô) đến hàm lượng SDF, IDF, TDF, và tỷ lệ IDF:SDF của bã malt 90 Bảng 7-2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng SDF, IDF, TDF và tỷ lệ

IDF:SDF của bã malt 90 Bảng 7-3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng IDF, SDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã malt 91 Bảng 7-4 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến độ cứng, độ cố kết và độ phục hồi của bột nhào 91 Bảng 7-5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt chưa qua và đã qua xử lý đến độ cứng của bánh quy 92 Bảng 7-6 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã malt chưa qua và đã qua xử lý đến thành phần chất xơ của bánh quy 93

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 23

Hình 3.2 Qui trình xử lý enzyme bã malt 24

Hình 3.3 Quy trình sản xuất bánh quy có bổ sung bã malt 27

Hình 4.1 Ảnh hưởng của lượng nước trong hỗn hợp thủy phân (g nước/g bã malt khô) đến hàm lượng SDF, IDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã malt 34

Hình 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng IDF, SDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã malt 36

Hình 4.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng IDF, SDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã malt 39

Hình 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến độ cứng của bột nhào 41

Hình 4.5 Ảnh hưởng của tí lệ thay thế bã malt chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến độ cố kết của bột nhào 43

Hình 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến độ phục hồi của bột nhào 43

Hình 4.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến độ cứng của bánh quy 47

Hình 4.8 Hình chụp trực quan sự thay đổi màu sắc của bánh quy khi thay đổi tỷ lệ bã malt chưa qua xử lý (hàng trên) và bã malt đã qua xử lý (hàng dưới) 48

Hình 4.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến hàm lượng xơ không tan trong bánh quy53 Hình 4.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến hàm lượng xơ tan trong bánh quy 53

Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã malt đến hàm lượng xơ tổng trong bánh quy 54

Hình 7.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng nitơ tổng 69

Hình 7.2 Đường chuẩn xác định hàm lượng tinh bột 79

- (■■) -

Hình 7.3 Đường chuẩn xác định hoạt tính enzyme 82

Hình 7.4 Giản đồ lực - thời gian trong phép đo TPA 86

Hình 7.5 Hệ màu CIE - Lab 88 Hình 7.6 Phiếu hướng dẫn đánh giá cảm quan 89 Hình 7.7 Phiếu trả lời đánh giá cảm quan 89

(*}

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

Bánh quy là sản phẩm tiện dụng phổ biến trên toàn cầu Trong các loại bánh kẹo thì tỷ trọng sản lượng bánh quy chiếm đến 54% Sản lượng tiêu thụ bánh quy tăng nhanh và ổn định hằng năm Mức tiêu thụ bánh kẹo trung bình của thế giới là 2.8 kg/người/năm và của Việt Nam là đạt 2 kg/người/năm Một trong những nguyên nhân làm hạn chế sử dụng bánh quy là do tỷ lệ người bị béo phì và tiểu đường đang gia tăng Khi mức sống tăng cao, nhu cầu sử dụng các sản phẩm có lợi cho sức khỏe cũng tăng lên Vì thế, các dòng sản phẩm bánh kẹo dinh dưỡng có chức năng đặc biệt trở thành dòng sản phẩm cao cấp được ưa chuộng Sản phẩm bánh quy giàu xơ nổi lên như một xu hướng vì sử dụng các sản phẩm nghèo năng lượng, ít đường, giàu chất xơ

Chất xơ (Dietary Fiber) là các phân tử polysaccharide phi tinh bột và lignin có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật, không bị thủy phân bởi các enzyme trong hệ tiêu hóa của người (AACC, 2010) Theo Desmedt và cộng sự (2001) hàm lượng và thành phần của chất xơ thay đổi theo từng loại thực phẩm [1] Chất xơ có những lợi ích cho sức khỏe, nổi bật như giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch thông qua giảm cholesterol trong máu, tăng lợi khuẩn trong đường ruột, tăng cường hệ miễn dịch, Ở Việt Nam hiện nay, sản phẩm bánh quy giàu xơ chủ yếu được tạo ra từ bột mì nguyên cám Tìm kiếm một nguồn nguyên liệu tiềm năng giàu xơ bổ sung vào bánh quy là một nhu cầu hết sức cần thiết

Trong những năm qua, sản lượng tiêu thụ bia của người Việt Nam không ngừng tăng lên, mang lại sự phát triển nhanh của ngành công nghiệp sản xuất bia Theo báo cáo của Hiệp hội Bia - rượu - nước giải khát Việt Nam, năm 2017, lượng bia các loại tiêu thụ trên cả nước đạt hơn 4 tỉ lít Uớc tính, mỗi người dân Việt Nam uống gần 43 lít bia/năm Việt Nam ưở thành nước tiêu thụ bia đứng thứ ba hên thế giới, chỉ sau Nhật Bản và Trung Quốc Tuy nhiên, bên cạnh sự phát triển về mặt kinh tế, phụ phẩm do ngành này sản xuất ra như phế liệu hạt, mầm malt, bã malt, cặn protein, nấm men bia và CƠ2 cũng ngày càng tăng nhanh gây nên những vấn đề về môi trường Theo Mussatto và cộng sự (2006),

bã malt là ch ất rắn được tách ra sau quá trình lọc dịch nha, chiếm đến 85% thành phần phụ phẩm trong ngành công nghiệp sản xuất bia [2], Theo Moll

(1991), từ 100kg malt đại mạch có thể sản xuất ra được xấp xỉ 450 lít bia thành phẩm; khi đó độ chất khô của dịch nha trước khi lên men là 12°Pt và lượng bã malt thu được trong quá trình nấu dịch nha

là 130kg [3]

Vậy chỉ trong năm 2017 để sản xuất ra 4 tỉ lít bia thì lượng bã malt được sinh ra từ các nhà máy bia lên đến gần một triệu tấn mỗi năm, số liệu này cho thấy bã malt được tạo ra mỗi năm là vô cùng lớn, nhưng hiện nay ứng dụng của nguyên liệu này vẫn còn rất hạn chế, chủ yếu được sử dụng làm thức ăn gia súc, thủy phân làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật, về thực phẩm thì bã malt được ứng dụng làm nước chấm [4]

Bã malt là một nguyên liệu thuộc nhóm lignocellulosic, hàm lượng xơ có thể lên đến 70% và protein khoảng 20% tính theo hàm lượng chất khô [2] Các chất xơ trong bã malt chủ yếu tồn tại ở dạng không hòa tan như cellulose, hemicellulose và lignin [5] Tùy nguồn nguyên liệu mà hàm lượng béo có thể thay đổi từ 4 - 13% [2, 6, 7], Hơn nữa, trong bã malt cũng giàu chất khoáng (như canxi, photpho, magie ) [5], một số vitamin (biotin, choline, folic acid, thiamin, ) [8,9] và nhiều các hợp chất có khả năng chống oxy hóa cao [10, 11]

Dựa vào nhu cầu thực tế của sản phẩm bánh quy, cùng với nguồn nguyên liệu dồi dào, giàu dinh

dưỡng như bã malt, tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng bã malt để thay thế một phần

bột mì trong qui trình sản xuất bánh quy giàu xớ” Mục đích của nghiên cứu là tận dụng nguồn phụ

phẩm bã malt dồi dào để ứng dụng vào qui trình sản xuất bánh quy nhằm tạo ra sản phẩm giàu xơ, tốt cho sức khỏe và được người tiêu dùng chấp nhận

- M -

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Bã malt

2.1.1 Giới thiệu

Đại mạch là loại hạt lương thực quan trọng trên thế giới sau lúa mì, ngô và gạo Ngoài việc sử

dụng làm thức ăn cho người và động vật đại mạch còn là nguyên liệu chính của quá trình sản xuất bia

[8] Để làm nguyên liệu sản xuất bia, hạt đại mạch cần qua quá trình nảy mầm để sản xuất malt Mục

đích chính của quá trình nảy mầm là gia tăng hàm lượng enzyme có trong hạt [2] Tại nhà máy bia,

malt đại mạch sẽ được nghiền, trộn với nước trong nồi nấu và gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp để thực

hiện quá trình thủy phân tinh bột, protein, p - glucan và arabinoxylans thành các chất hòa tan Quan

trọng nhất là tinh bột được chuyển hóa thành đường cho quá trình lên men Sau đó, phần dung dịch

các chất tan, được gọi là “dịch nha”, sẽ được sử dụng làm môi trường lên men [12, 13] Phần chất rắn

không tan, được gọi là bã malt, sẽ được lắng, lọc và tách khỏi dịch nha Tùy theo thành phần nguyên

liệu ban đầu, bã malt có thể có hay không có thế liệu Những thế liệu thường được sử dụng là lúa mì,

gạo, ngô [14]

2.1.2 Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của bã malt thay đổi phụ thuộc vào một số yếu tố như: giống, điều kiện

trồng trọt, thời điểm thu hoạch đại mạch, điều kiện nảy mầm, điều kiện bảo quản malt, điều kiện nấu,

loại và chất lượng của thế liệu được thêm vào trong quá trình nấu bia [8, 15] Nhìn chung, bã malt là

một hỗn hợp có độ ẩm cao (77-81%), giàu chất xơ (70%) và protein (20%) [8, 16] Thành phần hóa

học của bã malt (% chất khô) từ một số nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.1

Bảng 2,1 Thành phần hóa học của bã maỉt

Kanauchỉ

và cộng sự,

2001 [17]

Silva và cộng sự,

Robertson

và cộng sự,

2010 [20]

Xiros và cộng sự,

2012 [21]

Menese và cộng sự,

2013 [10] Lignin 11.9 16.9 27.8 20-22 13-17 11.5 19.4

Hemicellulose

(Arabinoxylan) 21.8 41.9 28.4 n.d 22-29 40.0 19.2 Cellulose 25.4 25.3 16.8 31-33 n.d 12.0 21.7

Thành phần carbohydrate cố trong bã malt chủ yếu là chất xơ Theo Mussatto và Roberto (2006),

bã malt được xem là nguồn nguyên liệu lignocellulose, với thành phần chính là cellulose, hemicellulose

và lignin, chiếm khoảng 70% khối lượng chất khô của bã malt [9] Theo Bảng 2.1, hemicellulose, chù yếu chứa arabỉnoxylan, có thể chiếm lên đến hơn 40% khối lượng chất khô Trong bã malt, lignin chiếm khoảng 10% - 28% tổng khối lượng chất khô Lignin duy trì độ cứng của tế bào bởi các đại phân tử polyphenol [5,22] Lignin cũng chứa một lượng đáng kể họp chất phenolic [9,23] Các nghiên cứu gần đây cho thấy thành phần cellulose có trong bã malt chiếm từ 12% đến 25% Tỉnh bột chiếm tỷ lệ thấp, không đáng kể vì trong quá trình nấu dịch nha đã được chuyển thành đường và trích ly ra khỏi malt đại mạch Xylose, glucose và arabinose là những monoglycan còn lại trong bã malt nhiều nhất, lần lượt là 35%, 43% và 17% tổng khối lượng của monosaccharide Ngược lại rhamnose và galactose chiếm tỷ lệ rất nhỏ, 0.2 và 2.4% [ố, 24]

2,1,2.2 Protein

Theo Bảng 2.1, hàm lượng protein cố trong bã malt dao động từ 15 đến 25% Protein trong bã malt chứa đủ 4 nhóm protein của đại mạch bao gồm: hordeins (prolamins), hordenins (glutelins),

globulins và albumins [25] Amino acid thiết yếu chiếm khoảng 30% tổng lượng protein, với lysine chiếm tỷ lệ cao nhất 14.3% Điều này là đáng chú ý bởi lysine thường không cố nhiều trong các hạt lương thực [26] Bảng 2.2 trình bày các amino acid tự do chủ yếu có trong bã malt

Bảng 2.2 Thành phần amino acỉd trong bã malt [26]

Amino acid không thiết

Aspartic acid 4.81 Leucine 6.12

Hàm lượng lipid ửong bã malt là không cao, chỉ chiếm từ 4-13% tùy theo nguồn nguyên liệu [2,

ố, 7], Theo nghiên cứu của José c.del Río và cộng sự (2013), bằng kỹ thuật sắc ký khí ghép khối phổ cho thấy các triglycerides chiếm 67% tổng dịch trích, các acid béo tự do chiếm 18%, các

monoglycerides và diglycerides chiếm tỷ lệ thấp hơn lần lượt là 1.6% và 7.7% [27], Thành phần của các acid béo tự do và triglycerides được trình bày trong Bảng 2.3

Bảng 2,3 Thành phần acid béo và triglyceride trong bã malt [27]

Thành phần

Hàm lượng (mg/kg khối lượng khô) Thành phần

Hàm lượng (mg/kg khối lượng khô)

Vitamin trong bã malt đa dạng, gồm có biotin, choline, folic acid, niacin, pantothenic acid, riboflavin, thiamin và pyridoxine

Bảng 2.5 thề hiện các thành phần vitamin có trong bã malt, trong đỏ choline chiếm tỷ lệ cao nhất [8,9]

Ngoài ra, bã malt cũng còn chứa nhiều hoạt chất cố khả năng chống oxy hóa cao như các hợp chất phenol (9,9 mgGAE/g), ferulic acid (9,65 mg/g), p-coumaric acid (9,22 mg/g), flavonoids (2,12 mgQE/g) [10,11]

Bảng 2.5 Thành phần vitamin trong bã maỉt [8, 9]

2.2.1 Giới thiệu

Chát xơ đem lại nhiều lợi ích về sức khỏe cho con người [28] Các bệnh tim mạch, đột quị cao huyết áp, béo phì, táo bón sẽ giảm nguy cơ phát triển nếu cơ thể được cung cấp đủ chất xơ [29-33] Nhu cầu chất xơ cho một ngày phụ thuộc vào độ tuổi, giới tính và năng lượng cơ thể tiêu hao Một người trưởng thành, vởi mức năng lượng tiêu thụ trung bình 2000 kcal/ngày cho phụ nữ và 2600 kcaỉ/ngày cho nam giới, cần cung cấp cho cơ thể lượng xơ lần lượt là 28g và 36g mỗi ngày [28] Tuy nhiên, trong thực tế, khẩu phàn ăn thường ít chát xơ Ví dụ ở Mỹ, lượng chất xơ trong chế độ ăn uống của phụ nữ và nam giới được USDA công bố vào năm 2014 là 15g/ngày và 18g/ngày, chỉ bằng khoảng một nửa so với khuyến cáo Vì vậy, những gỉảỉ pháp gia tăng chất xơ trong khẩu phần ăn uổng là cần thiết

Nhóm chất xơ mà hệ vỉ sinh vật đường ruột cố thể sử dụng để lên men là nhóm chất xơ tốt Các chất xơ này khỉ lên men ở đại tràng sẽ sản sinh ra acỉd mạch ngắn như acid acetic, acid propionic, và acid butyric Các acid này làm giảm pH của đại tràng nên làm giảm sự phát triển của các bệnh tiềm ẩn [34, 35] Theo Jenkins và cộng sự (2000), chất xơ hòa tan có khả năng tham gỉa quả trình lên men dễ dâng hơn so với chất xơ

đẩy mạnh nghiên cứu Một trong nhiều phương pháp xử lý để tăng lượng xơ hòa tan là xử lý nguyên liệu giàu chất xơ không tan bằng cellulase và xylanase [38]

Cellulase được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau dựa trên trình tự acid amin và cấu trúc không gian của chúng [39] Trong tự nhiên, quá trình thủy phân hoàn toàn cellulose được thực hiện với

sự tham gia của ít nhất ba loại enzyme cellulase gồm: endoglucanase (EC 3.2.1.4), exoglucanase - bao gồm cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) và 0-glucosidase (EC 3.2.1.21) [40] Theo Lê Văn Việt Mẩn và cộng sự (2011), mỗi loại enzyme có cơ chế tác động đến cơ chất rất khác nhau, cụ thể:

• EC 3.2.1.4 - endoglucanase hay 1,4-0-D glucan-4-glucanohydrolase: là một endoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết [3-1,4 glycoside ở những vị trí giữa mạch phân tử cellulose

• EC 3.2.1.91 - cellobiohydrolase hay 1,4-0-D glucancellobiohydrolase: là một exoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết 0-1,4 glycoside trong phân tử cellulose từ đầu không khử và giải phóng ra sản phẩm là cellobiose

• EC 3.2.1.21 - p - glucosidase, cellobiase hay glycosideglucohydrolase: có thể thủy phân những đoạn oligomer của cellulose và cellobiose Enzyme này thủy phân liên kết P-glucosidase từ đầu không khử và giải phóng ra sản phẩm là P-D-glucose

Xylanase là một hệ gồm nhiều enzyme thủy phân liên kết P-1,4 glycoside trong mạch phân tử

arabinoxylan, thường được sản xuất từ các giống nấm sợi Thermomyces và Trỉchoderma Xylanase

bao gồm hai loại enzyme, mỗi loại có một cơ chế tác động đến cơ chất như sau:

• EC 3.2.1.8 - endo-l,4-P-xylanase: là một endoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết P-1,4 glycoside ở những vị trí giữa mạch phân tử arabinoxylan Đây là loại enzyme thường được sử dụng trong các nghiên cứu

- {’} -

• EC 3.2.1.37 - 1,4-0-D-xylanxylohydrolase, 0-xylosidase, exo-l,4-0-xylosidase hay xylobiase: là một exoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết 0-1,4 glycoside trong phân tử arabinoxylan từ đầu không khử và giải phóng ra sản phẩm là 0-D-xylose

2.2.2 ứng dụng xylanase và cellulase để thủy phân bã malt

Bã malt là nguồn phụ liệu giàu xơ và protein nên có thể sử dụng làm thức ăn cho gia súc và gia cầm Hơn thế nữa, các nhà khoa học đang có hướng nghiên cứu thủy phân chất xơ và protein trong bã malt để tạo thành chất tan phục vụ cho các quá trình lên men Một số công bố khoa học về ứng dụng xylanase và cellulase để thủy phân bã malt được trình bày trong Bảng 2.6

- {«} -

2.3 Tình hình ứng dụng bã malt để sản xuất thực phẩm giàu xu

Trên thế giới, ý tưởng tận dụng bã malt để bổ sung vào các loại thực phẩm khác nhau đã được thực hiện Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

2.3.1 Bổ sung trực tiếp bã malt vào thực phẩm để tăng hàm lượng xơ, khoáng và vitamin

Ngày nay, nhu cầu về nhóm thực phẩm để tăng cường sức khoẻ, đặc biệt là các sản phẩm không chứa đường, ít calorie và các sản phẩm giàu xơ, đang gia tăng Khi tăng hàm lượng chất xơ trong thực phẩm có thể cải thiện được các vấn đề về sức khoẻ như cao huyết áp, đái tháo đường và ung thư ruột kết Hơn nữa, các sản phẩm giàu 0- glucan còn có khả năng làm giảm sự hấp thu glucose Vì vậy, sản xuất sản phẩm thực phẩm giàu xơ và 0-glucan đang là một hướng nghiên cứu đang được chú trọng Bên cạnh việc bổ sung nguồn chất xơ từ cám của các loại hạt ngũ cốc như lúa mì, thóc gạo, yến mạch

và lúa mạch thì tận dụng các nguồn phụ liệu thực phẩm giàu xơ như bã malt cũng là một giải pháp cần lưu ý đến [45]

2.3.ỉ.ỉ Bổ sung bã malt vào bánh quy

Từ năm 1978, Prentice đã nghiên cứu khả năng bổ sung bã malt vào bột làm bánh quy với tỷ lệ

từ 5 đến 60% Khi bổ sung bã malt lên đến 40%, bánh quy vẫn đạt các yêu cầu về mặt cơ lý, khi đó lượng đạm tổng trong bánh tăng 74% và lượng xơ thô tăng đến 10 lần so với mẫu đối chứng Tuy nhiên, kết quả đánh giá về cảm quan cho thấy rằng tỷ lệ bổ sung bã malt 15% được xem là giới hạn trên đối với bánh quy; khi đó, hàm lượng đạm tổng tăng 27%, lượng xơ thô tăng gấp 4 lần so với mẫu bánh đối chứng [46]

Năm 1979, Kirssel và Prentice khảo sát khả năng bổ sung bã malt đã qua sấy khô ở các nhiệt độ 45°c, 100°C và 150°C vào bột làm bánh quy Kết quả cho thấy để các tính chất cảm quan về mùi và vị được chấp nhận thì có thể bổ sung đến 20% bột bã malt được sấy ở 45°c, nghiền và sàng qua rây 78-mesh Khi đó, bánh quy thành phẩm chứa nhiều hơn 55% protein, 90% lysine và 220% chất xơ so với mẫu đối chứng [47]

Ozturk (2002) đã thay thế từ 5 - 25% bột mì bằng bã malt với các cỡ hạt nhỏ (<212 pm), hạt trung bình (212-425 pm) và hạt thô (425-850 pm) để sản xuất bánh quy tạo hình bằng phương pháp ép đùn cắt dây Khi bánh được bổ sung bã malt có kích

- {«} - thước hạt càng lớn thì hàm lượng protein sẽ càng giảm và hàm lượng chất xơ sẽ càng tăng Bánh được bổ sung bã malt có kích thước hạt trung bình và kích thước hạt thô cho kết quả tốt hơn về độ nở, độ màu

và điểm cảm quan chung so với bánh bổ sung bã malt có kích thước hạt nhỏ Tuy nhiên, nếu hàm lượng bã malt bổ sung vượt quá 15% thì chất lượng bánh bị giảm đi [48]

Petrovic (2016 và 2017) đã bổ sung bã malt tươi với các tỷ lệ 15, 25 và 50% vào bột nhào bánh quy Sản phẩm bánh có hàm lượng protein và chất xơ tăng tương ứng từ 7,5% đến 9,69% và từ 6,8 đến 15,55% so với mẫu đối chứng Bánh được bổ sung bã malt có giá trị L* và b* bị giảm đi trong khi giá trị a* lại tăng lên Khi tỷ lệ bổ sung bã malt là 25% thì bánh quy có đặc tính cảm quan tốt nhất về

2.3.7.2 Bô sung bã malt vào bánh mì

Bã malt đã được nghiên cứu thử nghiệm để bổ sung vào bánh mì từ những năm 1970 Prentice

và D'appolonia (1977) đã bổ sung bã malt vào bột nhào để làm bánh mì Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng bã malt bổ sung từ 10 - 25% thì thành phần protein của bánh mì tăng từ 15,4% - 18,8%, trong khi

đó, hàm lượng xơ tăng từ 4,9% - 7,5% so với mẫu đối chứng Khi kiểm nghiệm sinh học thì lô chuột được nuôi bằng các mẫu bánh mì bổ sung bã malt hong vòng 28 ngày so với nhóm đối chứng có tăng trưởng về mặt khối lượng thấp hơn từ 7,1% - 10,0%; tổng lipid cũng như cholesterol toàn phần cũng giảm lần lượt là 5,7 - 8,0% và 6,0 - 8,3% Tuy nhiên, khi bánh mì bổ sung trên 15% bã malt thì điểm cảm quan của bánh bị giảm đi đáng kể [52, 53]

- b) -

Stojceska và Ainsworth (2008) đã quan sát thấy sự giảm thể tích và sự gia tăng độ cứng ruột bánh khi thay thế bột mì bằng bã malt Rasco (1990) ghi nhận bánh mì trở nên sẫm màu hon khi bổ sung bã malt [54, 55] Dreese (1982) đã cải thiện tính chất của bánh mì bổ sung 15% bã malt bằng cách sử dụng phụ gia sodium stearoyl lactylate [56]

Stojceska và Ainsworth (2008) đã nghiên cứu sử dụng enzyme xử lý bột nhào để cải thiện tính chất của bánh mì có bổ sung bã malt Các enzym đuợc sử dụng bao gồm 100-300 ppm Grindamyl

Maxlife 85 (hoạt tính 100 Fungal Amylase Units/g), 20-30 ppm Lipopan Xtra BG (hoạt tính 7,2 Kilolipase Units/g), 20-120 ppm Pentopan mono BG (hoạt tính 2500 Fungal Xylanase Units/g) và 10-

60 ppm Celluclast L (hoạt tính 700 Endo-Glucanase Units/g) Bã malt đuợc sấy ở nhiệt độ 150°C trong

4 giờ để đạt độ ẩm 5 - 7%, nghiền và lấy phần lọt qua rây 0,5 Mesh đem trộn vào bột mì với tỷ lệ 0%, 10%, 20% và 30% Enzyme đuợc bổ sung vào hỗn hợp bột nhào với các tỷ lệ khác nhau Kết quả cho thấy sụ có mặt của bã malt làm tăng thời gian nhào bột, tăng độ ổn định của bột và độ cứng của vỏ bánh đồng thời làm tăng đáng kể hàm luợng chất xơ trong bánh Tuy nhiên, việc bổ sung bã malt làm giảm

độ mềm và độ nở của ruột bánh Việc bổ sung Lipopan Xtra BG, Pentopan Mono BG và hỗn hợp các enzyme Pentopan mono BG và Celluclast L đã làm cải thiện cấu trúc, thể tích ruột bánh và thời gian bảo quản bánh, trong khi đó chế phẩm Grindamyl Maxlife 85 không tạo ra khác biệt đáng kể so với các mẫu đối chứng không bổ sung enzyme Nhu vậy, việc bổ sung enzyme vào bột nhào có thể cải thiện đuợc cấu trúc của bánh mì có bổ sung 30% bã malt [54],

Plessas (2007) đã dùng bã malt là chất mang để cố định nấm men và vi khuẩn Lactobacillus casei

trước khi bổ sung vào bột nhào với tỷ lệ từ 6% - 10% so với bột mì Bánh mì được bổ sung 10% bã malt

cố định Lactobacillus casei có chất lượng cảm quan cao hơn cả về cấu trúc và hương vị so với mẫu đối

chứng [57]

Năm 2015, Ktenioudaki nghiên cứu sử dụng bã malt lên men chua để bổ sung vào bột nhào bánh

mì nhằm mục đích làm tăng các hợp chat phenolic như ferulic và 4- coumaric acid, làm tăng khả năng chống oxy hoá của bánh mì [58]

- {”} -

Như vậy, đối với bánh mì, việc sử dụng thêm các phụ gia hay sử dụng các vi khuẩn lên men có thể cải thiện đáng kể cấu trúc và hương vị của bánh, do đó có thể tăng tỷ lệ bã malt bổ sung lên đến 30%

2.3.ỉ.3 Bố sung vào các sản phàm thực phẩm khác

Ktenioudaki (2012) đã bổ sung bã malt vào bánh snack và bánh mì que Khi tăng tỷ lệ bã malt từ 15% lên 35%, bánh tăng hàm lượng chất xơ, chất béo, protein và giảm thể tích, độ cứng và trở nên sẫm màu hơn [59] Vào năm 2014, khi nghiên cứu bổ sung bã malt vào bánh snack (40g/100g bột mì) và bánh mì que (35g/100g bột mì), Reis và Abu-Ghannam nhận thấy hàm lượng các hợp chất phenolic trong sản phẩm tăng từ 4 đến 7 lần và khả năng chống oxy hóa theo các phương pháp DPPH lẫn FRAP đều tăng cao [60]

Talita A Nascimento và cộng sự (2017) bổ sung bã malt vào trong gạo để sản xuất bỏng gạo nhận thấy khi tăng hàm lượng bã malt từ 0-30% chất khô thì năng lượng cơ học tiêu tốn cho việc ép

đùn ít hơn, tỉ trọng của sản phẩm tăng và hệ số dãn nở thể tích giảm [61] Agnieszka Makowska và cộng

sự (2013) cũng ghi nhận kết quả tương tự khi bổ sung bã malt từ 5% - 20% vào ngô để sản xuất snack Khi tăng tỷ lệ bã malt thì mức độ dãn nở giảm, tỉ trọng tăng, khả năng hấp thụ nước tăng nhưng khả năng tan trong nước giảm Tỷ lệ bổ sung bã malt 15% cho sản phẩm được chấp nhận về giá trị cảm quan [62]

Năm 2009, Ozvural đã thử nghiệm bổ sung bã malt vào trong xúc xích Frankfurter Bã malt đã qua sấy khô với ba loại kích cỡ (hạt nhỏ (<212 |ưn), hạt trung bình (212-425 |ưn) và hạt thô (425-850 pm)) được bổ sung từ 1% đến 5% vào sản phẩm trong quá trình nhồi trộn Khi bổ sung bã malt với kích thước hạt thô sẽ cho ra sản phẩm có hàm lượng chất xơ cao mà không có khác biệt nhiều về các tính chất cảm quan cũng như cơ lý so với mẫu đối chứng Bã malt cũng đã được thử nghiệm bổ sung vào các sản phẩm chế biến từ thịt có hàm lượng chất béo thấp [63]

Ozboy-Ozbas (2010) đã dùng 12% bã malt để thay thế bột mì ủ chua hay yoghurt trong công thức của sauce tarhana để làm tăng hàm lượng chất xơ cho sản phẩm Tuy rằng các tính chất cảm quan như màu sắc, mùi vị thấp hơn mẫu đối chứng nhưng các tính chất về mặt cơ lý là không khác biệt [64],

- {”} -

2.3.2 Thủy phân và lên men bã malt

Đến nay đã có nhiều nghiên cứu thủy phân bã malt và dịch thủy phân được lên men đường bằng nhiều giống vi sinh vật khác nhau để thu nhận các sản phẩm lên men khác nhau

Để quá trình thủy phân polysaccharide trong bã malt đạt hiệu quả cao, bã malt thường phải được tiền xử lý bằng cách sử dụng đơn lẻ hay kết hợp các phương pháp vật lý (áp suất cao, nhiệt độ cao, nổ hơi, vi sóng) và các phương pháp hóa học (sử dụng acid H2SO4, HC1, kiềm, FeCh, ethanol ) Sau quá trình tiền xử lý, bã malt sẽ được thủy phân với các chế phẩm cellulase, hemicellulase từ nấm mốc hoặc được thủy phân bằng acid [65, 66]

Năm 2005, Mussatto đã thủy phân bã malt (tỷ lệ khối lượng nước/bã malt thay đổi từ 8 - 12 lần) với xúc tác acid sulfuric (100 - 140 mg/g chất khô) và thời gian phản ứng 17 - 37 phút Kết quả cho thấy rằng tất cả các điều kiện phản ứng đều có thể thủy phân trên 92,7% các hợp chất hemicellulose, trong

đó trên 85,8% xylan và trên 95,7% arabinan Sau khi thủy phân, hỗn hợp được lên men bằng nấm men

Candida guỉllỉermondỉỉ để sản xuất xylitol Hiệu suất lên men đạt 0,70 g xylitol/g xylose được chuyển

hóa và tốc độ sinh tổng hợp xylitol đạt 0,45g/L.h [67] Theo Dávila (2016) tính toán thì chi phí sản xuất xylitol, ethanol và polyhydroxybutyrate từ bã malt lần lượt là 0,35, 3,63 và 3,36 USD/kg sản phẩm [68]

Pejin (2015) đã thủy phân bã malt và sử dụng chủng Lactobacillus rhamnosus (ATCC 7469) để

lên men thu acid lactic; nồng độ acid lactic thu được trong dịch lên men là 39,38 g/L [69-71],

Trong giai đoạn 2008-2009, Xiros đã nghiên cứu quá trình thủy phân bã malt để lên men thu nhận

ethanol; nếu sử dụng nấm mốc Neurospora crassa thì thu được 74g ethanol/kg chất khô BGS [72]; còn khi sử dụng nấm mốc Fusarium oxysporum thì thu được 65 g ethanol/kg chất khô BGS [73, 74], Trong

khi đó, White đã tiền xử lý bã malt bằng dung dịch HNO3 0,16 N ở 121°c trong 15 phút; tiếp theo hỗn hợp được thủy phân bằng hỗn hợp chế phẩm cellulase và hemicellulase trong 18 giờ và dịch thủy phân thu được chứa glucose (27g/L), xylose (16,7g/L) và arabinose (1 l,9g/L) Hỗn hợp sau thủy

- {«} -

phân được lên men ethanol trong 48 giờ bởi Pichia stipitis và thu được ethanol với nồng độ 8,3 g/L, tương đương với hiệu suất lên men đạt 0,32 g ethanol/g cơ chất Nếu lên men với Kluyveromyces

marxianus thì thu được ethanol với nồng độ 5,9 g/L, tương đương với hiệu suất lên men đạt 0,23 g

ethanol/g cơ chất; quá trình thủy phân bã malt có sinh ra các hợp chất ức chế nấm men sinh ethanol [75]

Bên cạnh đó, Mata (2015) cũng thử nghiệm tiền xử lý bã malt với dung dịch HC1 và HNO3 rồi thủy phân bã malt với hỗn hợp chế phẩm enzyme Glucanex và Ultraflo L trước khi được lên men với

nấm men Pichia stipitis NCYC 1541 và Kluyveromyces marxỉanus NYCY 2791; kết quả cho thấy sau

72 giờ lên men ở nhiệt độ 30°C hiệu quả lên men chỉ đạt là 45,10% đối với p stipitis và 36,58% đối với

K marxỉanus [76]

2.3.3 Trích chiết thu nhận các chất từ bã malt

Các nhà khoa học đã nghiên cứu quá trình trích chiết các hợp chất từ bã malt, những hợp chất chiết được quan tâm chủ yếu là protein, chất xơ và một số hợp chất có khả năng kháng oxy hóa De-Song Tang và cộng sự (2009) đã ứng dụng kỹ thuật siêu lọc để tinh sạch dịch protein từ bã malt Với membrane 5kDa và30 kDa, kết quả cho thấy có đến 92% protein được thu hồi Phương pháp siêu lọc tách muối ra khỏi dịch trích protein rất hiệu quả và làm tăng độ tinh sạch của chế phẩm protein [77]

Piritta Niemi (2013) sử dụng enzyme thủy phân carbohydrate để hỗ trợ cho quá trình thu nhận dịch protein thủy phân từ bã malt Các chế phẩm carbohydrase được dùng để tiền xử lý bã malt, sao đó các loại protease khác nhau (ưa kiềm, trung tính và ưa acid) được dùng để thủy phân protein Kết quả cho thấy bã malt được xử lý với protease ưa kiềm có tính tan tốt hơn [78]

Ngoài protein, bã malt còn được dùng làm nguyên liệu để thu nhận chất xơ Carla Severini (2015)

đã sử dụng chế phẩm xylanase và protease để trích ly arabinoxylan từ bã malt, sử dụng dung môi là

nước (chất xơ này không tan trong nước) Neu sử dụng chế phẩm xylanase ở dạng đơn lẻ thì hàm lượng arabinoxylan trong dịch trích thu được đạt 23,7% so với tổng lượng arabinoxylan trong bã malt; nếu sử dụng kết hợp cả xylanase và protease thì hàm lượng arabinoxylan thu được sẽ tăng thêm 1,6 lần [43]

Tại Việt Nam đến nay, bã malt được sử dụng làm thức ăn gia súc Ngoài ra, bã malt còn được thử nghiệm phối trộn với bánh dầu đậu phông trong sản xuất nước chấm [4]

2.4 Những điểm mói của đề tài

Hiện nay ở Việt Nam, phụ phẩm công nghiệp như cám ngũ cốc hoặc bã malt hay vỏ trấu chủ yếu được sử dụng để làm thức ăn gia súc hoặc là nhiên liệu để đốt Từ năm 2015, Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách Khoa, Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất bánh quy giàu xơ bằng cách thay một phần bột mì bằng cám gạo và cám lúa mì có và không qua xử lý enzyme

Đề tài này sử dụng enzyme để xử lý bã malt và khảo sát ảnh hưởng của enzyme đến hàm lượng chất xơ trong bã malt Bên cạnh đó, ảnh hưởng của bã malt sau quá trình xử lý enzyme đến các tính chất của bột nhào và bánh quy cũng được khảo sát Kết quả của các nghiên cứu trên sẽ làm cơ sở để chọn ra

tỷ lệ bã malt thích hợp để bổ sung vào công thức bánh quy

Mục tiêu của nghiên cứu là sau khi xử lý bã malt với enzyme, có thể làm tăng được tỷ lệ bổ sung vào bã malt so với những nghiên cứu trước đó và tăng hàm lượng xơ tan có trong thành phẩm

3.1.2 Chế phẩm enzyme

Chế phẩm cellulase sử dụng để xử lý bã malt trong nghiên cứu này có tên thương mại là Viscozyme®Cassava C, do công ty Novozymes (Đan Mạch) sản xuất Cảc đặc tính của chế phẩm được trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Một sổ đặc tính của chế phẩm Viscozyme® Cassava c

Một đơn vị hoạt độ endoglucanase (1EGU) được định nghĩa là lượng enzyme cần thiết để giải phóng 1 Ịimol D-glucose từ carboxymethyl cellulose (CMC) trong một phút ở điều kiện nhiệt độ 50°C,

( 19 )

tỵ Novozymes (Đan Mạch) sản xuất Đặc tính của các chế phẩm được trình bày trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Đặc tính của các chế phẩm enzyme dùng trong phân tích chất xơ

Tên chế phẩm Termamyl®sc Dextrozyme® GA Alcaỉase®2.5 L

Nguồn sản xuất

Sản phẩm được sản xuất bằng phương phảp lên men vi sinh vật Protein enzyme được phân tách

và tinh sạch sau quá trình lên men

Loại enzyme a-amylase glucoamylase protease

Hoạt lực công bổ 120KNU-S/g 270 AGU/g 2.5 AU/g

Nhiệt độ tối ưu 95°C-100°C 45°C-65°C 60PC-65°C

Tỷ trọng 1.27 (g/ml) 1.17 9 (g/ml)

Trạng thái vật lý Dạng lông, màu hể phách Dạng lỏng, màu nâu Dạng lỏng, màu hể phách

Nhiệt độ bảo quản

Chất ổn định

Methionine Sodium chloride Sucrose

Sucrose/Gỉucose, D

Chất bảo quăn

Potassium sorbate Sodium benzoate

Tài liệu tham khảo Product Data Sheet of

Một AGU/g (amyloglucosidase unit) là lượng enzyme glucoamylase cần dùng để giải phóng 0.1 pmol p-nitrophenol từ p-nitrophenol-alpha-glucopyromoside ở pH 4.3 và nhiệt độ 50°C

Một đơn vị hoạt độ Anson (1 AU) của protease được định nghĩa là lượng enzyme xúc tác thủy phân cơ chất hemoglobin trong 1 phút, giảỉ phóng các acid amin và peptide cho phản ứng bắt màu với thuốc thử Folin - Ciocalteu Phenol; cường độ màu tương đương với 1 mEq tyrosine, ở điều kiện nhiệt

độ 25°c, pH 7.5

- {”) -

3.1.3 Nguyên liệu để làm bánh

• Bột mì: Bột mì số 8, sản phẩm của công ty TNHH Bột Mì Đại Phong Chỉ tiêu chất lượng được nhà sản xuất công bố được thể hiện trong Bảng 3.3

Bảng 3.3 Chỉ tiêu chất lượng của bột mì (tính trên ỉ 00 g bột khô)

• Trứng gà: trứng gà tươi của công ty TNHH Ba Huân Hàm lượng NH3 trong trứng gà không vượt quá 40 mg/100 g Thời gian bảo quản của trứng ở nhiệt độ thường là 7 ngày

• Isomalt: đường ỉsomalt có xuất xứ từ công ty Đoneo (Đức) Đường isomalt có độ tinh khiết 98%, hàm lượng carbohydrate 98% và hàm lượng Na nhỏ hơn 10 ppm

• Bơ: bơ lạt có xuất xứ từ công ty Pilot (úc) Hàm lượng lipid trong bơ không thấp hơn 97%

• Acesulfame kali: acesulfame kali có xuất xứ từ công ty Vitasweet (Trung Quốc) Độ tinh khiết của acesulfame kali lớn hơn 99.87%

• Muối ăn: Muối tinh sấy có bổ sung iod do Tập đoàn Muối Mỉền Nam sản xuất Muối có hàm

lượng NaCl lớn hơn 98%, hàm lượng iod từ 20 - 40 ppm, độ ẩm nhỏ hơn 1% và hàm lượng

các chất không tan khấc nhỏ hơn 0.2%

• Hương vani: hương vani có xuất xứ từ Tập đoàn Rayner’s (Anh) Thành phần chính trong chế phẩm hương vani gồm có nước, propylene glycol, hương thực phẩm, chất tạo màu caramel lỏng (E150), acid citric (E330) và chất bảo quản natri benzoat (E211)

• Bột nở: bột nở của công ty Alsa (Pháp) Thành phần chính trong bột nở bao gồm sodium hydrocarbonate, monosodium orthophosphate và bột mì

3.2.2.1 Các thiết bị phân tích thành phần bã malt và bánh quy:

• Cân sấy ẩm hồng ngoại (Denver Intrument IR 35, A&D, Nhật Bản)

• Cân phân tích 4 số lẻ (Pioneer)

• Bộ thiết bị Soxhlet

• Thiết bị quang phổ so màu (CT-2300 spectrophotometer, Đài Loan)

• Máy đo pH (Jenco, Model 6171)

• Bơm chân không (Buchi Vacuum controler V-800)

• Lò nung fro (Lenton, AF11/6B, Anh)

- í 22 ) -

3.2.22 Các thiết bị cho quá trĩnh xử lý bã malt bằng chế phẩm enzyme

• Thiết bị gia nhiệt dạng vỏ áo có cánh khuấy (Model MD - 9501 s, Malayan Daching,

Singapore)

3.22.3 Các thiết bị tạo sản phẩm bánh quy:

• Máy đánh trứng ((Model HR-1456, hãng Philips, Trung Quốc)

• Máy nhào bột (Model SM-8005, hãng Ichiban, Đài Loan)

• Lò nướng (Model VH509S, hãng Sanaky, Nhật Bản)

• Thiết bị ly tâm lạnh (Certomate® BS-1, Sigma, Hoa Kỳ)

• Thiết bị lắc điều nhiệt (B.Braun Biotech Intenational, Hoa Kỳ)

3.3 Nội dung nghiên cứu

Quy trình thực hiện thí nghiệm và nội dung nghiên cứu được trình bày tóm tắt trong sơ đồ Hình 3.1

( B )

Hình 3.1 Sơ đồ nội đung nghiên cứu

3.3.1 Đảnh giá chất lượng nguyên liệu

3.3.1 ỉ Mục đich nghiên cứu

Xác định thành phần hóa học cơ bản của bột mì và bã malt nhằm đánh giá sơ bộ chất lượng nguyên liệu đầu vào, từ đó đưa ra các phương pháp thích hợp để xử lý nguyên liệu

í 24 )

• Hàm lượng tinh bột

• Hàm lượng carbohydrate tổng

3.3.2 Xử lý bã malt bằng phương pháp enzyme

3.3,2 ỉ Mục đich nghiên cứu

Sử dụng enzyme để thủy phân các phân tử cellulose trong bã malt nhằm giảm độ nhám của bánh quy thành phẩm; quá trình thủy phân còn làm tăng hàm lượng xơ hòa tan, từ đó cỏ thể tăng hàm lượng bã malt sử dụng trong công thức bánh

3.3.2.2 Phương pháp thực hiện

Quy trình xử lý bã malt với chế phẩm enzyme được trình bày trong sơ đồ Hình 3.2

Hình 3.2 Quỉ trình xử lý enzyme bã malt

Hòa tan chế phẩm enzyme trong nước cát ở 50°C, sau đó phối trộn với 200g bã malt Hỗn hợp được trình thủy phân ở 50°C trong thiết bị gia nhiệt dạng vỏ áo, có cánh khuấy (Model MD -

9501 s, Malayan Daching, Singapore), tốc độ khuấy trộn là 75 vòng/phút Khi kết thúc quá trình xử

lý, hỗn hợp bã malt được cho vào ừong becher và đặt trong bể điều nhiệt ở 90°C trong 10 phút để bất hoạt enzyme Lượng nước trong hỗn hợp thủy phân, nồng độ enzyme sử dụng và thời gỉan ủ được thay đổi theo Bảng 3.5

Bảng 3,5 Bố trí thi nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme

sử dụng đến hàm lượng chất xơ tan và không tan trong bã malt

í 25 )

Sau giai đoạn bất hoạt enzyme, mẫu bã malt được làm nguội nhanh bằng nước lạnh về nhiệt

độ phòng Hỗn hợp được đem xác định hàm lượng xơ tan (SDF) và xơ không hòa tan (IDF), tỷ lệ chất xơ không hòa tan so vớí chất xơ hòa tan ỢDF:SDF) Mầu được chọn là mẫu có hàm lượng chất

xơ hòa tan cao trong khỉ hàm lượng xơ tổng (Total Dietary Fiber - TDF) ít bị biến đổi nhất 3.3.3 Đánh giá sự thay đổi của một số tính chất chức năng

• Khả năng giữ nước

• Khả năng giữ dầu

• Khả năng trương nở

3.3.42 Phương pháp thực hiện

Trong nghiên cứu này có 2 nguyên liệu bã malt được sử dụng để thay thế một phần bột mì đó

là bã malt không và có qua xử lý enzyme

• Bã malt không qua xử lý enzyme được sàng qua rây 35 mesh trước khi đưa vào làm thí nghiệm

• Bã malt có qua xử lý enzyme được xử lý enzyme theo chế độ đã được lựa chọn trong TN2 Sau khi bất hoạt enzyme, bã malt được trải đều trên khay có kích thước 600x600 mm, chiều dày lớp

bã malt là 1 cm Các khay được đưa vào tủ sấy đối lưu ở 50°C cho đến khi độ ẩm bã malt đạt khoảng 6% -10% Khi kết thúc quá trình sấy, bã malt được làm nguội, nghiền nhỏ và sàng qua rây 35 mesh trước khi đưa vào làm thí nghiệm

• Tạo mẫu bánh quy có sử dụng bã malt chưa và có qua xử lý enzyme để thay thế một phần bột

mì Quy trình sản xuất bánh quy được trình bày như trong sơ đồ Hình 3.3 Công thức bánh quy

sử dụng trong nghiên cứu được trình bày trong Bảng 3.6

3.3.4

• Đánh bông: Trứng gà tươi (gồm cả lòng đỏ và lòng trắng) được đánh bông bằng máy đánh

trứng (Model HR-1456, Philips, Trung Quốc), với tốc độ 200 vòng/phút trong 4 phút

• Đánh kem 1: Hòa tan muối và acesulfame K vào nước, bổ sung dung dịch này và isomalt vào

hỗn hợp trứng gà đã đánh bông được chứa trong tô lốn của thiết bị nhào bột (Model SM-8005, Ichiban, Hoa Kỳ), đánh trộn hỗn hợp thu được với tốc độ 200 vòng/phút trong 4 phút

• Đánh kem 2: Thêm bơ vào hỗn hợp kem 1, đánh trộn đều với tốc độ 200 vòng/phứt trong 4

phút, sau đó cho vani và bột nở vào rồi tiếp tục đánh thêm 1 phút

Hình 3.3 Quy trình sản xuất bánh quy cồ bổ sung bã malt

- (“) -

• Phối trộn: Trộn đều bột mì và bã malt sau khi rây (tỷ lệ hai thành phần này được thay đổi tùy

theo từng công thức thực nghiệm), riêng trường hợp mẫu đối chứng thì bỏ qua giai đoạn này

• Nhào trộn: Hỗn hợp bột mì và bã malt được thêm vào hỗn hợp kem 2 rồi nhào trộn với tốc độ

100 vòng/phút trong 2 phút

• Cán, cắt tạo hình: Khối bột nhào được cán thành tấm có độ dày 4 mm, dùng khuôn tròn đường

kính 35 mm cắt tấm bột thành những miếng bánh có kích thước đồng nhất

• Nướng: Bánh được xếp vào khay và đưa vào lò nướng (Model GL-1126, Gali, Việt Nam) đã

được gia nhiệt đến 175°c trước đó 15 phút; thời gian nướng 12 - 14 phút Trong 10 phút đầu, nhiệt độ lò nướng là 175°c, sau đó chỉnh về 150°C và nướng tiếp trong 2-4 phút

• Làm nguội: Bánh sau khi nướng sẽ được làm nguội về nhiệt độ phòng Sau đó, các mẫu bánh

được cho vào túi polyethylene (PE), hàn kín miệng để bảo quản cho việc thực hiện những phân tích tiếp theo