Nghiên cứu quá trình lên men rượu khoai lang tím

Nồng độ chế phẩm Termamyl SC thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian .... Nồng độ chế phẩm Dextrozyme GA thích hợp cho quá trình đườ

&iQEӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc:TS Trҫn Thӏ NgӑF<rQ

&iQEӝ chҩm nhұQ[pWTS NguyӉQ+RjL+ѭѫQJ

&iQEӝ chҩm nhұQ[pWPGS TS /r1JX\ӉQĈRDQ+X\

LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥi 7UѭӡQJĈҥi hӑF%iFK.KRDĈ+4*73

+&0QJj\11 WKiQJ01 QăP2018

1+,ӊ09Ө/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ƭ+ӑWrQKӑFYLrQĈһQJ7Kӏ1Kѭ4XǤQK MSHV: 1570438

- KҧRViWFiFWK{QJVӕҧQKKѭӣQJWURQJTXiWUuQKÿѭӡQJKyDEҵQJFKӃSKҭP

enzym Dextrozyme GA

- KҧRViWFiFWK{QJVӕҧQKKѭӣQJFӫDTXiWUuQKOrQPHQUѭӧXWӯNKRDLODQJWtP

- 7KLӃWOұSTX\WUuQKOrQPHQUѭӧXNKRDLODQJWtPYӟLFiFWK{QJVӕÿmFKӑQÿRÿӝFӗQYjKjPOѭӧQJDQWKRF\DQLQWURQJVҧQSKҭPUѭӧXNKRDL ODQJWtP

Em xin JӱL OӡL FҧP ѫQ ÿӃQ WҩW Fҧ TXê WKҫ\ F{ trong %ӝ P{Q &{QJ1JKӋ 7KӵF3KҭP.KRD.ӻ7KXұW+yD+ӑF7UѭӡQJĈҥLKӑF%iFK.KRD73+&0ÿm WUX\ӅQÿҥWNLӃQWKӭFYjNLQKQJKLӋPTXêEiXFKRHPWURQJVXӕWWKӡLJLDQKӑF WұSWҥL WUѭӡQJÿһFELӋW[LQ FҧPѫQÿӃQ767UҫQ7Kӏ1JӑF<rQÿmFKRHPFѫ KӝLÿѭӧFQKұQYjWUuQKEj\OXұQYăQ

(PFNJQJ[LQFҧPѫQÿӃQFiFEҥQFQJOӟS&DRKӑF.&{QJQJKӋWKӵF SKҭPÿmTXDQWkPJL~SÿӥYjFKLDVҿYӟLHPWURQJVXӕWNKyDKӑFÿyVӁOjPӝW NKRҧQJWKӡLJLDQÿҽSWURQJKjQKWUuQKQkQJFDRWULWKӭFFӫDFK~QJHP

/ӡLFҧPѫQFXӕLFQJ[LQGjQKFKRJLDÿuQKFKREDPҽYjQKӳQJQJѭӡL EҥQWKkQÿmOX{QErQFҥQKӫQJKӝYjFKRHPQKLӅXÿӝQJOӵFWURQJQKӳQJWKӡL gian qua

0һFGÿmFӕJҳQJKRjQWKjQKOXұQYăQEҵQJWҩWFҧVӵQKLӋWKX\ӃWYjQăQJ OӵFFӫDPuQKWX\QKLrQNK{QJWKӇWUiQKNKӓLQKӳQJWKLӃXVyWYjQKӳQJSKҫQ QӝLGXQJQJKLrQFӭXFKѭDVkX5ҩWPRQJQKұQÿѭӧFVӵQKұQ[pWJySêFӫD4Xê 7Kҫ\&{

(P[LQWUkQWUӑQJFҧPѫQ

7S+ӗ&Kt0LQKWKiQJQăP

ĈһQJ7Kӏ1Kѭ4XǤnh

7URQJQJKLrQFӭu FyVӱ dөng hai chӃ phҭPHQ]\PHOj7HUPDP\O6&Yj'H[WUR]\PH

*$JySSKҫQYjRTXiWUuQKGӏFKKyDYjÿѭӡQJKyD tinh bӝWFQJYӟi sӱ dөQJGzQJnҩm PHQWKѭѫQJPҥi Angel leaven chӏu nhiӋWÿӇ QkQJFDRÿӝ cӗn cho sҧn phҭm ҦQKKѭӣng cӫa nhiӋWÿӝ, pH, thӡLJLDQYjQӗQJÿӝ enzyme cho TXiWUuQKWKӫ\SKkQ cӫa mӛi enzyme ÿmÿѭӧc khҧRViW.KiFYӟLFiFQJKLrQFӭXWUrQSKѭѫQJSKiSWUX\Ӆn thӕng khҧRViWTXD tӯQJJLDLÿRҥQÿӅ WjLiSGөQJSKѭѫQJSKiSNӃt hӧSÿѭӡQJKRiYjOrQPHQÿӗng thӡi, nhҵm tұn dөng nguӗQFѫFKҩWFKRTXiWUuQKOrQPHQJLҧPiSOӵc cӫa nӗQJÿӝ FѫFKҩt FDRÿӃn hoҥWÿӝng cӫa nҩPPHQU~WQJҳn thӡLJLDQOrQPHQ&iFWK{QJVӕ cӫa TXiWUuQK thӫy SKkQbӝWNKRDLODQJWtPVӱ dөng chӃ phҭm Termamyl SC OjQӗQJÿӝ enzyme 0,3 PONJQJX\rQOLӋu, nhiӋWÿӝ thӫ\SKkQž&YjS+EDQÿҫu cӫDP{LWUѭӡng 6 Sӱ dөng

nҩm men Saccharomyces cerevisiae WKѭѫQJ Pҥi Angel Leaven Yj FKӃ phҭm

'H[WUR]\PH*$YjRTXiWUuQK OrQPHQGӏch thӫ\SKkQNKRDLODQJWtPӣ ÿLӅu kiӋn tӕt nhҩt OjQӗQJÿӝ HQ]\PHPONJQJX\rQOLӋXS+EDQÿҫu cӫDP{LWUѭӡQJYjQӗQJÿӝ chҩWNK{KzDWDQž Bx sӁ FKRUDKjPOѭӧng cӗn cao nhҩt Sҧn phҭPUѭӧu VDXNKLiS dөQJFiFÿLӅu kiӋQÿmNKҧRViWÿӅu ÿҥt chӍ WLrXKyDKӑFKjPOѭӧng ethanol 11,17% v/v, DQWKRF\DQLQOj“0002 mg/100ml

ABSTRACT

This research was carried out to investigate the fermentation process of purple sweet potato wine In this study, two enzyme were used, Termamyl SC and Dextrozyme GA for starch hydrolysis, combine with commercial thermal-yeast Angel Leaven to increase the alcohol content of the wine product The effects of temperature, pH, time and enzyme concentration on each enzyme for hydrolysis process were investigated Different to the traditional fermentation method - through each stage, this research applied the method of simultaneous saccharification and fermentation ± SSF in order

to utilize the substrate for fermentation, reduce the pressure of the high concentrate substrate to yeast activity, shorten the fermentation time Using Termamyl SC to hydrolyze purple sweet potato powder, with parameters of: enzyme concentration of 0.3

ml / kg of material, hydrolysis temperatXUH RI  ƒ& DQG S+  Using commercial

Saccharomyces cerevisiae yeast - Angel Leaven and Dextrozyme GA at condition:

The product contains 11,17% v/v of ethanol, and 27, “  PJ  PO anthocyanin

7{L[LQFDPÿRDQUҵQJVӕOLӋXYjNӃWTXҧQJKLrQFӭXWURQJOXұQYăQ Qj\OjWUXQJWKӵFYjFKѭDKӅÿѭӧFVӱGөQJ

7{L[LQFDPÿRDQFiFWK{QJWLQÿѭӧFVӱGөQJWURQJOXұQYăQQj\ÿm ÿѭӧFJKLU}QJXӗQJӕFWUtFKGүQ

7S+ӗ&Kt0LQKWKiQJQăP

1JѭӡLWKӵFKLӋQ

ĈһQJ7Kӏ1Kѭ4XǤQK

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH 6

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 11

2.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM 12

2.1.1 Giới thiệu về khoai lang tím 13

2.1.2 Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật 14

2.1.3 Thành phần anthocyanin trong khoai lang tím 16

2.2 HỆ ENZYME AMYLASE 21

2.3 NẤM MEN 25

2.3.1 Đặc điểm hình thái và cấu tạo tế bào của nấm men 26

2.3.2 Đặc điểm sinh lý của nấm men 27

2.4 CÁC QUÁ TRÌNH CHỦ YẾU XẢY RA TRONG SẢN XUẤT RƯỢU 29

2.4.1 Quá trình dịch hóa 29

2.4.2 Quá trình đường hóa 30

2.4.3 Quá trình lên men rượu 30

2.5 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN 31

2.5.1 Nghiên cứu trong nước 31

2.5.2 Nghiên cứu ngoài nước 35

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 40

3.1 VẬT LIỆU 41

3.1.1 Khoai lang tím 41

3.1.2 Chế phẩm enzyme 43

3.1.3 Nấm Men 44

3.2 QUÁ TRÌNH THU NHẬN RƯỢU KHOAI LANG TÍM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 45

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 47

3.4 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 48

3.4.1 Xử lý nguyên liệu 48

3.4.2 Khảo sát quá trình thủy phân bột khoai lang tím 49

3.4.3 Khảo sát quá trình lên men dịch thủy phân khoai lang tím …… 50

3.5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 51

3.5.1 Phân tích độ ẩm 51

3.5.2 Đo độ nhớt 51

3.5.3 Nồng độ chất khô hòa tan 52

3.5.4 pH 53

3.5.5 Hàm lượng đường khử 54

3.5.6 Hàm lượng tinh bột 55

3.5.7 Hàm lượng cồn 56

3.5.8 Phương pháp đếm khuẩn lạc phát triển trên môi trường đặc 57

3.5.9 Phương pháp xác định đường cong sinh trưởng của nấm men 58

3.6 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 58

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 58

4.1 Kết quả khảo sát thành phần nguyên liệu khoai lang tím 58

4.2 Kết quả xác định thời gian hoạt hóa nấm men 59

4.3 Xác định tỷ lệ bột khoai lang tím/ nước thích hợp cho dịch hóa 60

4.4 Nồng độ chế phẩm Termamyl SC thích hợp cho quá trình dịch hoá bột khoai lang tím theo thời gian 61

4.5 Nhiệt độ thích hợp cho quá trình dịch hoá bột khoai lang tím theo thời gian 64

4.6 pH thích hợp cho quá trình dịch hoá bột khoai lang tím theo thời gian 66

4.7 Nồng độ chế phẩm Termamyl SC thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian 67

4.8 Nồng độ chế phẩm Dextrozyme GA thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian 69

4.9 pH thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian 73

4.10 Nồng độ chất khô hòa tan thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian 75

4.11 Kết quả đường cong sinh trưởng của nấm men Saccharomyces cerevisiae trong thời gian lên men rượu 76

4.12 Kết quả ảnh hưởng mật độ tế bào nấm men đến sự sinh trưởng của nấm

men trong quá trình đường hoá và lên men 77

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

5.1 Kết luận 80

5.2 Kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 89

PHỤ LỤC A: CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TRONG CHƯƠNG 4 89

PHỤ LỤC B: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 98

PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH ENZYME 107

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: So sánh một số thành phần giữa khoai lang tím và khoai lang vàng 13

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật 15

Bảng 2.3: Sự biến đổi của hàm lượng anthocyanin qua các quá trình xử lý khác nhau của khoai lang tím 20

Bảng 3.1: Thông tin về chế phẩm Termamyl® SC 44

Bảng 3.2: Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn thu nhận khác nhau 45 Bảng 3.3: Thông tin về chế phẩm Dextrozyme® GA 46

Bảng 4.1: Một số thành phần của khoai lang tím Nhật thu hoạch từ Sa Đéc, Đồng Tháp 58

Bảng 4.2: Kết quả xác định một số chỉ tiêu của nguyên liệu bột khoai lang tím 58

Bảng 4.3: Tỷ lệ nấm men nảy chồi qua thới gian hoạt hóa từ nấm men dạng bột 59

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ bột khoai lang tím/nước đến chất lượng dịch khoai lang tím sau khi dịch hóa 60

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân tại pH 6 67

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Termamyl SC đến hàm lượng cồn sinh ra theo thời gian 68

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men dịch thủy phân tại nồng độ chế phẩm Dextrozyme GA là 1 ml/kg nguyên liệu 71

Bảng 4.8: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím tại pH 5 74

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím tại nồng độ chất khô hòa tan 16⁰Bx 76

Bảng 4.10: Số logarit của mật độ tế bào và hàm lượng cồn theo thời gian 76

Bảng 4.11: Bảng so sánh các chỉ tiêu sản phẩm rượu so với quy định 83

Bảng A.1: Độ nhớt thay đổi theo nồng độ chế phẩm Termamyl SC, khảo sát theo thời gian 89

Bảng A.2: Chỉ số DE thay đổi theo nồng độ chế phẩm Termamyl SC và theo thời thời gian 90

Bảng A.3: Chỉ số DE thay đổi theo nhiệt độ và theo thời gian 91

Bảng A.4: Chỉ số DE thay đổi theo pH và theo thời thời gian 92

Bảng A.5: Hàm lượng cồn thay đổi theo nồng độ enzyme và thời thời gian 93

Bảng A.6: Hàm lượng tinh bột sót thay đổi theo nồng độ enzyme và thời gian 94 Bảng A.7: Hàm lượng cồn thay đổi theo pH và theo thời thời gian 95 Bảng A.8: Hàm lượng tinh bột sót thay đổi theo pH và thời gian 96 Bảng A.9: Hàm lượng cồn thay đổi theo nồng độ chất khô hòa tan và theo thời thời gian 97 Bảng B.1: Số liệu dựng đường chuẩn hàm lượng glucose xác định bằng phương pháp quang phổ so màu với thuốc thử DNS 99 Bảng B.2: Số liệu dựng đường chuẩn nồng độ ethanol bằng phương pháp quang phổ so màu 104 Bảng C: Số liệu dựng đường chuẩn hàm lượng tinh bột bằng phương pháp quang phổ so màu 107

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Khoai lang tím 14

Hình 2.2: Hình chụp SEM của hạt tinh bột khoai lang tím và bột khoai lang tím sau khi xử lý ở 77ºC trong 6 giờ 16

Hình 2.3: Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím 17

Hình 2.4: Cấu tạo của cyanidin (R1 = H); peonidin (R1 = CH3) 3-sophoroside-5- glucoside (a), caffeic acid (b), ferulic acid (c), and p-hydrobenzoic acid (d) 18

Hình 2.5: Cơ chế của các enzyme amylase 22

Hình 2.6: Nấm men Saccharomyces cerevisiae dưới kính hiển vi DIC 23

Hình 3.1: Quy trình xử lý nguyên liệu ban đầu thành bột khoai lang tím 50

Hình 3.2: Quy trình thu nhận rượu khoai lang tím trong phòng thí nghiệm 52

Hình 4.1: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm Termamyl SC đến quá trình thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian qua độ nhớt 62

Hình 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm Termamyl SC đến quá trình thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian qua chỉ số DE 63

Hình 4.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian 64

Hình 4.4: Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian 66

Hình 4.5: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm Dextrozyme GA đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím 70

Hình 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên hàm lượng tinh bột sót theo thời gian 72

Hình 4.7: Ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím 73

Hình 4.8: Ảnh hưởng của pH lên hàm lượng tinh bột sót theo thời gian 74

Hình 4.9: Ảnh hưởng của nồng độ chất khô hòa tan đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím 75

Hình 4.10: Đường cong sinh trưởng của nấm men trong thời gian lên men rượu 77 Hình B.1: Đường chuần hàm lượng glucose xác định bằng phương pháp quang phổ so màu với thuốc thử DNS 100

Hình B.2: Hệ thống chưng cất rượu 102

Hình B.3: Đường chuần hàm lượng ethanol xác định bằng phương pháp quang phổ

so màu 105 Hình C.1: Đường chuần hàm lượng tinh bột xác định bằng phương pháp quang phổ

so màu 108 Hình C.2: Kết quả kiểm tra hoạt độ hai chế phẩm enzyme đã sử dụng trong đề tài nghiên cứu 110

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Làm rượu là một nghề truyền thống có từ lâu đời trên thế giới và ở nước ta Ngày nay nó đã phát triển lên một ngành công nghiệp rượu với những thương hiệu nổi tiếng thế giới Song song đó là sự khuyến khích tìm tòi, nghiên cứu và cho ra đời các sản phẩm rượu theo phương thức tryền thống có chất lượng tốt, giá thành phù hợp, thích hợp cho các đối tượng tiêu dùng Việt Nam với nền văn hóa phát triển lâu đời là nơi có

đa dạng các loại rượu truyền thống, có loại đã có từ hàng trăm năm Nguyên liệu trong làm rượu truyền thống hiện nay rất đa dạng, chủ yếu là từ các cây chứa hàm lượng tinh bột và đường cao như gạo, khoai, sắn, mía, … hầu hết là các loại nông sản dễ tìm và có sản lượng thu hoạch lớn Mỗi loại nguyên liệu sẽ cho ra những sản phẩm rượu riêng biệt với màu sắc, hương vị đặc trưng Trong đó, khoai lang tím là một loại nguyên liệu đang được chọn nghiên cứu trong thời gian qua vì được trồng phổ biến, có giá thành rẻ và

thích hợp cho việc chế biến các sản phẩm thực phẩm với giá trị kinh tế cao

Đề tài luận văn “Nghiên cứu quy trình lên men rượu từ khoai lang tím” được đưa

ra như một sự góp phần mang lại những giá trị cao cho nghề sản xuất rượu trong nước

Đề tài chọn lọc nguyên liệu giàu tinh bột là khoai lang tím làm đối tượng nghiên cứu, tập trung vào vấn đề nghiên cứu trên quá trình lên men rượu khoai lang tím trong phòng thí nghiệm, áp dụng hai chế phẩm enzyme là Termamyl SC và Dextrozyme GA thu nhận từ vi sinh vật và một dòng nấm men thương mại vào quá trình xử lý nguyên liệu, tạo tiền chất cho quá trình đường hoá và lên men đồng thời, nhằm giúp rút ngắn thời gian, độ cồn tăng cao hơn, quá trình lên men triệt để hơn với hiệu suất nâng cao, hàm lượng đường sót và tinh bột thấp, hạ giá thành sản phẩm

Số liệu được thu thập qua thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Vi sinh và phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm 2 của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm

Tiến hành thí nghiệm để xác định các quá trình :

- Quá trình xử lý nguyên liệu khoai lang tím với tỷ lệ cơ chất/ nước thích hợp cho dịch hóa

- Thời gian hoạt hóa nấm men thích hợp cho hoạt lực cao để bổ sung vào cơ chất cho lên men

- Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng trong quá trình dịch hóa, đường hóa và lên men đồng thời

Đề tài đi theo hướng nghiên cứu mới trong nghiên cứu quy trình sản xuất rượu từ nguyên liệu giàu tinh bột như khoai lang tím ở bước kết hợp quá trình đường hoá và lên men đồng thời Các kết quả của đề tài đã cho thấy tác dụng hiệu quả của việc sử dụng kết hợp hai chế phẩm enzyme cho quá trình đường hóa, dịch hóa tạo nguồn cơ chất cho nấm men hoạt động tốt, hiệu suất lên men cao, quá trình đường hoá và lên men đồng thời cũng làm rút ngắn thời gian lên men, tăng hiệu suất sử dụng đường trong quá trình, tăng nguồn cơ chất cho nấm men sinh trưởng và hoạt động Việc sử dụng sản phẩm nấm men thương mại tinh khiết được thu nhận từ chủng thuần với nhiều đặc tính cao cho sản phẩm lên men trong thời gian ngắn Đề tài thúc đầy các nghiên cứu sau chuyên sâu hơn vào sự tác động và ảnh hưởng của enzyme một cách hiệu quả, chuyển hóa triệt để tạo sản phẩm cho quá trình lên men hiệu suất cao hơn, độ cồn cao hơn như mong muốn ; đồng thời mở ra con đường nghiên cứu trên các chế phẩm enzyme đặc chủng khác tương thích với quá trình lên men như enzyme

Rhizozyme

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

2.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM

Khoai lang có tên khoa học là Ipomoea batatas (L.) Lam, thuộc họ

Convolvulaceae Khoai lang là nhóm cây nông sản đứng hàng thứ bảy trên thế giới

Khoai lang chủ yếu được trồng ở các nước đang phát triển, đóng vai trò là nguồn thực phẩm cung cấp dinh dưỡng cho người có thu nhập thấp (theo báo cáo của tổ chức Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc năm 2014) Cũng theo tổ chúc này, khoai lang đứng thứ ba trong nhóm thực phẩm giàu tinh bột quan trọng trên thế giới, chỉ sau khoai mì và khoai tây

Trong chi khoai lang, các giống khoai lang tím và khoai lang vàng là nguồn dinh dưỡng tuyệt vời với các hợp chất tự nhiên như beta-carotenoid, polyphenol, acid

anthocyanin có tiềm năng tiêu thụ cao, đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu có tác dụng như một sản phẩm cải thiện sức khỏe con người (Teow và cộng sự 2007), (Bellail và cộng sự 2012)

Theo Vincent và cộng sự (1997), khoai lang tím có sự vượt trội về một số thành phần so với khoai lang vàng được thể hiện qua bảng 2.1 Các nghiên cứu trên nguồn nông sản này ngày càng nhiều để có thể tận dụng tối đa các đặc tính hữu ích của chúng

Bảng 2.1 : So sánh một số thành phần giữa khoai lang tím và khoai lang vàng.[5]

2.1.1 Giới thiệu về khoai lang tím

Khoai lang tím còn có tên gọi khác là khoai lang Pêru vì nó có nguồn gốc từ

Nam Mỹ, có tên khoa học là Solanum andigenum

Khoai lang tím thuộc loài thân thảo dạng dây leo sống lâu năm, có lá mọc so le hình trái tim hay xẻ thùy chân vịt Củ hình thuôn dài, lớp vỏ nhẵn nhụi có màu tím (cũng có màu khác là đen, nâu, trắng hay vàng) và có tới hàng trăm loài khác nhau Tùy theo giống khoai mà củ của nó có kích thước, độ ngọt và mùi thơm khác nhau Khoai lang tím giống Nhật Bản (còn được gọi là Ayamurasaki), là một loại khoai lang được đưa vào sản xuất bởi viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là Okinawan[2], trong những năm gần đây đã được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia, đặc biệt là những quốc gia ở vùng khí hậu nhiệt đới

Hình 2.1: Khoai lang tím

Ở nước ta khoai lang tím chủ yếu được trồng ở các tỉnh miền Tây, huyện Tam Bình, Bình Tân (Vĩnh Long) hay Sa Đéc (Đồng Tháp) là những vùng trọng điểm có diện tích trồng khoai lớn Riêng huyện Bình Tân có diện tích trồng khoai lang tím chiếm hơn 8000 ha, sản lượng trên 250000 tấn cho năm 2015

Việc sản lượng khoai lang tím tăng nhưng giá thành lại hạ, dẫn đến thúc đẩy sự phát triển trong chế biến nhằm đa dạng hóa các sản phẩm từ khoai lang tím, tăng giá trị sử dụng nguồn nguyên liệu dồi dào và mang lại thu nhập cao cho người trồng khoai lang tím Cùng với lợi ích dinh dưỡng cao, là những lí do khiến các nhà khoa học ngày càng quan tâm và chú trọng phát triển các nghiên cứu trên nguồn nguyên liệu dồi dào này

2.1.2 Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật

Khoai lang tím Nhật còn có những ưu điểm vượt trội so với các giống khoai lang khác Khoai lang tím cung cấp nhiều chất dinh dưỡng tốt cho cơ thể như tinh bột, protein, các acid amin, vitamin A,B,C,E và hơn 10 loại nguyên tố vi lượng cần thiết khác như calci, kẽm, sắt, magie, kali, natri, phosphor…, có giá trị cung cấp năng lượng Những nghiên cứu gần đây cho thấy giống khoai lang tím có chứa một lượng anthocyanin đáng kể với tác dụng kháng oxy hóa rất mạnh, có khả năng kiềm chế sự đột biến của tế bào ung thư, ngăn ngừa ung thư, hạ huyết áp, phòng ngừa bệnh tim mạch; giúp bảo vệ các lipoprotein tỷ trọng thấp khỏi các quá trình oxy hóa, loại bỏ gốc

tự do, cải thiện chức năng thị giác, ức chế sự tích tụ tiểu cầu và nhều chức năng sinh lý khác (Kano và cộng sự 2005) [6] Chất màu trong khoai lang tím hiện đang được một

số nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu để thu nhận chất màu thực phẩm thiên nhiên thay thế cho chất màu nhân tạo Bao gồm các hợp chất phenol, anthocyanin,

carotenoid, trong đó khoai lang tím chứa chất chống oxy hóa tổng số nhiều nhất Ngoài ra, khoai lang tím là một trong những nguyên liệu chủ yếu để chế biến loại nước uống chức năng

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật (tính trên 100g nguyên liệu

Do có khác biệt về cấu trúc, khả năng tạo liên kết hydro hay khả năng giữ nước giữa các loại tinh bột trong nhóm khoai lang nên tinh bột khoai lang tím sau quá trình

vàng, theo thí nghiệm khảo sát sự biến đổi tính chất của tinh bột khoai lang của

Widya Dwi Rukmi Putri [8] Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong một thời gian nhất định sẽ ảnh hưởng đến tính chất của tinh bột khoai lang nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt

độ hồ hóa thì sự ảnh hưởng gần như không đáng kể so với ban đầu

Hình 2.2: Hình chụp SEM của hạt tinh bột khoai lang tím và bột khoai

Hình chụp SEM cho thấy sau khi xử lý nhiệt ẩm cấu trúc của hạt tinh bột khoai lang tím trương nở lên lên nhưng hình dạng vẫn chưa bị phá vỡ hoàn toàn với nhiệt độ

2.1.3 Thành phần anthocyanin trong khoai lang tím

Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó anthocyanin là sự kết hợp giữa Anthos – nghĩa là hoa và Kysanesos – nghĩa là màu xanh Tuy nhiên không chỉ có màu xanh, anthocyanin còn mang đến nhiều màu sắc như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là các anthocyanidin hay aglycon

Anthocyanin là hợp chất màu thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid, có màu từ đỏ đến tím, có nhiều trong rau quả như bắp cải tím, trà đỏ, quả dâu tằm, vỏ nho, đậu đen, dâu tây đỏ và khoai lang tím Anthocyanin là thành phần chính trong việc tạo ra màu sắc đẹp cho các loại hoa quả trong thiên nhiên mà các hợp chất màu tổng hợp không tể thay thế

Anthocyanin là chất có nhiều đặc tính tốt nên ngày càng được chú trọng để sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm Anthocyanin không những có tác dụng giảm nguy cơ ung thư, kìm hãm sự phát triển của tế bào gây ung thư, còn có khả năng chống oxi hóa, chống viêm, chống lão hóa và tang cường hệ miễn dịch cho cơ thể

Hình 2.3: Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím [9]

2.1.3.1 Công thức các thành phần anthocyanin của khoai lang tím

Có 12 thành phần đơn chất chính đã được xác định trong nghiên cứu của Heon woong Kim và cộng sự [10] và cyanidin - 3,5 - diglucoside là thành phần chủ yếu trong đó Mười hai đơn chất đó được xếp trong hai nhóm chính là cyanidin và peonidin

Mười hai đơn chất được xác định trong đó đều có mang thành phần là glucose và sophorose liên kết trong anthocyanin Mười một đơn chất trong đó trừ cyanidin 3- sophoroside-5-glucoside đều có mối liên kết với các chất phenolic như là caffeic acid, ferulic acid, và p-hydroxybenzoic acid như được biểu diễn ở Hình 2.4.[10]

Hình 2.4: Cấu tạo của cyanidin (R1 = H); peonidin (R1 = CH3) sophoroside-5- glucoside (a), caffeic acid (b), ferulic acid (c), and p-hydrobenzoic acid (d).[10]

3-Hai đơn chất 7 non-, mono-, hoặc acylated cyanidin và 5 mono- hoặc acylated peonidin lần lượt có tỷ lệ 67% và 33% của tổng lượng anthocyanin trong khoai lang tím Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt đến hàm lượng anthocyanin của khoai lang tím cho thấy khi quá trình nướng không ảnh hưởng

di-gì đến hàm lượng anthocyanin nhưng nấu dưới áp suất cao, hấp, hay sử dụng lò vi sóng đều làm giảm hàm lượng của anthocyanin 8–16% của lượng ban đầu Đây thực tế

là một sự giảm không nhiều so với hàm lượng của anthocyanin có trong khoai lang tím (1,4% khối lượng khô), khi so sánh với dâu (350 mg/kg) và bắp cải (250 mg/kg).[10]

Dựa theo 2 nhóm chính của thành phần anthocyanin thì có thể phân loại khoai lang thành hai loại là loại chứa nhiều cyanidin (tỷ lệ của peonidin/cyanindin (pn/cy)

<1) và loại chứa nhiều peonidin (tỷ lệ của peonidin/cyanindin (pn/cy) > 1) Sự khác biệt này dẫn đến những đặc tính khác nhau của màu sắc của khoai lang cũng như một số tính chất của anthocyanin Với loại khoai lang chứa nhiều peonidin (pn/cy > 1) thường thể hiện màu từ hồng đến đỏ ở trạng thái tươi của thịt củ khoai Như vậy, khi hàm

lượng cyanidin cao thì màu của thịt củ sẽ dần chuyển sang tím và tím đậm Cyanidin có bản chất chứa nhiều các nhóm –OH nên có đặc tính kháng oxy hóa mạnh hơn các nhóm chất peonidin (JiantengXu và cộng sự 2014) [11]

2.1.3.2 Tính chất của anthocyanin [12]

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực (ví dụ như nước) Màu sắc của anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều tố khác Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzen thì màu càng xanh đậm Còn nếu mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm OH ở vị trí C – 3 kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổi theo các gốc đường là gì Các anthocyanin cũng phụ thuộc vào pH của môi trường

Dưới tác dụng của nhiệt sẽ có sự bẻ gãy các mối liên kết trong hợp chất anthocyanin nên hàm lượng sẽ giảm theo thời gian xử lý Nhưng sự ảnh hưởng này còn phụ thuộc vào bản chất của nhóm chất anthocyanin, chính là sự khác biệt của các nhóm chức liên kết chẳng hạn như, mono-acylated anthocyanin có liên kết với p-hydroxybenzoic acid cho khả năng bền cao nhất trong nhóm chất anthocyanin của khoai lang tím nghiên cứu, kế đến là liên kết với ferulic acid và caffeic acid Mono-acylated anthocyanins thường có độ bền nhiệt cao hơn so với các di- và non-acylated Trong số đó, cyanidin 3-p- hydroxybenzoylsophoroside-5-glucoside có tính bền nhất dưới tác dụng của nhiệt Đó có thể là lý do mono-acylated và cyanidin-predominated anthocyanins trong khoai lang tím nghiên cứu có khả năng bền khi xử lý nhiệt Mặt khác cũng có thể dưới tác dụng của nhiệt giúp giải phóng những anthocyanin ở dạng tiền chất dưới những liên kết với các thành phần khác, nên có sự thay đổi trong một số thành phần anthocyanin sau quá trình xử lý nhiệt cyanidin 3-p-hydroxybenzoylsophoroside- 5- và peonidin 3-p- hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside

Bảng 2.3: Sự biến đổi của hàm lượng anthocyanin qua các quá trình xử lý

khác nhau của khoai lang tím (mg/100g DW [12]

Nguyên liệu

tươi Nướng Vi sóng

Nấu áp suất Chiên Cyanidin Đỉnh 1 119 ± 5C 122 ± 15C 184 ± 8B 183 ± 7B 139 ± 6C

2.1.3.3 Công dụng của anthocyanin [17]

Anthocyanin là chất màu tự nhiên có nhiều tính chất, tác dụng quý báu, bởi vậy

nó được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm cũng như trong y học

- Trong sản xuất thực phẩm: cùng với các chất màu tự nhiên khác như carotenoid, clorofil, anthocyanin giúp sản phẩm hồi phục màu tự nhiên ban đầu, tạo ra màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm Đồng thời do có khả năng kháng oxy hóa nên chúng còn được dùng để làm bền chất béo

- Trong y học: tác dụng của anthocyanin rất đa dạng nên được ứng dụng rộng rãi:

trường hợp chảy máu, hoặc có nguy cơ chảy máu

chế sự giảm sức đề kháng do sự suy giảm của hệ thống miễn dịch

có những bức xạ điện từ

sinh, kháng nhiều loại vi khuẩn khó tiêu diệt, tăng chức năng chống độc của gan, ngăn ngừa sự nhiễm mỡ gan và hoại tử mô gan, điều hòa lượng cholesterol trong máu, tránh nguy cơ tắc nghẽn xơ vữa động mạch, phục hồi trượng lực tim, điều hòa nhịp tim và huyết áp, điều hòa chuyển hóa caxi, làm giảm đau do tác dụng co thắt cơ trơn, làm giảm các đám xuất huyết nhỏ trong bệnh tiểu đường

Ngoài ra anthocyanin còn có thể có nhiều ứng dụng khác do các phản ứng đa dạng của chúng trong các enzym và các quá trình trao đổi chất khác nhau, chính vì vậy việc quan tâm tới thực phẩm giàu anthocyanin ngày càng được tăng cường vì nó có lợi cho sức khỏe con người

2.2 HỆ ENZYME AMYLASE [13]

Enzym amylase là nhóm enzym thủy phân tinh bột Amylase thuộc nhóm enzym

thủy phân, xúc tác sự phân giải các liên kết glucosid nội phân tử trong polysaccharide

với sự tham gia của nước Amylase thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose, dextrin hạn chế Tốc độ phản ứng của amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, tốc độ polymer hóa cơ chất Các amylase từ nguồn gốc khác nhau sẽ có thành

phần, tính chất, nhiệt độ hoạt động, pH tối ưu, các đặc điểm thủy phân, cơ chế tác dụng và sản phẩm cưới của quá trình thủy phân sẽ khác nhau

Hệ amylase gồm có 6 enzyme: trong sản xuất công nghiệp người ta thường gặp 3 enzyme là α – amylase, β – amylase và glucoamylase

Hình 2.5: Cơ chế của các enzyme amylase.[13]

Amylase có nhiều loại khác nhau, với phạm vi đề tài nghiên cứu tập trung vào hai

loại amylase sử dụng chủ yếu là α - amylase và glucoamylase

Là enzym có khả năng xúc tác phản ứng phân cắt liên kết α - 1,4 - glucosid ở

dạng cơ chất nên gọi là endoamylase hay enzym nội bào Enzym α - amylase không

chỉ có khả năng phân hủy tinh bột mà còn phân hủy cả tinh bột nguyên vẹn chưa xử lý

nhưng với tốc độ rất chậm Sự thủy phân tinh bột của α - amylase trải qua nhiều giai đoạn, dưới tác dụng của α - amylase tinh bột sẽ chuyển hóa thành maltose,

maltosetriose, maltosetetraose và một dextrin phân tử thấp (không cho màu với iod)

Tuy nhiên đường α - amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân

tử thấp và maltose Khả năng dextrin hóa của α - amylase do đó người ta còn gọi α -

amylase là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa (Lê Ngọc Tú, 2002) [13]

Trong đề tài nghiên cứu này ta sử dụng enzym α - amylase dưới đạng chế phẩm

enzym từ vi sinh vật Bacillus lichenfomis với tên gọi cụ thể là Termamyl SC 120L

Ứng dụng: trong sản xuất bia, enzym này được sử dụng để xúc tác thủy phân liên kết α - 1,4 - glucoside từ đầu không khử của mạch polymer, tạo thành đường α - maltose, sự thủy phân sẽ không diễn ra hoàn toàn đối với amylopectin Phản ứng sẽ dừng ở điểm phân nhánh giúp việc dịch hóa dễ dàng Do tính ổn nhiệt của enzym này nên quy trình nấu được đơn giản hơn

Glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết α - 1,4 và α - 1,6 glucosid Khi

thủy phân α - 1,4 - glucosid trong chuỗi polysaccharide, glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo glucose Glucoamylase

là enzym ngoại bào Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột,

glycogen, amylopectin, dextrin, panose, isomaltose và maltose thành glucose mà

không cần có sự tham gia của các amylase khác Các polysaccharide có nhánh như

amylopectin, glycogen, β - dextrin bị glucoamylase thủy phân rất nhanh Đa số các

acid hơn α-amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone

Với đề tài nghiên cứu này ta sử dụng enzym glucoamylase dưới dạng chế phẩm enzym với tên gọi Dextrozyme GA

Các chế phẩm amylase được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của ngành công nghiệp thực phẩm như sản xuất các loại syrup, đường nha, maltodextrin; sản xuất ethanol từ nguyên liệu giàu tinh bột, sản xuất bia khi có sử dụng thế liệu chứa tinh bột, sản xuất nước trái cây Tùy theo sản phẩm thủy phân cần thu nhận mà các nhà sản xuất

sẽ lựa chọn loại chế phẩm thích hợp Ví dụ như trong chế biến các loại sản phẩm lên men từ nguyên liệu giàu tinh bột với mục đích tạo dung dịch đường từ nguồn tinh bột sẵn có trong nguyên liệu người ta sẽ sử dụng kết hợp hai chế phẩm là α – amylase và

2.3 NẤM MEN [14]

Hiện nay trong công nghiệp, nấm men Saccharomyces cerevisiae là loài vi sinh vật chủ yếu được sử dụng cho quá trình lên men rượu Nấm men Saccharomyces

cerevisiae có ưu điểm vượt trội hơn các loài vi sinh vật khác là khả năng chuyển hóa

đường thành ethanol với hiệu suất khoảng 90%

Nấm men Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men được sử dụng nhiều nhất

trong sản xuất ethanol Nó có nhiều ưu điểm như: hiệu suất lên men cồn cao, chịu được độ acid thấp, chịu được nồng độ ethanol và chất ức chế cao, ít tạo ra sản phẩm phụ, có khả năng tạo hương tốt

Hình 2.6: Nấm men Saccharomyces cerevisiae dưới kính hiển vi

Tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn, đường kính khoảng 1 µm, chiều dài 8 µm Trọng lượng riêng của nấm men (1,055 – 1,060 KDa) không khác mấy so với vi khuẩn (1,050 – 1,142 KDa)

2.3.1.2 Cấu tạo

Nấm men là sinh vật đơn bào, tế bào nấm men có cấu tạo phức tạp và có thể chia thành: các cơ quan nội bào và các chất chứa trong tế bào

Vỏ tế bào: bao quanh nấm men là một lớp màng mỏng dày đặc, được cấu tạo bởi

protein, polysaccharide, phosphate và lipid Trong đó polysaccharide chiếm 90% chất khô của vỏ, polysaccharide bao gồm 2 thành phần là glucan (chủ yếu) và mannan Glucan là thành phần chính của vỏ, là một polymer của glucose Nằm phía trong tiếp giáp màng tế bào chất Nếu lớp glucan bị phá hỏng thì toàn bộ tế bào bị phá hủy Mannan có thể kết hợp với protein tạo thành lớp manoprotein rất khó phá hủy

Màng tế bào chất: là lớp màng mỏng, dày 0,1 nm dính chặt với tế bào chất Chức

năng của màng tế bào chất:

Vận chuyển vật chất qua màng liên quan đến tính thẩm thấu chọn lọc của màng

tế bào Đặc tính này phụ thuộc vào các enzyme phospholipase và lipase

Tế bào chất: ở thể keo, được cấu tạo từ protein, lipid, khoáng, nước (90%) và các

hợp chất khác Có độ nhớt cao, chứa các bào quan, cấu trúc thay đổi tùy theo thời kì của nấm men

Ti thể: Dạng hạt nhỏ hoặc hình que, dạng sợi Số lượng ti thể dao động mạnh từ

1- 50 Trong môi trường có nồng độ glucose thấp tế bào nấm men có tới 100 – 200 ti thể, nhưng ở nồng độ glucose cao chỉ thấy 30 – 40 Hầu hết các phản ứng sinh năng lượng đều xảy ra ở đây Cấu trúc của ti thể biến đổi khi nấm men chuyển từ điều kiện

kị khí sang hiếu khí

Nhân: cấu tử bất biến, nhân chứa DNA và RNA Kích thước nhân không đồng

nhất ở các chủng nấm men và ngay cả cùng một chủng

Các bào quan khác: không bào, ribosome, mạng lưới nội chất, thể golgi, … Có

cấu tạo giống như tế bào thực vật

2.3.2 Đặc điểm sinh lý của nấm men

2.3.2.1 Thành phần hóa học của tế bào nấm men

Nước chiếm 75% khối lượng Thành phần sinh khối thô (%) là:

2.3.2.2 Dinh dưỡng của nấm men

Nấm men có 2 nguồn dinh dưỡng là dinh dưỡng ngoại bào và dinh dưỡng nội bào Chất dinh dưỡng ngoại bào được thấm qua màng tế bào vào tế bào chất, đó là các chất dinh dưỡng từ môi trường nuôi cấy bên ngoài Khi môi trường bên ngoài nghèo hay cạn kiệt chất dinh dưỡng thì những chất dự trữ nội bào như glycogen, lipid hay các hợp chất chứa nitơ sẽ được sử dụng như là nguồn dinh dưỡng nội bào

Nấm men có thể sử dụng đường làm nguồn cacbon, không sử dụng trực tiếp tinh

bột, cellulose, hemicellulose Nấm men Saccharomyces cerevisiae sử dụng glucose,

fructose, maltose, saccharose, galactose, không sử dụng được pentose, lactose, melibiose

Trong quá trình nuôi cấy nấm men glucose và fructose được sử dụng trước, kế tiếp là acid béo nhưng còn tùy vào thành phần của các acid này Trong đó acid acetic

và glucose được sử dụng đồng thời Nấm men sẽ sử dụng nguồn dinh dưỡng có lợi trước

Nguồn nitơ cần thiết cho việc tổng hợp các cấu tử trong tế bào, là những hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ

Nguồn nitơ chính là muối amoni: amoni sulfat, phosphat, muối axetat, lactat, maltat, … tuy nhiên nấm men không sử dụng được nitrat Môi trường lỏng amoniac

Nấm men tiêu hóa tốt các acid amin tự nhiên, các nucleotide purin, pyrimidin, protein, một số amin và không sử dụng protein Các acid amin đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng nitơ và cacbon Nấm men chỉ sử dụng acid amin dạng tự nhiên Hàm lượng nitơ phụ thuộc vào điều kiện môi trường, điều kiện hiếu khí và chủng loại nấm men

thay đổi quá trình trao đổi chất, làm phá hỏng nhu cầu và sự hấp thu cacbon, nitơ Lưu huỳnh có trong protein và coenzyme, nếu thiếu lưu huỳnh sẽ phá hỏng sự trao đổi chất và tổng hợp enzyme, protein

Nguyên tố vi lượng cũng cần thiết cho quá trình sinh lý tế bào như: mangan, đồng, sắt, kẽm, …

2.3.2.3 Sinh trưởng của nấm men

Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong lên men gồm 4 pha: pha thích nghi (pha lag), pha tăng trưởng (pha log), pha cân bằng, pha suy vong

Nấm men từ môi trường nhân giống mới cấy vào môi trường lên men nên cần thời gian thích nghi với môi trường mới Vận tốc sinh trưởng coi như gần bằng không, nồng độ chất dinh dưỡng còn rất nhiều Đây là thời kì tiềm phát của nấm men, trong đó

có một số tế bào bị ức chế Số lượng tế bào nấm men trong giai đoạn này không tăng hoặc tăng không đáng kể Nếu trong môi trường lên men càng đầy đủ các chất dinh dưỡng thì nấm men càng nhanh thích nghi và pha lag càng ngắn giúp quá trình lên men hiệu quả hơn

trưởng cực đại Kích thước tế bào nấm men ở pha này nhìn chung là nhỏ nhất vì chúng còn phải sinh sản nhiều Đối với tế bào trong pha này chúng có hoạt tính sinh lý, sinh hóa rất đặc trưng và rất nhạy cảm với những nhân tố bất lợi của môi trường

Trong pha này chất dinh dưỡng giảm mạnh và bắt đầu xuất hiện sản phẩm trao đổi chất cần thiết đối với giống và quá trình chuyển sang pha ổn định

Số lượng tế bào nấm men ổn định, tỉ lệ sinh ra bằng tỉ lệ mất đi Sản phẩm trao đổi chất tích tụ nhiều, chất dinh dưỡng cạn kiệt Thu sản phẩm trao đổi chất trong pha này

Chất dinh dưỡng trong môi trường lên men cạn kiệt, nấm men chết dần, các tế bào sống trở nên già đi Kích thước tế bào nhỏ lại, biến dạng do tế bào nấm men có khả năng tự phân do enzyme protease nội bào

2.4 CÁC QUÁ TRÌNH CHỦ YẾU XẢY RA TRONG SẢN XUẤT RƯỢU [15]

2.4.1 Quá trình dịch hóa

2.4.1.1 Cơ sở lý luận

Tinh bột của các loại nguyên liệu: gạo, ngô, khoai, sắn… Có lớp màng bền vững bảo vệ nó khỏi bị men amylase tác dụng Mặt khác, ở trạng thái bình thường tinh bột không ở trạng thái hòa tan nên sự tác dụng của men amylase lên nó rất yếu

Muốn tăng cường quá trình đường hóa cần phải phá vỡ cấu trúc tế bào chuyển

tinh bột về trạng thái hòa tan và đến lúc đó enzym α - amylase đã được bổ sung vào sẽ

hoạt động phân cắt những tinh bột thành dextrin mạch ngắn và một lượng nhỏ đường glucose tạo thuận lợi cho quá trình đường hóa

2.4.1.2 Những biến đổi xảy ra trong quá trình dịch hóa

tục tăng nhiệt độ, thể tích của hạt tinh bột tiếp tục tăng, mối liên kết giữa các phần tử của hạt tinh bột yếu dần và tới một lúc nào đó thì các phần tử tinh bột được tan ra trong dung dịch Hiện tượng tan ra của tinh bột này gọi là hiện tượng hồ hóa Khi tinh

bột bị hồ hóa thì enzym α - amylase phân cắt tinh bột thành những mạch ngắn làm

dịch cháo loãng ra

2.4.2 Quá trình đường hóa

2.4.2.1 Cơ sở lý luận

Trong quá trình sản xuất rượu, tế bào nấm men không có khả năng chuyển hóa tinh bột, hồ tinh bột thành rượu Chúng chỉ có khả năng sử dụng đường, chuyển hóa đường thành rượu Vì vậy, sau khi dịch hóa, dịch tinh bột cần được chuyển thành đường trước khi lên men Về lý thuyết, sự chuyển tinh bột thành đường có thể xảy ra nhờ sự xúc tác của các chất hóa học (acid, bazơ) hoặc men amylase Trong sản xuất rượu người ta chỉ sử dung enzym amylsae để đường hóa

2.4.2.2 Những biến đổi xảy ra trong quá trình đường hóa

Sau khi dịch hóa tinh bột chủ yếu bị biến đổi thành dextrin mạch ngắn và một phần glucose khi vào ở thời điểm thích hợp cho glucoamylsae hoạt động thì các enzym này sẽ tiến hành phân cắt dextrin và tạo ra các sản phẩm chủ yếu là đường glucose để chuẩn bị cho quá trình lên men

2.4.3 Quá trình lên men rượu

2.4.3.1 Khái quát về quá trình lên men rượu

Lên men rượu là một quá trình trao đổi chất nhờ tác dụng của các enzym tương

ứng gọi là chất xúc tác sinh học (được sinh ra từ sự trao đổi chất để duy trì sự sống của nấm men) Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau

Lên men rượu, bia đều là quá trình lên men yếm khí với sự có mặt của nấm men

quá trình cồn hóa, rượu hóa Trong quá trình lên men rượu người ta chia làm hai thời

kỳ chính:

nấm men phát triển sinh khối (gia tăng kích thước và số lượng)

men hấp thụ các chất dinh dưỡng và sử dụng các enzym sẵn có của mình để thực hiện

(Nguyễn Đức Lượng, 2007)

2.4.3.2 Cơ chế của quá trình lên men

Cơ chế của giai đoạn lên men này như sau: đường và các chất dinh dưỡng của môi trường lên men được hấp thụ và khuếch tán vào trong tế bào nấm men qua màng

tế bào và được giữ lại trong tế bào Thông qua các hoạt động sống của tế bào, sự xúc

và thoát ra khỏi tế bào Rượu tan tốt trong nước nên khuếch tán rất nhanh vào môi

sẽ lớn hơn trọng lượng tế bào nấm men, làm cho bọt khí và cả tế bào nấm men cùng

vậy cho đến khi tế bào nấm men không chuyển động lên xuống nữa thì xem như kết thúc quá trình lên men

2.4.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Có năm yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình lên men rượu như: ảnh hưởng của nồng độ đường, nhiệt độ, của pH, nồng độ rượu, ảnh hưởng của oxy

* Ảnh hưởng của nồng độ đường trong dịch lên men

Nồng độ đường trong dịch lên men ảnh hưởng đến hiệu suất, hoạt động của nấm men, quá trình lên men Đường cung cấp nguồn cacbon là nguồn thức ăn cho nấm men hoạt động

Hàm lượng đường trong khoai lang tím thấp hơn nhu cầu của nấm men trong quá trình lên men Để tăng độ đường ta tiến hành đường hóa tinh bột trong khoai lang và bổ sung đường tinh luyện sacharose vào dịch lên men

Với nấm men rượu vang có khả năng lên men biến đường thành rượu nồng độ đường 16 - 25%, nồng độ đường quá cao sẽ ức chế nấm men và khả năng lên men rượu giảm khi nồng độ đường 30 - 35%, ngược lại nồng độ đường quá thấp giảm năng lực lên men

* Ảnh hưởng nhiệt độ

Nhiệt độ lên men ảnh hưởng đến nấm men, quá trình lên men, chất lượng sản phẩm Nhiệt độ thấp thì quá trình lên men kéo dài nhưng chất lượng, hương vị rượu tốt hơn Nhiệt độ lên men càng cao thì thời gian lên men càng ngắn nhưng hàm lượng các chất không mong muốn (aldehyl, diacetyl, furfurol…) càng cao, hàm lượng rượu càng thấp và hương vị sản phẩm không tốt

Để thấy rõ ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động sống của nấm men, cụ thể nấm

men Saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men rượu nấm men phát triển tốt

* Ảnh hưởng của pH

pH có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men, tạo sản phẩm chính và phụ khác nhau Nấm men có thể phát triển trong môi trường có chỉ số pH 2 - 8 Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấm men phát triển.Vì vậy, trong lên men rượu để ngăn ngừa khả năng nhiễm khuẩn người ta thực hiện trong giới hạn pH 3,5 - 4,0, với độ pH thấp nên ngoài việc ứng dụng điều chỉnh pH thích hợp còn phải kết hợp sử dụng các chất sát trùng Khi pH 8 nấm men phát triển rất kém, ngược lại vi khuẩn phát triển rất mạnh Ở pH 3,5 nấm men phát triển mạnh thì hầu như vi khuẩn chưa phát triển

* Ảnh hưởng nồng độ rượu

Rượu được sinh ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng tới sự lên men

Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men Đa số nấm men có thể lên men cho đến khi nồng độ rượu đạt 12 - 14% v/v Khi

nồng độ rượu cao hơn mức giới hạn này sẽ ức chế nấm men và kìm hãm sự lên men rượu Khả năng sống sót trong môi trường có nồng độ cồn cao là tiêu chuẩn cần có của chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu vang Những chủng nấm men dại chỉ chịu được độ cồn thấp, do vậy chúng chỉ sống sót trong giai đoạn đầu quá trình lên men Khi độ cồn tăng cao thì chủng nấm men chịu được độ cồn cao sẽ chiếm ưu thế

* Ảnh hưởng của oxy

Nấm men thuộc loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện yếm khí và pH

chỉ một lượng rất nhỏ rượu được hình thành Do vậy trong sản xuất rượu, giai đoạn đầu tạo điều kiện hiếu khí để nấm men sinh sản nhanh và đầy đủ số lượng tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu, sau đó phải tạo môi trường tuyệt đối yếm khí để nấm men thực hiện vai trò lên men chuyển hóa đường thành rượu etylic

Trong giai đoạn bảo quản thì chúng sẽ làm cho sản phẩm có nhiều aldehyt, sản phẩm rất dễ biến màu do các phản ứng oxy hóa, phản ứng hóa nâu gây tối màu cho sản phẩm, làm chua sản phẩm do hình thành acid hữa cơ (vi khuẩn lactic, acetic…) gây thối cho sản phẩm rượu theo thời gian bảo quản (do rượu bia là môi trường rất giàu chất dinh dưỡng cho vi khuẩn gây thối phát triển) (Nguyễn Đức Lượng, 2002 )

2.5 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN

ĐẾN ĐỀ TÀI

Những nghiên cứu trong và ngoài nước chủ yếu xoay quanh việc ứng dụng nguồn tinh bột của khoai lang tím vào sản xuất cồn như các nghiên cứu của Wen-Shiang Lee

và cộng sự (2012)[16], Muhammad Jusuf và Erliana Ginting (2014)[17], Liang Zhang

và cộng sự (2011)[18]; ứng dụng vào sản xuất acid citric của Eriola Betiku và Olusola

A Adesina (2013)[19]; khảo sát sự biến đổi của thành phần dinh dưỡng trong quá trình lên men của O.A Abu và cộng sự (2000)[20]; các nghiên cứu điển hình về thành phần quan trọng nhất của khoai lang tím là anthocyanin[11, 21]; và thời gian gần đây các nghiên cứu lên men trên khoai lang tím và áp dụng sản phẩm rượu khoai lang tím vào các quá trình tiếp theo càng được chú trọng

2.5.1 Nghiên cứu trong nước

“Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế biến rượu vang từ bột khoai lang tím”[9]

Kết quả:

- Xác định được các thông số thích hợp cho quá trình dịch hóa tinh bột khoai

- Xác định được các thông số thích hợp cho quá trình đường hóa tinh bột khoai

lang tím bằng enzym glucoamylase: Nồng độ enzyme thích hợp 0,3% Khi sử dụng

enzym này thu được hàm lượng đường khử và hàm lượng chất khô hòa tan tổng số lần lượt là 12,63% và 13,5ºBx; nhiệt độ xử lý là 65ºC, với nhiệt độ này thu được hàm

được hàm lượng chất khô hòa tan tổng số là 17,93 ºBx

- Xác định được các thông số công nghệ của quá trình lên men rượu đối với sản phẩm rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản:

- Dịch khoai lang tím có hàm lượng chất khô ban đầu bằng 20 ºBx; pH thích hợp cho quá trình lên men là pH = 4; tỷ lệ nấm men giống cấy 3%

Ưu điểm:

- Với hai quá trình dịch hóa và đường hóa bằng enzyme, đề tài đã khảo sát và đánh giá được sự thay đổi của cơ chất qua hàm lượng chất khô hòa tan (ºBx) và hàm lượng đường khử theo ba yếu tố có ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của enzyme là

pH, nhiệt độ và nồng độ enzyme

- Khảo sát và đánh giá được ảnh hưởng của một số điều kiện như nồng độ chất khô hòa tan, pH dịch lên men, tỷ lệ giống nấm men đến quá trình lên men và chất lượng rượu vang tạo thành

- Khảo sát một số chỉ tiêu về cảm quan, hóa lý, vi sinh trên rượu vang tạo thành

Nhược điểm:

- Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động enzyme trong hai quá trình xử lý chưa được khảo sát về sự làm biến đổi cơ chất theo thời gian, chưa thấy được sự thay đổi hàm lượng đường khử và hàm lượng chất khô ở mỗi yếu tố theo thời gian

- Quá trình đường hóa và lên men riêng biệt, nên chưa đánh giá được tác động của hai quá trình này và sản phẩm tạo ra trong đường hóa có tác động đến sự phát triển

và hoạt động của nấm men

“ Tối ưu hóa quá trình lên men giấm vang khoai lang tím (Ipomoea batatas

L.) và ổn định anthocyanin, hoạt tính chống oxi hóa trong quá trình tồn trữ”[22]

Nội dung: Nghiên cứu đi qua hai quá trình lên men rượu và sử dụng nguồn cơ

chất đó cho lên men giấm vang Quá trình lên men sử dụng hai enzyme alpha-amylase

(132,5 U/g) và glucoamylase (296,5 U/g) và dòng nấm men Saccharomyces cerevisiae

phân lập từ rượu vang khóm [17], đi qua ba giai đoạn là dịch hóa, đường hóa và lên

men Giống vi khuẩn sử dụng cho lên men giấm vang là vi khuẩn Acetobacter aceti (

ATCC, Mỹ) Các nhân tố tối ưu cho lên men giấm vang là hàm lượng ethanol, hàm

lượng đường bổ sung và mật số vi khuẩn A aceti Đánh giá sự ổn định của

anthocyanin và hoạt tính chống oxi hóa của giấm vang có bổ sung acid ascorbic và

acid citric, sảm phẩm tồn trư ở nhiệt độ phòng để theo dõi

Kết quả:

- Rượu khoai lang tím sau 10 ngày lên men cho hàm lượng cồn 10,17 ± 0,72 (% v/v), hàm lượng đường sót 11,2 ±0,6 (g/L)

- Điều kiện lên men tối ưu cho nồng độ acid acetic cao nhất (4,275%) được xác

Nội dung: hai bước thủy phân bằng enzyme đối với vỏ khoai lang tím (là phế

phẩm của quá trình sản xuất) được tối ưu hóa Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và