Báo Cáo - Kỹ Thuật Lên Men Thực Phẩm - Đề Tài : Quy Trình Lên Men Thạch Dừa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG QUY TRÌNH LÊN MEN THẠCH DỪA BÁO CÁO KỸ THUẬT LÊN MEN THỰC PHẨM NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập và nghiên cứu vừa[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG QUY TRÌNH LÊN MEN THẠCH DỪA BÁO CÁO KỸ THUẬT LÊN MEN THỰC PHẨM NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập nghiên cứu vừa qua, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Trường Đại Học Cần Thơ, Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng, Bộ mơn Cơng Nghệ Thực Phẩm nói chung, tận tình giảng dạy Ts Trần Thanh Trúc học phần Kỹ thuật lên men thực phẩm nói riêng Đồng thời, thông qua báo cáo này, chúng em lần xin cảm ơn cô tạo hội để chúng em nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực liên quan đến môn học Từ có nhiều điều kiện thuận lợi trình tìm hiểu tiếp thu kiến thức Do có giới hạn thời gian kiến thức nên báo cáo nhóm chúng em khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận xem xét góp ý từ cơ, học kinh nghiệm vơ q báu cho nhóm q trình học tập nghiên cứu sau Kính chúc sức khỏe cô! TÓM TẮT Hiện nay, giới nước trồng dừa sản xuất sản phẩm dừa nhiều như: Philippines, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam,… vấn đề quan tâm lượng nước dừa năm thải từ nhà máy cơm dừa nạo sấy lớn nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Việc tận dụng nước dừa già vào sản xuất nhu cầu cấp thiết để giải vấn đề môi trường làm tăng giá trị sử dụng dừa Trong số thành tựu đạt được, vấn đề sử dụng nước dừa già để sản xuất thạch dừa hướng giải hiệu có nhiều triển vọng Thạch dừa (Nata de coco) tạo thành từ lên men vi khuẩn Acetobacter xilynum môi trường nước dừa già nước cốt dừa Việc sản xuất thạch dừa nhận ý lớn khả ứng dụng rộng rãi (Keshk & Sameshima, 2006) Thạch dừa sản phẩm trắng thạch agar, dai, có chất hóa học polysaccharide nên khơng có giá trị dinh dưỡng cao có đặc tính kích thích nhu động ruột làm cho việc điều hòa tiết tốt Chế phẩm từ dừa cịn có tác dụng phịng ngừa ung thư giữ cho da mịn màng Những năm gần đây, số lượng người mắc bệnh béo phì nước phát triển gia tăng nhanh Thạch dừa – loại thực phẩm chứa lượng có giá trị cảm quan cao – phương thuốc kì diệu giảm nguy mắc bệnh béo phì MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH .v DANH SÁCH BẢNG vi Chương GIỚI THIỆU 1.1 Nguồn gốc 1.2 Cấu trúc thạch dừa .1 1.3 Giá trị dinh dưỡng 1.4 Công dụng Chương NGUYÊN LIỆU 2.1 Nước dừa 2.1.1 Nguồn gốc 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Thành phần hóa học nước dừa 2.1.4 Giá trị dinh dưỡng nước dừa .4 2.2 Vi sinh vật 2.2.1 Tên vi sinh vật 2.2.2 Đặc điểm giống vi khuẩn Acetobacter xylinum 2.3 Các nguyên liệu phụ khác Chương QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .6 3.1 Sơ đồ quy trình 3.2 Thuyết minh quy trình 3.2.1 Quá trình lọc .8 3.2.2 Quá trình bổ sung dinh dưỡng 3.2.3 Quá trình trùng – làm nguội 3.2.4 Quá trình chỉnh pH 3.2.5 Quá trình lên men .9 3.2.6 Tách khối hemicellulose rửa 11 3.2.7 Quá trình cắt nhỏ 11 3.2.8 Quá trình ngâm Na2CO3 (3% - 5%, 15 phút) 12 3.2.9 Quá trình xả nước lạnh 12 3.2.10Q trình đun sơi 12 3.2.11Quá trình ngâm đường 13 3.2.12Để .13 3.2.13Bổ sung chất màu, chất mùi 13 3.3 Các yêu tố ảnh hưởng đến trình lên men 14 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng nước dừa trình lên men .14 3.3.2 Ảnh hưởng nguồn Nitơ 14 3.3.3 Ảnh hưởng nguồn Cacbon 14 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ chất khô 14 3.3.5 Ảnh hưởng pH 15 3.3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ 15 Chương ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 16 4.1 Mô tả sản phẩm 16 4.2 Chỉ tiêu vật lý .16 4.3 Chỉ tiêu hóa học 16 4.4 Chỉ tiêu vi sinh 16 4.5 Chỉ tiêu bao bì 16 Chương KẾT LUẬN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO .18 DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Hình ảnh nước dừa Hình 2.2 Vi khuẩn Acetobacter xilynum Hình 3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất thạch dừa .7 Bảng 3.2 Quá trình lọc nước dừa Bảng 3.3 Sơ đồ chuyển hóa glucose thành cellulose 10 Bảng 3.4 Thạch dừa nguyên miếng thạch dừa cắt nhỏ 12 Bảng 3.5 Sản phẩm thạch dừa 13 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng thạch dừa .1 Bảng 2.1 Thành phần dinh dưỡng nước dừa .3 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Nguồn gốc Thạch dừa (Nata de coco) có nguồn gốc từ Philippine Hiện nay, không người dân Philippine mà người dân giới thích ăn này, đặc biệt Nhật Bản Năm 1992, thạch dừa giới thiệu Nhật Bản sản phẩm ăn kiêng sử dụng cho cô gái trẻ Năm 1993, thạch dừa xuất sang Nhật Bản lợi ích mặt y học Ở Việt Nam, thạch dừa sản xuất từ nước dừa xiêm vốn có Bến Tre, thạch dừa sản xuất có hương thơm đặc trưng vị mát 1.2 Cấu trúc thạch dừa Hàm ẩm thạch dừa: thạch dừa màng polymer sinh học có khả giữ nước lớn Miếng thạch dừa sau sấy 90 0C mỏng tờ giấy, bề mặt láng bóng dai Kết xác định hàm ẩm thạch dừa 99% (Phan Tiến Mỹ Quang ctv., 2002) Cấu trúc mạng Polysaccharide thạch dừa: chúng xếp không theo thứ tự, không theo quy luật, chúng đan xen vào chằng chịt theo phía Do q trình lên men, vi khuẩn A xilynum chuyển động hỗn loạn không theo quy luật Đó ngun nhân tạo nên tính dai miếng thạch dừa Thành phần monosaccharide thạch dừa socboza dạng L – socboza thường chứa vi khuẩn lên men dịch trái Công thức cấu tạo L – socboza: CH2OH-CO-HOCH-HCOH-HOCHCH2OH 1.3 Giá trị dinh dưỡng Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng thạch dừa Thành phần Nồng độ (g/100g) Năng lượng Kcal 92 Protein Chất béo 0 Carbohydrate 15 60 Ngồi thạch dừa khơng chứa độc tố, chứa loại vitamin khoáng chất như: E, B1, B2, B6, B12, Ca, Na, K, Fe, Cu, Zn,… có lợi cho thể 1.4    Công dụng Ứng dụng thạch dừa sản xuất sản phẩm kẹo, jelly sản phẩm nước giải khát Thạch dừa có vị dùng tráng miệng trộn với loại thức uống Thạch dừa dùng thay bột giả trân châu loại bỏ phần tinh bột CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU 2.1 2.1.1 Nước dừa Nguồn gốc Nước dừa thu mua chủ yếu từ sở sản xuất cơm dừa nạo sấy (khi nước dừa phế liệu) Ở vùng có nhiều dừa sản xuất thạch dừa từ nguyên liệu nước dừa già có hiệu kinh tế cao vừa tốt cho trình lên men vừa giải vấn đề mơi trường Tuy nhiên vùng khơng có dừa nguyên liệu điểm hạn chế dẫn đến khó ứng dụng quy mơ sản xuất cơng nghiệp 2.1.2 Phân loại Có loại: nước dừa non nước dừa già, chủ yếu thạch dừa sản xuất từ nước dừa già Hình 2.1 Hình ảnh nước dừa 2.1.3 Thành phần hóa học nước dừa Trung bình trái dừa chứa 300mL nước, chiếm 25% trọng lượng trái dừa Nước dừa loại nước giải khát phổ biến chưa nhiều chất dinh dưỡng như: đường, protein, lipid, vitamin khoáng với nồng độ thấp Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng nước dừa STT Thành phần Nước dừa già Nước dừa non Tổng chất rắn (%) 5,4 6,5 Đường khử (%) 0,2 4,4 Chất khoáng (%) STT Thành phần 0,5 0,6 Nước dừa già Nước dừa non Protein (%) 0,1 0,01 Chất béo (%) 0,1 0,01 Acid (mg%) 60 120 pH 5,2 4,5 K (mg%) 247 290 Na (mg%) 48 42 10 Ca (mg%) 40 44 11 Mg (mg%) 15 10 12 P (mg%) 6.3 9,2 13 Fe (mg%) 79 106 14 Cu (mg%) 26 26 2.1.4      Giá trị dinh dưỡng nước dừa Nước dừa thức uống bổ dưỡng, làm mát tăng cường sinh lực thể, cung cấp lượng đường vừa đủ dạng đường dễ tiêu hóa: chủ yếu glucose, fructose, saccarose Nước dừa chứa nhiều đạm cần thiết cho thể dạng Nitơ, cung cấp acid amin Nước dừa cịn chứa nhiều vitamin chất khống Lượng vitamin C trái dừa đủ cung cấp cho thể ngày Ngồi ra, nước dừa cịn chứa vitamin nhóm B: niacin, acid pantothenic, biotin, riboflavin, acid folic, thiamin pyridoxin Chứa nhiều khoáng chất kali, natri, canxi, mangie, sắt đồng, photpho, lưu huỳnh clorua Nước dừa thức uống bổ dưỡng cho người già người bệnh, chứa hợp chất hữu kích thích cho phát triển Nước dừa loại trừ độc tố (đặc biệt ngộ độc khoáng), giúp khử trùng Ngăn nhiễm đường tiết niệu, lợi tiểu, chữa bệnh sốt mật 2.2 2.2.1 Vi sinh vật Tên vi sinh vật Giống vi sinh vật dùng sản xuất thạch dừa Acetobacter xylinum Hình 2.2 Vi khuẩn Acetobacter xilynum 2.2.2 Đặc điểm giống vi khuẩn Acetobacter xylinum Acetobacter xylinum (hình 2.2) thuộc nhóm vi khuẩn acetic, mosphile không gây bệnh xác định AJ Brown năm 1886 khả sản xuất cenlulose, tìm thấy đất thường thấy trái bị rụng, tế bào Acetobacter cịn nhỏ dạng hình que, kích thước thay đổi từ 2m đến 7m, đứng riêng lẻ xếp thành chuỗi, trưởng thành có dạng hình cầu với lớp vỏ nhày xung quanh Acetobacter xylinum loại vi khuẩn acetic tạo váng dày có khả oxi hóa hợp chất hữu Trong môi trường nuôi cấy nước dừa già có bổ sung chất dinh dưỡng cần thiết Acetobacter xilynum tạo nên lớp cenlulose dày Acetobacter xilynum sinh trưởng mơi trường có pH < 5,0, t0 = 280C  320C tích lũy 4,5% acid acetic Acid acetic sản phẩm sinh trình hoạt động vi khuẩn, chúng vượt mức cho phép quay lại ức chế hoạt động vi khuẩn 2.3 Các nguyên liệu phụ khác Các nguyên liệu phụ khác sử dụng sản xuất thạch dừa như: đường, hương liệu, acid acetic,… Ngoài cần bổ sung số muối dinh dưỡng như: (NH 4)2SO4, (NH4)2PO4, (NH4)2HPO4, Trong thành phẩm sử dụng số hóa chất bảo quản như: benzoate, sorbet,… CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 3.1 Sơ đồ quy trình Nước dừa già Lọc Đường SA,DAP Bổ sung dinh dưỡng Thanh trùng Làm nguội Acid acetic Chỉnh pH Giống sản xuất Lên men Tách khối Rửa Cắt nhỏ dd Na2CO3 Ngâm Na2CO3 Xả nước lạnh Đun sôi Để Dịch đường 90% Ngâm đường Bổ sung chất màu, mùi Thành phẩm Hình 3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất thạch dừa 3.2 Thuyết minh quy trình 3.2.1 Quá trình lọc Hình 3.2 Quá trình lọc nước dừa Mục đích:  Tách phần lớn tập chất thơ (xơ dừa, cơm dừa) nằm nước dừa sau chuyển tới nơi sản xuất thạch dừa Quá trình lên men A xilynum chủ yếu biến đổi từ đường glucose thành cenlulose nên việc xuất thành phần khác gây khó khăn cho q trình lên men, nguy nhiễm khuẩn cao  3.2.2 Q trình bổ sung dinh dưỡng Mục đích: cung cấp nitơ, cacbon, cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển sinh tổng hợp sản phẩm Phương pháp: bổ sung chất dinh dưỡng gồm SA ((NH 4)2SO4), DAP ((NH4)2HPO4) saccharose môi trường MT5 vào phối trộn với dịch lọc thiết bị tiệt trùng 3.2.3 Q trình trùng – làm nguội Mục đích:   Thanh trùng (15 phút) để tiêu diệt hệ vi sinh vật gây bệnh thực phẩm, vi sinh vật khác vơ hoạt enzyme có dung dịch, chuẩn bị cho trình lên men Tạo điều kiện hòa tan tốt chất tan, chất dinh dưỡng vào dịch lọc Làm nguội: đưa dung dịch nước dừa nhiệt độ thích hợp cho A xilynum phát triển (280C - 320C) Biến đổi:  Hóa học: q trình trùng làm biến đổi số thành phần hóa học nước dừa, ví dụ số vitamin nhạy cảm với nhiệt vitamin C Sinh học: vơ hoạt enzyme tiêu diệt vi sinh vật có hại  3.2.4 Quá trình chỉnh pH Thêm vào acid acetic (40%) Mục đích:  Đưa pH mơi trường pH thích hợp cho A xilynum phát triển A xilynum phát triển pH acid (pH = 3,5 – 4,5) Sát trùng mơi trường, khoảng pH này, số vi sinh vật hoại sinh không phát triển được, trừ nấm men (vì sống cộng sinh với A xilynum)  3.2.5 Quá trình lên men Quy trình:  Đổ môi trường vào dụng cụ (khay), cấy giống theo tỉ lệ 1/10 Đậy khay vải mỏng giấy báo, giữ nhiệt độ 28 0C đến 320C vòng 10 đến 15 ngày Trong thời gian tránh khuấy động môi trường, để tránh khối thạch hình thành bị tách lớp Chuẩn bị giống để sản xuất:  Môi trường phân lập giữ giống:    Giống A xilynum nuôi môi trường thạch nghiêng, thành phần gồm: SA (8g), DAP (2g), saccharose (20g), Agar (20g), nước dừa (1000ml) Môi trường chuẩn bị cho vào ống nghiệm, trùng 1210C 20 phút Sau cấy giống để tủ ấm – ngày Lựa chọn ống giống phát triển tốt bảo quản tủ lạnh – 40C để tiếp tục trình nhân giống Q trình nhân giống qua cấp, hai cấp nhiều tùy thuộc vào quy mô sản xuất  Môi trường nhân giống cấp 1:  Thành phần môi trường nhân giống cấp giống khơng có agar vầ điều chỉnh pH = 3,8 – dung dịch acid acetic  Môi trường khử trùng 1000C 30 phút Cũng nâng nhiệt độ lên 1210C Cho mơi trường khử trùng vào bình tam giác (100mL) chai thủy tinh trùng (khoảng 50mL/bình), đậy nắp lại Để nguội đến 30 0C tiến hành cấy giống từ ống thạch nghiêng Lắc hay sục khí thời gian từ 18 – 20 Sau để n ni nhiệt độ phịng – ngày Khi xuất ván trắng, bề mặt môi trường tiến hành nhân giống cấp  Mơi trường nhân giống cấp 2:    Chuẩn bị thành phần môi trường khử trùng giống môi trường nhân giống cấp Phân mơi trường vào bình tam giác (250mL) chai thủy tinh (khoảng 100mL – 150mL), đậy nắp lại Để nguội đến 30 0C, cấy giống theo tỉ lệ 10% – 20% Lắc hay sục khí ni nhân giống cấp Tùy theo yêu cầu sản xuất nhân giống đến cấp cấp cho đủ lượng giống để đưa vào sản xuất  Mục đích: thu nhận sản phẩm trao đổi chất bậc mà sản phẩm cần thu nhận cellulose A xilynum – mục đích quy trình cơng nghệ lên men thạch dừa  Biến đổi:     Sinh học: gia tăng số lượng tế bào vi khuẩn giai đoạn đầu trình trao đổi chất nhằm tạo sản phẩm ngoại bào vi khuẩn Hóa lý: có tạo thành gel – bao nhầy vi sinh vật bên chứa sợi cellulose Vật lý: có q trình tỏa nhiệt làm tăng nhiệt độ q trình lên men Hóa sinh: biến đổi quan trọng trình lên men, A xilynum sử dụng chất đường cenlulose có sẵn mơi trường để tạo thành cellulose theo sơ đồ sau: Hình 3.3 Sơ đồ chuyển hóa glucose thành cellulose  Trong thực tế, môi trường nước dừa già không chứa hàm lượng glucose cao mà chứa hàm lượng lớn saccharose Khi đó, A xilynum chuyển hóa chúng glucose tiếp tục biến đổi theo sơ đồ Cơ chế tạo thành sản phẩm tóm tắt sau:          Đầu tiên tế bào A xilynum tiết enzyme invertase để thủy phân đường saccharose thành glucose fructose Sau lại tiết enzyme isomerase để thực phản ứng đồng phân hóa chuyển fructose thành glucose Cùng với q trình đồng phân hóa, vi khuẩn tiết chất nhầy bao xung quanh chúng, đồng thời hấp thu glucose thực trình chuyển hóa tạo thành ba sản phẩm trung gian glucose-6-phosphate, glucose-1-phosphate, UDP-glucose (Uridine diphospho-glucose) tác dụng ba enzyme glucokinase, phosphoglucomutase UDPglucopyrophospholyase Tiếp theo, UDP-glucose polymer hóa thành sợi cellulose tác dụng enzyme cellulose synthase bao nhầy Lớp cellulose sau khỏi tế bào hồn tồn Dung dịch ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang dạng rời rạc, sau kết lại thành khối lớn dạng gel chứa tế bào vi khuẩn Bộ khung gel mạng lưới cellulose với thành phần chủ yếu nước Nó hình thành mức tối đa 30 phút sau tiếp xúc với vi khuẩn A xilynum với đường oxy Sau tạo thành khối gel rắn bề mặt môi trường nuôi cấy Trong ngày đầu: pH tăng dần từ 3,78 lên 3,91 Sau giảm dần đến ngày thứ 10 3,35 Phương pháp: lên men tĩnh không bổ sung chất Vì cần thu nhận sản phẩm dạng khối cellulose, khối hình thành sau khoảng thời gian định nên lên men liên tục Yêu cầu thạch dừa sau lên men:    Màu sắc: trắng ngà Cấu trúc: độ dày 0,8cm – 1,5cm, dai Khơng mùi vị, lít nước dừa sau lên men tạo 480g thạch 3.2.6  Tách khối hemicellulose rửa Tách khối hemicellulose khỏi dịch lên men ta thạc đừa thô Tiến hành rửa với nước  3.2.7 Quá trình cắt nhỏ Hình 3.4 Thạch dừa nguyên miếng thạch dừa cắt nhỏ Mục đích:  Cắt miếng dừa thơ thành miếng nhỏ hơn, kích thước 1x1x1 (cm3) Tạo thành hình dạng thật tăng độ hấp dẫn cho sản phẩm  Nguyên tắc: dùng hệ thống dao cắt liên tục, cho sản phẩm thạch dừa thơ vào hệ thống tự động cắt nhỏ nguyên liệu theo yêu cầu Trong giai đoạn cần vô trùng tránh nhiễm vi sinh vật lại sản phẩm 3.2.8 Quá trình ngâm Na2CO3 (3% - 5%, 15 phút) Mục đích: trung hòa acid acetic dư Khi tách miếng thạch dừa khỏi mơi trường lên men, cịn lẫn nhiều acid acetic cho vào lúc đầu để chỉnh pH, tồn acid sản phẩm bất lợi tạo mùi vị khơng thích hợp Biến đổi: Q trình xảy biến đổi hóa học CH3COOH + Na2CO3 => CH3COONa + CO2 + H2O 3.2.9 Quá trình xả nước lạnh Mục đích: q trình nhằm mục đích chuẩn bị, sau rửa Na2CO3, xả lại khối nước lạnh nhằm loại bỏ hết hóa chất cịn dính nguyên liệu Biến đổi: sau rửa lại nước, khơng có biến đổi đáng kể liên quan tới ngun liệu 3.2.10 Q trình đun sơi Mục đích:   Chế biến: dùng nhiệt độ cao tác động lên khối nguyên liệu để làm acid, lần làm khối nguyên liệu hơn, đẹp Đã sử dụng thạch dừa làm thực phẩm chất lượng khơng cao khơng có mùi vị Tiêu diệt phần vi sinh vật có thạch dừa Biến đổi: nhiệt độ tăng cao Trong thực tế, người ta bổ sung chất tạo dai cơng đoạn (ví dụ CMC,…), chất liên kết với “dây” cellulose làm cho cấu trúc chặt chẽ Sau để tiến hành ngâm đường: loại bỏ nước 3.2.11 Quá trình ngâm đường Sử dụng đường saccharose 70%, ngâm theo tỉ lệ 1kg thạch/1 lít dịch đường Mục đích: hồn thiện sản phẩm Thạch dừa thô khối trong, không mùi, không vị nên dù thành sản phẩm ta khơng thể đem ngồi thị trường Mục đích ngâm đường để tăng độ cho sản phẩm, tăng mức độ cảm quan, tạo môi trường bảo quản thạch Biến đổi: trình biến đổi chủ yếu biến đổi vật lí, chênh lệch gradient, nồng độ phía phía ngồi gói thạch dừa làm cho phân tử đường khuếch tán từ ngồi mơi trường vào sản phẩm 3.2.12 Để Để loại bỏ nước, làm sản phẩm 3.2.13 Bổ sung chất màu, chất mùi