đề cương tiểu luận tốt nghiệp nghiên cứu quy trình lên men bồ hòn

Các yếu tố này cần được khảo sát và tối ưu hóa để quá trình lên men diễn ra cho kết quả phù hợp với yêu cầu của sản phẩm lên men trong thời gian ngắn nhất...12 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠ

( Bìa trong)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỀ CƯƠNG TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH

LÊN MEN BỒ HÒN

SV thực hiện MSSV

LỚP KHÓA NGÀNH CHUYÊN NGÀNH

: NGUYỄN THỊ MỘNG TRÂM : 16139208

: DH16HD : 2016 – 2020 : Kỹ thuật hóa học : Hóa thực phẩm – Hệ thống dược

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020

-TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 1

1.3 Nội dung nghiên cứu: 2

1.4 Đối tượng nghiên cứu: 2

1.5 Phạm vi nghiên cứu: 2

1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài: 2

2.1 Bồ hòn: 3

2.1.1 Mô tả: 3

2.1.2 Nguồn gốc và phân bố: 3

2.1.3 Điều kiện thổ nhưỡng và sinh trưởng ở cây bồ hòn: 3

2.1.4 Thành phần hóa học: 4

2.1 Công dụng quả bồ hòn: 4

2.2 Saponin: 5

2.2.1 Khái niệm: 5

2.2.2 Tính chất hóa học: 5

2.2.3 Phân loại: 5

2.2.4 Phương pháp chiết xuất saponin: 6

2.3 Lên men: 6

2.3.1 Khái niệm: 6

2.3.2 Dinh dưỡng cho quá trình lên men: 8

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: 9

2.4 Kombucha: 11

2.4.1 Khái niệm: 11

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men kombucha: 12

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men trà kombucha bao gồm: nhiệt độ lên men, hàm lượng đường, tỉ lệ giống, thời gian lên men [8] Các yếu tố này cần được khảo sát và tối ưu hóa để quá trình lên men diễn ra cho kết quả phù hợp với yêu cầu của sản phẩm lên men trong thời gian ngắn nhất 12

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu: 12

2.1.1 Thời gian: 12

2.1.2 Địa điểm: 12

2.2 Vật liệu nghiên cứu: 12

2.2.1 Nguyên liệu: 12

2.2.2 Dụng cụ: 12

2.2.3 Thiết bị: 12

2.2.4 Hóa chất sử dụng: 12

2.2.5 Ý tưởng: 13

2.3 Nội dung nghiên cứu: 14

2.3.1 Phương pháp lên men truyền thống: 14

2.3.2 Phương pháp lên men dịch trích ly: 15

2.3.3 Phương pháp lên men dịch trích ly có bổ sung giống khởi động: 16

2.3.4 Tổng quát: 16

2.4 Tối ưu hóa quá trình lên men: 17

2.4.1 Thời gian lên men: 17

2.4.2 Nồng độ men giống khởi động: 18

2.4.3 Độ Brix: 18

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: 19

3.1 Xác định hàm lượng chất khô: 19

3.2 Định lượng saponin: 20

3.3 Đo pH: 20

3.4 Độ tạo bọt khi so sánh với phương pháp truyền thống: 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 20

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề:

Quả bồ hòn (còn gọi là quả bòn hòn) có tên khoa học là Sapindus mukorossiGartn Cây bồ hòn là loại cây thân gỗ với chiều cao trung bình tầm 8 – 15m Cây bồhòn thường mọc nhiều ở những vùng núi trung du phía Bắc như Tuyên Giang, BắcGiang, Thanh Hóa, Thái Nguyên, Hà Tĩnh, Phú Thọ, Cây bồ hòn được xem là thảodược bởi vì từng bộ phận của cây đều có công dụng chữa bệnh Riêng quả bồ hòn rấtnổi tiếng bởi công dụng sát trùng và dùng làm chất tẩy rửa trong gia đình.[1]

Do chứa nhiều saponin trong quả, bồ hòn thường được dùng để rửa chén, giặt quần áo,lau sàn, thay cho các chất tẩy rửa hóa học Saponin trong quả bồ hòn có công thứccấu tạo là C52H84O11.2H2O, có hoạt tính bề mặt mạnh, tạo bọt bền và rất ổn định Bêncạnh dó, saponin có chứa các thành phần hòa tan tốt trong nước và chất béo nên cótính tẩy rửa cao.[1]

Lên men dịch chiết bồ hòn (enzym bồ hòn) là quá trình ngâm quả bồ hòn với đườngsaccharose và nước rồi để lên men trong một thời gian nhất định Sau đó, dung dịchnày được chế thành nước lau sàn, xà phòng giặt quần áo, dầu tắm, nước rửa chén,…Ngày nay, khi lối “sống xanh” đang trở thành xu hướng hiện đại, các sản phẩm thuầnthiên nhiên đang được thị trường ưa chuộng hơn hết thì sản xuất enzym bồ hòn là mộthướng đi tiềm năng Enzym bồ hòn thường được sản xuất thủ công tại gia bằng cáchngâm lên men quả với đường và một số bã thực vật (như dứa, vỏ cam, ) Thời gianlên men bằng phương pháp này tối thiểu là 3 tháng Bên cạnh đó, do điều kiện môitrường sản xuất và các tỷ lệ phối trộn chưa chuẩn, tỷ lệ lên men thành công không thật

sự cao, sản phẩm tạo được không ổn định về chất lượng Vậy nên, vấn đề đặt ra là làmsao tối ưu hóa quy trình sản xuất, sản phẩm tạo ra phải đạt đầu đủ các tiêu chuẩn antoàn và ổn định về chất lượng

Đề tài này tập trung nghiên cứu tối ưu quy trình sản xuất enzym bồ hòn với điều kiệnnhiệt độ và độ ẩm phòng tại khu vực TPHCM sao cho sản phẩm đạt các yêu cầu trên

và giá thành sản xuất tiết kiệm nhất

1.2 Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng được quy trình lên men bồ hòn hiệu quả,tìm ra điều kiện lên men tối ưu và khảo sát ảnh hưởng của giống khởi động kombuchalên quá trình lên men

1.3 Nội dung nghiên cứu:

Khảo sát và so sánh hiệu quả lên men của ba phương pháp:

- Phương pháp lên men truyền thống

- Phương pháp lên men dịch trích ly

- Phương pháp lên men dịch trích ly có bổ sung giống khởi động

Định lượng saponin để chọn quy trình lên men cho lượng saponin cao nhất

Khảo sát hiệu suất lên men khi thay đổi các yếu tố:

- Thời gian lên men

- Nồng độ giống khởi động kombucha được thêm vào dịch trích ly

- Độ brix của dịch trích ly

1.4 Đối tượng nghiên cứu:

Quả bồ hòn khô

Chủng men kombucha

1.5 Phạm vi nghiên cứu:

Quả bồ hòn khô Việt Nam; điều kiện nhiệt độ, độ ẩm phòng khu vực TPHCM

1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Chứng minh được ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên men và chủng men đối vớiquá trình lên men bồ hòn

Xây dựng được quy trình lên men cho chất lượng sản phẩm ổn định, rút ngắn thời gianthành phẩm

Lá bồ hòn là lá kép dạng chân vịt, có 3 – 5 lá chét mọc lệch nhau Cuống lá hẹp xiên,dài 2 – 5 cm.

H2.1: bồ hòn

2.1.2 Nguồn gốc và phân bố:

Là một trong những loài cây thiết yếu của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới khu vực châu

Á Tập trung nhiều nhất ở vùng đông bằng Nam Ấn

Tại Việt Nam, cây bồ hòn phân bố rải rác nhiều nơi, phân bố dày hơn ở các tỉnh thànhphía Bắc như Thái Nguyên, Cao Bằng, Lạng Sơn,

2.1.3 Điều kiện thổ nhưỡng và sinh trưởng ở cây bồ hòn:

Cây bồ hòn phát triển tốt nhất trong đất bùn sâu, nơi có lượng mưa hằng năm xấp xỉ200mm

Bồ hòn có thể sinh sản bằng cách gieo hạt Cây bồ hòn nảy mầm theo phương phápnày thường rất chậm và tỷ lệ sống thấp Ngoài ra có thể cho bồ hòn sinh sản bằng cáchcắt cành, phương pháp này mang lại tỷ lệ sống cao hơn, tuy nhiên yêu cầu kỹ thuậtkhá phức tạp.[1]

Hoa bồ hòn có đường kính khoảng mm, màu xanh lục hoặc trắng Hoa mọc thành cụmtrung bình dài 30cm.

Quả bồ hòn có 1 hoặc 2 hạt bên trong, đài tạo thành thánh bao lấy quả Đường kínhhạt thường khoảng 1cm, hình cầu, màu đen, nâu hoặc vàng nâu Quả thường đượcphơi khô để bảo quản tốt hơn và thuận tiện khi vận chuyển, sử dụng

H2.2: hoa và quả bồ hòn tươi

2.1 Công dụng quả bồ hòn:

Các công dụng đặc trưng của bồ hòn:

- Thuốc chống ung thư

- Trị tiểu đường và béo phì

- Khả năng tăng đáp ứng miễn dịch

- Tán huyết, chống viêm

- Đặc tính kháng khuẩn

2.2 Saponin:

2.2.1 Khái niệm:

Saponin là một nhóm chất tự nhiên thuộc loại glycosid, có các tính chất đặc trưng làtạo bọt, tính phá huyết, tính độc đối với cá, tạo phức với cholesterol

Saponin thường có các tác dụng hóa sinh như: kháng khuẩn, kháng nấm, chống khối

u, chống viêm, làm thuốc bổ, nên ngoài công dụng làm chất tẩy rửa, saponin còn cóthể dùng làm thuốc.[2]

2.2.4 Phương pháp chiết xuất saponin:

Do có tính phân cực mạnh nên saponin thường được chiết bởi các dung môi phân cựcnhư: nước, cồn, metanol,

Về dung môi nước: hòa tan tốt, giá thành rẻ Tuy nhiên, ngoài saponin thì nước cònhòa tan được nhiều loại tạp chất khác (muối, tanin, ) nên gây khó khăn cho quá trìnhtinh chế

Về dung môi cồn: thường được dùng để chiết saponin quy mô phòng thí nghiệm vìmôi trường này có thể khống chế sự hoạt động của một số men và vi khuẩn Tuynhiên, một số saponin có nhóm cacboxyl trong phân tử có thể chuyển thành dẫn chấtalkyl ester dưới tác dụng của cồn Bên cạnh đó thì chi phí khi chiết saponin bằng cồn

Theo Pastuer, lên men là quá trình hô hấp của vi sinh vật trong điều kiệm yếm khí.Theo nghĩa sinh hóa, hoạt động sống của vi sinh vật với sự xúc tác của enzym đã tiếnhành quá trình oxy hóa khử, quá trình đó đã tạo ra năng lượng và các cơ chất cần thiết,

đó là lên men Ngày nay, với những kiến thức vi sinh hiện đại, lên men được hiểu theonghĩa rộng là “Quá trình nuôi cấy vi sinh vật hoặc sử dụng enzym tác dụng lên cơ chất

để thực hiện chuyển hóa tạo ra sản phẩm mới”

Áp dụng quá trình lên men, bằng cách ứng dụng vi sinh vật và enzym, công nghệ lênmen đã sản xuất ra những sản phẩm có giá trị sinh học và tiêu dùng cao, với các bước

cơ bản theo sơ đồ sau:

H2.3.1: Sơ đồ các bước lên men cơ bản

2.3.1.1: Tạo giống:

Là quá trình phân lập, tuyển chọn, nâng cao chất lượng và bảo quản giống Giống cóthể được phân lập từ tự nhiên, mua được từ các ngân hàng giống (VTCC, CCGM, ),hoặc thông qua kỹ thuật di truyền và đột biến, sinh học tế bào

Sản xuất thử(Pilot Plan)

Sản xuất công nghiệp

(Plan)

Thu hồi và tinh chế sản phẩm

(Recovery & Purification of

product)

<1l: chọn giống, giữ giống trong bình ống nghiệm hoặc bình tam giác

1l-100l: quy mô phòng thí nghiệm Tối ưu hóa các yếu tố môi trường

>100l: Tối ưu quy trình sản xuất mang lại hiệu quả kinh

tế cao nhất

Kiểm soát chặt chẽ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men trong quy mô lớn.

2.3.1.4: Thu hồi và tinh chế sản phẩm:

Ứng dụng các phương pháp sinh học, hóa lý, cơ học để thu hồi sản phẩm cuối cùng.Dựa theo các chuẩn GMP, SSOP, ISO, HACCP, để đánh giá chất lượng sản phẩm

2.3.2 Dinh dưỡng cho quá trình lên men:

Quá trình lên men cơ bản cần các nguyên tố đa lượng carbon, hydrogen, oxygen,nitrogen (C, H, O, N) để cấu thành tế bào (carbohydate, lipid, protein, nucleid acid).Bên cạnh đó, các nguyên tố đa lượng khác (như P, S, Ca, Mg, Na, K, Fe) và cácnguyên tố vi lượng (như Cu, Co, Zn, Mn, Mo, B, Se, Ni) góp phần cho sự phát triểntốt hơn của vi sinh vật Ngoài ra, quá trình lên men cần thêm vitamin để cấu thànhcoenzym và các nhóm ngoại enzym

2.3.2.1 Nguồn carbon:

Carbon cung cấp cho quá trình lên men có thể lấy từ nhiều nguồn gốc khác nhau như:Các loại đường, tinh bột, cellulose (glucid); acid hữu cơ (acid lactic, acid citric, acidtactric); các hợp chất có chứa nhóm -CH3, -CH2; khí thiên nhiên; CO2

Mật rỉ đường (molasses): thường được dùng trong công nghiệp sản xuất thức uống cócồn và thức ăn chăn nuôi Đây là phụ phẩm của công nghiệp sản xuất đường, chứa 80-85% chất khô, ngoài nguyên tố C, mật rỉ đường còn là nguồn cung cấp vitamin B vàcác khoáng chất Ca, Mg, K, Fe

Mạch nha (barley malt): thành phần chính là tinh bột chiếm 58-60% Ngoài ra cósucrose (3-5%), đường khử (3-4%), hemicellulose (6-8%) và một lượng nhỏ các loạiđường khác

Đường (saccharose): với nồng độ thích hợp khi lên men, nấm mốc là 3-15% và lênmen vi khuẩn, xạ khuẩn là 0.05-0.2%

Dầu thực vật: sử dụng khi có enzym lipase Ngoài công dụng cung cấp carbon cho quátrình lên men, dầu thực vật còn được sử dụng làm chất phá bọt, tạo sản phẩm khôngbọt, mùi dễ chịu, màu sáng, ít tạp chất

Dịch kiềm sunfite: do có đặc tính hấp phụ O2, dịch kiềm sunfite được dùng trong nuôicấy vi sinh vật hiếu khí, làm giảm mức cung cấp oxygen đến 60% Đây là phụ phẩm

của công nghiệp sản xuất cellulose với hàm lượng chất khô chủ yếu là đường hexosechiếm 80%.

2.3.2.3 Nguồn oxygen và hidrogen: từ nước và không khí.

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:

2.3.3.1 Nhiệt độ:

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình lên men là khác nhau đối với các chủng visinh vật khác nhau, phân làm 3 nhóm chính:

- Vi sinh vật ưa lạnh Psychrophiles: tồn tại trong khoảng nhiệt độ từ 0˚C - 18˚C

- Vi sinh vật ưa ấm Mesophiles: tồn tại trong khoảng nhiệt độ từ 15˚C - 43˚C, hầuhết các vi sinh vật hiện nay là ở nhóm này

- Vi sinh vật ưa nóng Thermophiles: tồn tại trong khoảng nhiệt độ từ 42˚C - 80˚C

Ở nhiệt độ cao trên 120˚C, hầu hết vi sinh vật bị tiêu diệt; ở nhiệt độ thấp trongkhoảng 2˚C - 8˚C, hầu hết vi sinh vật bị bất hoạt và trở về trạng thái có thể bảo quản

H2.3.3.1: Phạm vi nhiệt độ sinh trưởng của vi sinh vật

2.3.3.2: pH:

Nuôi cấy vi sinh vật phục vụ cho quá trình lên men cần phải tạo pH môi trường thíchhợp để vi sinh vật phát triển mạnh Bên cạnh đó, vì hầu hết các loại vi sinh vật chỉchịu được khoảng pH tối ưu hẹp, pH không thích hợp có thể gây ức chế hoặc tiêu diệt

vi sinh vật, nên môi trường có pH thích hợp cho loại vi sinh vật đang nuôi cấy cũng cóthể hạn chế được tạp khuẩn

Ở nấm men và nấm mốc, chỉ số pH tối ưu thấp hơn ở vi khuẩn và xạ khuẩn pH môitrường có thể được điều chỉnh bằng NH3, NaOH, H2SO4,

2.3.3.4: Yếu tố sinh học:

Trong một hệ nhiều (>1 loài) vi sinh vật cùng lên men, yếu tố sinh học sẽ ảnh hưởngđến sự phát triển, hỗ trợ nhau, tiêu diệt nhau của chúng Các yếu tố đó gọi là quan hệgiữa các loài vi sinh vật, bao gồm:

- Quan hệ cộng sinh

- Quan hệ ký sinh

- Quan hệ hỗ sinh

- Quan hệ đối kháng

2.3.3.5: Các yếu tố kỹ thuật trong phòng thí nghiệm:

Các yếu tố trong phòng phòng thí nghiệm như: hoạt độ nước Aw (water activity), ápsuất, siêu âm (ultrasonic vibration), chiếu xạ; đều tạo ảnh hưởng đến quá trình lênmen Các yếu tố này sẽ được điều chỉnh phù hợp để tác động, thúc đẩy sinh trưởng và

2.4 Kombucha:

2.4.1 Khái niệm:

Kombucha là một loại trà lên men truyền thống có nguồn gốc từ Mãn Châu, còn cótên gọi khác là trà thủy sâm, trà nấm, trà Kagarsok hay trà Mãn Châu [5] Tràkombucha được lên men bởi SCOBY (Symbiotic Colony of Bacteria and Yeast – hệcộng sinh vi khuẩn và nấm men) trong dung dịch trà đường [6] SCOBY trong tràkombucha là hệ cộng sinh giữa vi khuẩn acid acetic (AAB – acetic acid bacteria,

thuộc họ Acetobacteraceae) và nấm men ưa thẩm thấu Với các đặc điểm dễ nhân

giống, không độc hại và rẻ tiền, kombucha là một hệ vi sinh vật tuyệt vời có thể vụphục cho cả Khoa học nghiên cứu lẫn Khoa học công dân [7]

Trong quá trình lên men trà kombucha, SCOBY đóng vai trò là con men “mẹ”, thựcchất là một lớp màn cellulose do vi khuẩn tạo thành (BC – bacterial cellulose) từ một

hệ trà kombucha khác được ủ trước đó SCOBY này được bổ sung vào dung dịch tràđường mới và để lên men trong khoảng 10 - 14 ngày Sự hiện hiện của carbon trongdung dịch sẽ khởi động một chuỗi các quá trình trao đổi chất, tạo ra CO2 và một lớpmàn cellulose mới bao bọc một hệ vi sinh vật bên trong [7]

H2.4: SCOBY trong trà kombucha

SCOBY kombucha được lựa chọn cho thí nghiệm này vì là nguồn men giống dễ tìm,

rẻ tiền, có đặc tính kháng khuẩn, dễ nuôi cấy, tồn tại được cả trong môi trường trunghòa pH = 7 và chỉ biến tính khi nhiệt độ cao quá 80˚C trong quá 30 phút [7]

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men kombucha:

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men trà kombucha bao gồm: nhiệt độ lên men,hàm lượng đường, tỉ lệ giống, thời gian lên men [8] Các yếu tố này cần được khảo sát

và tối ưu hóa để quá trình lên men diễn ra cho kết quả phù hợp với yêu cầu của sảnphẩm lên men trong thời gian ngắn nhất

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu:

Thời gian: Các thí nghiệm được tiến hành trong 3 tháng, từ tháng 1/2021 đến tháng4/2021

Địa điệm: Phòng thí nghiệm I5, trường Đại học Nông Lâm TPHCM

3.2 Vật liệu nghiên cứu:

Nguyên liệu: Quả bồ hòn khô tách hạt được mua ở một nhà thuốc Đông Y tạiTPHCM