Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Tối ưu hóa quá trình thủy phân nấm men bia để sản xuất bột chiết nấm men

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xác định hàm lượng nitơ tổng trong nấm men bia nguyên liệu - Khảo sát nồng độ chất khô của quá trình thủy phân nấm men bia - Khảo sát nồng độ enzyme của quá trìn

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nguyên vật liệu

Nấm men bia Saccharomyces cerevesiae được nhà máy bia Đồng Nai, Tp.Biên Hòa, Đồng Nai cung cấp Nấm men bia tươi có hàm lượng chất khô trong khoảng 10-15% b) Enzyme

Enzyme Flavourzymes 500MG được mua của hãng Novozymes R Đan Mạch, phân phối bởi công ty BrennTag, Việt Nam (Địa chỉ: 202, Hoàng Văn Thụ, Phường 9, Quận Phú Nhuận, Tp.HCM)

Các hóa chất chính trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1: Các hóa chất sử dụng Stt Tên hóa chất Nơi sản xuất Độ tinh khiết

9 Thuốc thử folin Việt Nam ≥ 99%

10 Albumin tinh khiết Việt nam ≥ 99%

15 Natri-kali Tartrat Trung Quốc ≥ 99%

HVTH: TRẦN THỴ MINH KIỀU CBHD: TS ĐẶNG QUỐC TUẤN

Dụng cụ, thiết bị

Các thiết bị chính sử dụng trong nghiên cứu được trình bày như bảng 3.2

Bảng 3.2: Các thiết bị sử dụng

Stt Tên thiết bị Hãng sản xuất

3 Cân điện tử 4 số lẻ Ohaus

4 Cân điện tử 2 số lẻ Ohaus

5 Cân sấy ẩm hồng ngoại Sartorius

7 Máy khuấy từ có gia nhiệt Ika 8 Máy đo quang phổ hấp thu UV-Vis Perkin Elmer 9 Máy cất nước cho phân tích

10 Máy cất đạm Kjeldalh VELP –Italy

11 Máy sấy phun Lab Plant

12 Máy ly tâm lắng MSE-RH

13 Máy cô đặc chân không Buchi

14 Pipette 1ml, 5ml, 10ml, 25ml Trung Quốc 15 Micropipette 100àl, 1000 àl Ấn Độ 16 Bình định mức 50ml, 100ml, 1000ml Trung Quốc 17 Becher, erlen 50ml, 100ml, 1000ml Trung Quốc

Quy trình nghiên cứu

Để thực hiện quá trình nghiên cứu quy trình sản xuất bột chiết nấm men từ nguyên liệu nấm men bia bằng phương pháp thủy phân có sử dụng enzyme

Sau khi nghiên cứu và tổng hợp các tài liệu trong "Chương 2: Tổng quan tài liệu", chúng tôi đề xuất quy trình công nghệ sản xuất enzyme Flavourzyme như sau:

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất bột chiết nấm men

Bột chiết nấm men Bất hoạt enzyme

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình thí nghiệm

3.3.2 Giải thích quy trình a) Quy trình sản xuất bột chiết nấm men

* Quá trình: Rửa đắng nấm men bia

- Mục đích: Loại bỏ chất đắng của hoa hubblon bám trên nấm men bia, cải thiện vị của dịch chiết cũng như bột sấy phun từ dịch chiết

Nấm men bia được lấy từ nhà máy bia Đồng Nai, Tp Biên Hòa, Đồng Nai (có khoảng 15% chất khô), đem nấm men bia ly tâm ở 10.000g trong 10 phút để loại bỏ dịch bia trên nấm men Chỉnh nồng độ huyền phù men về 15% bằng nước sạch

Chỉnh pH huyền phù men về 9-10 bằng Na 2 CO 3 2% ở 20 0 C Khuấy huyền phù trong 30 phút rồi đem ly tâm ở 10.000g trong 10 phút ở 4 0 C Nấm men dạng paste thu được sau quá trình ly tâm được rửa thêm 2-3 lần nữa bằng nước sạch cho đến khi

Khảo sát nồng độ enzyme thích hợp cho quá trình thủy phân

Khảo sát nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình thủy phân Phân tích protein tổng của nấm men bia

Khảo sát quá trình thủy phân nấm men bia Xác định hoạt tính enzyme

Tối ưu hóa quá trình thủy phân

Bột sấy phun từ dịch chiết men tối ưu

- 4 yếu tố đầu vào: nồng độ chất khô, pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme

- 3 hàm mục tiêu: Hiệu suất thu hồi chất khô, protein, acid amin

Kiểm tra độ ẩm, protein, các acid amin

HVTH: TRẦN THỴ MINH KIỀU CBHD: TS ĐẶNG QUỐC TUẤN pH của huyền phù nấm men trở về trung tính, bảo quản lạnh 0-4 0 C cho đến khi tiến hành thủy phân (Tanguler, 2006)

* Quá trình: Bất hoạt nấm men

- Mục đích: làm chết nấm men và bất hoạt hóa các enzyme có sẳn trong nấm men, phục vụ cho quá trình thủy phân tiếp theo

- Thực hiện: Sau quá trình rửa, huyền phù men được gia nhiệt ở 90 0 C, trong 10 phút để bất hoạt nấm men

* Quá trình: Thủy phân nấm men

- Mục đích: Phân giải protein của nấm men thành các peptide mạch ngắn, có thể hòa tan vào trong nước và các acid amin

Tiến hành phản ứng thủy phân nấm men bia với các thông số được tối ưu hóa, bao gồm nồng độ chất khô ban đầu, pH, nhiệt độ và nồng độ enzyme Flavouzyme Mỗi phản ứng được thực hiện trong 24 giờ, sử dụng máy khuấy từ IKA RH-KT với tốc độ khuấy 100 vòng/phút, sai số ± 1°C Quá trình thủy phân được kiểm soát pH bằng dung dịch NaOH 2N và HCl 2N.

Trong quá trình thủy phân, chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khô nấm men ban đầu và nồng độ enzyme (so với nồng độ chất khô) để xác định thông số tối ưu Đối với pH và nhiệt độ thủy phân, dựa trên tài liệu tham khảo, chúng tôi chọn tối ưu quá trình ở ba mức pH ban đầu (5, 6, 7) và ba mức nhiệt độ (45, 55, 65 độ C).

* Quá trình bất hoạt enzyme - Mục đích: bất hoạt enzyme Flavourzyme, phục vụ cho quá trình tiếp theo

- Thực hiện: Sau quá trình thủy phân dịch nấm men được gia nhiệt ở 90 0 C, trong 10 phút để bất hoạt các enzyme trong dịch

* Quá trình ly tâm - Mục đích: Thu nhận các chất hòa tan trong dịch chiết sau quá trình thủy phân, loại bỏ những phần không tan

- Thực hiện: dịch huyền phù men sau quá trình thủy phân được cho vào các ống ly tâm và ly tâm bằng máy MSE-RH 102QQ, 10.000g trong 10 phút

- Mục đích: tăng hàm lượng chất khô của dịch chiết, chuẩn bị cho quá trình sấy phun

- Thực hiện: dịch chiết thu được sau quá trình ly tâm được cho vào bình cô quay chân không của thiết bị cô quay BUCHI Rotavapor R-215, 200ml/lần cô quay, 90 vòng/phút, nước bốc hơi nước ở 70 0 C Dịch chiết sau quá trình cô đặc đạt từ 10- 12% chất khô

- Mục đích: gia tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tạo mùi thơm cho sản phẩm, tạo sự tiện lợi cho người tiêu dùng cũng như cho quá trình phân phối, vận chuyển

- Thực hiện: dịch chiết sau quá trình cô đặc được sấy phun bằng máy sấy phun Lab Plant SD-06, lưu lượng nhập liệu 280ml/h, nhiệt độ không khí sấy 180-190 0 C, tốc độ dòng khí 3,9m/s, nhiệt độ không khí đầu ra 100-110 0 C b) Quy trình nghiên cứu

* Khảo sát nồng độ enzyme Flavourzyme của quá trình thủy phân - Mục đích: Tìm ra nồng độ enzyme Flavourzyme thích hợp cho quá trình thủy phân

- Chỉ tiêu khảo sát: Nồng độ enzyme : 1,0% ; 1,1% ; 1.2% ; 1.3% ; 1.4% ; 1.5% ; 1.6%

- Yếu tố cố định: Nồng độ chất khô 10% ; pH 6 ; nhiệt độ 55 0 C, thời gian 24h - Chỉ tiêu theo dõi:

- Hàm lượng chất khô hòa tan - Hàm lượng protein hòa tan - Hàm lượng acid amin

* Khảo sát nồng độ chất khô nấm men ban đầu

- Mục đích : Tìm ra nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình thủy phân - Chỉ tiêu khảo sát : Nồng độ chất khô : 5% ; 15% ; 25%

- Yếu tố cố định : pH 6 ; nhiệt độ 55 0 C, nồng độ enzyme 1.3% ; thời gian 24h

- Chỉ tiêu theo dõi : - Hàm lượng chất khô hòa tan

- Hàm lượng protein hòa tan - Hàm lượng acid amin

* Tối ưu hóa quá trình thủy phân và phương pháp xử lý số liệu

- Nghiên cứu nhằm xây dựng phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng tương tác của các yếu tố nhiệt độ, thời gian, pH, và nồng độ enzyme Flavourzyme lên quá trình thủy phân Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng để tối ưu hóa quá trình thủy phân, từ đó cải thiện hiệu quả sản xuất các sản phẩm thủy phân có giá trị kinh tế cao.

- Bốn yếu tố khảo sát:

X 1 : Nồng độ nấm men ban đầu 5%; 15%; 25% (w/w) X 2 : pH của quá trình thủy phân, thay đổi theo 3 mức 5,0; 6,0; 7,0 X 3 : Nhiệt độ của quá trình thủy phân, thay đổi theo 3 mức 45, 55, 65 0 C

X 4 : Nồng độ enzyme Flavourzyme sử dụng, thay đổi theo 3 mức 0.9%; 1.3%;

Y 1 : Hiệu suất thu hồi chất rắn hòa tan trong dịch chiết men (%) Y 1 : yêu cầu giá trị max

Y 2 : Hiệu suất thu hồi protein hòa tan trong dịch chiết men (%) Y 2 yêu cầu đạt giá trị max

Y 3 : Hiệu suất thu hồi acid amin trong dịch chiết men (%) Y 3 yêu cầu đạt giá trị max

Quy hoạch dạng Box Behnken trong trường hợp 4 nhân tố là quy hoạch bậc hai quay đều, 28 điểm (4 điểm ở tâm), tổng cộng 28 thí nghiệm Ma trận thí nghiệm như bảng 3.3:

Bảng 3.3 : Quy hoạch Box Behnken với 4 yếu tố đầu vào: nồng độ chất khô nấm men ban đầu; pH; nhiệt độ; nồng độ Flavuorzyme

STT Nồng độ chất khô men ban đầu (x 1 ) pH (x 2 ) Nhiệt độ (x 3 ) Nồng độ

- Các giá trị 0, -1, 1 lần lượt là giá trị ở tâm và các biên của các biến trong các thí nghiệm

- 4 biến x 1 , x 2 , x 3 , x 4 đã được mã hóa theo công thức sau: x i = (X i – X 0 )/X (i = 1, 2, 3, 4) (1) X i : là giá trị của các biến độc lập,

X 0 : giá trị của các biến độc lập ngay tại tâm

X: giá trị bước nhảy của các biến độc lập Vì vậy, các kết quả của phương trình hồi quy được tạo ra từ việc giải phương trình của phần mềm Modde 5.0 chỉ là các biến mã hóa (nhận khi giá trị p 0.8 và Q 2 >0.5, độ lệch giữa chúng thuộc đoạn [0.2;

0.3] cho thấy các giá trị của phương trình hồi quy có ý nghĩa và mô hình đáng tin cậy (Herich, 1992)

3.3.3 Các phương pháp thực hiện nghiên cứu a) Xác định hàm lượng protein của nấm men nguyên liệu

Sử dụng phương pháp Kejdahl được trình bày theo phụ lục 2.2 b) Xác định nồng độ chất khô của dịch thủy phân và chất khô của dịch sau thủy phân

Sư dụng phương pháp xác định độ ẩm TCVN 1643:1992 được trình bày trong mục của phụ lục 2.4 c ) Xác định hàm lượng protein trong dịch chiết men

Sử dụng phương pháp Lowry được trình bày trong mục của phụ lục 2.1 d) Xách định hàm lượng acid amin

Sử dụng phương pháp so màu được trình bày trong mục của phụ lục 2.3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả khảo sát quá trình thủy phân protein nấm men

4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Flavourzyme lên hiệu suất thủy phân Để lựa chọn nồng độ enzyme thích hợp nhất cho quá trình thủy phân nấm men bia, chúng tôi khảo sát sơ bộ điều kiện phản ứng như sau:

- Cố định các đại lượng pH = 6, nhiệt độ 55 0 C, thời gian phản ứng 24h, nồng độ chất khô 10 %, kết quả thu được trình bày trong bảng 4.1 như sau:

Bảng 4.1: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên hiệu suất thủy phân

Nồng độ enzyme sử dụng (%)

Hiệu suất thu hồi protein hòa tan (%)

Hiệu suất thu hồi acid amin

Hiệu suất thu hồi chất khô

Hiệu suất thu hồi chất khô, protein hòa tan, và acid amin được tính theo tỷ lệ phần trăm giữa tổng khối lượng thực tế thu được và tổng khối lượng lý thuyết ban đầu của chất khô, protein hòa tan, và acid amin có trong dịch thủy phân nấm men.

Hình 4.1: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên hiệu suất thu hồi protein hòa tan

Chú thích: Giá trị được biểu thị dưới dạng giá trị trung bình của 3 lần lặp + độ lệch chuẩn và các ký tự giống nhau (được ký hiệu phía trên) thì sự khác nhau giữa chúng không có ý nghĩa (α = 5%)

Hình 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên hiệu suất thu hồi acid amin

H ie u su at th u h o i p ro te in (% )

Hiệu suất thu hồi protein hòa tan (%)

Hieu suat thu hoi acid amin (%)

Hiệu suất thu hồi acid amin (%)

Hình 4.3: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên hiệu suất thu hồi chất khô

Nhận xét: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme và cơ chất đến quá trình thủy phân với mục đích tìm ra lượng enzyme phù hợp mà quá trình thủy phân đạt hiệu quả tốt nhất

Lần lượt tăng nồng độ enzyme so với cơ chất từ 1,0 – 1,3% thì hiệu suất thu hồi protein và acid amin tăng dần Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng tỷ lệ enzyme lên từ 1,4 đến 1,6% thì hiệu suất thu hồi protein hòa tan và acid amin không tăng nữa mà đạt trạng thái cân bằng

Qua kết quả xử lý thống kê cho thấy hiệu suất thu hồi protein hòa tan và acid amin từ nồng độ enzyme từ 1.4 đến 1.6% thì hiệu suất thu hồi protein và acid amin tăng nhưng không có sự khác biệt có ý nghĩa so với nồng độ enzyme 1.3% (P