Nghiên cứu khả năng cố định nấm men Saccharomyces cerevisia trên táo và ứng dụng trong sản xuất rượu vang dâu tằm

Trong giới hạn của đồ án môn học chuyên ngành đề tài này được thực hiện nhằm mục đích tổng quan tài liệu về nấm men Saccharomyces cerevisia, phương pháp cố định nấm men trên trái táo và khả năng ứng dụng trong sản xuất rượu dâu tằm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC  ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH Saccharomyces cerevisiae TRÊN TÁO VÀ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT RƯỢU DÂU TẰM GVHD: PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG SVTH: HOÀNG NGÂN HÀ MSSV: 60600569 Tp HCM, tháng 6/2010 i LỜI CẢM ƠN Với tất cả sự thành kính, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: Phó Giáo Sư. TS. Nguyễn Đức Lượng – Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM – đã gợi ý đề tài và hướng dẫn tận tình, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu có liên quan đến đề tài. Các bạn sinh viên lớp HC06BSH – Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM – đã cùng học tập, trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm việc. ii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG . v DANH MỤC HÌNH . vi CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Tên đề tài 2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.4 Nội dung đề tài 2 CHƯƠNG 2: NẤM MEN Saccharomyces cesrevisiae . 3 2.1 Hình thái và kích thước . 3 2.2 Cấu tạo nấm men . 3 2.2.1 Thành tế bào . 4 2.2.2 Màng nguyên sinh chất . 5 2.2.3 Chất nguyên sinh 6 2.2.4 Nhân tế bào . 6 2.2.5 Không bào 6 2.2.6 Ty thể 7 2.2.6 Mạng lưới nội chất 7 2.3 Thành phần hóa học của tế bào nấm men 7 2.4 Dinh dưỡng nấm men 10 2.4.1 Dinh dưỡng cacbon . 10 2.4.2 Dinh dưỡng nito 10 2.4.3 Dinh dưỡng các nguyên tố vô cơ . 11 2.4.4 Dinh dưỡng chất sinh trưởng . 11 2.5 Hình thức sinh sản . 11 2.5.1 Sinh sản bằng hình thức nảy chồi 11 2.5.2 Sinh sản bằng bào tử . 13 iii CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH NẤM MEN . 14 3.1 Sơ lược về kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật 14 3.2 Chất mang trong kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật 14 3.2.1 Chất mang hữu cơ . 15 3.2.2 Chất mang vô cơ . 17 3.3 Các phương pháp cố định tế bào vi sinh vật . 18 3.3.1 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trên bề mặt chất mang 19 3.3.2 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong cấu trúc gel . 21 3.3.3 Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật không mang chất mang 21 3.4 Ưu nhược điểm của vi sinh vật cố định so với vi sinh vật tự do . 24 3.4.1 Ưu điểm: . 24 3.4.2 Nhược điểm: . 25 3.5 Giới thiệu chất mang trái táo và phương pháp cố định trên chất mang táo . 25 3.5.1 Trái táo . 25 3.5.2 Phương pháp cố định trên táo 31 CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU VANG 34 4.1 Giới thiệu về nguyên liệu dâu tằm . 34 4.1.1 Nguồn gốc 34 4.1.3 Thành phần hóa học 37 4.1.4 Ứng dụng 37 4.2 Công nghệ sản xuất rượu vang 38 4.2.1 Sơ lược về rượu vang 38 4.2.2 Sự lên men rượu 42 4.2.3 Hệ vi sinh vật trong sản xuất rượu vang 54 4.2.4 Quy trình công nghệ sản xuất rượu vang . 60 CHƯƠNG 5: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 69 5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới . 69 iv 5.1.1 Sản xuất rượu vang từ nấm men cố định trên táo lên men gián đoạn ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp 69 5.1.2 Lên men liên tục sử dụng nấm men cố định trên táo ở nhiều nhiệt độ khác nhau 73 5.1.3 Lên men rượu sử dụng nấm men cố định trên vật liệu trái cây khác 76 5.1.4 Ảnh hưởng của điều kiện lên men và chất mang trong lên men rượu . 81 5.1.5 Lên men lactic và lên men thu sản phẩm probiotic bằng vi sinh vật cố định trên táo . 84 5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 86 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần phân tử của nấm men rượu (theo Reed Elsevier) . 8 Bảng 3.1: Sản lượng táo (theo tấn) ở các quốc gia trên thế giới 27 Bảng 3.2: Thành phần các chất có trong 100g táo 27 Bảng 4.1: Thành phần của quả dâu tằm (trong 100g quả) 37 Bảng 4.2: Thành phần vitamin trong quả dâu 37 Bảng 4.3: Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến một số loại nấm men . 52 Bảng 5.1: So sánh lượng sản phẩm phụ của phương pháp lên men liên tục và phương pháp truyền thống 76 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Saccharomyces cerevisiae 3 Hình 2.2: Cấu tạo tế bào Saccharomyces cerevisia . 4 Hình 2.3: Sự sinh sản bằng hình thức nảy chồi . 12 Hình 2.4: Chu kì nảy chồi của nấm men 12 Hình 2.5: Vòng đời sinh sản của Saccharomyces cerevisiae 13 Hình 3.1: Các phương pháp cố định tế bào vi sinh vật 19 Hình 3.2: Các loại táo được dùng để sản xuất rượu vang . 26 Hình 3.3: Cấu tạo thịt quả . 28 Hình 3.4: Cấu trúc cellulose trong thịt quả . 29 Hình 3.5: Cấu trúc của hemicelluloses . 30 Hình 3.6: Cấu tạo pectin 31 Hình 4.1: Một số loại dâu tằm 34 Hình 4.3: Quả dâu tằm 36 Hình 4.4: Sản phẩm rượu vang 40 Hình 4.5: Đường cong sinh trưởng của nấm men . 43 Hình 4.6: Quá trình đường phân . 44 Hình 4.7: Quá trình lên men rượu . 46 Hình 4.8: Sự tạo thành các sản phẩm phụ 48 Hình 5.1: a) Táo làm chất mang cố định nấm men trong lên men rượu . 71 Hình 5.1: b) Hình chụp dưới kính hiển vi điện tử nấm men cố định trên táo 71 Hình 5.2: Sự giảm thể tích của táo theo số lần lên men 71 Hình 5.3: Phần trăm ethyl acetate và rượu bậc cao trong lượng acid tổng theo nhiệt độ . 72 Hình 5.4: Sự thay đổi nồng độ đường, nhiệt độ, nhập liệu theo thời gian . 75 Hình 5.5: Bề mặt vỏ cam trước và sau khi cố định nấm men . 77 vii Hình 5.7: Chênh lêch lượng đường sau khi lên men sử dụng tế bào cố định và tự do ở nhiệt độ 20 và 25C . 77 Hình 5.8: a) Ảnh hưởng của thể tích trái mộc qua theo số lần lên men. . 79 Hình 5.8: b) % ethyl acetae và amyl alcohol theo nhiệt độ 79 Hình 5.9: Nấm men cố định trên mộc quả trong lên men . 80 Hình 5.10: a) Nấm men cố định trên quả sung. 81 Hình 5.10: b)Tế bào nấm men cố định trên trái sung dưới kính hiển vi điện tử 81 Hình 5.11: So sánh giữa phương pháp sử dụng tế bào cố định và tự do . 81 Chương 1: Mở đầu 1 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Từ xưa, người ta dùng từ ‘Wine’ hay ‘Rượu Vang’ để chỉ các sản phẩm lên men cồn từ dịch chiết của nho bằng nấm men. Theo định nghĩa trong từ điển Oxford, rượu vang được định nghĩa ngắn gọn là thức uống lên men từ quả nho. Rượu vang đóng một vai trò quan trọng trong nền văn minh của nhân loại. Ngành sản xuất rượu vang đã có từ lâu đời, kỹ thuật sản xuất lúsc này chủ yếu là lên men tự nhiên nước quả và sử dụng chính hệ vi sinh vật trong quả nho để lên men. Đến thế kỷ thứ mười chín, ngành sản xuất rượu vang mới được đưa vào sản xuất ở quy mô công nghiệp. Hiện nay có hai phương pháp lên men rượu vang cơ bản là: lên men tự nhiên và lên men nhờ các chủng nấm men thuần khiết. Theo tài liệu của tổ chức quốc tế về nghề trồng nho và làm rượu vang, nhiều quốc gia trên thế giới như Pháp, Italia, Mexico, Bồ Đào Nha,…chỉ dùng nấm men có sẵn trong nước quả để lên men. Nhưng phương pháp sử dụng nấm men thuần khiết để sản xuất rượu vang có rất nhiều triển vọng: thời gian lên men nhanh, quá trình lên men không bị dừng ở giữa chừng, hàm lượng đường trong dịch quả được lên men triệt để, nồng độ cồn thu được trong vang cao hơn lên men tự nhiên từ 0,1 ÷1, vang sáng màu nhanh hơn, có thể cho hương vị thanh khiết hơn. Nấm men thuần khiết được bổ sung vào lên rượu thường ở dạng tự do, nhưng hiện nay người ta rất qua tâm đến việc sử dụng nấm men cố định và đã có rất nhiều các nghiên cứu cố định nấm men thuần khiết trên các loại chất mang khác nhau và ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất rượu vang. Phần lớn các nghiên cứu theo hướng tìm ra một loại chất mang thích hợp để cố định nấm men và có khả năng ứng dụng trong lên men rượu. Đã có những chất mang được nghiên cứu như kissiris, các vật liệu polymer như polysaccharide, alginate, cellulose, carregeenan, agar, v.v…tuy nhiên không có khả năng ứng dụng do chúng không cho chất lượng rượu vang tốt. Chất mang thích hợp là nguyên liệu vừa rẻ vừa cho mùi vị thơm ngon cho rượu vang, đồng thời kỹ thuật cố định đơn giản. Người ta thấy rằng chất mang từ nguyên liệu trái cây rất có tiềm năng trong Chương 1: Mở đầu 2 công nghiệp sản xuất rượu, trong đó trái táo vừa là nguyên liệu rẻ tiền, có sẵn trong tự nhiên, lại đã được sử dụng để làm rượu cho hương vị thơm ngon, do đó táo có thể ứng dụng làm chất mang cố định. Dâu tằm là một loại cây được nhân dân ta nuôi trồng từ lâu đời. Sỡ dĩ có tên là dâu tằm, vì công dụng chính của chúng là để nuôi tằm, dệt lụa. Ở nước ta, cây dâu tằm được trồng ở miền Bắc tại những khu cực sông Hồng, sông Đáy, sông Thái Bình. Còn ở miền Nam, cây dâu tằm được trồng nhiều ở tỉnh Lâm Đồng. Sản lượng dâu tằm hằng năm khá lớn. Trái dâu tằm được xem là một trái cây quý, không chỉ có hương vị thơm ngon mà còn có tốt cho sức khỏe, chữa được một số bệnh, bổ thận dưỡng huyết, tăng cường sinh lực. Từ thực trạng trên ta thấy rằng việc nghiên cứu ứng dụng táo làm chất mang cố định nấm men và ứng dụng trong sản xuất rượu dâu tằm là rất cần thiết. 1.2 Tên đề tài Đề tài nghiên cứu khả năng cố định nấm men Saccharomyces cerevisia trên táo và ứng dụng trong sản xuất rượu vang dâu tằm 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Trong giới hạn của đồ án môn học chuyên ngành đề tài này được thực hiện nhằm mục đích tổng quan tài liệu về nấm men Saccharomyces cerevisia, phương pháp cố định nấm men trên trái táo và khả năng ứng dụng trong sản xuất rượu dâu tằm 1.4 Nội dung đề tài Đề tài này tập trung làm rõ những nội dung sau: Nấm men Saccharomyces cerevisia và quá trình cố định nấm men trên táo và ứng dụng của nấm men cố định trong sản xuất rượu vang dâu tằm. [...]... có thể xảy ra ở các loại nấm men, nấm mốc và tế 21 Chương 3: Kỹ thuật cố định nấm men bào thực vật Sự kết tụ của các tế bào nấm men là một ứng dụng quan trọng trong ngành sản xuất rượu vang do sự ảnh hưởng tới quá trình lên men và tách tế bào nấm men ra khỏi sản phẩm Sự liên kết giữa các tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia có ứng dụng quan trọng vào ngành công nghiệp sản xuất thức uống có cồn  Tác...Chương 2: Nấm men Saccharomyces cerevisiae CHƯƠNG 2: NẤM MEN Saccharomyces cesrevisiae 2.1 Hình thái và kích thước Nấm men S.cerevisiae có cơ thể đơn bào Chúng phân bố rộng rãi khắp nơi Đặc biệt thấy chúng có mặt nhiều ở đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả Ngoài ra thấy chúng có mặt trên trái cây chín, trong không khí, trong nhụy hoa và cả nơi sản xuất rượu vang [1] S cerevisiae là các tế bào trong. .. chiết và lọc do đó làm giảm chi phí yêu cầu về thiết bị và năng lượng - Có khả năng tái sử dụng trong quá trình lên men mà không cần loại bỏ khỏi môi trường - Giảm khả năng nhiểm vi khuẩn do mật độ tế bào cao và quá trình lên men 24 Chương 3: Kỹ thuật cố định nấm men - Có khả năng sử dụng các thiết bị phản ứng đơn giản, nhỏ do đó làm giảm chi phí - Giảm thời gian tạo thành sản phẩm Những ưu điểm ở trên. .. Lan và Nga, …Trái táo là một trong những loại trái cây có sản lượng dẫn đầu trên thế giới Theo Food and Agriculture Organization (FAO), tổng sản lượng của trái táo trên thế giới vào năm 2004 ước tính khoảng 57 triệu tấn, và Hoa Kì và Trung Quốc dẫn đầu về sản lượng vào khoảng 36% và 7% sản lượng của thế giới 26 Chương 3: Kỹ thuật cố định nấm men Bảng 3.1: Sản lượng táo (theo tấn) ở các quốc gia trên. .. sẵn trong môi trường 10 Chương 2: Nấm men Saccharomyces cerevisiae Hợp chất chứa nito của tế bào là các axit amin, các nucleotide purin và pyrimidine, protein, và một số vitamin Nấm men có khả năng tổng hợp các axit amin… thành phần protein trực tiếp từ các chất vô cơ trong khi sử dụng nguồn cacbon là các hợp chất hữu cơ -sản phẩm trung gian của quá trình dị hóa trong hô hấp và lên men Nguồn nito nấm men. .. ưu điểm ở trên được rút ra từ những nghiên cứu về các phương pháp cố định và ứng dụng của nó vào sản xuất các thức uống có cồn như rượu vang, bia, và cồn uống được [5] 3.4.2 Nhược điểm: - Hoạt lực thấp hơn tế bào tự do - Trong môi trường phản ứng, không tránh khỏi hiện tượng rửa trôi tế bào ra khỏi chất mang - Cơ chất muốn vào trong tế bào để trao đổi chất tạo thành sản phẩm phải qua chất mang Vì thế... không tan trong môi trường phản  Kháng khuẩn cao, bền vững với sự tấn công của vi sinh vật  Phù hợp hình dạng thiết bị phản ứng sinh học  Cố định vi sinh vật dễ dàng  Có thể sử dụng nhiều lần ứng 14 Chương 3: Kỹ thuật cố định nấm men  An toàn cho môi trường sống  Độ trương tốt, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn Làm tăng khả năng cố định vi sinh vật vừa tăng khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và enzyme,... làm tăng khả năng sống sót của tế bào Trong số các hydroxide thì loại hydroxide titanium và zirconium là được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn cả 3.3 Các phương pháp cố định tế bào vi sinh vật Việc ứng dụng kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật cho các quy trình sinh học rất thuận lợi, do đó nhiều kỹ thuật và vật liệu cố định đã được đề xuất Những kỹ thuật này có thể được chia thành bốn nhóm chính, dựa trên cơ... của tế bào  Vitamin và nhân tố sinh trưởng: Để cho nấm men được phát triển và lên men bình thường cần phải có các vitamin làm cofactor trong các enzyme của tế bào nấm men Nấm men có thể tổng hợp tất cả vitamin trong chừng mực nào đó, ngoại trừ biotin (vitamin H) Vì vậy, trong môi trường dinh dưỡng nhất định phải có vitamin Hàm lượng protein trong tế bào nấm men khô như sau (g/g men khô): Inozit: 6000÷15000,... chóng vào tế bào vi sinh vật - Nước được liên kết với thành tế bào vi sinh vật  Phương pháp cố định bằng màng chắn membrane (màng lọc)  Định nghĩa: Tế bào được chứa trong một lớp màng lọc hoặc trong vi bao Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật này thích hợp khi hoạt động trao đổi chất ít xảy ra Kỹ thuật cố định vi sinh vật bằng vi bao đã được ứng dụng rộng rãi đặc biệt là vào ngành sản xuất rượu, . Đề tài nghiên cứu khả năng cố định nấm men Saccharomyces cerevisia trên táo và ứng dụng trong sản xuất rượu vang dâu tằm 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Trong. dung sau: Nấm men Saccharomyces cerevisia và quá trình cố định nấm men trên táo và ứng dụng của nấm men cố định trong sản xuất rượu vang dâu tằm.