Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia

Ý nghĩa thực tiễn Đề xuất được quy trình sản xuất cao nấm men từ bã men bia, tạo ra sản phẩm phục vụ đời sống và có ý nghĩa đặc biệt trong việc tận dụng phế phẩm của ngành công nghiệp s

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYÔN THÞ HåNG V¢N

Tên đề tài:

Nghiªn cøu quy tr×nh chÕ biÕn cao nÊm men tõ b· men bia

KHãA LUËN TèT NGHIÖP §¹I HäC

Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm

Thái Nguyên, 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYÔN THÞ HåNG V¢N

Tên đề tài:

Nghiªn cøu quy tr×nh chÕ biÕn cao nÊm men tõ b· men bia

KHãA LUËN TèT NGHIÖP §¹I HäC

Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm

Lớp : K42 - CNTP

Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Thị Thu Hiền

Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Sở KHCN Hà Nội

KS Lưu Hồng Sơn

Khoa CNSH-CNTP, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên, 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp tại Trung tâm Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm Hà Nội, để hoàn thành được đợt thực tập tốt nghiệp ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được sự giúp đỡ hết sức tận tình của các thầy cô trong khoa CNSH & CNTP cùng toàn thể các cô chú, anh chị cán bộ trong Trung tâm Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm Hà Nội

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Phạm Thị Thu Hiền, Trung tâm Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi

được thực tập và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Hồng Sơn - Giảng viên khoa CNSH & CNTP, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi làm khóa luận này

Đồng cảm ơn các thầy cô trong khoa CNSH & CNTP, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập Cảm ơn các cô chú, anh chị cán bộ trong Trung tâm Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm

Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập ở đó

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình tôi và các bạn bè của tôi đã giúp đỡ và

động viên tôi rất nhiều những lúc tôi gặp khó khăn

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên báo cáo tốt nghiệp của tôi không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các quý thầy cô trong khoa CNSH & CNTP Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên thông cảm và đóng góp ý kiến giúp cho báo cáo tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 06 tháng 06 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Hồng Vân

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Theo Densikow M.T (1963), trung bình trong nấm men chưa ép chứa (%) 7

Bảng 2.2: Theo Uxtra (dẫn liệu từ Densikow M.T, 1963) chất khô của nấm men bia thành phần như sau (%) 7

Bảng 2.3: Hàm lượng vitamin của nấm men bia sấy khô 8

Bảng 2.4: Hàm lượng các axit amin trong nấm men 9

Bảng 2.5 Thành phần axit amin trong cao nấm men (%) 14

Bảng 2.6 Thành phần vitamin trong cao nấm men (µg/g) 15

Bảng 3.1: Dụng cụ thí nghiệm 24

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả tự phân nấm men 26

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến quá trình tự phân của nấm men 27

Bảng 4.1: Ảnh hưởng của quá trình lọc đến chất lượng bã men bia 33

Bảng 4.2: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước sử dụng cho quá trình lọc bã nấm men bia 34

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của một số lần rửa đến chất lượng của nấm men bia 34

Bảng 4.4: Các hóa chất dùng loại bỏ chất đắng của sinh khối nấm men bia: 35

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi: sinh khối nấm men 36

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu quả tách đắng 37

Bảng 4.7: Kết quả khảo sát nhiệt độ và thời gian diệt men trước khi tự phân 38

Bảng 4.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả tự phân nấm men 39

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của pH đến quá trình tự phân của nấm men 40

Bảng 4.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến hiệu suất thu hồi và giá trị cảm quan của sản phẩm 42

Bảng 4.11: Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm 43

Bảng 4.12: Thống kê thông số kỹ thuật cho quá trình sấy phun cao nấm men 44

Bảng 4.13: Kết quả cấy phân lập vi khuẩn trong sữa chua sau 24 giờ 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo tế bào nấm men 4

Hình 2.2: Máy sấy phun 17

Hình 3.1: Sơ đồ dự kiến quy trình thực nghiệm chế biến cao nấm men từ bã men bia 28

Hình 3.2: Đường chuẩn BSA 30

Hình 3.3: Đường chuẩn glutamic 31

Hình 4.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian diệt men đến tỷ lệ tế bào nấm men chết 39

Hình 4.2: Ảnh hưởng của pH đến quá trình tự phân nấm men 41

Hình 4.3: Quy trình sản xuất cao nấm men quy mô phòng thí nghiệm 45

Hình 4.4: Kết quả phân lập vi khuẩn trong sữa chua sau 24h 46

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

5’GIP Inosine mono phosphate

5’GMP Guanosine mono phosphate

BSA Huyết thanh bò (Albumine)

EBC European Brewery Convention

GDP Tổng sản phẩm nội địa hay tổng sản phẩm quốc địa (Gross

Domestic Product)

OD Optical Denstty

KTĐ Khô tuyệt đối

RNA Axit ribonucleic

USD United States dollar

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích và yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

PHẦN 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về bã men bia 3

2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc 3

2.1.2 Cấu tạo của tế bào nấm men 4

2.1.3 Sản lượng bia của Việt Nam hiện nay 6

2.1.4 Thành phần hóa học của bã men bia 7

2.1.5 Các hướng tận dụng bã men bia 10

2.2 Tổng quan về cao nấm men 11

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

2.2.2 Tình hình nghiên cứu cao nấm men trên thế giới 13

2.2.3 Thành phần hóa học của cao mấn men 14

2.2.4 Ứng dụng của cao nấm men 15

2.3 Tổng quan về phương pháp sấy 16

2.3.1 Khái niệm 16

2.3.2 Cấu tạo hệ thống sấy phun 17

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy phun 18

2.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống sấy phun 19

2.3.4 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm 21

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 Đối tượng nghiên cứu 24

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 24

3.1.2 Hóa chất và dụng cụ 24

3.1.3 Phạm vi nghiên cứu 24

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 24

3.3.1 Địa điểm nghiên cứu 24

3.3.2 Thời gian nghiên cứu 25

3.3 Nội dung nghiên cứu 25

3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 25

3.4.1 Nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu 25

3.4.2 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu 25

3.4.3 Nghiên cứu phương pháp loại bỏ chất đắng trong bã men bia 25

3.4.4 Nghiên cứu phương pháp và điều kiện tự phân nấm men 26

3.4.5 Nghiên cứu lựa chọn thông số kỹ thuật cho quá trình sấy phun sản phẩm 27

3.4.6 Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh 28

3.5 Phương pháp nghiên cứu 28

3.5.1 Xác định hàm lượng chất khô tổng số 28

3.5.2 Phương pháp đo độ đắng theo EBC 8.8 29

3.5.3 Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Lowry 29

3.5.4 Phương pháp ninhydrin xác định hàm lượng axit amin 30

3.5.5 Môi trường Hansen 32

3.5.6 Phương pháp xử lý số liệu 32

PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Kết quả nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu 33

4.2 Kết quả lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu 33

4.2.1 Kết quả lựa chọn đường kính lỗ rây cho quá trình lọc bã men bia 33

4.2.2 Kết quả xác định tỷ lệ nước và bã men bia cho quá trình lọc 33

4.2.3 Kết quả xác định số lần rửa sinh khối nấm men bia 34

4.3 Kết quả xác định phương pháp loại bỏ chất đắng trong bã men bia 35

4.3.1 Kết quả lựa chọn dung môi để loại bỏ chất đắng trong bã nấm men 35

4.3.2 Kết quả xác định tỉ lệ dung môi của dịch nấm men thích hợp cho quá trình tách đắng 36

4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu quả tách đắng 37

4.4 Nghiên cứu điều kiện tự phân nấm men 38

4.4.1 Khảo sát quá trình diệt men trước khi tự phân 38

4.4.2 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình tự phân nấm men 39

4.4.2 Kết quả xác định pH của quá trình tự phân 40

4.5 Kết quả lựa chọn thông số kỹ thuật cho quá trình sấy phun sản phẩm 41

4.5.1 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy 41

4.5.2 Ảnh hưởng của áp suất khí nén 43

4.6 Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh 45

PHẦN 5:l KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47

phục vụ việc làm sạch bã men bia 47

5.2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nấm men là nguồn thức ăn bổ sung có giá trị cao không cholesterol Hàm lượng protein trong nấm men đạt từ 40 - 60% (tính theo chất khô), trong thành phần protein có đầy đủ các axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế [1, 8, 13] Vitamin trong nấm men có hoạt tính cao hơn gấp 2 - 3 lần so với vitamin tổng hợp [1, 15] Nấm men còn cung cấp vitamin B, vitamin D và các chất khoáng [8, 13], [15] Thành phần khoáng trong nấm men rất đa dạng, có tỷ lệ phù hợp với nhu cầu

và khả năng hấp thụ, chuyển hóa của cả người và động vật

Ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất bia và thị trường tiêu thụ bia ngày càng

phát triển, sản lượng bia tạo ra với số lượng lớn Ước tính trung bình cứ 1000 lít bia thu được 1,5 kg nấm men khô, trong đó có chứa 700g protein [1, 7, 15] Năm 2005 sản lượng bia cả nước đạt 1,5 tỷ lít, tương ứng với 18 triệu tấn sinh khối nấm men thải ra Năm 2010 sản lượng bia của cả nước đạt 2,5 tỷ lít và nấm men thải ra là 30 triệu tấn [1, 15] Như vậy, lượng protein có chất lượng cao của nấm men thải ra từ quá trình sản xuất bia nếu tận dụng được là không nhỏ Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay các nhà máy bia vẫn chưa ứng dụng men bia thải ra ngoài một cách hiệu quả, men thải ra từ các nhà máy được sử dụng chủ yếu làm thức ăn chăn nuôi, khả năng khai thác các thành phần có giá trị sinh học trong men bia để tạo ra các sản phẩm

ứng dụng cho người còn rất hạn chế Hơn nữa nếu không sử dụng triệt để thì nguồn

bã men này còn là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường

Ở các nước đang phát triển nấm men được sử dụng tạo vị ngon tự nhiên

trong ngành Thực phẩm và các chất dinh dưỡng cho việc nuôi vi khuẩn trong ngành Dược phẩm Đồng thời nấm men còn được sử dụng như một loại thực phẩm rất được người ăn chay ưa chuộng với giá trị dinh dưỡng cung cấp cao hơn nhiều loại thực phẩm khác

Việc nghiên cứu chế biến và sử dụng cao nấm men còn rất ít và hiện nay ở Việt Nam chỉ sử dụng nấm men bia thải ra ở dạng tươi nên lượng sử dụng không

được nhiều, thường sử dụng làm thức ăn gia súc mà khả năng tiêu hóa không cao

[15] Việc bảo quản khó khăn của phụ phẩm này là cản trở chính cho việc sử dụng Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên chúng tôi quyết định nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia”

1.2 Mục đích và yêu cầu

1.2.1 Mục đích

- Xây dựng được quy trình sản xuất cao nấm men từ bã men bia

- Tạo ra được sản phẩm mới và giàu dinh dưỡng ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm

1.2.2 Yêu cầu

- Khảo sát và lựa chọn nguyên liệu

- Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu

- Nghiên cứu phương pháp loại bỏ chất đắng trong nấm men bia

- Nghiên cứu phương pháp và điều kiện thủy phân nấm men

- Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp sấy thu hồi sản phẩm cao nấm men

- Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

- Giúp sinh viên củng cố và hệ thống lại các kiến thức đã học và nghiên cứu khoa học

- Biết được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý và phân tích

số liệu, cách trình bài báo cáo khoa học

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đề xuất được quy trình sản xuất cao nấm men từ bã men bia, tạo ra sản phẩm

phục vụ đời sống và có ý nghĩa đặc biệt trong việc tận dụng phế phẩm của ngành công nghiệp sản xuất bia tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao, giảm thiểu ô nhiễm

và chi phí xử lý chất thải của nhà máy bia

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về bã men bia

2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc

Bã men bia là một phế phẩm thu được trong quá trình sản xuất bia, nằm lại trong thùng lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ Men bia có giá trị dinh dưỡng cao và chữa bệnh tốt [5]

Bã nấm men bia rất dễ xảy ra hiện tượng tự phân nên các nhà sản xuất thường tách nó ra khỏi dung dịch bia non để tránh gây mùi khó chịu cho bia Nấm men bia có màu kem lẫn các chấm nâu đen và được bảo quản ở nhiệt độ từ 2oC đến

5oC, thời gian bảo quản được tối đa là 4, quá thời gian trên sẽ xảy ra hiện tượng tự phân [2]

Nấm men bia dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống

Sacchromyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường

nước mạch nha như các loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ (các axit amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng qua màng tế bào Sau đó, hàng loạt các phản ứng hóa sinh mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hóa các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men

được tiến hành Nấm men bia là loài hô hấp yếm khí tùy tiện Nhiệt độ tối ưu cho

sinh trưởng và phát triển tối ưu cho đa số các chủng này là 25 - 30oC và ngừng hoạt

động ở nhiệt độ 40oC và tới 50 - 60oC thì nấm men bị chết [8, 10] Trong sản xuất bia người ta chia nấm men bia thành hai loại căn cứ vào tính chất thể hiện qua quá trình lên men bia: nấm men nổi và nấm men chìm

* Nấm men nổi

Nấm men thuộc loài Saccharomyces cerevisiae Loài này chỉ phát triển để tạo

quá trình lên men bia ở nhiêt độ tương đối cao ≥ 12 - 13oC Trong quá trình lên men,

tế bào của chúng lơ lửng trong dịch lên men và tập trung ở trên bề mặt dịch Sử dụng nấm men nổi đòi hỏi phải có kỹ thuật lọc mới có sản phẩm bia trong suốt vì tế bào nấm men lơ lửng trong dịch lên men ngay cả cuối thời kỳ lên men phụ Vì nấm men nổi lơ lửng trong toàn bộ khối dịch lên men nên tế bào nấm men có điều kiện tiếp xúc rộng lớn với môi trường, tác động lên khắp mọi nơi, xúc tiến quá trình lên men mạnh mẽ Chính vì khả năng này mà nấm men nổi hay được sử dụng trong công nghiệp sản xuất bia ngắn ngày (ở những cơ sở không có điều kiện lên men khuấy trộn) Men nổi có

enzym pyruvatoxydase, do vậy có thể sử dụng trực tiếp glucose vào quá trình hô hấp, cho nên có khả năng sinh trưởng và lên men nhanh [10]

* Nấm men chìm

Nấm men chìm thuộc loài S.carlsbergensis chứa các gen MEL Các gen này

tạo ra enzym ngoại bào là α - galactosidaza (melibiaza) có khả năng chuyển hóa

đường melibioza Loài này lên men ở nhiệt độ từ 7 - 15oC, khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị nên được tách khỏi bia bằng cách xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men [10]

2.1.2 Cấu tạo của tế bào nấm men

Tế bào nấm men có hình dạng kích thước đa dạng, phụ thuộc vào giống, loài

Tế bào nấm men thường có hình ovan hoặc hình cầu, khi nấm men già có hình ovan dài hoặc hình sợi Tùy thuộc vào chủng nấm men mà tế bào có kích thước khác nhau So với các vi sinh vật khác tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn:

đường kính khoảng 7µm và chiều dài từ 8 - 12µm [8]

Cấu tạo tế bào nấm men gồm có: thành tế bào, màng tế bào, tế bào chất, nhân, ribosom, ty thể, không bào, hạt glycogen và volutin

Hình 2.1: Cấu tạo tế bào nấm men

2.1.2.1 Thành tế bào

Thành tế bào nấm men dày khoảng 15 - 25nm, có độ bền chắc, có nhiều lỗ nhỏ li ti đường kính khoảng 3,6nm để chất dinh dưỡng có thể đi qua Trong thành tế bào có chứa 10% protein (tính theo khối lượng chất khô), trong số đó có một phần

là các enzym Trên thành tế bào còn thấy có một lượng lipit nhỏ [8, 10]

Thành tế bào được cấu tạo gồm có ba lớp: lớp trong cùng có cấu tạo từ β - glucan không tan trong kiềm, lớp giữa cấu tạo từ β - glucan hòa tan, lớp ngoài cùng

được cấu tạo từ mannanphophoryl, ngoài ra còn có kitin Mannan là hợp chất cao phân

tử của D - mananoza, rất phân nhánh Thường mannan liên kết với protein theo tỷ lệ 2:1 tạo thành hợp chất polyme peptidomannan - có vai trò trong việc kết lắng của nấm men vì có khả năng gắn với ion Ca2+ nhờ nhóm phophat hoặc nhóm cacboxyl Glucan

là hợp chất cao phân tử của D - glucoza có cấu trúc phân nhánh góp phần tạo nên độ cứng của thành tế bào Giữa lớp vỏ ngoài cùng và lớp giữa có chứa các enzym: invertaza, phophataza, protease, β - glucosidaza Kitin là hợp chất cao phân tử của N - acetylglucosamin rất bền vững, không bị phá hủy nên có tác dụng bảo vệ chồi khi chồi còn non Hàm lượng của chúng trong tế bào khoảng 1% [8, 10]

2.1.2.2 Màng nguyên sinh chất

Màng nguyên sinh chất nằm sát tế bào, chiều dày không quá 0,1nm, thành phần chủ yếu là protein, phospholipit, enzym permeaza [8] Đây là một màng bán thấm điều chỉnh sự thấm qua tế bào các chất dinh dưỡng cần thiết và có lợi cho tế bào (đường đơn giản, nitrogen, phosphorous ) đồng thời thải ra ngoài các chất cặn

bã (CO2, rượu, axit )

2.1.2.3 Nguyên sinh chất

Nguyên sinh chất là hệ keo được cấu tạo chủ yếu từ protein, hydratcacbon, lipit, chất khoáng, nước và các hợp chất khác nữa Nước trong tế bào chiếm tới 90%

ở dang tự do để hòa tan các chất trước khi tham gia các phản ứng trao đổi chất và

dạng liên kết Nguyên sinh chất thường có màu xám và có thể thay đổi trong quá trình sinh trưởng, phát triển của nấm men Lúc tế bào còn non, nguyên sinh chất tương đối đồng nhất, càng về già nguyên sinh chất càng không đồng nhất do xuất hiện nhiều không bào, các giọt chất béo, các hạt polyphosphat và lipit [8]

Nguyên sinh chất có nhiệm vụ hòa tan các chất dinh dưỡng và liên kết các cơ quan với nhau, là nơi xảy ra các phản ứng hóa nội bào

2.1.2.4 Nhân

Tế bào nấm men có nhân thật, nhân thường có hình bầu dục hoặc hình cầu Nhân tế bào nấm men được bao bọc bởi một vỏ có hai màng: màng phía trong có tác dụng giới hạn nhân, màng phía ngoài liên hệ mật thiết với mạng lưới nội chất Trong nhân chứa 16 đôi nhiễm sắc thể [8]

2.1.2.5 Mạng lưới nội chất

Ở nấm men mạng lưới nội chất có chiều dày khoảng 40 - 50µm [3, 10] Trên

bề mặt của chúng có định vị nhiều loại enzym khác nhau Mạng lưới nội chất có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các chất bên trong tế bào nấm men

2.1.2.6 Không bào

Trong mỗi tế bào nấm men có một hoặc nhiều không bào [8] Không bào có tính thẩm thấu cao, là nơi tích lũy các sản phẩm trao đổi chất trung gian, các enzym thủy phân, enzym oxy hóa - khử, các polyphosphat, lipit, các hợp chất trung gian của tế bào có phân tử lượng thấp và các ion kim loại [8, 4] Ngoài tác dụng của một kho dự trữ, không bào còn có chức năng điều hòa áp suất thẩm thấu của tế bào

2.1.2.7 Ty thể

Ty thể được xem như nhà máy cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động

Ty thể chứa nhiều enzym khác nhau như: oxydaza, xytocromoxydaza, peroxydaza, phosphataza, [10] Ty thể của nấm men có cấu tạo chủ yếu từ khoảng 30% chất béo và 60 - 70% protein, trong số protein này có khoảng 25 - 75% ở dạng protein cấu trúc [8]

2.1.2.8 Bộ máy golgi

Bộ máy golgi có vai trò trong việc đào thải các sản phẩm dị hóa và có liên quan đến quá trình sinh tổng hợp các bộ phận của thành tế bào

2.1.3 Sản lượng bia của Việt Nam hiện nay

Ở Việt Nam, trong dòng thức uống có cồn bia được tiêu thụ nhiều nhất,

chiếm khoảng 89% tổng doanh thu và 97% về khối lượng So với các nước trong khu vực như Thái Lan, Singapore Việt Nam có GDP bình quân đầu người thấp hơn nhiều nhưng mức tiêu thụ bia lại cao hơn Năm 2011, Việt Nam tiêu thụ 2,6 tỷ lít, Thái Lan 1,8 tỷ lít, Singapore 108 triệu lít [17]

Theo khảo sát của Vinaresearch (được tiến hành trong tháng 3/2012) về thói quen uống bia của Việt Nam, có 63,5% nam giới, gần gấp đôi nữ giới Độ tuổi từ 25-34 có tỷ lệ uống nhiều nhất (48,6%), tiếp đến là tuổi từ 20-24 (34,9%), từ 35 tuổi trở lên (11,6%), uống ít bia là độ tuổi 18-19 (4,8%) [17]

Kinh tế phát triển và dân số trẻ là điều kiện để phát triển ngành rượu bia Theo Quyết định số 2435/QĐ-BCT, ngày 21/05/2009 của Bộ Công thương phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành rượu bia - nước giải khát Việt Nam đến năm

2015, tầm nhìn xa đến năm 2025 thì đến 2010 sản xuất đạt 2,5 tỷ lít bia, 80 triệu lít

rượu công nghiệp Đến 2015 sản xuất đạt 4 tỷ lít bia, 188 triệu lít rượu công nghiệp,

đến năm 2025 sản lượng bia 6 tỷ lít và 440 triệu lít rượu [17]

Dự báo năm 2015, Việt Nam sẽ tiêu thụ khoảng 4 đến 4,4 tỷ lít bia, bình quân 45

đến 47 lít/người/năm, các nhà đầu tư sản xuất bia vẫn đang tăng tốc để đáp ứng nhu cầu

của thị trường Hiện nay bình quân đầu người uống 30 lít bia/năm, các nhà đầu tư kỳ vọng con số này sẽ tăng lên 60 đến 70 lít bia/năm trong thời gian tới [17]

Việt Nam có hơn 400 nhà máy bia Những tỉnh, thành phố tập trung năng lực sản xuất bia là TP HCM chiếm 23% tổng năng lực sản xuất, TP Hà Nội: 13,44%,

TP Hải Phòng: 7,47%, Hà Tây: 6,1%, Tiền Giang: 3,79%

2.1.4 Thành phần hóa học của bã men bia

Bã men bia chứa nhiều thành phần các chất, trong đó hàm lượng protein chiếm tỷ

lệ cao nhất, tiếp đến là các chất hòa tan không chứa nitơ, thành phần bã men chia được nhiều nghiên cứu xác định từ năm 1963, cụ thể được trình bày ở các bảng dưới đây

Bảng 2.1: Theo Densikow M.T (1963), trung bình trong nấm men chưa ép chứa (%) [6]

Bảng 2.2: Theo Uxtra (dẫn liệu từ Densikow M.T, 1963)

chất khô của nấm men bia thành phần như sau (%) [6]

Chất hòa tan không chứa nitơ 30 – 25

Năng lượng tính bằng cal/g 4560 – 4840

Men bia có phức hợp vitamin nhóm B (B3, B4, B5, B7) vitamin E, vitamin H, axit amin (vitamin PP), axit panthonic, biotin, inozit, yếu tố Z và hàng loạt các nhân

tố hoocmon, tiền vitamin D (ecgoterin) và các chất sinh trưởng (biot I, biot II) [6]

Bảng 2.3: Hàm lượng vitamin của nấm men bia sấy khô [21]

Thiamice (B1) 50 - 360 Riboflavin (B2) 36 - 42 Niacin (B3) 320 - 1000 Pyridoxine (B6) 25 - 100 Folic axit (B9) 15 - 80 Pantothenate (B5) 100

p-amino-benzoic axit (Bx) 9 - 102

Inositol (B8) 2700 - 5000 Nấm men bia có nhiều vitamin và glutation hơn nấm men bánh mì Glutation

là yếu tố điều chỉnh quá trình oxy hóa khử của hàng loạt các chất khác giúp cho việc bình thường hóa sự trao đổi chất trong cơ thể sống Do đó, nấm men bia giúp

bổ sung các chất dinh dưỡng có giá trị đặc biệt, thúc đẩy việc sử dụng các chất dinh dưỡng khác Dựa trên cơ sở đó khi cho nấm men bia vào khẩu phần thức ăn của gia cầm, lợn con và trâu bò non có tác dụng rất tốt [8, 21]

Protein cùng các chất chứa nitơ khác chiếm 50 - 70% vật chất khô của nấm men bia, 90% tổng lượng nitơ nằm trong protein thực sự Khoảng 10% tổng lượng nitơ đó của men bia thuộc về các axit amin (leucine, tyrosine ) Trong tro của nấm men bia chứa khoảng 50% H3PO4, 30% K, cũng như Ca, Mg và các chất khác Mặt khác, trong các chất hữa cơ của tế bào nấm men thì protein là thành phần có giá trị nhất Tính chất protein của nấm men gần giống như protein nguồn gốc động vật

Protein của nấm men bia chứa khoảng 20 axit amin, trong đó có đủ các axit amin thiết yếu [8]

Bảng 2.4: Hàm lượng các axit amin trong nấm men [7]

Các axit amin Men bia (%) Men bánh mì (%)

Chất khoáng chiếm 5 - 11%, có vai trò quan trọng trong hoạt động của nấm men, đặc biệt là phospho có thành phần phosphatide, nucleoprotein Ngoài ra, trong

tế bào nấm men còn chứa các ion kali, magie, sắt, lưu huỳnh và axit silicic [10]

2.1.5 Các hướng tận dụng bã men bia

Men bia đã được ứng dụng trong trị liệu y học vào khoảng 400 trăm năm trước công nguyên tại Ai Cập cổ đại do bác sĩ Hippokretes tiến hành Như vậy ta có thể thấy được sử dụng men bia trong việc trị liệu đã có từ rất xa xưa [5]

Tại Nhật Bản, vào năm 1930, lần đầu tiên bánh men bia cô đặc xuất hiện trên thị trường dưới dạng men khô Khi đó, men được cô đặc trong nhiệt độ không vượt quá 40oC Hay nói cách khác, men khô lúc đó sẽ lên chuyển hóa thành chất đường glucose và có khả năng chế biến rượu Tuy nhiên, sau đó người ta thấy rằng so với nấm men bia tươi hoặc men bia sấy khô dưới nhiệt độ thấp, men bia được sấy ở nhiệt độ cao (trên 100oC) cho hiệu quả cao hơn về vitamin cũng như các axit amin

và dần dần men bia được chế biến có dạng cô đặc như ngày nay [18]

Sau đó, men bia được sản xuất với số lượng lớn càng ngày càng nhiều, ngành bia cũng phát triển, kéo theo công tác nghiên cứu ứng dụng men bia một cách có hiệu quả cũng phát triển theo và xuất hiện kỹ thuật chiết men bia

Những thập niên gần đây nấm men được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: sản xuất rượu, bia; sản xuất men bánh mỳ; sản xuất chế phẩm enzym; sản xuất protein đơn bào; sản xuất dược phẩm; sản xuất thực phẩm dinh dưỡng; sản xuất thức ăn gia súc Với hàm lượng cao về protein cùng những chất có giá trị như: vitamin và các chất khoáng, nấm men đóng vai trò quan trọng như là nguồn bổ sung các chất dinh dưỡng có giá trị vào thức ăn cho người và gia súc [2] Những sản phẩm chế biến từ nấm men cũng được ứng dụng rộng rãi trong y dược do đó có thể tăng cường sức khỏe cho con người, tăng khả năng chịu đựng và chống đỡ các bệnh truyền nhiễm, giảm sự mệt nhọc khi làm việc quá sức [5] Ngoài

ra nấm men là một nguồn cung cấp protein đáng kể cho sản phẩm bột dinh dưỡng trẻ em, góp phần khắc phục tình trạng thiếu protein và năng lượng trường diễn ra ở trẻ nhỏ [10]

Trong công nghiệp thực phẩm, nấm men được sử dụng trong công nghiệp sản xuất bia, rượu, để tăng cường mùi vị, giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm

Người ta cũng dùng nấm men để điều trị một số bệnh thiếu chất dinh dưỡng hoặc bệnh phá hoại cân bằng trao đổi chất trong cơ thể Đặc biệt nếu chiếu các tia tử ngoại vào nấm men sẽ thu được vitamin D - có tác dụng để ngăn chặn bệnh còi

xương ở trẻ em Một số phân tích cho biết trong mỗi gam nấm men khô đã chiếu tia

tử ngoại thường chứa 10.000 - 20.000 IU vitamin D [4]

Vào khoảng thế kỷ thứ XV, XVI mặc dù người ta nhận thấy rằng bia đục chưa qua lọc có tác dụng tốt đối với cơ thể con người, nhưng men bia vẫn không

được sử dụng một cách rộng rãi Nguyên nhân có thể là do men bia có dạng sánh

lỏng, dễ bị thối hỏng và rất khó sử dụng Một phần có thể là do trước đây chưa có

kỹ thuật sấy khô men bia với khối lượng lớn

Nấm men còn được dùng để sản xuất các chế phẩm trong công nghiệp dược

và hóa chất như: vitamin, enzym, axit nucleic, glutation, các dịch protein hòa tan, các dịch nước chiết xuất nấm men [5] Đây là những chế phẩm có vai trò quan trọng, không những phục vụ cho mục đích nâng cao sức khỏe của con người mà còn

là nguồn nguyên liệu thiết yếu trong ngành Công nghệ sinh học

2.2 Tổng quan về cao nấm men

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Theo Food Chemical Codex định nghĩa: Cao nấm men là sản phẩm chứa các thành phần hòa tan của nấm men, mà chủ yếu là axit amin, đoạn peptit, carbonhydrate

và muối Cao nấm men được tạo ra do quá trình thủy phân các chuỗi peptit nhờ các enzym của chính tế bào nấm men hay enzym thực phẩm được thêm vào

Như vậy cao nấm men là nội bào của tế bào nấm men Chúng gồm tế bào chất, nhân tế bào và các cơ quan tế bào và thường rất giàu axit amin, vitamin (vitamin B, Glutathione), cacbonhydrat và muối Chúng được sử dụng chủ yếu để tạo ra hương vị ngon miệng tự nhiên trong ngành Thực phẩm và các chất dinh dưỡng cho việc nuôi vi khuẩn trong ngành Dược phẩm Cao nấm men có nhiều dạng khác nhau như dạng sệt hoặt dạng bột

Năm 1960, Kunikawa khám phá ra 5’GMP (Guanosine mono phosphate) có khả năng kích thích vị giác Vì nấm men chứa rất nhiều RNA, mà RNA lại rất giàu 5’GMP, nên những nhà sản xuất cao nấm men đã bắt đầu nghiên cứu cách cắt RNA nấm men thành đoạn nucleotide có chứa 5’GMP Năm 1974, sản phẩm cao nấm men chứa 5’GMP thương mại đầu tiên đã được sản xuất với quy mô công nghiệp Ngày nay, cao nấm men chứa 2 loại nucleotide tạo mùi vị tự nhiên: 5’GMP, 5’IMP (Inosine mono phosphate) Cao nấm men với những nucleotide có rất nhiều ứng dụng trong thực phẩm, đặc biệt như là một số chất tạo hương vị trong súp, nước chấm, snack, và thực phẩm ăn liền Với tính năng làm tăng mùi vị nó giúp làm giảm lượng muối cần thiết trong lĩnh vực thực phẩm, điều này rất phù hợp với xu hướng

sản xuất thực phẩm tốt cho sức khỏe ít natri hiện nay Hơn nữa cao nấm men chứa nucleotide tự nhiên còn có thể làm tăng hương vị và kích thích khẩu vị của những dạng thực phẩm ít béo

Bản chất của quá trình sản xuất cao nấm men chính là quá tình thủy phân nấm men bánh mì hay phế liệu nấm men bia thành một hỗn hợp các chất như axit amin, nucleotit, chuỗi peptit, protein, đường, vitamin và các hợp chất có hương vị thơm ngon Do đó, giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất cao nấm men chính là giai đoạn phá vỡ vách tế bào nấm men Ngày nay tế bào nấm men được phá

vỡ bằng phương pháp hóa học, phương pháp sử dụng enzym hay cho nấm men tự phân trong môi trường nước

Bã nấm men được tiến hành nghiên cứu và sử dụng ở Việt Nam từ vài năm trở lại đây, song song với sự phát triển của ngành thực phẩm đồ uống Và hiện nay trở thành một sản phẩm được quan tâm mang lại hiệu quả kinh tế cao Sản lượng bia nước ta không ngừng tăng Năm 2010, sản lượng bia là 3,0 tỷ lít với 30 triệu tấn sinh khối nấm men thải ra [1, 15] Nước ta tiến hành nghiên cứu thành công rất nhiều đề tài về tận dụng nguồn bã men bia để sản xuất thức ăn cho gia súc

Năm 2003, tác giả Phạm Thu Hà, Nguyễn Thị Thu Vinh tiến hành nghiên

cứu đề tài “Nghiên cứu tận dụng nguồn nấm men bia dư thừa để sản xuất men chiết

xuất làm gia vị thực phẩm” [4]

Năm 2008 Viện Chăn Nuôi đã nghiên cứu thành công đề tài: “Chế biến nấm

men từ phế phụ phẩm sản xuất bia làm nguyên liệu thức ăn chăn nuôi” Sản phẩm

sấy phun ở dạng bột có chất lượng cao, hàm lượng protein 47 - 48% với sự có mặt

đầy đủ của các axit amin không thay thế [2]

Năm 2007, Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Hà Nội (Sở KH&CN Hà Nội) đã nghiên cứu thành công đề tài (mã số DL/09 - 2006 - 2):

“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy phun để thiết kế chế tạo thiết bị sản xuất bột đậu nành uống liền và bột nấm men giàu protein và khoáng chất”, do thạc sĩ Nguyễn

Phương chủ trì Sau sấy phun thu được sản phẩm bột nấm có hàm lượng protein 47,5%

và khoáng chất 6% [12] Bước đầu tạo ra bột nấm men giàu protein và khoáng chất có chất lượng cao từ bã nấm men bia sử dụng làm thức ăn cho người

Những thành tựu đạt được trong nghiên cứu là rất đáng kể nhưng bên cạnh

đó còn tồn tại nhiều hạn chế cần khắc phục để tạo bước tiến mạnh mẽ trong thời

gian tới Đó là ngành chưa có sự quy hoạch phát triển toàn diện Hiện tượng các cơ

sở thu mua bã nấm men tự phát phát triển mạnh, không kiểm soát được vùng

nguyên liệu lấy sinh khối nấm men, khó xác định được nguồn gốc và không lấy

được lòng tin của nhà sản xuất bia để họ bán lại lượng nấm men dư thừa Các

phương pháp xử lý bã nấm men hay cách xử lý nguồn nguyên liệu quý này chưa

được hợp lý, hơn 90% là dùng tươi, làm giảm giá trị và lãng phí Công nghiệp chế

biến vừa yếu vừa thiếu, quy mô sản xuất nhỏ lẻ, chưa áp dụng được sản xuất trên quy mô công nghiệp Những nguyên nhân đó đã khiến ngành Sản xuất bột nấm men không đủ mạnh để cạnh tranh với các ngành Sản xuất bột dinh dưỡng tương tự như bã đậu tương, khô dầu, cám gạo và cũng không đủ mạnh để cạnh tranh với các sản phẩm cùng loại của các nước trên thế giới

Khó khăn còn nhiều nhưng việc tận thu bã men bia sẽ từng bước tháo gỡ, hứa hẹn mang lại nguồn doanh thu lớn cho quốc gia và cho nhà sản xuất, giải quyết

được vấn đề thiếu hụt protein hiện nay và vấn đề ô nhiễm môi trường

Để góp phần khắc phục được các hạn hiện nay, Trung tâm Công nghệ Sinh

học và Công nghệ Thực phẩm tiến hành nghiên cứu tạo sản phẩm chất lượng cao từ

bã men bia, đóng góp vào nghiên cứu đó chúng tôi thực hiện nghiên cứu đề tài

nhánh “Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia”

2.2.2 Tình hình nghiên cứu cao nấm men trên thế giới

Cao nấm men là một mặt hàng thương mại quan trọng trên thị trường quốc

tế Trên thế giới hiện nay có khoảng 20 nước tận thu ngồn sinh khối nấm men bia và giá trị hàng hóa xuất khẩu hàng trăm triệu USD [4] Trong đó phải kể đến Nhật,

Đức, Braxin, Đan Mạch Riêng ở Nhật Bản, từ những năm 30 của thế XX, người

ta đã sản xuất bánh men khô từ nấm men bia dư thừa bằng phương pháp sấy Sau

đó, sản xuất các sản phẩm từ men bia ngày càng phát triển cả về sản lượng cũng

như chất lượng [4, 5]

Ở Mỹ, năm 1946 mới tổ chức sản xuất sinh khối nấm men và đến nay nhiều

nước trên thế giới đã tổ chức sản xuất loại chế phẩm này, chủ yếu làm thức ăn chăn nuôi và có thể tách tinh sạch protein dùng trong dinh dưỡng người - làm thức ăn nhân tạo hoặc bổ sung vào các nguồn chế biến thực phẩm [8]

Đến nay đã có rất nhiều cải tiến trong việc sản xuất cao nấm men cùng với

sự ra đời của các nhà máy khác trên thế giới Có thể kể tên một số nhà máy sản xuất cao nấm men chính như: công ty Grains (Anh), Fould - Spinger (Pháp), Gist - Brocades (Newzealand), Nestlé (Thụy Sĩ), công ty hóa chất Stauffer, công ty Universal Foods (Mỹ) với các sản phẩm thương mại là: Amberex Barmene, Gistex Maggi, Tureen, Yeatex và Zyest [22, 23]

2.2.3 Thành phần hóa học của cao mấn men

Theo Eurasyp, các thành phần chính của cao nấm men gồm: (tính theo vật chất khô), (men bánh mì)

Prorein chiếm 50 - 70%

Đạm amin: 3 - 5,2%

Carbohydrate tổng số: 4 - 13%

Lipit: tồn tại với hàm lượng thấp

Muối: có hoặc không có tùy vào mục đích sử dụng

Bảng 2.5 Thành phần axit amin trong cao nấm men (%) [18]

Bảng 2.6 Thành phần vitamin trong cao nấm men (µg/g) [18]

2.2.4 Ứng dụng của cao nấm men

2.2.4.1 Làm thức ăn chăn nuôi

Viện Chăn nuôi đã nghiên cứu thành công chế biến nấm men thải của quá trình sản xuất bia ở Việt Nam thành dạng bột có chất lượng cao, hàm lượng protein 47 - 48% với sự có mặt đầy đủ của các loại axit amin không thay thế [15] Đây được coi như là nguồn thức ăn giàu đạm để bổ sung vào khẩu phần thức ăn cho chăn nuôi

2.2.4.2 Chế biến làm thực phẩm bổ sung protein và vitamin

Cơ thể người và động vật thường xuyên đòi hỏi cung cấp các chất dinh dưỡng có trong thức ăn để có thể tiến hành trao đổi chất, trước hết nhằm duy trì sự sống, tăng cường sinh trưởng và phát triển Thức ăn ngoài nước còn gồm các nhóm chất: protein, chất béo, gluxit, vitamin, muối khoáng, các chất gia vị, trong đó thành phần quan trọng là protein

2.2.4.3 Nguyên liệu trong ngành sản xuất gia vị

Trong thành phần của cao nấm men rất giàu các axit amin, nucleotit, peptit, vitamin (đặc biệt là vitamin nhóm B) các hợp chất tạo hương [21] Vì vậy dùng làm chất tạo hương cho một số sản phẩm thực phẩm như súp, nước thịt, thức ăn nhanh

và các sản phẩm chế biến từ thịt Trên thị trường, sản phẩm nấm men thủy phân

được xếp vào nhóm protein thủy phân thực vật (HVP) - đó là một phụ gia được sử

dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp gia vị sau mì chính [9] Đặc biệt ở Nhật, các sản phẩm tăng lực như viên đạm được sản xuất và tiêu thụ nhiều Sử dụng viên đạm

để nấu các bữa ăn nhanh hay sử dụng các chất gia vị chế biến sẵn có nhiều tiện ích

như tiết kiệm được thời gian, tái tạo năng lượng nhanh, không sợ béo phì

2.2.5.4 Bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh

Cao nấm men còn là nguồn bổ sung các chất dinh dưỡng cho môi trường nuôi cấy vi sinh vì cao nấm men rất giàu đạm, vitamin và các hợp chất kích thích sinh trưởng Do đó nó được sử dụng như là một thành phần của môi trường nuôi cấy

vi sinh và thường dùng nuôi cấy các vi sinh vật sản xuất kháng sinh, dược phẩm, vitamin, axit hữa cơ và probiotic

Ngoài ra, nó còn được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, phục vụ cho ngành Dược, nguyên liệu trong mỹ phẩm, sản phẩm dinh dưỡng cho thực vật

2.3 Tổng quan về phương pháp sấy

Sấy là một quá trình công nghệ mà ẩm trong vật liệu sấy nhận được năng lượng dịch chuyển từ trong lòng bề mặt ngoài của vật liệu sấy và sau đó là từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Quá trình các phân tử ẩm nhận được nhiệt lượng để di chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và từ bề mặt đi vào không gian tác nhân sấy bao quanh để thải vào môi trường là hai quá trình quan trọng và ảnh hưởng lẫn nhau trong công nghệ sấy [12, 16]

2.3.1 Khái niệm

Sấy phun là một trong những phương pháp sấy đối lưu, tác nhân sấy thường

là không khí hay là một khí khác như nitơ Tác nhân sấy vừa làm nhiệm vụ gia nhiệt cho nguyên liệu sấy vừa làm nhiệm vụ thải ẩm vào môi trường [12, 16]

Công nghệ sấy phun là công nghệ duy nhất có thể biến đổi trực tiếp nguyên liệu ở dạng lỏng thành sản phẩm khô dạng bột, bằng cách phun nguyên liệu vào môi trường không khí nóng Nguyên liệu sấy có thể ở dạng dung dịch hòa tan, huyền phù, bột nhão, chất sền sệt hay vữa Sản phẩm khô có thể ở dạng bột mịn, dạng hạt hay khối kết tụ tùy thuộc vào tính chất lý hóa của nguyên liệu vào điều kiện vận hành Ngày nay, sấy phun

được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhất là các ngành Hóa chất,

Dược phẩm, Thực phẩm nhờ những ưu điểm nổi bât như:

+ Dải công suất thiết bị rất rộng, phạm vi tốc độ cấp liệu lớn, thời gian sấy ngắn + Nguyên liệu sấy đa dạng, sản phẩm có thể ở dạng bột mịn, dạng hạt, khối kết tụ Chất lượng sản phẩm giữ nguyên không đổi trong thời gian di chuyển trong máy sấy

+ Phạm vi ứng dụng rộng, có thể ứng dụng trong nhiều ngành Công nghệ chế biến + Kết cấu đa dạng, có thể dùng để thu được các đặc tính sản phẩm khác nhau + Có thể ứng dụng cả sản phẩm chịu nhiệt hay nhạy cảm với nhiệt

+ Quá trình diễn ra liên tục và có khả năng tự động hóa cao

+ Nguy cơ ăn mòn thấp do nguyên liệu không tiếp xúc với bề mặt kim loại cho tới khi sấy khô

Bên cạnh đó sấy phun có một số nhược điểm như:

+ Hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp so với các phương pháp sấy khác

+ Chi phí đầu tư khá cao

+ Sản phẩm có thể bị biến chất mùi vị, mất hương vị, màu sắc khi chế độ sấy không phù hợp

+ Phải thường xuyên vệ sinh, bảo dưỡng thiết bị

2.3.2 Cấu tạo hệ thống sấy phun [12, 16]

Hình 2.2: Máy sấy phun

2.3.2.1 Hệ thống cấp liệu

Hệ thống cấp liệu gồm: thùng chứa liệu, bộ phận lọc, bơm cấp liệu, vòi phun

sương Trong quá trình hoạt động của hệ thống sấy phun thì bơm cấp liệu và vòi phun sương giữ một vai trò rất quan trọng vì chúng là nhân tố quyết định đến sự phân bố và đường kính của hạt trong buồng sấy

Thùng chứa liệu: dùng để chứa vật liệu sấy sau khi xử lý, chế biến Do sấy

thực phẩm cho nên yêu cầu chọn các vật liệu không gỉ

Bộ phận lọc: có nhiệm vụ chọn lọc và loại bỏ các tạp chất, các hạt liệu có

kích thước lớn có thể ảnh hưởng đến quá trình sấy, chất lượng của sản phẩm, các tạp chất này có thể làm tắc đường ống dẫn liệu hoặc vòi phun

Bơm cấp liệu: có nhiệm vụ tiếp liệu vào buồng sấy thông qua vòi phun sương

Vòi phun sương: đóng vai trò quan trọng với mục đích biến vật liệu lỏng

thành dạng hạt nhỏ, mịn Nó giúp đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt, trao đổi chất trong buồng sấy diễn ra tốt

2.3.2.2 Hệ thống cung cấp không khí [12, 16]

Hệ thống cung cấp không khí cho quá trình sấy bao gồm: bộ lọc, quạt, bộ gia nhiệt

Bộ lọc: đóng vai trò quan trọng giúp loại bỏ các tạp chất, bụi bẩn lẫn trong

không khí vào buồng sấy có thế ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm sấy

Bộ gia nhiệt: làm nhiệm vụ nung nóng không khí theo cách trực tiếp hoặc

gián tiếp, nguồn hơi nóng có thể là săng, dầu, khí đốt

Quạt: làm nhiệm vụ đưa không khí qua bộ gia nhiệt, bộ phận phân phối

không khí vào buồng sấy Loại quạt thường sử dụng là quạt ly tâm

2.3.2.3 Buồng sấy

Là bộ phận trung tâm của hệ thống sấy phun Nhiệm vụ của nó là cung cấp không gian và thời gian lưu trú của hạt sản phẩm sấy đạt được chất lượng cũng như độ ẩm yêu cầu Theo chiều chuyển động của nguyên liệu sấy và tác nhân sấy, buồng sấy được thiết kế

đa dạng: buồng sấy cùng chiều, buồng sấy ngược chiều, buồng sấy hỗn hợp

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy phun

Quá trình hoạt động của hệ thống sấy phun là một quá trình liên tục từ khâu cấp liệu tới khâu thu hồi sản hẩm Ở khâu cấp liệu: nguyên liệu sấy sau khi sơ chế

được chứa trong thùng chứa liệu, sau đó nguyên liệu qua thiết bị lọc, ở đây nguyên

liệu được lọc tinh để loại bỏ phần tử có kích thước chưa đạt yêu cầu tránh làm tắc thiết bị phun sương Nguyên liệu sau đó được bơm tới thiết bị phun sương, ở đây nguyên liệu được xé tơi thành các hạt nhỏ có kích thước từ vài chục tới vài trăm micromet Những hạt bụi vô cùng nhỏ này được phun trực tiếp vào buồng sấy

Ở khâu cấp không khí (Cấp khí): không khí từ môi trường qua miệng hút tới

thiết bị lọc để lọc sạch bụi bẩn (vì không khí tiếp xúc trực tiếp và hòa trộn với nguyên liệu sấy do đó nếu không được làm sạch sẽ ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm) Quạt đưa qua không khí đã được làm sạch qua bộ phận gia nhiệt, không khí

được gia nhiệt và đi vào buồng sấy [12, 16]

Trong buồn sấy (Buồng sấy): không khí nóng tiếp xúc trực tiếp với nguyên

liệu sấy và sảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa nguyên liệu sấy và không khí nóng Nhiệt độ của các hạt nguyên liệu nhanh chóng tăng lên tới nhiệt độ nhiệt kế ướt và

ẩm trong hạt bắt đầu bay hơi, quá trình bay hơi bắt đầu từ bề mặt, sau đó từ bên

trong hạt khuếch tan ra bề mặt và bay hơi vào không khí Tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ, có thể điều chỉnh độ ẩm của sản phẩm ra khỏi buồng sấy [12, 16]

Thu hồi sản phẩm và bài khí (Thu hồi sản phẩm): một phần sản phẩm khô sẽ

rơi xuống đáy của buồng sấy Phần sản phẩm được bay theo tác nhân sấy tới cyclon

được thu hồi còn lại không khí ẩm được thải ra ngoài môi trường Tuy nhiên, vẫn có

một phần sản phẩm không thể thu hồi được do bám vào thành buồng sấy hoặc đi theo khí thải, đây cũng là những nhược điểm của sấy phun [12, 16]

2.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống sấy phun

2.3.4.1 Ảnh hưởng của tốc độ cấp liệu

Tốc độ cấp liệu vào máy sấy được dùng để điều khiển nhiệt độ tác nhân sấy

ra và giữ nó ở một giá trị nhất định nhằm khống chế độ ẩm cúa sản phẩm Khi nhiệt

độ tác nhân sấy vào tăng cao, tốc độ cấp liệu cần tăng cao hơn để giảm nhiệt độ tác

nhân ra Tăng tốc độ cấp liệu vào trong khi giữ nguyên điều kiện sấy và phun sương làm tăng cỡ hạt và tăng khối lượng riêng của sản phẩm khô ra [12, 16]

2.3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nguyên liệu

Tăng nhiệt độ nguyên liệu nhằm làm giảm độ nhớt sẽ có ảnh hưởng tới tính chất của sản phẩm khô Với chất lỏng có độ nhớt thấp ở điều kiện nhiệt độ phòng,

ảnh hưởng của tăng nhiệt độ nguyên liệu có thể bỏ qua Tăng nhiệt độ của nguyên

liệu sẽ giảm tổng lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình bay hơi, tuy nhiên lượng nhiệt của nguyên liệu vẫn còn nhỏ hơn so với lượng nhiệt yêu cầu [12, 16]

2.3.4.3 Ảnh hưởng của cỡ miệng phun

Chọn cỡ miệng phun phụ thuộc vào lưu lượng cấp dung dịch và cỡ hạt mong

muốn Để nhận lượng các hạt cỡ mịn, với một lưu lượng nhất định thì phải cần một miệng phun nhỏ, đối với cỡ hạt lớn hơn cần sử dụng miệng phun lớn hoặc tăng áp suất vòi phun để nhận được các hạt mịn hơn [12, 16]

2.3.4.4 Ảnh hưởng của độ nhớt

Khả năng tạo sương của một chất lỏng phụ thuộc rất lớn vào độ nhớt chất lỏng tại vòi phun Khi độ nhớt quá cao, chất lỏng phun ra có xu hướng hình thành các hạt có hình dạng sợi dây Cách đơn giản nhất để giảm độ nhớt là thêm nước vào dung dịch, nhưng điều này làm giảm đột ngột năng suất máy sấy Cách hiệu quả hơn để giảm độ

nhớt là tăng nhiệt độ của dung dịch, điều này đồng thời làm tăng năng suất máy sấy do

phải cung cấp ít nhiệt hơn để dễ nâng nhiệt độ của hạt phun [12, 16]

3.3.4.5 Ảnh hưởng của sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt ảnh hưởng tới hoạt động của phun sương và sấy do đó ảnh hưởng tới tính chất của sản phẩm sấy khô Những nguyên liệu sức căng bề mặt thấp

sẽ tạo ra những hạt phun nhỏ hơn, dòng phun chứa tỷ lệ nhiều hạt mịn và độ phân tán cỡ hạt có xu hướng rộng hơn Sức căng bề mặt lớn sẽ tạo ra cỡ hạt lớn hơn và độ phân tán cỡ hạt có xu hướng hẹp hơn [12, 16]

2.3.4.6 Ảnh hưởng của áp lực vòi phun

Áp lực vòi phun có ảnh hưởng rất lớn tới cỡ hạt sản phẩm bột Nếu muốn

sản phẩm bột có cỡ hạt lớn hơn cần sử dụng áp lực vòi phun thấp hơn, nếu muốn cỡ hạt mịn hơn thì cần áp lực vòi phun cao hơn [12, 16]

2.3.4.7 Ảnh hưởng của hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu

Tăng hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu sẽ làm tăng cỡ hạt của sản phẩm khô Ở điều kiện nhiệt độ sấy và tốc độ cấp liệu không đổi, nếu tăng hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu thì tải bay hơi sẽ giảm và kết quả là sản phẩm bột có hàm lượng ẩm thấp hơn Quá trình bay hơi quá nhanh có khả năng tạo thành tạo thành các hạt khô rỗng và khối lượng riêng tổng sẽ nhỏ hơn [12, 16]

2.3.4.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy khi vào thiết bị [16]

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phụ thuộc vào đặc tính sấy của mỗi loại sản

phẩm Đối với những hạt có xu hướng nở ra trong khi sấy, khi tăng nhiệt độ sấy khối lượng riêng sẽ giảm Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá mức, quá trình bay hơi nhanh làm các hạt bị phồng, nứt vỡ hoặc tan ra, kết quả là các mảnh vụn kết tụ thành bột có khối lượng riêng cao hơn Nhiệt độ tác nhân sấy vào cũng ảnh hưởng

đến độ ẩm của bột do sự thay đổi độ ẩm của tác nhân sấy ra Nhiệt độ sấy cao sẽ cải

thiện được hiệu suất nhiệt của quá trình sấy, tuy nhiên có 3 yếu tố làm hạn chế nhiệt

độ tác nhân sấy vào:

- Sản phẩm có thể bị biến dạng do cháy xém, thay đổi màu sắc và hương vị

- Tính hút ẩm của bột: nhiệt độ sấy càng cao thì nước bay hơi càng nhiều làm

độ ẩm trong buồng sấy cao gây nên hiện tượng kết tụ trong buồng sấy

- Nhiệt độ bắt lửa của bột: bột có thể bắt lửa và cháy khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bắt lửa của nó

2.3.4.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy khi ra khỏi thiết bị

Nhiệt độ của tác nhân sấy có ảnh hưởng lớn tới độ ẩm trong bột, khi nhiệt

độ tác nhân ra thấp thì độ ẩm của bột tăng lên Nhiệt độ ra được điều khiển bằng

cách điều chỉnh tốc độ ra giảm xuống Nếu như nguyên liệu được cấp vào không tương xứng thì nhiệt độ không khí ra không giảm xuống [16]

2.3.4.10 Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường

Khi sấy phun loại bột có tính hút ẩm cao, sự thay đổi độ ẩm môi trường do

thay đổi mùa, thậm chí qua cơn mưa có ảnh hưởng rất lớn đến hiện tượng bám dính trong buồng sấy Nếu độ ẩm môi trường thấp, buồng sấy thường sạch sẽ nhưng khi nhiệt ẩm cao có thế dẫn đến sự cô đọng và đóng thành tảng trong buồng sấy [16]

2.3.4.11 Ảnh hưởng của vận tốc tiếp xúc giữa không khí và dòng phun

Tăng tốc độ tiếp xúc giữa không khí và dòng phun sẽ tăng quá trình hòa trộn

và do đó làm tăng tốc độ trao đổi nhiệt và trao đổi chất Tuy nhiên với tốc độ sấy cao, các hạt có thể bị bóp méo hình dạng, nứt vỡ, phân hủy hoặc kết tụ lại khi va chạm với các hạt khác trong dòng chuyển động hỗn loạn Khi tăng vận tốc thì thời gian sẽ ngắn hơn và các hạt sản phẩm khô có hình dạng không đồng đều Sự thay

đổi khối lượng riêng rất khác nhau tùy theo mỗi sản phẩm và không có quy luật

chung [16]

2.3.4 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm

Tất cả sản phẩm đều chịu thay đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó Yêu cầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hư hại trong quá trình sấy, bảo quản, đổng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưu nhất

Xét về mặt bản chất, trong những thay đổi trong quá trình sấy có thể chia ra:

- Những thay đổi lý học: sứt mẻ, gãy vỡ

- Những thay đổi hóa lý: trạng thái tính chất của những keo cao phân tử bị thay đổi

- Những thay đổi hóa sinh: do sự oxy hóa của chất béo, phản ứng sẫm màu phi enzym, phản ứng enzym

- Những thay đổi do vi sinh vật

- Những thay đổi đó đã làm thay đổi cấu trúc, mùi vị, màu sắc, giá trị dinh dưỡng và có ảnh hưởng đến tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy

2.3.4.1 Ảnh hưởng đến cấu trúc

Thay đổi về cấu trúc của các loại thực phẩm rắn là một trong những nguyên nhân quan trọng làm giảm chất lượng sản phẩm Các sản phẩm khác nhau có sự dao

động đáng kể về mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nước trở lại Sấy nhanh với

nhiệt độ cao có thể làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với sấy với tốc độ vừa phải ở nhiệt độ thấp

Trong quá trình sấy, các chất hòa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra bên ngoài của sản phẩm Quá trình bay hơi nước làm cô đặc các chất hòa tan ở bề mặt kết hợp với nhiệt độ cao của không khí gây ra các phản ứng lý hóa phức tạp của các chất tan ở bề mặt và hình thành nên lớp vỏ cứng không thấm được Hiện tượng này gọi là hiện tượng “cứng vỏ” (case hardening), làm giảm tốc độ sấy làm cho sản phẩm có bề mặt khô, nhưng bên trong thì ẩm Vì vậy cần kiểm soát điều kiện sấy để tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề ngoài mặt sản phẩm

Với những nguyên liệu giàu protein như nấm men, sấy có thể làm thay đổi thuận nghịch hoặc không thuận nghịch cấu trúc không gian ban đầu của protein, thủy phân liên kết peptit, làm biến đổi các gốc ngoại R của axit amin làm ngưng tụ protein với các chất khác Sự biến đổi các gốc ngoại R của axit amin và các phản ứng ngưng tụ có thể làm giảm giá trị dinh dưỡng của protein Tuy nhiên sự biến tính protein là có lợi khi phá hủy các enzym oxy hóa gây sẫm màu hoặc các enzym phân hủy vitamin Nhiều protein sẽ dễ dàng tiêu hóa hơn sau khi xử lý nhiệt ở mức vừa phải [1]

2.3.4.2 Ảnh hưởng đến mùi vị

Nhiệt làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn các sản phẩm sấy bị giảm mùi vị [11] Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ

ẩm của sản phẩm, áp suất hơi nước và độ hòa tan của các chất bay hơi trong hơi nước

Những sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhờ vào những đặc tính mùi vị (gia vị ) cần

được sấy ở nhiệt độ thấp Một số sản phẩm sấy có kết cấu xốp, tạo điều kiện cho oxy

không khí dễ dàng tiếp xúc với sản phẩm, gây ra các phản ứng oxy hóa các chất tan và chất béo trong quá trình bảo quản làm thay đổi mùi vị sản phẩm [1]

Nguyên liệu giàu protein, trong quá trình sấy nhiều chất mùi vị đặc trưng

được tạo ra từ các tiền chất là axit amin Các hợp chất như aldehyt, rượu, phenol,

axit béo đã bị oxy hóa có thể gây mùi ôi, khét, cay, đắng khi chúng liên kết với protein Các chất này được tách ra khi gia nhiệt Tuy nhiên, sấy ở nhiệt độ cao cũng tạo ra nhiều hợp chất màu không có lợi và cả độc tố [1] Ví dụ sản phẩm của phản

ứng Maillard sẽ cho màu nâu sẫm và vị đắng Trong công nghiệp sản xuất cà phê,

sô-cô-la thì đó là phản ứng có lợi, tạo lên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm, nhưng trong quá trình sấy nấm men đó là một phản ứng cần được hạn chế mức thấp nhất

2.3.4.3 Ảnh hưởng đến màu sắc

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự mất màu hay thay đổi màu trong sản phẩm sấy, như là: sự thay đổi các đặc trưng bề mặt của sản phẩm gây ra thay đổi độ phản

xạ ánh sáng và màu sắc, nhiệt và sự oxy hóa trong quá trình sấy gây ra những thay

đổi hóa học đối với các chất trong nguyên liệu

Tốc độ của phản ứng sẫm màu Maillard ở sản phẩm phụ thuộc vào hoạt độ của nước trong sản phẩm và nhiệt độ sấy Càng ở cuối giai đoạn sấy, hàm lượng nước càng ít thì phản ứng Maillard càng mạnh hơn [1] Phản ứng Maillard ở nhiệt

độ 90 - 100o

C sẽ cho sản phẩm có tính chất cảm quan tốt hơn cả Khi nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng càng nhanh các melanoidin tạo thành có vị đắng, mùi khét, màu nâu sẫm Ngoài ra, nên hạn chế phản ứng này để giảm tổn thất đường và axit amin

2.3.4.4 Ảnh hưởng tới đến giá trị dinh dưỡng

Trong quá trình sấy sẽ làm tổn thất một lượng vitamin đáng kể trong nguyên liệu Vitamin C và vitamin B1 rất nhạy cảm với nhiệt dưới tác dụng của nhiệt độ cao sẽ phân hủy tạo ra các sản phẩm như 2 - methyl - 3 - furanthiol và H2S tạo mùi cho sản phẩm [1] Vì thế để tránh những thất thoát lớn cần sấy trong thời gian ngắn, nhiệt độ thấp, bảo quản ở nhiệt, độ ẩm cũng như nồng độ khí oxy thấp Các vitamin khác tan trong nước bền với nhiệt và oxy hóa hơn, tổn thất trong quá trình sấy hiếm khi vượt quá 5 - 10%

Sự tổn thất các vitamin có thể hạn chế đang kể hoặc ngăn ngừa hoàn toàn khi

sử dụng các phương pháp sấy nhanh ôn hòa (như sấy phun), đặc biệt bằng phương pháp sấy thăng hoa [11]

Các giá trị sinh học và độ tiêu hóa của protein trong phần lớn các sản phẩm sấy không thay đổi đáng kể Khi sấy ở nhiệt độ vừa phải sẽ làm tăng khả năng tiêu hóa của một số axit amin Sấy phun không ảnh hưởng đến giá trị sinh học của protein do nước

được khử nhanh ở dạng hơi nước nên sản phẩm thu được có độ xốp hơn [1]

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Nấm men bia sử dụng thuộc chủng men nổi Saccharomyces cerevisia của nhà

máy bia Kim Bài, có màu trắng sữa

Máy đo pH Thermo Scientific (EUTECH)

Máy đo quang phổ kế (PH 8453 -

Aglient)

Aglient (Labomed - Mỹ)

3.1.3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu quy trình sản xuất cao nấm men từ bã men bia

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.3.1 Địa điểm nghiên cứu

Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội

Địa chỉ: Khu nhà A4, Đền Lừ 2, Hoàng Mai, Hà Nội