NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME GLUCOAMYLASE TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU NẾP

NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME GLUCOAMYLASE TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU NẾP

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG VÕ PHAN HẢI ÂU NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME GLUCOAMYLASE TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU NẾP Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2009 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG VÕ PHAN HẢI ÂU Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME GLUCOAMYLASE TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU NẾP Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Ts. NGUYỄN CÔNG HÀ VÕ PHAN HẢI ÂU MSSV: 2051615 Lớp: CNTP K31 Cần Thơ, 2009 i LỜI CẢM TẠ Xin thể hiện lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn Nguyễn Công Hà đã tận tình chỉ bảo và truyền đạt kiến thức cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành biết ơn Tất cả Quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Trường Đại học Cần Thơ đã giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm bổ ích để hoàn thành đề tài luận văn cũng như trang bị cho tôi những kinh nghiệm để bước vào đời. Tập thể cán bộ phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình. Xin cảm ơn Tập thể lớp Công nghệ thực phẩm khóa 31 đã giúp đỡ, động viên, góp ý chân thành giúp bài luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Bạn bè của tôi tại Tp Cần Thơ đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại đây. Kính dâng cha mẹ đã nuôi con khôn lớn Sinh viên thực hiện Võ Phan Hải Âu ii TÓM LƯỢC Đề tài thực hiện nhằm mục tiêu tiếp nối nghiên cứu của Võ Văn Tuấn nhằm tối ưu hóa quá trình thủy phân dịch nếp có sử dụng chế phẩm enzyme amylase. Trên cơ sở những kết quả đã đạt được từ đề tài nghiên cứu “Ứng dụng enzyme α- amylase và glucoamylase và nấm men thuần chủng trong sản xuất rượu vang nếp”, trong đề tài này chúng tôi tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố cần thiết cho quá trình đường hóa nguyên liệu nếp trắng có sử dụng kết hợp chế phẩm enzyme α- amylase và glucoamylase. Kết quả thu được như sau: Đối với quá trình đường hóa sử dụng kết hợp enzyme α-amylase và glucoamylase: nồng độ enzyme glucoamylase thích hợp nhất là 0,4%, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý enzme glucoamylase là 60 0 C, pH xử lý là 4,0 tương ứng với thời gian sử dụng glucoamylase thích hợp cho hiệu quả kinh tế cao là 30 phút. iii MỤC LỤC CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu đề tài 1 1.3 Nội dung nghiên cứu 1 CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3 2.1 Giới thiệu về gạo nếp .3 2.2 Enzyme amylase .3 2.2.1 Giới thiệu chung về enzyme amylase .3 2.2.2 Thành phần hệ enzyme amylase .4 2.2.3 Đặc tính và cơ chế tác dụng của các loại amylase 5 2.2.4 Hoạt lực của enzyme amylase 11 2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme amylase .12 2.3 Nấm men 16 2.3.1 Cấu tạo và thành phần của nấm men .16 2.3.2 Sự sinh trưởng và phát triển của nấm men .17 2.3.3 Nấm men sử dụng trong sản xuất rượu vang .17 2.4 Các quá trình chính trong sản xuất rượu vang nếp 19 2.4.1 Quá trình hồ hóa tinh bột nếp 19 2.4.2 Quá trình đường hóa trong sản xuất rượu nếp .20 2.4.3 Quá trình lên men trong sản xuất rượu vang nếp .21 2.5 Quy trình sản xuất .23 2.5.1 Sơ đồ quy trình .23 2.5.2 Thuyết minh quy trình .24 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 26 3.1 Phương tiện thí nghiệm .26 3.1.1 Thời gian và địa điểm .26 3.1.2 Nguyên liệu .26 3.1.3 Dụng cụ trang thiết bị 26 3.2 Phương pháp nghiên cứu 26 3.2.1 Phương pháp lấy mẫu 26 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 3.3 Bố trí thí nghiệm .27 3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH và nồng độ enzyme glucoamylase đến hàm lượng đường khử sinh ra do hoạt động của enzyme glucoamylase trên nguyên liệu nếp trắng 27 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ enzyme glucoamylase đến hàm lượng đường khử sinh ra do hoạt động của enzyme glucoamylase trên nguyên liệu nếp trắng. .29 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH và nồng độ enzyme glucoamylase đến hàm lượng đường khử sinh ra do hoạt động của enzyme glucoamylase trên nguyên liệu nếp trắng .31 4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ enzyme glucoamylase đến hàm lượng đường khử sinh ra do hoạt động của enzyme glucoamylase trên nguyên liệu nếp trắng .35 iv CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 5.1 Kết luận 39 5.2 Đề nghị .39 5.3 Quy trình thủy phân tinh bột đề nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 v DANH SÁCH BẢNG, HÌNH Bảng 2.1 Thành phần hóa học của gạo nếp .3 Bảng 2.2 Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau .6 Bảng 2.3 Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn khác nhau .6 Bảng 2.4 Thành phần hóa học của tế bào nấm men 16 Bảng 4.1 Hàm lượng đường khử theo pH và nồng độ enzyme glucoamylase .32 Bảng 4.2 Hàm lượng đường khử khi đường hóa bằng enzyme glucoamylase ở các mức nồng độ enzyme và nhiệt độ khác nhau. .35 Hình 2.1 Các loại enzyme endoamylase và exoamylase .4 Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của amylase lên phân tử tinh bột 5 Hình 2.4 Tác dụng của β-amylase lên phân tử amylose và amylosepectin 9 Hình 2.5 Tác dụng của γ-amylase lên phân tử tinh bột .10 Hình 2.6 Tổng quát hóa quá trình thủy phân tinh bột của amylase 11 Hình 2.7 Quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào nấm men 17 Hình 4.1 đồ thị biểu hiện sự thay đổi hàm lượng đường khử theo pH và nồng độ enzyme .32 Hình 4.2 Đồ thị mối quan hệ giữa hàm lượng đường khử với pH và nồng độ enzyme .33 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng đường khử theo nhiệt độ và nồng độ enzyme glucoamylase xử lý .36 Hình 4.4 Đồ thị mối quan hệ giữa hàm lượng đường khử với nhiệt độ và nồng độ enzyme……………………………………………………………………………37 1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Rượu vang là một thức uống có độ cồn thấp, có hương vị đặc trưng của từng loại nguyên liệu tạo thành, điều đặc biệt là rượu vang có độ cồn thấp, chỉ vào khoảng từ 11% cho đến 14%, so với rượu mạnh là từ 40% cho đến 45%. Vì vậy nếu sử dụng rượu này một cách điều độ, vừa phải thì rất có lợi cho sức khỏe. Ở điều kiện nước ta, ngoài các loại rượu vang được sản xuất bằng phương pháp lên men dịch nước ép trái cây như nho, khóm,…các nhà sản xuất còn áp dụng trên nhiều loại nguyên liệu khác nhau, chẳng hạn gạo nếp than, gạo nếp trắng,… nhờ đó sản phẩm rượu vang ở nước ta ngày càng đa dạng, phong phú. Trong đó sản phẩm rượu từ gạo nếp trắng vừa cho sản phẩm có hương thơm đặc trưng vừa là nguyên liệu được trồng phổ biến ở nước ta nên có giá thành tương đối rẻ rất thích hợp cho việc đi sâu nghiên cứu cho sản phẩm này. Ngày nay, với việc ứng dụng phương pháp enzyme và nấm men thuần chủng ở giai đoạn đường hoá và lên men để rút ngắn thời gian sản xuất cũng như đảm bảo chất lượng rượu vang thành phẩm sẽ giảm chi phí sản xuất, đảm bảo chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm này. 1.2 Mục tiêu đề tài Như đã biết trong công nghệ sản xuất rượu nếp, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất thu hồi rượu thành phẩm như các yếu tố tối ưu cho hoạt động của enzyme sử dụng, loại và chất lượng nguyên liệu, loại nấm men sử dụng… Trên cơ sở kế thừa những thành quả đã đạt được từ đề tài nghiên cứu của Võ Văn Tuấn, chúng tôi tiếp tục thực hiện để tìm ra các yếu tố tối ưu cho quá trình đường hóa có sử dụng kết hợp enzyme α-amylase và glucoamylase. Vì vậy, đề tài này tập trung nghiên cứu hướng đến những mục tiêu chính sau: Tìm ra pH, nhiệt độ tối thích cho hoạt động của enzyme glucoamylase cho quá trình đường hóa. Tìm ra nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thích hợp cho quá trình đường hóa. Bổ sung kết quả đạt được vào quy trình sản xuất để thu được sản phẩm rượu có chất lượng cao góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho sản phẩm. 1.3 Nội dung nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng của pH và nồng độ enzyme glucoamylase đến hàm lượng đường khử sinh ra trong quá trình đường hóa. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ enzyme glucoamylase đến hàm lượng đường khử sinh ra trong quá trình đường hóa. 2 CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về gạo nếp Nguồn gốc Gạo nếp là loại gạo đặc biệt được trồng nhiều ở vùng Nam Bộ. Hạt gạo này có màu đục và có mùi thơm đặc trưng. Thành phần hóa học Bảng 2.1 Thành phần hóa học của gạo nếp Thành phần Hàm lượng (%) Nước 14 Protein 8,2 Lipid 1,5 Glucid 74,9 Acid hữu cơ 0,6 Tro 0,8 (Nguyễn Đức Lượng, 2003) 2.2 Enzyme amylase 2.2.1 Giới thiệu chung về enzyme amylase Nguồn enzyme amylase từ vi sinh vật Trong thiên nhiên enzyme có ở hầu hết mọi thực vật, động vật và vi sinh vật. Song chỉ có một số hạt thực vật và một số loài vi sinh vật mới là những đối tượng có thể dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase do chúng có khả năng tích trữ một lượng lớn enzme này trong những điều kiện xác định. Ngày nay, do có ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo. Người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các loại amylase. Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên, bởi các loài khác nhau và thậm chí các chủng vi sinh vật khác nhau cũng thường sản sinh ra nhiều hệ enzyme khác nhau. Có nhiều nguồn thu enzyme amylase như các giống nấm sợi Aspergillus, Rhizopus…. Nhiều loại thuộc giống này như Asp. Oryzae, Asp. Niger,…(Nguyễn Đức Lượng, 2006) 3 2.2.2 Thành phần hệ enzyme amylase Dựa theo tính chất và cơ chế tác dụng lên mạch tinh bột. người ta xếp enzyme amylase thành hai nhóm là endoamylase (enzyme nội phân) và exoamylase (enzyme ngoại phân). Chúng gồm sáu loại: Endoamylase (enzyme nội phân) gồm có α-amylase và nhóm enzyme khử nhánh Nhóm enzyme khử nhánh được chia thành hai loại, khử trực tiếp là pullulanase (α- dextrin-6-glucanohydrolase), khử gián tiếp là tranglucosidase và amylase-1,6- glucosidase. Các enzyme này thủy phân các liên kết trong chuỗi polysaccharide. Exoamylase (enzyme ngoại phân): gồm β-amylase và glucoamylase. Đây là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide. Hình 2.1 Các loại enzyme endoamylase và exoamylase (Nguồn Nguyễn Đức Lượng, 2003) Amylase Khử gián tiếp là tranglucosidase và amylase-1,6-glucosidase) Khử trực tiếp là pullulanase (α- dextrin-6-glucanohydrolase) β-amylase Endoamylase Exoamylase Glucoamylase Enzyme khử nhánh α-amylase [...]... chu n b cho môi trư ng nuôi c y 2.5 Quy trình s n xu t 2.5.1 Sơ quy trình 22 G on p Nghi n N u ư ng hóa Lên men chính Men gi ng L c thô Hãm c n Lên men ph 2.5.2 Thuy t minh quy trình 2.5.2.1 Nghi n Vi c nghi n nh nguyên li u là khâu r t quan tr ng quy t nh n hi u qu c a quá trình h hóa tinh b t và quá trình th y phân c a enzyme Nghi n nh m t o i u ki n tăng t c quá trình lý h c và hóa sinh h c trong. .. amylase thì các s n ph m phân gi i c a tinh b t s cho màu khác nhau v i iod • o lư ng ư ng maltose ho c glucose t o thành sau khi cho enzyme tác d ng lên cơ ch t H enzyme amylase có các ho t c trưng sau: Ho t c a enzyme α-amylase d a trên cơ s th y phân tinh b t b i enzyme có trong d ch ch ph m nghiên c u t i các dextrin có phân t lư ng khác nhau o cư ng màu t o thành gi a tinh b t và các s n ph m... 2.2.5 Các y u t 2.2.5.1 nh hư ng n ho t nh hư ng c a n ng ng c a enzyme amylase enzyme s d ng Khi có lư ng cơ ch t y thì v n t c ph n ng c a enzyme t l thu n v i n ng enzyme Ta có th bi u di n s liên h gi a v n t c ph n ng và n ng enzyme b ng bi u th c: v = k.[E] Trong ó: v: v n t c ph n ng k: h ng s t c [E]: n ng p ph n ng enzyme s d ng N ng c a enzyme càng l n thì lư ng cơ ch t b bi n khi n ng enzyme. .. ó, t c ph n ng b gi m và enzyme có th b vô ho t Nhi t ng v i t c ph n ng enzyme c c i g i là nhi t t i thích c a enzyme M i lo i enzyme có m t nhi t t i thích khác nhau tùy thu c ngu n g c c a chúng N u ưa nhi t cao hơn nhi t t i ưu ho t tính c a enzyme b gi m, khi ó enzyme không còn kh năng ph c h i ho t tính Nhi t t i ưu c a enzyme ph thu c r t nhi u vào s có m t c a có các ch t, kim lo i, pH và... ng c a enzyme và t c ph n ng nh hư ng c a pH Enzyme r t nh y c m i v i s thay i pH môi trư ng Do pH nh hư ng n m c ion hóa cơ ch t, enzyme, ph c h p enzyme – cơ ch t và c bi t nh hư ng n b n c a enzyme M i lo i enzyme ch ho t ng m nh nh t m t vùng pH xác nh g i là pH t i thích pH t i thích c a a s enzyme n m trong vùng acid y u, ki m y u hay trung tính, ch m t ít enzyme có pH t i thích n m trong vùng... phá v m t s liên k t trong phân t proenzyme làm lo i b m t vài o n peptid, t o i u ki n cho nhóm ch c xích l i g n nhau hình thành trung tâm ho t ng - Ngoài ra m t s kim lo i có bán kính 0,34 ÷ 1,65 A0 (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) và các anion Cl-, Br-, I- cũng có tác d ng ho t hóa enzyme Trong quá trình ho t hóa các ion có th tham gia t o thành trung tâm ho t ng, làm c u n i gi a các enzyme v i cơ ch t ho... t c a enzyme ơn v ho t c a α10 amylase là lư ng enzyme chuy n hóa ư c 1g tinh b t tan thành dextrin có phân t lư ng khác nhau 300C trong m t gi Ho t c a glucoamylase c trưng cho kh năng ch ph m th y phân tinh b t n glucose Mu n xác nh ư c c n o ư c lư ng glucose t o thành Glucose trong h n h p các ư ng thư ng ư c xác nh b ng các phương pháp c hi u ơn v ho t c a glucoamylase là lư ng ch ph m enzyme. .. m: tìm ra pH t i thích c a enzyme glucoamylase cho quá trình ư ng hóa Chu n b m u • M u n p ã ư c ư ng hóa b ng enzyme α-amylase • Ch ph m enzyme glucoamylase thương m i • Dung d ch m ch nh pH B trí thí nghi m: thí nghi m ư c b trí v i 2 nhân t và 3 l n l p l i • Nhân t c nh: th i gian x lý enzyme • Nhân t A: pH A1: 3,0 A2: 3,5 A3: 4,0 A4: 4,5 A5: 5,0 • Nhân t B: n ng enzyme glucoamylase B1: 0,1% B2:... c u trúc không gian c n cho s xúc tác c a enzyme - Các ch t ho t hóa này ch có tác d ng t t m t n ng n ng này chúng s c ch ho t ng c a enzyme 2.2.5.6 nh t nh, vư t qua nh hư ng c a ch t kìm hãm Ch t kìm hãm là ch t có kh năng làm y u ho c làm ch m d t hoàn toàn tác d ng c a enzyme Các ch t kìm hãm có th là ion kim lo i, các anion, các h p ch t h u cơ có phân t nh ho c protein Các ch t kìm hãm có kh... và liên k t hydro Ngoài các liên k t trên trong tinh b t còn có các liên k t khác ch n ch n hơn (do s xo n m ch c a các m ch amylose làm cho chúng si t ch t l y nhau), chính hi n tư ng này làm cho quá trình h hoá mu n phá v chúng c n ph i tiêu t n m t nhi t lư ng c n thi t quá trình n u ư c t t, khi n u nguyên li u h t, ngư i ta thư ng b sung m t lư ng nư c c n thi t m b o cho s hòa tan và t ư c n