BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔSUNG VI SINH VẬT

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔSUNG VI SINH VẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2001-2005 Sinh viên thực hiện: HOÀNG VĂN TIẾN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG HOÀNG VĂN TIẾN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2005 LỜI CẢM TẠ Cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm TP.HCM và tất cả các Giảng Viên trong và ngoài Bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt bốn năm học tại trường. Chân thành biết ơn thầy hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ tôi hết mình trong những lúc gặp khó khăn khi làm luận văn. PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG Chân thành nhớ ơn các thầy cô và anh chị tại Bô môn Công Nghệ Sinh Học trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong lúc tôi thực tập tại trường. Do hạn chế về thời gian cũng như kiến thức nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, tôi rất mong nhận được sự góp ý chân thành của quí thầy cô và của các bạn. TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08/2005 HOÀNG VĂN TIẾN iii TÓM TẮT HOÀNG VĂN TIẾN, Đại học Nông lâm TP. Hồ Chí Minh. Tháng 8/2005. “BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CA CAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT”. Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG. Trong thành phần hạt ca cao tươi, hàm lượng pectin và cellulose chiếm tỷ lệ cao (11% và 16%). Hai thành phần khó phân giải này làm cản trở chiết chất hòa tan của bột ca cao. Do đó, chúng tôi sử dụng phương pháp lên men bổ sung nấm mốc Asp. niger có khả năng sinh pectinase và cellulase cao để phân giải hai thành phần trên giúp làm tăng lượng chất hòa tan của bột ca cao. Những kết quả đạt được: ¾ Tuyển chọn được giống Asp. niger lấy từ phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ sinh học Đại học Bách Khoa TP.HCM có khả năng sinh pectinase (650 đvht/g MT) và cellulase (2.3 UI/g MT) thích hợp sử dụng để lên men. ¾ Chế phẩm sinh học sử dụng lên men tối ưu có tỷ lệ giống Asp. niger : bột mì rang là 1 : 3 ¾ Lượng chế phẩm sử dụng tối ưu là 1% khối lượng hạt lên men, độ ẩm khối lên men là 60 %, thời gian lên men 96 giờ ¾ Độ hòa tan của bột ca cao được lên men có bổ sung Asp. niger (4.3) cao hơn độ hòa tan của bột ca cao được lên men không bổ sung vi sinh vật (2.1). iv v MỤC LỤC TRANG Bìa i Trang tựa ii Lời cảm tạ . iii Tóm tắt .iv Mục lục .v Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách các bảng .ix Danh sách các hình .x PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .3 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY CA CAO 3 2.1.1 Lịch sử .3 2.1.2 Các đặc điểm của cây cacao 5 2.1.2.1 Thực vật học 5 2.1.2.2 Đặc điểm hình thái .5 2.1.2.3 Đặc điểm sinh thái .6 2.1.2.4 Thành phần hóa học của trái ca cao .7 2.1.3 Tình hình trồng và sản xuất ca cao tại Việt Nam 7 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO .10 2.2.1 Công nghệ ca cao thô 10 2.2.1.1 Ủ hạt ca cao .10 2.2.1.2 Các phương pháp ủ hạt ca cao .12 2.2.1.3 Phơi và sấy ca cao .13 2.2.2 Qui trình sản xuất bột cacao 14 2.2.2.1 Loại bỏ tạp chất .14 2.2.2.2 Xử lý nhiệt .14 2.2.2.3 Rang .14 2.2.2.4 Nghiền thô và phân ly 16 2.2.2.5 Kiềm hoá .17 2.2.2.6 Sấy bột kiềm 18 2.2.2.7 Nghiền mảnh nhân .18 2.2.2.8 Ép .18 2.2.2.9 Xay bánh dầu .18 2.2.2.10 Sàng 19 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE, PECTIN, CELLULASE, PECTINASE .19 2.3.1 Giới thiệu cellulose .19 2.3.2 Giới thiệu enzyme cellulase 20 2.3.3 Giới thiệu về pectin .21 2.3.4 Giới thiệu enzyme pectinase .22 PHẦN 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .25 3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 25 3.2 NGUYÊN LIỆU 25 3.2.1 Trái cacao 25 vi 3.2.2 Giống vi sinh vật .25 3.2.3 Nguyên liệu làm môi trường .26 3.3 MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT 26 3.3.1 Môi trường thạch malt .26 3.3.2 Môi trường nhân giống 27 3.3.3 Chế phẩm sinh học 28 3.4 DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 29 3.4.1 Dụng cụ và thiết bị 29 3.4.2 Hóa chất cho phân tích 30 3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .31 3.5.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm 31 3.5.1.1 Tuyển chọn giống Asp. niger thích hợp nhất cho quá trình lên men 31 3.5.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ: giống Asp. niger/bột mì rang của chế phẩm lên men đến độ hòa tan và cường độ màu .31 3.5.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chế phẩm enzyme sử dụng để lên men đến độ hòa tan và cường độ màu 31 3.5.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm của khối lên men đến độ hòa tan và cường độ màu .32 3.5.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ hòa tan và cường độ màu 32 3.5.1.6 So sánh độ hòa tan và cường độ màu của bột ca cao từ phương pháp lên men truyền thống và bột ca cao từ phương pháp lên men có bổ sung vi sinh vật.32 3.5.2 Phương pháp vi sinh vật 32 3.5.2.1 Phương pháp cấy truyền và giữ giống .32 3.5.2.2 Phương pháp nhân giống .33 3.5.3 Phương pháp hóa lý .33 3.5.3.1 Xác định độ ẩm 33 3.5.3.2 Phương pháp xác định độ hòa tan và cường độ màu của dung dịch ca cao 33 3.5.3.3 Phương pháp xác định bước sóng mà dung dịch ca cao hấp thu mạnh nhất .34 3.5.4 Phương pháp hóa sinh .34 3.5.4.1 Các phương pháp xác định các thành phần chủ yếu của hạt cacao .34 3.5.4.2 Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme của Asp. niger .39 3.5.5 Qui trình sản xuất bột ca cao trong phòng thí nghiệm 42 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 4.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA HẠT CA CAO 43 4.2 TUYỀN CHỌN GIỐNG VI SINH VẬT THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN HẠT CA CAO .44 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ GIỮA GIỐNG VI SINH VẬT VỚI BỘT MÌ RANG ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO .45 4.3.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan 45 4.3.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu 46 4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG CHẾ PHẨM SINH HỌC SỬ DỤNG ĐỂ LÊN MEN ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO .47 4.4.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan 48 4.4.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu 49 4.5 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM KHỐI LÊN MEN ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO .50 4.5.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan 50 4.5.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu 51 vii 4.6 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO 52 4.6.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan 52 4.6.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu 53 4.7 SO SÁNH ĐỘ HÒA TAN VÀ CƯỜNG ĐỘ MÀU GIỮA BỘT CA CAO ĐƯỢC LÊN MEN CÓ VÀ KHÔNG BỔ SUNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN 54 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÊ NGHỊ .56 5.1 KẾT LUẬN .56 5.2 KIẾN NGHỊ .56 PHẦN 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Danh sách các chữ viết tắt ACDI: Agricultural Cooperative Development International VOCA: Volunteers in Overseas Cooperative Assistance USDA: United States Department of Agriculture USAID: United States Agency for International Development PSOM: Programme for Co-operation with Emerging Markets FAO: Food and Agriculture Organization viii ix Danh sách các bảng TRANG Bảng 2.1: Sản lượng ca cao trên thế giới trong các năm (đơn vị ngàn tấn) 4 Bảng 2.2: Các thành phần của hạt cacao tươi, tính theo % trọng lượng tươi 7 Bảng 2.3: Các tỉnh trồng ca cao ở Việt Nam .9 Bảng 4.1: Các thành phần chủ yếu có trong hạt ca cao tươi .43 Bảng 4.2:So sánh hoạt tính enzyme cellulase và pectinase do hai giống Asp. niger lấy từ trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên và Đại Học Bách Khoa tạo ra 44 Bảng 4.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa giống vi sinh vật với bột mì rang đến độ hòa tan45 Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa giống vi sinh vật với bột mì rang đến cường độ màu 46 Bảng 4.5: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm sinh học đến độ hòa tan 48 Bảng 4.6: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm sinh học đến cường độ màu 49 Bảng 4.7: Ảnh hưởng của độ ẩm khối lên men đến độ hòa tan 50 Bảng 4.8: Ảnh hưởng của khối lên men đến cường độ màu .51 Bảng 4.9: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ hòa tan 52 Bảng 4.10: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến cường độ màu 53 Bảng 4.11: So sánh độ hòa tan và cường độ màu của hai mẫu ca cao có và không bổ sung vi sinh vật trong quá trình lên men .54 x Danh sách các hình TRANG Hình 2.1: Cấu trúc của cellulose 19 Hình 2.2: Sơ đồ tác động enzyme cellulase lên cellulose theo Mandels và Reese .21 Hình 2.3: Cấu trúc của axit polygalacturonic 22 Hình 2.4: Sơ đồ phân cắt của enzym pectinesterase. 22 Hình 2.5: Sơ đồ phân cắt của enzym transeliminase .23 Đồ thị 4.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống/bột mì rang đến độ hòa tan 45 Đồ thị 4.2: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống/bột mì rang đến cường độ màu 47 Đồ thị 4.3: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm sinh học đến độ hòa tan 48 Đồ thị 4.4: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm đến cường độ màu 49 Đồ thị 4.5: Ảnh hưởng của độ ẩm khối lên men đến độ hòa tan .50 Đồ thị 4.6: Ảnh hưởng của độ ẩm khối lên men đến cường độ màu 51 Đồ thị 4.7: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ hòa tan .52 Đồ thị 4.8: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến cường độ màu 53 [...]... này của sản phẩm từ ca cao Do đó, đề tài BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CA CAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT được tiến hành Trong phạm vi của đề tài này, chúng tôi bước đầu quan tâm đến ảnh hưởng của vi c bổ sung vi sinh vật trong quá trình lên men đến khả năng chiết chất hòa tan của bột ca cao Mục đích của đề tài: Nghiên cứu xác định những điều kiện tối ưu cho quá trình lên men hạt... biến bột ca cao Nghiên cứu bổ sung vi sinh vật để tăng lượng chất hòa tan của bột ca cao Xây dựng qui trình sản xuất bột ca cao ở qui mô phòng thí nghiệm Những nội dung cần nghiên cứu của đề tài: Xác định thành phần của hạt ca cao Tuyển trọn giống vi sinh vật thích hợp cho quá trình lên men Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học cho quá trình lên men 2 Nghiên cứu những điều kiện tối ưu cho quá trình lên men. .. Quá trình lên men i Sự lên men của lớp nhầy Lớp nhầy chiếm khoảng 15-20 % trọng lượng của hạt ca cao tươi và chứa một trữ lượng đường cao, pH khoảng 3.5 Theo Roelfsen có khoảng 24 loài vi sinh vật được tìm thấy trong một khối ca cao đang lên men, nhưng chỉ có một số ít trong số đó là được biết đến vai trò của chúng Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men dưới sự tác động của các vi sinh vật có trong... hạt cacao đã lên men là một thành phần của các tiền chất Chỉ có những tiền chất này mới truyền vào cho hạt ca cao khi rang có hương vị chocolate Cần lưu ý rằng các tiền chất ấy không hề có sẵn trong các loại tế bào của phôi nhũ khi hạt ca cao còn tươi, mà chỉ được sinh ra trong quá trình lên men mà thôi 2.2.1.2 Các phương pháp ủ hạt ca cao i Ủ thành đống Đây là phương pháp phổ biến nhất trong vi c... thâm nhập vào khối ủ và có sự gia tăng về acetic do có hiện tượng oxid hóa cồn thành acid acetic Theo Kenten và Powell (1960) các phản ứng do sự hoạt động của các vi sinh vật luôn phát nhiệt nhiều, làm tăng nhiệt độ khối ủ có thể lên đến 50 oC Nhiệt độ tăng đều lên trong suốt 48 giờ đầu lên men, đạt 42-48 oC vào cuối giai đoạn ấy Sau khi được đảo trộn lần đầu, nhiệt độ tăng lên đến 50 oC Sau đó nó... nhiều vi sinh vật khác nhau Dạng kết tinh vô định hình dễ bị phân hủy bởi enzyme vi sinh vật, nhưng dạng kết tinh thì có cấu trúc rất chặt chẽ nên khó bị phân hủy Ở các loại gỗ càng có nhiều vùng kết tinh thì gỗ càng chắc Muốn phá hủy hoàn toàn cellulose thì trước tiên phải chuyển chúng sang dạng vô định hình nhờ các loại enzyme khác có ở vi sinh vật 2.3.2 Giới thiệu enzyme cellulase Enzyme cellulase có. .. Van Houten Điều này cho phép người ta có thể lấy bớt dầu từ cacao, kết quả là sản phẩm bột cacao thu được có ít chất béo, dễ uống và thuận lợi cho chế biến Sau đó không lâu, người ta lại thấy rằng đem trộn bơ cacao với bột cacao và đường thì có thể chế biến được một loại thực phẩm tuyệt ngon và có thể đóng khuôn được: chocolate Chocolate ra đời và đưa ra bán lần đầu vào năm 1847 ở Châu Âu Năm 1876 đánh... (bơ cacao) Carbohydrates + Fructose Nitrogen +Protein Acid hữu cơ Citric và Tổng số (nguồn: F Hardy) 2.1.3 Tình hình trồng và sản xuất ca cao tại Vi t Nam Hiện nay, vi c phát triển cây ca cao tại nước ta dựa theo vùng quy hoạch sản xuất Mặc dù điều kiện của các địa phương đều thích hợp cho cây phát triển Song hạt 8 ca cao chỉ mới là mặt hàng để xuất khẩu Trong nước hiện chưa có cơ sở tiêu thụ sản phẩm... 120 5 120 1002 1905 10 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO Hạt ca cao thô là nguyên liệu quan trọng của kỹ nghệ ca cao và chocolate Từ hạt ca cao thô sản xuất ra: Những sản phẩm bán hoàn chỉnh cung cấp cho các kỹ nghệ khác như: o Bột chocolate nhồi để các nhà máy bánh kẹo sản xuất ra chocolate, bánh quy, bánh ngọt… o Bột ca cao dùng nhiều vào kỹ nghệ thực phẩm làm ra sản phẩm ngọt như: nước ngọt, nước... Qui trình sản xuất bột cacao 2.2.2.1 Loại bỏ tạp chất Hạt được đi qua sàng có φ = 16 mm để tách các tạp chất lớn hay các sợi dây nhợ và sau đó đi qua sàng có lỗ φ = 8 mm để tách sạch các tạp chất nhỏ như vỏ hạt vụn, sỏi đá, mảnh kim loại Trong quá trình lên men hay phơi sấy cacao, bụi bẩn có thể bám trên vỏ hạt có thể lẫn vào các sản phẩm sau này, làm giảm hương vị của chúng do đó cần có quá trình thổi