Tối ưu hóa quy trình lên men dấm chìm từ phế phụ phẩm trong sản xuất rượu gạo

MỤC LỤC Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẤM 1.1.1 Lịch sử dấm 1.1.2 Phân loại sản phẩm dấm 10 1.1.3 Tình hình sử dụng xu hƣớng tiêu thụ dấm giới .13 1.1.4 Vai trò số tính chất chức dấm 14 1.2 VI KHUẨN AXETIC TRONG LÊN MEN DẤM 17 1.3 QUÁ TRÌNH LÊN MEN SẢN XUẤT DẤM 20 1.3.1 Quá trình lên men axit axetic 20 1.3.2 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men axit axetic 25 1.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP LÊN MEN AXIT AXETIC TRONG SẢN XUẤT DẤM 32 1.4.1 Phƣơng pháp lên men bề mặt 32 1.4.2 Phƣơng pháp lên men qua tháp đệm 35 1.4.3 Phƣơng pháp lên men chìm 37 1.5 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BÃ RƢỢU VÀ BÃ RƢỢU GẠO THEO PHƢƠNG PHÁP LÊN MEN CÔNG NGHIỆP 39 CHƢƠNG 43 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 43 2.1 VẬT LIỆU 43 2.1.1 Nguồn nguyên liệu 43 2.1.2 Hóa chất .43 2.2 PHƢƠNG PHÁP 44 2.2.1 Phƣơng pháp xử lý nguyên liệu 44 2.2.2 Phƣơng pháp vi sinh 44 2.2.3 Phƣơng pháp phân tích hóa học, hóa lý .45 2.2.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu thống kê tối ƣu hóa trình lên men [13] .45 2.2.5 Phƣơng pháp cảm quan 47 2.2.6 Phƣơng pháp xác định thành phần hợp chất dễ bay dấm phƣơng pháp sắc ký khí khối phổ .47 CHƢƠNG 48 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 48 3.1 KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN LÊN MEN DẤM 48 3.1.1 Ảnh hƣởng nồng độ cồn đầu 48 3.1.2 Ảnh hƣởng nồng độ Saccaroza .49 3.1.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men 49 3.1.4 Ảnh hƣởng cao nấm men 50 3.1.5 Ảnh hƣởng nồng độ axit ban đầu 51 3.2 TỐI ƢU HÓA QUÁ TRÌNH LÊN MEN DẤM 51 3.3 CẢI TIẾN QUY TRÌNH ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ LÊN MEN DẤM 56 3.4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ THỰC NGHIỆM SẢN XUẤT 58 3.4.1 Xây dựng quy trình .58 3.4.2 Thực nghiệm sản xuất 60 3.5 ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN HỢP CHẤT DỄ BAY HƠI CỦA SẢN PHẨM DẤM GẠO LÊN MEN TỪ DỊCH BÃ RƢỢU 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Lời cảm ơn Để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp nỗ lực thân, nhận nhiều quan tâm, giúp đõ nhiệt tình tập thể, cá nhân trường Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Việt Anh, TS Nguyễn Liêu Ba, Ths Đỗ Thị Kim Loan người dành nhiều thời gian trực tiếp bảo, hướng dẫn, giúp đỡ hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Sinh Học Công nghệ Thực phẩm truyền đạt kiến thức quý báu cho tôi, tạo điều kiện để hoàn thành khóa luận Cuối xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể cán Bộ môn Công nghệ Lên men - Viện Công nghiệp Thực phẩm tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian nghiên cứu hoàn thiện đề tài Tác giả luận văn Danh mục chữ viết tắt A Acetobacter A2 Komagataeibacter saccharivorans A2 AcDH acetaldehyde dehydrogenase AlDH alcohol dehydrogenase FDA Food and Drug of America : Cục quản lý Dƣợc phẩm Thực phẩm Hoa Kỳ G Gluconobacter Ga Gluconacetobacter PQQ Pyrroloquinoline quinone SAV Shanxi Aged Vinegar: Dấm chín Shanxi TBV Traditional balsamic vinegar: Dấm thơm truyền thống Danh mục bảng Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hóa học dịch bã rượu từ ngũ cốc 40 1.2 Khảo sát thành phần phế phụ phẩm sản xuất rượu gạo 41 1.3 Thành phần hóa học dịch bã rượu 42 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Khoảng biến đổi yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men dấm Kế hoạch thực nghiệm theo RSM-CCD để tối ưu hóa hàm lượng acid tạo thành Kết phân tích phù hợp mô hình với thực nghiệm Kết thực nghiệm kiểm chứng điều kiện tối ưu Đánh giá lên men sản xuất điều kiện bổ sung thêm cồn Kết lên men quy mô 350 lít/ mẻ Điểm đánh giá khác biệt hương thơm mẫu dấm 52 52 53 56 57 60 61 Danh mục hình vẽ đồ thị Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Tên hình vẽ, đồ thị Phương pháp lên men dấm cổ điển Một số loại dấm thơm giới Hình ảnh tế bào vi khuẩn Acetobacter Cơ chế lên men axit axetic Louis Pasteur Quá trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic vi khuẩn axetic Phản ứng ezym xảy trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic Quá trình oxy hóa ethanol đồng hóa acetat qua màng tế bào chất Sơ đồ mô tả thùng lên men dấm theo qui trình Orleans Sơ đồ mô tả phương pháp lên men qua tháp đệm Thiết bị lên men chìm Sơ đồ hệ thống lên men chìm bán liên tục Hình dạng tế bào khuẩn lạc chủng Komagataeibacter saccharivorans A2 Thiết bị lên men Lambda Thiết bị lên men 500 lít Ảnh hưởng nồng độ cồn ban đầu đến trình lên men dấm Ảnh hưởng nồng độ Saccaroza đến trình lên men dấm Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men dấm Ảnh hưởng hàm lượng cao nấm men đến trình lên men dấm Ảnh hưởng nồng độ axit ban đầu đến trình lên men dấm Đồ thị đường đồng mức bề mặt đáp mô tả ảnh hưởng nhiệt độ lên men (A) nồng độ axit ban đầu (C) Đồ thị đường đồng mức bề mặt đáp mô tả ảnh hưởng nồng độ cao nấm men bổ sung (B) nồng độ axit ban đầu (C) Sự biến đổi nồng độ cồn axit trình lên men dấm Quy trình lên men dấm phương pháp lên men chìm từ phế phụ phẩm trình sản xuất rượu gạo Phổ GC-MS sản phẩm dấm lên men môi trường dịch bã rượu Trang 10 12 18 21 22 22 23 32 36 38 38 43 44 45 48 49 49 50 51 54 55 57 58 61 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong số loại thực phẩm lên men, dấm loại gia vị phổ biến nhất, có mặt thƣờng xuyên bữa ăn hàng ngày Trong công nghiệp thực phẩm, dấm đƣợc dùng làm chất điều vị, tạo hƣơng bảo quản Trong y học, dấm đƣợc sử dụng nhƣ loại đồ uống hỗ trợ điều trị bệnh, sử dụng làm chất tiệt trùng, tác nhân làm sạch… Nhu cầu sử dụng dấm gạo ngƣời tiêu dùng nƣớc giới tƣơng đối lớn Trên thị trƣờng có số thƣơng hiệu dấm lên men tiếng nhƣ Trung Thành, Tâm Đức,… Tuy nhiên, thực tế doanh nghiệp nƣớc sản xuất dấm ăn theo phƣơng pháp lên men bề mặt tự nhiên, thủ công chủ yếu Do đó, hiệu sản xuất thấp, suất không cao, trình lên men kéo dài, chất lƣợng sản phẩm không ổn định Bên cạnh đó, thị trƣờng xuất nhiều sản phẩm dấm đóng chai pha chế từ axit axetic sở sản xuất nhỏ lẻ Loại dấm pha chế từ axit axetic công nghiệp không rõ nguồn gốc, không đảm bảo chất lƣợng vệ sinh an toàn thực phẩm gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe ngƣời tiêu dùng Nƣớc ta nƣớc nông nghiệp, sản phẩm nông nghiệp dồi phế phụ phẩm công nghiệp chế biến sản phẩm từ nông nghiệp đa dạng Đối với trình lên men axit axetic sử dụng nguồn nguyên liệu chứa đƣờng tinh bột nhƣ gạo, sắn, loại quả, rƣợu, rƣợu lên men,… Tuy nhiên, hƣớng nghiên cứu tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp chế biến thực phẩm để sản xuất dấm Trong năm gần đây, ngành công nghệ sản xuất sản phẩm lên men nói chung ngành công nghệ sản xuất rƣợu nói riêng có bƣớc phát triển vƣợt bậc, đem lại nhiều lợi ích mặt kinh tế cho đất nƣớc Bên cạnh lợi ích to lớn kèm theo phụ phẩm thải môi trƣờng nhƣ bã rƣợu, cặn lớn, nƣớc thải,… Việc xử lý, tận dụng phế phụ phẩm cần đƣợc tập trung nghiên cứu Đây hƣớng nghiên cứu mới, có giá trị khoa học có ý nghĩa thực tiễn vô lớn xã hội Tuy nhiên, nghiên cứu trƣớc tận dụng phế phụ phẩm sản xuất rƣợu làm thức ăn gia súc, làm nấm men gia súc khô, sản xuất men bánh mỳ, môi trƣờng nuôi cấy vi sinh vật, sản xuất biomixin thô, Thành phần phế phụ phẩm quy trình sản xuất rƣợu gạo lên men bao gồm bã rƣợu dịch thải sau chƣng cất Theo số tài liệu, sản xuất rƣợu từ nguyên liệu tinh bột, 30-33% khối lƣợng chất khô chuyển thành rƣợu, phần lại không đƣợc lên men chuyển vào sinh khối nấm men bã rƣợu Protein bã rƣợu bao gồm protein nguyên liệu tinh bột protein nấm men Vì vậy, bã thải thu đƣợc sau trình lọc dịch hèm lại số thành phần dinh dƣỡng có giá trị nhƣ: chất khô hòa tan, pentozan, chất béo, xelluloza, hợp chất chứa N, chất khoáng… đặc biệt chất thơm có nguyên liệu tinh bột chất thơm đƣợc sinh trình lên men rƣợu Dịch thải sau chƣng cất gồm dịch cất đầu có hàm lƣợng cồn cao nhƣng chứa nhiều tạp chất, dịch cất cuối có hàm lƣợng cồn thấp tạp chất khó bay Phân loại tạp chất có dung dịch rƣợu etylic-nƣớc sản xuất phƣơng pháp lên men cho thấy: dịch rƣợu etylic nồng độ cao 70%v/v bao gồm hợp chất dễ bay (Metylic, etylacetat), tạp chất khó bay (isoamylic propanol); dịch rƣợu etylic nồng độ thấp 10% v/v bao gồm hợp chất khó bay isobutanol, metylic, isoamylic propanol Trên sở đó, mở hƣớng nghiên cứu xử lý, tận dụng thành phần có giá trị phế phụ phẩm trình sản xuất rƣợu gạo để lên men dấm gạo Xuất phát từ luận giải trên, đặt mục tiêu nghiên cứu tìm điều kiện tối ƣu để lên men dấm gạo từ phế phụ phẩm rƣợu gạo Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn tối ƣu điều kiện lên men dấm để thu đƣợc hàm lƣợng axit cao Đối tƣợng nghiên cứu: - Chủng vi khuẩn Komagataeibacter saccharivorans A2 Quy trình sản xuất dấm gạo từ phế phụ phẩm trình sản xuất rƣợu gạo Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu đƣợc thực quy mô phòng thí nghiệm xƣởng thực nghiệm thiết bị 500 lít Tóm tắt cô đọng nội dung đóng góp tác giả - Khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng trình lên men dấm nhƣ: hàm lƣợng axit ban đầu, hàm lƣợng cồn ban đầu, hàm lƣợng cao nấm men, hàm lƣợng saccarosa - Lựa chọn tối ƣu hóa số điều kiện lên men phần mền Design Expert 8.0.6 - Thực nghiệm xƣởng thiết bị 500 lít CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẤM 1.1.1 Lịch sử dấm Dấm loại gia vị truyền thống tiếng khắp giới Ngƣời Pháp cho rằng, dấm sản phẩm tuyệt vời có nguồn gốc từ “vin aigre” nghĩa từ “vang chua” Theo tiếng Hy Lạp, dấm xuất phát từ danh từ “oxcus” tức “chua” [11, 50] Theo Cục quản lý Dƣợc phẩm Thực phẩm Hoa Kỳ (FDA), dấm đƣợc xem vang chua “sour wine” rƣợu chua “sour liquid” sản phẩm trình lên men axit axetic từ rƣợu etylic với nồng độ axit axetic tối thiểu 4%, hàm lƣợng etanol tối đa 0,5%, pH=2,0-3,5 số chất hòa tan khác nhƣ: vitamin, muối khoáng, axit amin, hợp chất phenol (axit galic, catechin, axit caffeic, axit ferulic), axit hữu không bay (axit tartaric, citric, malic, lactic), đƣợc sử dụng làm gia vị bảo quản [14, 22] Theo Tổng cục thống kê Việt Nam (GSO), dấm chất lỏng qua trình lên men, đƣợc sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp bao gồm tinh bột đƣờng tinh bột đƣờng, có hƣơng vị đặc trƣng dấm với hàm lƣợng axit axetic không 5% Là sản phẩm lên men từ nguồn nguyên liệu nông nghiệp, dấm có lịch sử phát triển từ lâu đời Theo số tài liệu cổ, dấm đƣợc phát từ 10.000 năm trƣớc Vết tích dấm đƣợc tìm thấy Ai Cập cổ đại từ 3.000 năm trƣớc công nguyên Khoảng 5.000 năm trƣớc công nguyên, ngƣời Babylon biết dùng trái chà để làm rƣợu dấm Theo tích Thần Nông, dấm đƣợc tìm thấy Trung Quốc từ đời nhà Hạ, 2.000 năm trƣớc công nguyên Năm 1100, Albucases phát dấm không màu đƣợc cất lửa nhỏ Vào kỷ XV, thầy tu Basilius Venlentinus, phát dấm cất có độ chua cao Nửa đầu kỷ XVIII, nhà hóa học Stahl phát vị chua dấm axit axetic Vào năm 1778, Durande tạo sản phẩm có nồng độ axit axetic đậm đặc gọi axit axetic băng nhờ trình chƣng cất Năm 1823, Dobereiner ngƣời chứng minh trình oxy hóa rƣợu điều kiện thoáng khí tạo axit axetic nƣớc sở trình lên men sản xuất dấm Sau đó, Schutzenbach công bố trình sản xuất dấm dựa trình oxy hóa rƣợu thành axit axetic Dobereiner Năm 1955 Joslyn công bố phƣơng pháp làm dấm gọi phƣơng pháp lên men chìm, sau Hromatka tiếp tục phát triển phƣơng pháp [50] Hinh 1.1 Phương pháp lên men dấm cổ điển [56] 1.1.2 Phân loại sản phẩm dấm Dấm loại gia vị phổ biến có lịch sử lâu đời nhƣng tiêu chuẩn dấm phân loại dấm chƣa có thống toàn giới Theo Cục Quản lý Dƣợc Thực phẩm Mỹ (FDA) hƣớng dẫn quy cách ghi nhãn sản phẩm dấm vào nguyên liệu đầu vào phƣơng pháp sản xuất; theo thống kê công ty Crisco Company (2007), số loại dấm phổ biến đƣợc tiêu thụ giới nhƣ sau [56] - Dấm thơm (Balsamic vinegar): màu nâu, hàm lƣợng axit axetic khoảng 6-18%, vị chua đậm đà hƣơng thơm dễ chịu đƣợc hình thành trình lên men kéo dài nhiều năm Loại dấm đƣợc làm từ nho trắng vùng Trebbiano đƣợc tàng trữ thùng loại gỗ thơm: gỗ sồi, gỗ dâu, gỗ đinh hƣơng Trong đó, tiếng với loại dấm thơm Ý, Mỹ Bắc Mỹ: Dấm thơm Modena, dấm thơm Reggio Emilia,… Một số loại dấm 10 Sau phân tích phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy biểu diễn mô hình Y theo biến mã nhƣ sau: Y = 6,09 – 0,26A + 0,035B -0,095C – 0,16AC – 0,082BC – 0,57A2 – 0,49B2 0,41C2 Gọi Z1, Z2, Z3 lần lƣợt số thực tƣơng ứng với nhiệt độ lên men (°C), nồng độ cao nấm men bổ sung (g/l), nồng độ axit ban đầu (%) Khi đó, đa thức bậc hai mô tả hàm lƣợng axit axetic dấm Y(%) phụ thuộc vào nhiệt độ lên men, nồng độ cao nấm men bổ sung nồng độ axit ban đầu theo biến số thực đƣợc biểu diễn nhƣ sau: Y = -62,02 + 3,89215Z1 +12,85719Z2 + 21,06509Z3 – 0,2625Z1Z3 - 1,65Z2Z3 0,063714Z12 - 7,8172Z22 -10,35823Z32 Bảng 3.3 Kết phân tích phù hợp mô hình với thực nghiệm Thông số Độ lệch chuẩn Giá trị 0,073 Thông số Giá trị R2 0,9944 Giá trị trung bình 5,08 R hiệu chỉnh 0,9902 Hệ số biến thiên % 1,43 R2 dự đoán 0,9831 Tổng bình phƣơng phần dƣ dự đoán (PRESS) 0,17 Độ xác phù hợp (Adeq Precision) 42,281 Hệ số hồi quy (R2) tính đƣợc 0,9944 Điều thể có 99,44% số liệu thực nghiệm tƣơng thích với số liệu tiên đoán theo mô hình Giá trị R2 lớn 0,75 thể mô hình tƣơng thích với thực nghiệm có nghĩa có tƣơng quan chặt chẽ yếu tố thí nghiệm hàm lƣợng axit tạo thành Giá trị R2 tiên đoán 0,9831 phù hợp với R2 hiệu chỉnh 0,9902 (độ lệch 0,0071< 0,2) Tỷ lệ tín hiệu so với nhiễu 42,281>4 tín hiệu đầy đủ Hệ số biến dị CV thí nghiệm mức thấp 1,42% chứng tỏ mức độ phân tán sản lƣợng axit axetic thấp Bề mặt đáp trị đồ thị đƣờng đồng mức hàm hồi qui phản ánh mối quan hệ biến độc lập biến phụ thuộc Hình dạng khác đồ thị đƣờng đồng mức đánh giá mức độ tác động qua lại lẫn biến: đƣờng 53 đồng mức dạng tròn cho thấy mối quan hệ tƣơng tác biến tƣơng ứng ý nghĩa; trái lại, đƣờng đồng mức dạng elip chứng tỏ mối quan hệ biến tƣơng ứng có ý nghĩa thống kê Hình ảnh bề mặt đáp trị không gian chiều đồ thị đƣờng đồng mức hai mô hình đƣợc hình 3.6 3.7 Trong đồ thị đó, lần lƣợt hai biến đƣợc mô tả, biến lại giữ cố định giá trị trung tâm Hình ảnh bề mặt đáp ứng có dạng lồi chứng tỏ đƣợc lựa chọn xác khoảng biến đổi yếu tố đầu vào tác động đến trình lên men dấm Hình 3.6 Đồ thị đường đồng mức bề mặt đáp mô tả ảnh hưởng nhiệt độ lên men (A) nồng độ axit ban đầu (C) Đồ thị 3.6 cho thấy, hàm lƣợng axit dấm Y tăng nhanh đến vùng giá trị cực đại nhiệt độ lên men A tăng từ 27-29,35°C nồng độ axit ban đầu C tăng từ 0,4-0,58 %; nhƣng hàm lƣợng axit dấm giảm nhanh nhiệt độ lên men tăng vƣợt 29,35°C đến 33°C hàm lƣợng axit ban đầu >0,58% Điều chứng tỏ ảnh hƣởng nhiệt độ lên men A nồng độ axit ban đầu C đến hàm lƣợng axit dấm Y có ý nghĩa Đồng thời, đồ thị đƣờng đồng mức dạng hình elip cho thấy tác động qua lại có ý nghĩa biến nhiệt độ A nồng độ axit ban đầu C Hình 3.7 phản ánh ảnh hƣởng tƣơng tác nồng độ cao nấm men bổ sung B, nồng độ axit ban đầu C đến hàm mục tiêu hàm lƣợng axit Y Khi nồng độ cao nấm 54 men bổ sung B tăng khoảng 0,5-0,76g/l nồng độ axit ban đầu C tăng từ 0,4-0,58% hàm lƣợng axit Y tăng dần đến giá trị cực đại; nhƣng nồng độ cao nấm men tăng từ 0,76-1,0g/l nồng độ axit ban đầu tăng từ > 0,58% hàm lƣợng axit giảm nhanh Nhƣ vậy, ảnh hƣởng nồng độ cao nấm men bổ sung nồng độ axit ban đầu đến hàm lƣợng axit dấm có ý nghĩa Đồng thời, mối quan hệ tƣơng tác biến nồng độ cao nấm men bổ sung nồng độ axit ban đầu có ý nghĩa thống kê với dạng hình elip đồ thị đƣờng đồng mức Hình 3.7.Đồ thị đường đồng mức bề mặt đáp mô tả ảnh hưởng nồng độ cao nấm men bổ sung (B) nồng độ axit ban đầu (C) Mục tiêu nghiên cứu tối ƣu hóa trình lên men dấm xác định đƣợc điều kiện lên men cho kết hàm lƣợng axit axetic dấm cao Chạy chƣơng trình tối ƣu hóa phần mềm Design Expert 8.0.6 với liệu thí nghiệm thu đƣợc điều kiện tối ƣu nhƣ sau: nhiệt độ lên men 29,35oC; nồng độ cao nấm men bổ sung 0,76 g/l; nồng độ axit ban đầu 0,58% Khi đó, dự đoán phần mềm tối ƣu, hàm lƣợng axit dấm đạt 6,12% Tuy nhiên, xét đến khả vận hành thực tế sản xuất, lựa chọn điều kiện lên men tối ƣu với nhiệt độ lên men 29,5°C; nồng độ cao nấm men bổ sung 0,76g/l; nồng độ axit ban đầu 0,58% Tiến hành thực nghiệm điều kiện tối ƣu lựa chọn để kiểm chứng lại kết dự đoán phần mềm Kết nhƣ sau: 55 Các giá trị bảng 3.4 cho thấy, điều kiện lên men tối ƣu chọn, trung bình hàm lƣợng axit dấm đạt đƣợc 6,08% Giá trị trung bình hàm lƣợng axit dấm dự đoán theo phần mềm lần lƣợt 6,12% Kết xử lý số liệu so sánh giá trị trung bình thực nghiệm dự đoán phần mềm hàm lƣợng axit dấm với chuẩn t-Student t = 0,8165 Trong đó, giá trị chuẩn t-Student tra bảng tb= 2,306 ngƣỡng 5% Nhƣ vậy, khác biệt thực nghiệm dự đoán phần mềm nghĩa thống kê với p = 0,4513 > 0,05 Nói cách khác, kết mô hình tối ƣu hóa trình lên men xây dựng phần mềm hoàn toàn phù hợp với thực tế sản xuất Bảng 3.4 Kết thực nghiệm kiểm chứng điều kiện tối ưu TT Hàm lƣợng axit dấm (%) Dự đoán Thực nghiệm 6,12 6,08 6,12 6,26 6,12 6,14 6,12 6,02 6,12 5,90 Trung bình 6,12 6,08 3.3 CẢI TIẾN QUY TRÌNH ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ LÊN MEN DẤM Do chủng A2 có khả chịu đƣợc nồng độ cồn axit cao, nhằm tăng hiệu chuyển hóa cồn thành axit axetic, thu sản phẩm dấm gạo có nồng độ axit cao, tiến hành thí nghiệm bổ sung cồn dần trình lên men từ 6% (0 giờ) tới 9% (120 giờ) lên môi trƣờng lên men điều kiện tối ƣu nghiên cứu Kết thí nghiệm đƣợc thể hình 3.8 Bằng phƣơng pháp bổ sung cồn dần, khả phát triển chuyển hóa axit chủng A2 không bị ảnh hƣởng, nồng độ axit đạt đƣợc cao so với phƣơng pháp trì nồng độ cồn ban đầu 6% 56 6.0 6.0 6.84 5.0 8.16 7.86 7.00 6.00 4.3 4.0 7.32 5.1 5.00 3.3 2.8 3.6 3.0 2.0 4.00 3.00 2.3 1.8 2.28 1.5 1.0 1.0 2.00 1.1 0.6 0.66 0.9 0.4 0.0 10 20 30 40 9.00 8.31 8.00 50 60 70 80 90 1.00 0.8 0.3 100 0.3 110 0.00 0.0 Nồng độ acid (% acid acetic) Nồng độ cồn (%v/v) 7.0 120 Thời gian (giờ) Nồng độ cồn (% v/v) Nồng độ acid (% acid acetic) Hình 3.8 Sự biến đổi nồng độ cồn axit trình lên men dấm Bảng 3.5: Đánh giá lên men sản xuất dấm môi trường bổ sung dịch bã rượu Thứ tự lần thử nghiệm Nồng độ axit (%) 8.31 8.28 7.86 7.98 8.34 Trung bình 8,15 Quá trình lên men dấm gạo sử dụng chủng vi khuẩn axetic A2 với điều kiện lên men: nhiệt độ 29,5 oC, nồng độ cồn ban đầu 6% (v/v) bổ sung dần cồn tới 9%, nồng độ axit ban đầu 5,8g/l (theo axit axetic), nồng độ cao nấm men bổ sung 0,76g/l đƣợc thử nghiệm đợt thiết bị lên men có sục khí Kết thí nghiệm bảng 3.5 thể hiện, chuyển chế độ lên men sang sục khí thời gian lên men giảm xuống ngày hàm lƣợng axit thu đƣợc cao hẳn so với lên men lắc Quá trình lên men chuyển hóa cồn thành axit axetic chủng A2 ổn định với tổng nồng độ cồn sử dụng 9% (v/v), sản phẩm dấm thu đƣợc đạt nồng độ axit axetic trung bình 8,15% nên ứng dụng chủng giống nghiên cứu qui mô sản xuất lớn 57 hoàn toàn khả thi Đánh giá khả sinh axit, so với chủng vi khuẩn axetic công bố, Komagataeibacter saccharivorans A2 có khả sinh axit cao lên men phƣơng pháp chìm môi trƣờng sử dụng phế phụ phẩm trình sản xuất rƣợu gạo 3.4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ THỰC NGHIỆM SẢN XUẤT 3.4.1 Xây dựng quy trình Bã rƣợu A2 Xử lý Cấp Phối trộn Cấp Thanh trùng Cấp Lên men Đƣờng, muối khoáng,cao nấm men Thanh trùng Lọc Sản phẩm Hình 3.9 Quy trình lên men dấm chìm từ phế phụ phẩm sản xuất rượu gạo 58 Thuyết minh quy trình Quy trình sản xuất dấm gạo sử dụng bã rƣợu làm ngyên liệu bao gồm bƣớc chính: Xử lý dịch bã, phối trộn môi trƣờng lên men, nhân giống vi khuẩn, lên men, trùng lọc sản phẩm Xử lý dịch bã: Dịch bã thu đƣợc lọc, bổ sung thêm cồn lên 6%, sau bảo quản kín nhiệt độ thƣờng Phối trộn môi trƣờng lên men: Môi trƣờng lên men bao gồm dịch bã 20%, đƣờng 10g/l, cao nấm men, axit axetic loại muối khoáng, đảm bảo nồng độ axit tổng đạt 0,58% Dịch sau phối trộn đƣợc trùng điều kiện 0,5 atm/ 30 phút Nhân giống vi khuẩn axetic Sử dụng chủng vi khuẩn axetic Komagataeibacter saccharivorans A2 để lên men Quy trình nhân giống gồm cấp: - Cấp 1: nuôi cấy bình tam giác lít với thể tích nhân giống bình 200ml, nhiệt độ nuôi 30oC, tốc độ lắc 160 vòng/ phút - Cấp 2: nuôi cấy bình inox lít với thể tích nhân giống bình 2,5 lít, nhiệt độ nuôi 30oC, có xục khí - Cấp 3: nuôi cấy thiết bị lên men 500 lít với thể tích nhân giống tối đa 350 lít Lên men Môi trƣờng sau trùng đƣợc làm nguội xuống 29,5oC tiến hành bổ sung giống Trong trình lên men nhiệt độ đƣợc trì 29,5oC, áp suất thùng lên men trì 0,3atm Sau 36 bắt đầu bổ sung thêm cồn, nồng độ cồn bổ sung cho lần 0,5% thể tích lên men Thời gian lên men kéo dài 120 Thanh trùng lọc sản phẩm Kết thúc trình lên men, dịch dấm đƣợc trùng điều kiện 0,5atm/30 phút Sau đƣợc lọc thiết bị lọc khung Cuối đóng chai tạo thành sản phẩm 59 3.4.2 Thực nghiệm sản xuất Một quy trình đƣợc coi hoàn thiện đƣa vào thực nghiệm đạt hiệu lên men cao Đề tài triển khai thực nghiệm sản xuất dấm gạo lên men theo quy trình hoàn thiện quy mô phòng thí nghiệm.Tiến hành thực nghiệm đƣợc mẻ với thể tích lên men 350 lít/ mẻ thiết bị 500 lít, điều kiện tƣơng tự Kết lên men thể bảng 3.6 Thời gian Bảng 3.6 Kết lên men quy mô 350 lít/ mẻ Mẻ Mẻ Mẻ Cồn % Axit % Cồn % Axit % Cồn % Axit % 6,0 0,58 6,0 0,58 6,0 0,58 12 5,7 1,26 5,7 1,20 5,7 1,14 24 5,5 1,92 5,3 2,34 5,5 1,80 36 5,2 3,24 4,8 3,36 5,1 3,06 48 4,6 4,38 4,1 4,56 4,4 4,44 60 3,4 5,82 3,2 5,88 3,2 5,88 72 2,1 6,42 2,4 6,24 2,1 6,60 84 1,3 7,08 1,1 6,90 1,2 7,14 96 0,9 7,50 0,9 7,32 0,8 7,62 108 0,6 7,80 0,8 7,74 0,5 8,04 120 7,98 7,92 8,16 Bảng 3.6 cho thấy điều kiện lên men phù hợp, hàm lƣợng axit đợt thu tƣơng đối ổn định Tiếp tục thử nghiệm quy mô lớn 3.5 ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN HỢP CHẤT DỄ BAY HƠI CỦA SẢN PHẨM DẤM GẠO LÊN MEN TỪ DỊCH BÃ RƢỢU Các cấu tử chất thơm bã rƣợu qua trình lên men kết hợp với axit tạo thành hƣơng thơm đặc trƣng cho sản phẩm dấm gạo lên men Hƣơng thơm sản phầm dấm gạo lên men chủng Komagataeibacter saccharivorans A2 đƣợc đánh giá mẫu dấm gạo Nhật mẫu dấm gạo bán phổ biến thị 60 trƣờng phƣơng pháp cảm quan theo phép thử cho điểm Kết thể bảng 3.7 cho thấy, dấm gạo nghiên cứu với dấm gạo Nhật đƣợc đánh giá có hƣơng thơm không khác biệt thơm dấm gạo thị trƣờng Bảng 3.7 Điểm đánh giá khác biệt hương thơm mẫu dấm thử KH mẫu dẫm A (Dấm gạo Nhật) B (Dấm gạo thí nghiệm) C (Dấm gạo thị trƣờng) Điểm trung bình 3.50a 3.25a 2.50b (a, b phân nhóm theo điểm khác có nghĩa hƣơng thơm mẫu dấm P