Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn cacbon, pH và nhiệt độ tới quá trình lên men vang táo mèo

TRƯỜNG ĐAỊ HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SINH-KTNN  NGUYỄN THỊ MAI DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN CACBON, pH VÀ NHIỆT ĐỘ TỚI QUÁ TRÌNH LÊN MEN VANG TÁO MÈO KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: VI SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Đinh Thị Kim Nhung Hà Nội, tháng năm 2010 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp, ngồi cố gắng thân có tạo điều kiện nhà trường, khoa hướng dẫn tận tình thầy, giáo Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS Đinh Thị Kim Nhung tận tình hướng dẫn giúp đỡ em thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Sinh-KTNN tạo điều kiện cho em thực đề tài Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thị Mai Dung Nguyễn Thị Mai Dung K32B-Sinh-KTNN Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Mai Dung Trường ĐHSP Hà Nội K32B-Sinh-KTNN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn cacbon, pH nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo” thực hiện, không trùng với đề tài khác Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2010 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT SLTB : Số lượng tế bào TB : Tế bào HL : Hàm lượng Tg : Thời gian Nxb : Nhà xuất ĐHSP : Đại học sư phạm STT : Số thứ tự V : Thể tích T3 : Saccharomyces.sp T3 DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ Hình Ảnh Hình 3.1 Mẫu nấm men phân lập mơi trường thạch đĩa 16 Hình 3.2 Mẫu nấm men phân lập môi trường thạch nghiêng 16 Hình 3.3 Mẫu tế bào nấm men quan sát kính hiển vi quang học độ phóng đại 1000 lần 17 Biểu đồ Biểu đồ 3.1 SLTB trung bình sau 24h nuôi cấy giá trị pH khác 20 Biểu đồ 3.2 SLTB trung bình sau 24h nuôi cấy giá trị nhiệt độ khác 21 Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng nguồn cacbon tới trình lên men vang táo mèo 25 Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng pH tới trình lên men vang táo mèo 27 Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo 28 Đồ thị Đồ thị 3.1 Động thái lên men vang táo mèo 24 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học số loại Bảng 3.2 Hoạt lực lên men mẫu nấm men độ pH khác 17 Bảng 3.3 Khả lên men đường mẫu T3 18 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH đến sinh trưởng, phát triển T3 trình nhân giống 19 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến sinh trưởng, phát triển T3 trình nhân giống 21 Bảng 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng đường đến sinh trưởng, phát triển T3 trình nhân giống 22 Bảng 3.7 Khả lên men T3 môi trường có nồng độ đường khác 23 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nguồn cacbon tới trình lên men vang táo mèo25 Bảng 3.9 Ảnh hưởng pH tới trình lên men vang táo mèo 26 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo 28 Bảng 3.11 Kết phân tích rượu thành phẩm 29 hành xác định số lượng tế bào khoảng thời gian 4h/lần Chúng thu kết trình bày bảng 3.5 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến sinh trƣởng, phát triển T3 trình nhân giống SLTB Nhiệt độ x10 TB/ml 0 24 C 30 C 32 C Thời 0h 3,2±1,1 3,2±1,1 3,2±1,1 gian 4h 3,5±1,0 6,2±1,0 3,6±1,0 8h 12±1,3 18±1,3 11±1,3 12h 23±1,0 32±1,0 20±1,0 16h 70±1,1 90±1,1 63±1,1 20h 98±1,1 127±1,1 87±1,1 24h 140±1,3 170±1,3 120±1,3 28h 139±1,1 173±1,1 121±1,1 30 SLTB (x10 ) 25 20 15 10 24 30 32 0C Biểu đồ 3.2 SLTB trung bình sau 24h ni cấy giá trị nhiệt độ khác Từ kết cho thấy chủng T3 sinh trưởng phát triển tốt 0 khoảng nhiệt 30 C, 30 C tốc độ sinh trưởng, phát triển giảm xuống Vì chúng tơi giữ nhiệt độ cho trình nhân giống chủng T3 30 C 3.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng đường đến sinh trưởng, phát tri ển T3 trình nhân giống Để nghiên cứu tỉ lệ hàm lượng đường tới sinh trưởng phát triển chủng T3 chúng tơi tiến hành thí nghiệm mơi trường nhân giống điều kiện nhiệt độ 30 C, pH=4, tỉ lệ đường 18%, 20%, 22%, 25% Theo dõi khả sinh trưởng phát triển chủng T3 môi trường nhân giống cách đếm số lượng tế bào phân tích hàm lượng cồn, hàm lượng đường sót dịch lên men Bảng 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng đƣờng đến sinh trƣởng, phát triển T3 trình nhân giống SLTB Hàm lượng đường (%) 18 20 22 25 0h 3,2±1,1 3,2±1,1 3,2±1,1 3,2±1,1 4h 4,5±1,3 5,7±1,3 6,3±1,3 6,0±1,3 8h 13±1,0 16±1,0 18±1,0 17±1,0 Thời 12h 25±1,2 30±1,2 33±1,2 29±1,2 gian 16h 77±1,1 85±1,1 93±1,1 87±1,1 20h 110±1,0 122±1,0 130±1,0 120±1,0 24h 147±1,2 162±1,2 175±1,2 165±1,2 28h 145±1,0 160±1,0 173±1,0 167±1,0 x10 TB/ml Qua bảng số liệu thấy hàm lượng đường thích hợp cho q trình nhân giống 22% Do chúng tơi giữ hàm lượng đường cho chủng T3 nhân giống Bảng 3.7 Khả lên men T3 mơi trƣờng Có nồng độ đƣờng khác Tiêu chuẩn Đơn đánh giá vị 18 20 22 25 Tg lên men ngày 7 7 HL đường sót % 9±0,4 9,5±0,4 11±0,4 12±0,4 HL cồn 5±0,3 6,5±0,3 8±0,3 7,3±0,3 STT %V Hàm lượng đường (%) 3.3 Nghiên cứu động thái lên men vang táo mèo 3.3.1 Động thái phát triển chủng T3 q trình nhân giống Trong cơng nghệ sản xuất rượu vang, thời gian nhân giống chiếm thời lượng nhỏ 24-28h lại có vai trò quan trọng Việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình sinh trưởng phát triển chủng T3 cần thiết cho trình sản xuất rượu vang Để nghiên cứu sinh trưởng nấm men môi trường nhân giống tiến hành nuôi cấy giống bình lên men 100ml 30 C, pH khoảng 4-4,5 Tiến hành phân tích mẫu 4h/lần 24h liên tục Chúng thấy chủng T3 phát triển tốt môi trường nhân giống Sau 24h số lượng tế bào đạt tối đa Mặt khác, tổng hợp kết nghiên cứu khác nấm men q trình nhân giống chúng tơi thấy chủng T3 có đủ điều kiện tiêu chuẩn tốt, chọn làm đối tượng lên men táo mèo 3.3.2 Động thái lên men vang táo mèo Để xác định động thái lên men vang táo mèo, tiến hành lên men bình dung tích 100ml Mơi trường lên men dịch siro táo mèo 22% đường, 10% giống, pH 4-4,5 khoảng 30 C Tiến hành phân tích mẫu 14 ngày liên tục chúng tơi thu kết sau 25 20 15 Hl cồn (%) 10 HL đường sót (%) 0 Tg 10 12 14 (ngày) SLTB (x106) 350 300 250 200 150 SLTB 100 50 Tg (ngày) 10 12 14 Đồ thị 3.1 Động thái lên men vang táo mèo Kết cho thấy chủng T3 sinh sản nhanh 2-3 ngày đầu (pha sinh trưởng), trì ổn định ngày thứ 6-7-8 (pha cân bằng) Sau giảm dần vào ngày sau hàm lượng đường giảm mạnh, hàm lượng cồn tăng dần Đây kết phần lớn đường chuyển hóa thành rượu dẫn tới ức chế phát triển nấm men Hàm lượng acid tổng số tăng dần, nhiên thay đổi hàm lượng acid tổng số khơng lớn Do q trình lên men rượu, ngồi việc tạo sản phẩm rượu tạo nên acid hữu làm giảm độ pH dịch lên men 3.4 Ảnh hƣởng số yếu tố tới trình lên men vang táo mèo 3.4.1 Ảnh hưởng nguồn cacbon tới trình lên men vang táo mèo Để nghiên cứu ảnh hưởng nguồn cacbon tới trình lên men sử dụng nguồn cacbon khác từ glucose, sorbitol, saccharose, dịch ban đầu với hàm lượng đường 22% đường, pH=4, hàm lượng men giống 10% Lên men bình có dung tích 100ml Kết sau: Bảng 3.8 Ảnh hƣởng nguồn cacbon tới trình lên men vang táo mèo Chỉ tiêu phân Đơn tích vị glucose sorbitol saccharose dịch Tg lên men ngày 14 14 14 14 HL đường sót g/l 4,8±0,3 5,1±0,3 6,5±0,3 5, 6±0,3 HL cồn %V 11,5±0,5 11±0,5 10,2±0,5 10,8±0,5 4,1±0,2 4,3±0,2 4,3±0,2 4,2±0,2 pH Nguồn cacbon 12 10 HL đường sót (%) HL cồn (%) Nguồn cacbon Glu Sor Sac Dịch Biểu đồ 3.3 Ảnh hƣởng nguồn cacbon tới trình lên men vang táo mèo Nguồn cacbon sản sinh lượng, tạo thành tiền chất thực q trình oxi hóa khử để biến tiền chất thành sản phẩm trung gian để xây dựng tế bào Qua bảng cho thấy chủng T3 có khả lên men tốt đường khác glucose, sorbitol, saccharose, dịch ban đầu Trong nguồn glucose cho kết lên men tốt nhất, hàm lượng đường sót giảm, thể tích cồn cao, pH ổn định Sau sorbitol Đây đường đơn, nấm men dễ dàng sử dụng chuyển hóa nhanh chóng Đối với Saccharose đường dịch đường đơi, phải trải qua q trình phân cắt thành đường đơn nấm men sử dụng nên trình lên men diễn chậm Kết luận: Sử dụng glucose làm nguồn cacbon thích hợp cho trình lên men vang táo mèo 3.4.2 Ảnh hưởng pH tới trình lên men vang táo mèo Độ pH không ảnh hưởng đến hoạt động sống nấm men mà ảnh hưởng đến giá trị cảm quan vang Để khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu tới trình lên men vang táo mèo chúng tơi tiến hành thí nghiệm mơi trường dịch táo mèo có hàm lượng đường 22%, nhiệt độ 30 C, pH 3; 3,5; 4; 4,5; Kết thu bảng 3.9 Bảng 3.9 Ảnh hƣởng pH tới trình lên men vang táo mèo Chỉ tiêu phân Đơn tích vị 3,5 4,5 ngày 14 14 14 14 14 HL đường sót % 6,8±0,3 5,7±0,3 5,1±0,3 5,3±0,3 6,5±0,3 HL cồn 9,5±0,4 10,5±0,4 11±0,4 11,2±0,4 9±0,4 Tg lên men %v pH HL đƣờng sót (%) HL cồn (%) pH Biểu đồ 3.4 Ảnh hƣởng pH tới trình lên men vang táo mèo Các mẫu có độ pH=4-4,5 đạt tiêu cần thiết có hàm lượng cồn cao hiệu suất lên men cao Đối với mẫu pH=3-3,5 có hiệu suất giảm lượng acid tăng, áp suất thẩm thấu tăng gây ức chế cho hoạt động sống nấm men Mẫu pH=5 có hàm lượng cồn thấp, hàm lượng đường sót cao nên vị dư thừa, khó cảm nhận vị chua chát sản phẩm Kết thu có vài điểm khác so với số tác giả [6] Chủng nấm men DT5 DT7 mà tác giả nghiên cứu có phối hợp ba nguồn nguyên liệu táo mèo, dâu, mơ Ta biết lượng acid tổng số dâu, mơ thấp táo mèo nhiều (bảng 1.1) nên giá trị pH thích hợp cho chủng nấm men lên men khác Điều giải thích tác giả giữ pH=4,5 cho trình lên men Mặt khác tác giả Đinh Thị Kim Nhung, Nguyễn Ngọc Linh nghiên cứu ảnh hưởng pH tới trình lên men vang 0 nhiệt độ 26-28 C, lại tiến hành lên men điều kiện 30 C (trong tủ ấm) nên trình lên men táo mèo diễn nhanh hơn, mạnh hơn, tạo nhiều acid hữu (acetic, lactic ) làm pH thấp Kết luận: Chúng giữ độ pH cho trình lên men vang táo mèo 4-4,5 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo Nhiệt độ ảnh hưởng lớn tới q trình lên men Chính vậy, chúng tơi tiến hành nghiên cứu nhằm tìm nhiệt độ thích hợp cho trình lên men để nâng cao chất lượng vang Thí nghiệm tiến hành mơi trường 0 lên men 10%V giống, pH=4, nhiệt độ thay đổi từ 24 C, 30 C, 32 C Theo dõi liên tục 14 ngày Kết dẫn bảng 3.10 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo Chỉ tiêu Đơn phân tích vị 24 C 30 C 32 C Tg lên men ngày 14 14 14 HL đường sót % 6,5±0,4 5±0,4 7,5±0,4 HL cồn %V 10,2±0,4 11±0,4 9±0,4 4,3±0,2 4,2±0,2 4,4±0,2 pH Nhiệt độ 12 10 HL đường sót (%) HL cồn (%) 24 30 32 C Biểu đồ 3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo Qua bảng ta thấy nhiệt độ tăng từ 24-30 C hàm lượng rượu sinh tăng dần Cùng với hàm lượng rượu tăng hàm lượng đường sót giảm dần Đặc biệt nhiệt độ giá trị cảm quan tốt Do vậy, nói nhiệt độ yếu tố quan trọng định chất lượng rượu vang Mẫu có hàm lượng rượu tạo lớn chất lượng cảm quan tốt mẫu lên men nhiệt độ 30 C Mẫu có hàm lượng lên men giá trị cảm quan thấp 32 C Do nhiệt độ cao ức chế hoạt động sống nấm men, thoát CO2 thoát mạnh làm cho phát triển nhiều loại vi khuẩn gây hỏng vang, đồng thời làm hàm lượng cồn bị hao hụt giảm, sản phẩm trung gian (acetaldehyt, acetol…) tạo nhiều làm giảm giá trị cảm quan sản phẩm Theo [8], nhiệt độ thích hợp cho lên men vang táo mèo 26-28 C Tuy nhiên điều kiện phòng thí nghiệm chưa có đủ thiết bị ổn nhiệt nên chúng tơi đặt thí nghiệm mức nhiệt Chúng nhận thấy 30 C sản phẩm đạt giá trị cảm quan tốt, chất lượng đạt yêu cầu mức độ chênh lệch nhiệt độ so với tác giả không lớn Trong thời gian tới, có điều kiện nghiên cứu chúng tơi sâu tìm hiểu ảnh hưởng nhiệt độ tới trình lên men vang táo mèo Kết luận: Giữ nhiệt độ cho trình lên men vang táo mèo 30 C (nhiệt độ ổn định phòng thí nghiệm) sử dụng nhiệt độ chuẩn nghiên cứu tiếp ảnh hưởng yếu tố khác 3.5 Ứng dụng lên men vang táo mèo với quy mơ phòng thí nghiệm Qua kết nghiên cứu tiến hành lên men vang táo mèo với môi trường lên men nhiệt độ 30 C pH=4, tỉ lệ men giống 10% bình lít, sau 14 ngày kết thúc giai đoạn lên men đánh giá rượu thành phẩm cảm quan sau chuyển tiếp lên men vang phụ Kết phân tích dẫn bảng 3.1 Bảng 3.11 Kết phân tích rƣợu thành phẩm Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Mẫu Độ rượu %V 11,3 Đường sót % 4,9 Độ pH 4,2 3.6 Quy trình cơng nghệ lên men vang táo mèo 3.6.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất vang táo mèo Môi trường nhân giống Giống Giống cấp Giống cấp Quả táo mèo chín Rửa sạch, bổ sung đường Dịch Môi trường lên men Lên men ( 15-17 ngày) Vang non Lên men phụ Lọc Tàng trữ Lọc Đóng chai 3.6.2 Thuyết minh cơng nghệ Quy trình sản xuất vang táo mèo đầ y đ ủ bao gồm giai đoạn là: - Giai đoạn 1: Chế biến dịch lên men - Giai đoạn 2: Lên men - Giai đoạn 3: Lên men phụ (ủ chín vang) - Giai đoạn 4: Hồn thiện chất lượng tiêu thụ sản phẩm 3.6.2.1.Giai đoạn 1: Chế biến dịch lên men Quả thu hoạch cần phải lấy chín, loại bỏ non, dập nát thối Quả chọn đem rửa nước đạt tiêu chuẩn vệ sinh để nước Sau cho vào thùng ngâm đường theo tỉ lệ 1:1 Quả táo mèo ta khía đường nhỏ quanh Khoảng hai ngày khuấy trộn lần Sau tháng ta thu thứ dịch siro nước hoa có nồng độ đường khoảng 60-80% nhiều dưỡng chất khác chiết từ thịt 3.6.2.2.Giai đoạn 2: Lên men Bổ sung nấm men vào dịch lên men (thường tỉ lệ 5-7%V) Điều chỉnh nhiệt độ phù hợp cho trình lên men vang táo mèo 26-28 C, suốt trình lên men vang phải tiến hành phân tích mẫu kiểm tra nấm men thường xuyên để điều chỉnh trình lên men cho phù hợp để hạn chế thất cồn, hương thơm… q trình lên men chính, cần thiết phải lên men đầy bình, nên giữ áp lực mức thấp Quá trình lên men vang táo mèo thường kết thúc sau 15-17 ngày 3.6.2.3 Giai đoạn 3: Lên men phụ (ủ chín vang) Quá trình lên men phụ (ủ vang) nên giữ nhiêt độ