Nghiên cứu sản xuất rượu vang giàu chất chống oxy hóa từ quả thanh long hylocereus polyrhizus bằng nấm men saccharomyces cerevisiae

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG HỮU UYÊN THY NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT RƯỢU VANG GIÀU CHẤT CHỐNG OXY HÓA TỪ QUẢ THANH LONG Hylocereus polyrhizus BẰNG NẨM MEN Saccharomyces cerevisiae Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 60540101 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học : GS.TS Đống Thị Anh Đào Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Nguyễn Đoan Duy Cán chấm nhận xét 2: TS Lại Quốc Đạt Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm: PGS.TS Phan Ngọc Hòa PGS.TS Lê Nguyễn Đoan Duy TS Lại Quốc Đạt PGS.TS Nguyễn Thị Lan Phi TS Trần Ngọc Yên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRƯƠNG HỮU UYÊN THY MSHV: 7141017 Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1991 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số : 60540101 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sản xuất rượu vang giàu chất chống oxy hóa từ long Hylocereus polyrhizus nấm men Saccharomyces cerevisiae II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Phân tích số thành phần dinh dưỡng trái long ruột đỏ Bình Thuận - Khảo sát tối ưu hóa q trình thủy phân với yếu tố tỷ lệ pha loãng, pH, tỷ lệ enzyme pectinase/cellulase, hàm lượng enzyme tổng, nhiệt độ thời gian thủy phân nhằm thu hiệu suất thu hồi chất khô cực đại - Khảo sát tối ưu hóa q trình lên men với yếu tố hàm lượng chất khơ hòa tan ban đầu, hàm lượng men, nhiệt độ thời gian lên men nhằm thu đồng thời hàm lượng phenolic tổng hoạt tính chống oxy hóa cực đại - Khảo sát trình lên men phụ với yếu tố nhiệt độ thời gian - Đánh giá thay đổi hàm lượng hoạt tính chống oxy hóa qua trình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/12/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : GS.TS Đống Thị Anh Đào Tp HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2016 CÁN BỘ HƯƠNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập làm luận văn tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ tận tình Q Thầy Cơ bạn bè Em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến > Cô GS TS Đống Thị Anh Đào tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp tài liệu truyền đạt kinh nghiêm quý báu cho em hoàn thành tốt luận văn > Quý thầy cô môn Công nghệ Thực Phẩm trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy truyền đạt kiến thúc bổ ích cho em thời gian học tập làm luận văn > Quý thầy cô phản biện hội đồng chấm luận vãn đọc, nhận xét, góp ý cho luận văn hồn thiện giúp em trưởng thành nghiên cứu khoa học ứng dụng thực tiễn > Cô Nguyễn Thị Nguyên, bạn học khóa em khóa K12 ln gắn bó, hỗ trợ, giúp đỡ em thời gian làm luận văn > Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thân gia đình ln bên cạnh động viên em, cổ vũ em lúc khó khăn Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2016 Trương Hữu Uyên Thy TÓM TẮT Thanh long Hylocereus polyrhizus có thịt màu hồng đỏ, trồng phổ biến Tỉnh Bình Thuận số Tỉnh miền Nam, có hàm lượng dinh dưỡng cao chứa hoạt chất sinh học tốt cho sức khỏe Các số liệu nghiên cứu xử lý theo phân tích phương sai ANOVA với a = 0,05 sử dụng mô hình bề mặt đáp ứng (RSM) để tìm điểm tối ưu Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu trình thủy phân thịt long đỏ, sử dụng kết hợp enzyme pectinase cellulase để thu dịch có hiệu suất thu hồi chất khơ cao nhất, hàm lượng phenolic tổng hoạt tính chống oxy hóa cao Q trình thực cố định tỉ lệ thịt quả/nước 1/0,5 (w/w), điểm tối ưu đạt pH Z1 = 4,47, hàm lượng enzyme tổng Z2 = 3,74%v/dwt (tỉ lệ pectinase/cellulase 1/1), nhiệt độ Z3 = 54,8°c, thời gian Z4 = 42,2 phút Kết thu 91,1% chất khô so với nguyên liệu ban đầu, dịch thủy phân có hàm lượng phenolic tổng 338,3mg GAE/L,và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 244,2mg TEAC/L Tương tự xác định điều kiện tối ưu trình lên men nấm men Saccharomyces cerevisiae để thu đồng thời hàm lượng phenolic tổng hoạt tính chống oxy hóa cao Điểm tối ưu đạt với hàm lượng chất khơ hòa tan ban đầu Z1 = 21,7Bx, hàm lượng men Z2 = 0,044% (w/dwt), nhiệt độ Z3 = 20,6°C, thời gian Z4 = 6,6 ngày, sản phẩm có hàm lượng phenolic tổng 285,2mgGAE/L hoạt tính chống oxy hóa 189,5mgTEAC/L Q trình lên men phụ khảo sát với nhiệt độ 15°c 20 ngày thu hàm lượng phenolic tổng hoạt tính chống oxy hóa cao Sản phẩm rượu long thu có hàm lượng ethanol 9,20%v/v, hàm lượng đường sót 9,lBx, hàm lượng phenolic tổng 267,0mgGAE/L hoạt tính chống oxy hóa 175,6mgTEAC/L Sản phẩm bảo ôn ừong tháng điều kiện thường chất lượng khơng có khác biệt đáng kể Trong suốt quy trình sản xuất rượu long, tổn thất hàm lượng phenlic tổng hoạt tính chống oxy cao q trình lên men (cụ thể 14,4% 21,5% so với nguyên liệu tươi) ABSTRACT Red dragon fruit Hylocereus polyrhizus are widely planted in Binh Thuan province and some southern provinces in Viet Nam, known as a kind of fruit which contains high nutrient and bioactive compounds good for health The data is processed by the analysis of variance (ANOVA) with a = 0,05 and using the Response Surface Methodology (RSM) model to find the optimum point This study determines the optimal conditions for hydrolysis of red flesh dragon fruit when using in conjunction with pectinase and cellulase to obtain the highest dry matter recovery, total phenolic content and antioxidant activity The optimum point is at pH Z1 = 4,47, enzyme concentration Z2 = 3,74%v/dwt, (the ratio of pectinase and cellulase is 1/1), temperature Z3 = 54,8°c, time Z4 = 42,2mins when the flesh/water ratio is 1/0,5 (w/w) The total phenolic content is 338,3mgGAE/L, DPPH antioxidant activity is 244,2mgTEAC/L Then this study also determined the optimal conditions for fermentation to obtain the highest total phenolic content and antioxidant activity The optimum point is at dissolved dry matter content Z1 = 21,7Bx, yeast content Z2 = 0,044% (w/dwt), temperature Z3 = 20,6°C, time Z4 = 6,6 days, total phenolic content 285,2mgGAE/L and DPPH antioxidant activitiy 189,5mgTEAC/L Secondary fermentation stage should be performed at 15°c for 20 days to obtain the highest dry matter recovery, total phenolic content and antioxidant activity Red dragon fruit wine obtained the content of ethanol 9,20%v/v, residual sugar 9,lBx, the total phenolic 267,0mgGAE/L and antioxidant activity 175,6mgTEAC/L There was insignificantly different the sample stored 1month long at room temperature In all our process, fermentation stage suffers a large amount of total phenolic and antioxidant activity respectively 14,4% and 21,5% in compared with raw material LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn khoa học GS.TS Đống Thị Anh Đào Các nội dung nghiên cứu, số liệu kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những bảng biểu, hình ảnh, thơng tin trích dẫn phục vụ cho đề tài thu thập từ nguồn khác có ghi rõ ửong phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận nào, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2016 Trương Hữu Uyên Thy i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Thanh long 1.1.1 Giới thiệu long 1.1.1.1 Tổng quan 1.1.1.2 Phân loại 1.1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ long nước 1.1.2.1 Các nguồn cung cấp long nước 1.1.2.2 Một số sản phẩm khác từ long có mặt thị trường ố 1.1.3 Kết luận 1.2 Chất màu betalain 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Các biến đổi betalain 10 1.2.3 Tác dụng betalain 11 1.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 12 1.4 Enzyme pectinase 13 1.4.1 Giới thiệu 13 1.4.2 Enzyme poly galacturonase (PG) 15 1.5 Enzyme cellulase 17 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC 19 2.1 Các nghiên cứu Việt Nam 19 ii 2.2 Các nghiên cứu nước 20 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3.1 Quy trình sản xuất 23 3.1.1 Quy trình thủy phân long 23 3.1.2 Quy trình sản xuất rượu vang long 24 3.2 Nguyên liệu hóa chất 27 3.3 Phương pháp xác định 30 3.3.1 Xác định hiệu suất thu hồi chất khô 30 3.3.2 Xác định hàm lượng phenolic tổng hoạt tính chống oxy hóa DPPH từ thịt long 30 3.3.3 Các phương pháp xác định khác 33 3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu tối ưu hóa 33 3.4 Sơ đồ nghiên cứu 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39 4.1 Quá trình thủy phân 39 4.1.1 Khảo sát tỷ lệ pha loãng thịt quả/nước (w/w) 39 4.1.2 Khảo sát pH 40 4.1.3 Khảo sát tỷ lệ enzyme Pectinase/Cellulase (v/v) 42 4.1.4 Khảo sát hàm lượng enzyme tổng (%v/dwt) 43 4.1.5 Khảo sát nhiệt độ thủy phân 45 4.1.6 Khảo sát thời gian thủy phân 47 4.1.7 Tổng kết thí nghiệm khảo sát tối ưu hóaq trình thủy phân49 4.2 Q trình lên men 55 4.2.1 Khảo sát hàm lượng chất khơ hòa tan ban đầu 55 4.2.2 Khảo sát hàm lượng men 56 4.2.3 Khảo sát nhiệt độ lên men 58 iii 4.2.4 Khảo sát thời gian lên men 60 4.2.4 Tổng kết thí nghiệm khảo sát tối ưu hóa q trình lên men 62 Q trình lên men phụ 70 4.3 4.3.1 Khảo sát nhiệt độ lên men phụ 70 4.3.2 Khảo sát thời gian 71 4.3.3 Tổng kết thí nghiệm khảo sát 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 5.1 Kết luận 76 5.2 Kiến nghị 76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 85 A Xây dựng đường chuẩn 85 B Xử lý số liệu thí nghiệm khảo sát q trình thủy phân 87 c Xử lý số liệu thí nghiệm khảo sát lên men 99 D Ảnh hưởng thông số đến hàm lượng phenolic tổng (quá trình lên men phụ) 109 E Phưomg pháp xác định thành phần nguyên liệu 112 F Kiểm tra hoạt độ enzyme 117 G Phưomg pháp đếm tế bào buồng đếm hồng cầu 120 H Kết kiểm tra mẫu gửi trung tâm 122 62 4.2.4 Tổng kết thí nghiệm khảo sát tổi ưu hóa q trình tên men Bảng 4.6 Tổng kết kết thu từ thí nghiệm khảo sát cho q trình lên men Nội dung Hàm khảo sát lượng Tỷ lệ nấm Nhiệt men độ Thòi Hàm lượng Hàm lượng Hoạt gian ethanol chất khơ tính phenolic chống oxy tổng hóaDPPH hòa tan ban đầu Bx %w/dwt °C ngày Khảo sát 16 0,04 25 7,5±0,la 258,4±5,4C hàm lượng 18 0,04 25 7,l±0,lb 265,2±4,2bc 157,4+3,5”° chất khô 20 0,04 25 6,5+0,lc hòa tan ban 22 đầu (7) 24 0,04 25 6,l±0,ld 275,4±ll,l“b 162,3±3,8“b 0,04 25 5,5±0,le 278,3±5,la 161,7*1,8*“ Khảo sát tỷ 25 o,l±o,ld 266,5±2,1” lệ nấm men 0,02 0,04 25 3,2±0,2c 269,6+4,3ab 150,2+5,3”= 25 6,5+0,lb 272,7+1,2“ 162,2±7,8“b 0,06 25 9,5±0,l“ 275,4±4,3“ d 20 (8) %v/v mgGAE/L mgTEAC/L 269,8+4,5“”° 156,2±2,8C 164,1±3,3“ 146,6±5,8C 164,3±7,4“ Khảo sát 15 4,4±0,0 nhiệt độ lên 20 25 5,5±0,lc 291,0±3,7“ 171,5±3,8“ 6,6+0,2” 278,7±12,7“b 163,8+6,0“b 30 9,5±0,l“ 268,4±7,0b 154,6±5,8b 3,l±0,ld 275,0±5,9b 164,9±6,9b 6,5±0,lc 277,8±4,8b 175,0±5,4ab 9,0+0,2” 280,3±0,7ab 183,9+6,3“ 10,8+0,2“ 287,3+4,0“ 185,0+5,3“ men (9) 20 0,04 Khảo sát thời gian lên men 20 0,04 25 (10) 265,l±9,4 b 171,6±4,3“ Tiến hành tối ưu hóa trình lên men phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Modeling - RSM) theo mơ hình bậc hai tâm xoay (Central Composite Circumscribed design - CCC) phần mềm Modde 5.0 với yếu tổ khảo sát là: - Hàm lượng chất khơ hòa tan ban đầu (Z1); Bx - Hàm lượng men (Z2); %w/dwt 63 - Nhiệt độ (Z3); °C - Thời gian (Z4); ngày Hàm mục tiêu hàm lượng phenolic tổng (mgGAE/L) hoạt tính chống oxy hóa DPPH (mgTEAC/L) đạt cao Thiết kế bố trí thí nghiệm kết ghi lại bảng 4.7 4.8 Bảng 4.7 Thiết kế thí nghiệm tắỉ ưu hỏa theo mơ hình ccc Các mức Khoảng Mức Mức (-1) SỜ(O) Mức (+1) +« (+2) biến thiên Yếu tố -«(-2) Z1 (Bx) 16 18 20 22 24 Z2 (%w/dwt) 0,02 0,04 0,06 0,08 0,02 z3 (°C) 15 25 30 35 Z4(ngày) 20 10 Bảng 4.8 Bố trí thí nghiêm kết tối ưu trình ỉên men chỉnh Hàm lượng Hàm lượng Chất men khô (%w/dwt) Nhiệt Hoạt tính chống Thời phenolic tổng oxy hóa gian (mgGAE/L) DPPH Exp Exp No Name NI 18 0,02 20 274,16 164,38 N2 22 0,02 20 278,21 169,82 N3 18 0,06 20 273,35 178,74 N4 22 0,06 20 280,88 173,21 N5 18 0,02 30 260,04 165,45 N6 22 0,02 30 266,41 166,33 N7 18 0,06 30 273,54 167,13 N8 22 0,06 30 275,66 168,84 N9 18 0,02 20 279,49 174,31 (mgTEAC/L) độ (°C) (ngày) (Bx) 64 Bảng 4.9 Hệ sổ phương trình hồi qưy độ tin cậy hệ sổ tương ứng với yểu to trình lên men chính, với hàm mục tiêu hàm lượng phenolic tồng 65 X3 -2,561 0,267289 4,96342e-008 0,566626 X4 1,9059 0,267289 2,38588e-006 0,566626 X1*X1 -0,536481 0,219018 0,0262001 0,464298 X2*X2 -1,06151 0,219018 0,00017853 0,464298 X3*X3 -1,06402 0,219018 0,000174415 0,464298 X4*X4 -0,972397 0,219018 0,000411797 0,464298 X1*X2 -0,146965 0,2928 0,622555 0,620708 X1*X3 -0,312684 0,2928 0,30141 0,620708 X1*X4 -0,982167 0,2928 0,00402976 0,620708 2,02866 0,2928 3,39729e-006 0,620708 X2*X4 -0,143828 0,2928 0,629944 0,620708 X3*X4 0,420801 0,2928 0,169941 0,620708 Lack of fit 0,424 X2*X3 N = 31 Q2 = 0,683 Cond no = 5,4006 DF=16 R2 = 0,959 Y-miss = 0,923 RSD = 1,4640 Conf lev = 0,95 Comp = R Adj.= Kết từ bảng 4.9 với R2 = 0,959 > 0,8; Q2 = 0,683 > 0,5; Lack of fit có p = 0,424 > 0,05 cho thấy mơ hình phù hợp với mức ý nghĩa a = 0,05 Phương trình Hàm lượng phenolic tổng tỏng quát cổ dạng sau: p = bo + blXl + 62X2 + 63X3 + 64X4 + bllXl2 + b22X22 + b33X32 + b44X42 + bl2XlX2 + bl3XlX3 + bl4XlX4 + 623X2X3 + b24X2X4 + 634X3X4 Kết từ phần mềm Modde 5.0, với R2 = 0,959 Q2 = 0,683: p = 279,507 4-l,2146x1 4-2,56255x2 -2,561X3 4-1,9059X4 -0,53648lx* -1,0615lx* -l,06402x* 0,972397x* -0,982167x^4 4-2,02866x2x3 Tương đương với: 66 P = 279,5P'7 ■1 20 +1,9059 X - )■ °’04) o C*1 ~ (z3 25) - - -1,06402: -+2,02866 ~ „ 0,02 hay p = 141,288577 + 7,4453605 X Zi -166,7355 X Z2 + 0,804376 X Z3 + 8,780976 X Z4 -0,13412025 xZj -2653,775 xZ2 -0,0425608xZ^ -0,24309925 xZ^ -0,24554175 X Z(Z4 + 20,2866 X Z2Z3 Bang 4.10 Hệ số phương trình hồi quỵ độ tin cậy hệ sổ tương ứng với yểu tố trình lên men chỉnh, vởi hàm mục tiêu hoạt tính chống oxy hóa 67 Lack of fit 0,291 N = 31 Q2 = 0,649 Cond no = 5,4006 DF= 16 R2 = 0,938 Y-miss = 0,884 RSD = 2,8668 0,95 Comp = R Adj = Conf lev = Kết từ bảng 4.10 với R2 = 0,938 > 0,8; Q2 = 0,649 > 0,5; Lack of fit có p = 0,291 > 0,05 cho thấy mơ hình phù hợp với mức ý nghĩa a = 0,05 Phương trình Hoạt tính chống oxy hóa DPPH: D = Co + C1X1 + C2X2 + C3X3 + C4X4 + C11X12 + C22X22 + C33X32 + C44X42 + C12X1X2 + C13X1X3 + C14X1X4 + C23X2X3 + C24X2X4 + C34X3X4 Kết từ phần mềm Modde 5.0, với R2 = 0,938 Q2 = 0,649: D = 185,455 + 3,35913x2-3,24489x3+3,17152x4 -0,913975x2 -3,45074X2 -2,65499x2 -2,73619x2 Tương đương với (Z2-0,04) (Z3-25) _ (Z4-6) D = 185,455 + 3,35913X k \ J -3,24489Xv + 3,17152X v \ 0,02 ■(2,-20)' ■(Z2-0,04)' r(Z,-25)T 0,913975X -3,45074 X -2,65499 X 0,02 -2,73619X hay (z