Khảo sát hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm enzyme termamyl 120l α amylase đến hiệu suất thuỷ phân tinh bột ở nồi gạo trong công nghệ sản xuất bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CHẾ PHẨM ENZYME TERMAMYL 120L (α-amylase) ĐẾN HIỆU SUẤT THUỶ PHÂN TINH BỘT Ở NỒI GẠO TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Hoài Hương Sinh viên thực MSSV: 107111113 : Nguyễn Thị Hồng Như Lớp: 07DSH02 TP Hồ Chí Minh, 2011 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương 2.5.1 Chỉ tiêu cảm quan .61 2.5.2 Các tiêu hoá học 61 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 62 3.1 Phương tiện nghiên cứu 62 3.1.1 Thời gian địa điểm 62 3.1.2 Nguyên vật liệu .62 iii SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương 4.4 Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme Termamyl 120L 88 4.5 Khảo sát thời gian đường hoá 89 4.6 Đánh giá khác biệt bia có sử dụng enzyme Termamyl 120L bia iv SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hồi Hương DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH Hình 2.1 Tài liệu cho thấy bia sản xuất Sumeria từ lâu Hình 2.2 Nước dùng nấu bia Hình 2.3 Malt 12 Hình 2.4 Đại mạch nhiều hàng (trái), đại mạch hàng (phải) 13 Hình 2.5 Bơng mặt cắt dọc hạt đại mạch hai hàng 13 Hình 2.6 Quy trình sản xuất malt đại mạch 16 Hình 2.7 Hoa houblon (hay hoa bia) 17 Hình 2.8 Cơng thức tổng qt α - acid đắng 19 Hình 2.9 Cơng thức tổng qt β – acid đắng 20 Hình 2.10 Cấu tạo polyphenol houblon: Procyanidin C3 (a), Astragalin (b) 22 Hình 2.11 Các dạng hoa houblon: hoa khô (a), viên nén (b) dịch chiết (c) .22 Hình 2.12 Hình thái khuẩn lạc nấm men: S cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b) 23 Hình 2.13 Thế liệu (gạo) 28 Hình 2.14 Sơ đồ phân loại hệ amylase 30 Hình 2.15 Cơ chế tác động α – amylase lên tinh bột 32 Hình 2.16 Quy trình nấu bia 40 Hình 2.17 Nồi nấu malt 43 Hình 2.18 Nồi nấu dịch lên men (dịch đường + houblon) 44 Hình 2.19 Thiết bị lắng dịch lên men 45 Hình 2.20 Quy trình đóng chai 47 Hình 2.21 Vịi chiết bia vào chai 48 Hình 2.22 Quy trình đóng lon 50 Hình 2.23 Máy kiểm tra mực bia lon 51 Hình 2.24 Quy trình đóng keg .51 Hình 2.25 Thanh trùng Keg 52 Hình 2.26 Bia bảo quản kho tránh ánh sáng .53 Hình 2.27 Cơ chế phân cắt tinh bột enzyme amylase .57 vi SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hồi Hương Hình 2.28 Sơ đồ đường hoá hai giai đoạn 59 Hình 2.29 Sơ đồ đường hoá ba giai đoạn .59 Hình 3.1 Nguyên liệu gạo sử dụng cho thí nghiệm 63 Hình 3.2 Thiết bị dùng để phân tích: Brix kế (a), nhớt kế (b) 64 Hình 3.3 Enzyme Termamyl 120L .65 Hình 3.4 Gạo malt nghiền 67 Hình 3.5 Đun gạo bếp có theo dõi nhiệt độ khuấy 68 Hình 3.6 Dịch đường sau lọc 69 Hình 3.7 Xác định độ nhớt dịch đường 69 Hình 3.8 Cốc nấu gạo (bổ sung enzyme Termamyl) + malt 79 Hình 3.9 Cốc nấu gạo (dùng malt lót) + malt 79 Hình 3.10 Dịch đường lọc mẫu F0 F1 .79 Hình 3.11 Dịch đường mẫu F0 F1 sau nấu với hoa .80 Hình 3.12 Dịch đường sau lên men 81 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ ezyme Termamyl bổ sung khác đến độ đường tạo lần lọc bã thứ 85 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH nhiệt độ đến độ đường tạo lần lọc bã thứ tỉ lệ ezyme Termamyl 0.08% 87 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn độ đường (0P) thu sau lần lọc thứ (nha cốt) thời điểm bổ sung enzyme khác tì lệ enzyme Termamyl 0.08% 89 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn DE (mg/ml) thu sau trình nấu gạo thời điểm khác tỉ lệ enzyme Termamyl 0.08% 90 vii SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương viii SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ - Tính cấp thiết đề tài: Trong thời đại khoa học công nghệ phát triển ngày nay, người nổ lực phấn đấu phát minh điều kì diệu Một thành tựu đáng quan tâm lĩnh vực ứng dụng chế phẩm enzyme tinh chế có nguồn gốc từ vi sinh vật vào qui trình cơng nghệ nhằm tiết kiệm nguồn ngun liệu sản xuất dần khan hiếm, hạ giá thành sản phẩm, cải tiến chất lượng sản phẩm ngon mà giá phải Hiện nay, việc sử dụng chất xúc tác có hoạt tính sinh học (enzyme) vào lĩnh vực sản xuất quan tâm giới Đáng ý ứng dụng cơng nghệ sản xuất nước giải khát có cồn Và bia sản phẩm ưa chuộng có hấp dẫn đặc biệt mùi vị đặc trưng Đó kết hợp hài hòa malt đại mạch, houblon, nước, nấm men tạo từ qui trình nấu phức tạp công phu Chế phẩm enzyme bổ sung vào nhiều giai đoạn qui trình cơng nghệ sản xuất bia giai đoạn đường hóa, giai đoạn lọc bia… nhằm rút ngắn thời gian sản xuất, nâng cao hiệu suất đường hóa, tăng độ bền sinh học cho bia thành phẩm Hòa nhập vào xu cải tiến chung đó, em tiến hành nghiên cứu đề tài “ khảo sát hiệu việc sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl 120L đến hiệu suất thủy phân tinh bột nồi gạo công nghệ sản xuất bia” Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu việc ứng dụng chế phẩm enzyme Termamyl nhằm đẩy nhanh tốc độ thuỷ phân tinh bột nồi gạo nhằm hổ trợ q trình đường hóa góp phần cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất thu hồi từ nâng cao chất lượng bia thành phẩm - Tình hình nghiên cứu: việc sử dụng enzyme xúc tác trình thuỷ phân tinh bột, hổ trợ trình đường hố nhiều nhà máy sản xuất bia, rượu áp dụng Với chế phẩm enzyme Termamyl 120L sử dụng nhiều nhà máy bia, nhiên việc sử dụng tuỳ thuộc vào nhà máy, sở, quy trình sản xuất - Mục đích nghiên cứu SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương nhằm phát huy tối đa hoạt lực chế phẩm enzyme Termamyl giúp tinh bột thuỷ phân dễ dàng hơn, nhằm rút ngắn thời gian đường hố Kết đạt Phương trình đường chuẩn: y = 0.3872x – 0.4752 (xem phụ lục) Bảng 4.5 Kết ảnh hưởng thời gian đường hoá đến hiệu suất thuỷ phân E0 E1 0.728 0.797 155.372 328.564 OD DE (mg/ml) Thời gian 25 phút 15 phút đường hoá DE xác định nâng nhiệt độ khối cháo gạo lên 100ºC sau khoảng thời gian 15 30 phút tỷ lệ enzyme 0.08% Ghi chú: Kết ghi bảng trung bình lần lặp lại thí nghiệm Mỗi lần thí nghiệm đo DE cốc để có số liệu xác Sau đồ thị biểu diễn (hình 4.4) 328.564 350 300 250 155.372 200 DE (mg/ml) 150 100 50 15 30 thời gian (phút) Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn DE (mg/ml) thu sau trình nấu gạo thời điểm khác tỉ lệ enzyme Termamyl 0.08% 90 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương Thảo luận Từ bảng 4.5 hình 4.4 ta thấy rằng: thời điểm kéo dài trình nấu gạo giúp cho enzyme hoạt động tốt hơn, hồ hoá lượng tinh bột gạo nhiều nhằm rút ngắn q trình đường hố sau Lí giải cho trường hợp kéo dài khoảng thời gian hoạt động enzyme cho DE cao enzyme đủ thời gian hoạt động để thuỷ phân hết lượng tinh bột có gạo trước cho malt vào Đồng thời rút ngắn thời gian đường hố tinh bột gạo thuỷ phân gần hoàn toàn nên cho malt vào hệ enzyme cần hoạt động nhằm thuỷ phân chất khơng hồ tan malt lượng nhỏ tinh bột cịn sót lại gạo Từ thảo luận ta thấy nên kéo dài thời điểm nấu gạo 100ºC 30 phút, tổng thời gian đường hố rút ngắn cịn 15 phút 4.6 Đánh giá khác biệt bia có sử dụng enzyme Termamyl 120L bia sử dụng malt lót Đây thí nghiệm hồn thiện sản phẩm, nhằm đánh giá khác biệt bia có sử dụng enzyme Termamyl 120L liệu gạo 40% bia không sử dụng enzyme với liệu gạo 20% Bảng 4.6 Kết độ đường độ cồn sau lên men Độ đường F0 F1 28.6 30.6 15 15.2 4 dịch đường (ºP) Độ đường sau lên men (ºP) Độ cồn 91 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương Độ đường mẫu dịch đường trước lên men chỉnh độ đường Thảo luận Từ số liệu có ta thấy khơng có khác biệt đáng kể độ đường độ cồn mẫu bia Việc sử dụng enzyme Termamyl 120L vào quy trình đường hố khơng làm thay đổi đáng kể chất lượng bia, ngồi cịn tiết kiệm lượng lớn malt lót tăng tỷ lệ liệu gạo Như nói sử dụng liệu với tỷ lệ cao 40% (có bổ sung enzyme) chất lượng dịch đường bia thu so với dịch đường nấu từ 80% malt (20% liệu gạo) khơng có khác biệt đáng kể 92 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Qua kết nghiên cứu từ thí nghiệm với điều kiện thí nghiệm khác tỉ lệ enzyme, nhiệt độ, pH, thời điểm bổ sung enzyme thời gian diễn q trình đường hố Em xin rút số kết luận sau: Xác định hoạt tính enzyme thương phẩm thị trường 2.82*106 (đơn vị hoạt tính amylase theo Smith and Roe/g) Từ thí nghiệm khảo sát tỉ lệ enzyme Termamyl 120L bổ sung ta thấy tỉ lệ 0.08 % enzyme cho khả thủy phân tinh bột tốt Ở nước có pH = 6.0 nhiệt độ 680C enzyme Termamyl 120L cho trình thủy phân tinh bột đạt hiệu suất cao Thời điểm bổ sung enzyme Termamyl lúc cho gạo xuống cho hiệu suất thủy phân tinh bột cao Thời gian diễn q trình đường hố thích hợp để enzyme Termamyl 120L hoạt động tốt 15 phút với thời gian giữ nhiệt nồi gạo 100ºC 30 phút Từ thí nghiệm ta nâng tỷ lệ sử dụng liệu gạo quy trình sản xuất bia từ 20% lên 40% (có bổ sung thêm enzyme Termamyl 120L) mà không làm thay đổi độ đường độ cồn bia thành phẩm Từ thí nghiệm đề tài ta có quy trình đường hố gạo malt có sử dụng enzyme Termamyl 120L công nghệ sản xuất bia Lager với 40% liệu gạo 5.2 Đề nghị Do thời gian thực đề tài có hạn nên em nghiên cứu hết tất yếu tố ảnh hưởng đến q trình đường hóa số yếu tố khác ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác enzyme Termamyl (α - amylase) đến hiệu suất thủy phân tinh bột 93 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hồi Hương Và đề tài khảo sát, thiết bị dụng cụ thực hạn chế nên đề tài dừng lại khâu lọc nha lần thứ nhất, tách bã dịch đường hóa mà không tiến hành rửa bã, đun sôi dịch wort với hoa houblon lắng cặn để dịch wort hoàn chỉnh chuẩn bị cho trình lên men Sau đây, em có số đề nghị sau: Tiến hành nghiên cứu với qui mô lớn để thấy khác biệt rõ rệt hiệu suất đường hóa phương pháp nấu bia truyền thống không sử dụng enzyme (malt lót) với phương pháp có sử dụng enzyme để ứng dụng vào sản xuất Tiến hành nghiên cứu loại chế phẩm enzyme khác để tìm loại enzyme thích hợp cho q trình đường hóa loại bia có tỉ lệ gạo thay khác 94 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Bùi Ái (2009), Công nghệ lên men ứng dụng công nghệ thực phẩm, Đại học Quốc Gia, thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đức Lượng (2004), Công nghệ enzyme, Đại học Quốc Gia, thành phố Hồ Chí Minh GS.TS Nguyễn Thị Hiền (2009), Khoa học Công nghệ Malt Bia, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Nguyễn Hoài Hương (2009), Thực hành hoá sinh, trường đại học Kỹ thuật cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh TS Nguyễn Hồi Hương (2009), Thực hành cơng nghệ lên men, trường đại học Kỹ thuật công nghệ thành phố Hồ Chí Minh TS Nguyễn Xuân Phương (2006), Cơ sở lý thuyết kỹ thuật sản xuất thực phẩm, Nhà xuất Giáo dục PGS.TS Lê Thanh Mai (2007), Các phương pháp phân tích ngành Cơng nghệ lên men, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Việt Mẫn (2009), Công nghệ sản xuất thức uống, Nhà xuất đại học Quốc Gia, thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu tiếng Anh: Chris Boulton and David Quain (2001), Brewing Yeast & Fermentation, Blackwell Science Ltd Ted Goldammer (2000), The Brewer’s Handbook, Apex Publishers Dennis E Briggs (2004), Brewing: Science and Practice, Woodhead Publishing Limited, Abington Hall, Abington, Cambridge CB1 6AH, England Tài liệu từ Internet: http://byo.com/mrwizard/1017.html http://en.wikipedia.org 95 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương http://en.wikipedia.org/wiki/Homebrewing http://www.amwayz.com/beer-brewing/default.htm http://www.beer-brewing-advice.com http://www.vnulib.edu.vn http://congnghehoahoc.org 96 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương 97 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương PHỤ LỤC PHÂN TÍCH THỐNG KÊ THÍ NGHIỆM Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo tỉ lệ enzyeme Termamyl 120L THÍ NGHIỆM Phân tích phương sai thay đổi độ đường tỉ lệ enzyme Termamyl 0.08% theo nhiệt độ pH A SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo pH tỉ lệ enzyeme Termamyl 0.08% Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo nhiệt độ tỉ lệ enzyeme Termamyl 0.08% B SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo nhiệt độ pH = 5.5 tỉ lệ enzyeme Termamyl 0.08% Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo nhiệt độ pH = 6.0 tỉ lệ enzyeme Termamyl 0.08% C SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo nhiệt độ pH = tỉ lệ enzyeme Termamyl 0.08% D SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hồi Hương THÍ NGHIỆM Kiểm định LSD thay đổi độ đường theo thời điểm bổ sung enzyme tỉ lệ enzyeme Termamyl 0.08% PHƯƠNG PHÁP DNS (acid dinitro – salicylic) THÍ NGHIỆM 5: Phương pháp dựa sở phản ứng tạo màu đường khử với thuốc thử DNS Cường độ màu hỗn hợp phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ đường khử phạm vi định So màu tiến hành bước song 540nm Dựa theo đồ thị đường chuẩn glucose tinh khiết với thuốc thử DNS tính hàm lượng đương khử mẫu nghiên cứu Thuốc thử DNS: cân 5g DNS 300ml nước cất vào cốc, hoà tan 50ºC, sau cho thêm 5ml dung dịch NaOH 4M Cuối cho 150g muối tartrat kép hoà tan E SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương cho vào bình định mức thêm nước cất đủ 500ml, đựng lọ thuỷ tinh sẫm màu Chuẩn 3ml thuốc thử DNS HCl 0.1N với thị phenolphthalein, hết – 6ml HCl Dung dịch glucose chuẩn: pha sẵn dung dịch glucose chuẩn 10 mg/ml Dựng đường chuẩn glucose, đo mẫu bước sóng 540nm Hóa chất Ống ĐC Ống Ống Ống Ống Ống Glucose 10 (mg/ml) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Nước cất (ml) 10 9.8 9.6 9.4 9.2 9.0 Nồng độ (mg/ml) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 OD540nm 0.240 0.610 1.086 1.462 1.882 F SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như GVHD: TS Nguyễn Hoài Hương y = 0.3872x - 0.4752 Đồ thị đường chuẩn Glucose R = 0.993 1.882 OD (540nm) 1.5 1.462 1.086 0.61 0.5 0.24 0 -0.5 đường khử Đồ thị đường chuẩn glucose Phương trình đường chuẩn: y = 0.3872x – 0.4752 Từ phương trình đồ thị đường chuẩn ta tính x (mg/ml) đường khử dung dịch đường pha loãng: Mẫu E0 pha loãng 50 lần (n = 50), OD540nm = 0.728 0.728 = 0.3872x – 0.4752 ⇒ x = 3.107 DE = x*50 = 155.372 (mg/ml) Mẫu E1 pha loãng 100 lần (n = 100), OD540nm = 0.797 0.797 = 0.3872x – 0.4752 ⇒ x = 3.286 DE = x*100 = 328.564 (mg/ml) G ... cho bia thành phẩm Hòa nhập vào xu cải tiến chung đó, em tiến hành nghiên cứu đề tài “ khảo sát hiệu việc sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl 120L đến hiệu suất thủy phân tinh bột nồi gạo công nghệ. .. độ pH đến khả thủy phân tinh bột enzyme Termamyl Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme Termamyl 120L Khảo sát thời gian đường hoá Đánh giá khác biệt bia sử dụng 40% liệu gạo có bổ sung enzyme Termamyl. .. cịn gọi α- amylase amylase dextrin hố hay amylase dịch hố Hình 2.15 Cơ chế tác động α – amylase lên tinh bột Trên thị trường enzyme giới có bán hai sản phẩm: sản phẩm α- amylase dạng lỏng α- amylase