Nghiên cứu chế biến bia trái cây

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Z Y PHẠM HỒNG HIẾU Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN “BIA” TRÁI CÂY CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mà SỐ NGÀNH : 2.11.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Văn Việt Mẫn Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Đồng Thị Thanh Thu Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Hữu Phúc Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng .năm 2003 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHẠM HỒNG HIẾU Phái Ngày, tháng, năm sinh : 28/06/1978 Nơi sinh : Nam Định Chuyên ngành : Công Nghệ Thực Phẩm Mã số I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế biến “bia” trái II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: : Nam : 008 • Tổng quan tài liệu cam quy trình công nghệ sản xuất nước trái lên men • Nghiên cứu thực nghiệm: • Khảo sát ứng dụng chế phẩm pectinaza Pectinex Ultra 3XL (Novo) để tăng hiệu suất trích ly nước cam: Xác định lượng enzym sử dụng thời gian xử lý enzym • Khảo sát trình lên men nước cam tạo sản phẩm nước giải khát lên men có độ cồn thấp: chọn giống nấm men, lượng giống cấy pH ban đầu dịch lên men • Khảo sát chọn chế độ trùng sản phẩm III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 3/2003 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/2003 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ VĂN VIỆT MẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS Lê Văn Việt Mẫn PGS.TS Phạm Văn Bôn PGS.TS Phạm Văn Bôn Nội dung đề cương luận văn thạc só thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2003 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH TS Phạm Thành Quân LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Việt Mẫn tận tình hướng dẫn hỗ trợ hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn đến cô Lưu Ngọc Anh, cô Tôn Nữ Minh Nguyệt thầy cô khác Khoa hết lòng giúp đỡ suốt trình thực đề tài Tôi xin cảm ơn gia đình bạn bè ủng hộ, động viên khích lệ tinh thần thời gian vừa qua ABSTRACT Wine is known as a nutritious alcoholic beverage Wine made from fruit can be found all over the world with many famous trade-marks However, wine with high-alcoholic content seems not to be a popular refreshers for Vietnamese consumers Consequently, in this research, a fermented drink with low alcoholic content from fruit juice was proposed It can be called “fruit beer” Orange was chosen as a raw material Orange was cleaned then juiced The efficiency of extraction process was improved by treatment with microbial pectinase 0.2% of orange pulp (by weight) at 400C, pH 4.0 for 60 minutes Then orange juice was filtered and adjusted to 10.50Balling dry mass, pH: 4.3 Fermentation was carried out at 100C and inoculum rate (Saccharomyces cerevisiae) is 15 milion cells/ml The main fermentation finished when the dry mass content decreased to 8.00Balling The secondary fermentation was carried out at 40C for 24 hours Then the product was decantated and bottled Finally, it was pasteurized at 650C for 30 minutes TÓM TẮT Rượu vang loại nước uống có cồn với giá trị dinh dưỡng cao Các loại rượu vang làm từ trái có mặt khắp nơi giới với nhiều nhãn hiệu tiếng khác Tuy nhiên, có hàm lượng cồn cao nên rượu vang không xem loại nước giải khát thông dụng người tiêu dùng Việt Nam Do đó, công trình nghiên cứu này, muốn giới thiệu loại nước uống lên men từ trái với độ cồn thấp hơn, tạm gọi “bia trái cây” Loại trái sử dụng cam Cam làm ép lấy dịch Hiệu trình trích ly dịch nước cam cải thiện thông qua việc xử lý chế phẩm enzym pectinaza 0,2% dịch nước cam (theo khối lượng) nhiệt độ 400C, pH = 4,0 60 phút Sau đó, dịch nước cam lọc điều chỉnh nồng độ chất khô đến 10,50Bx pH 4,3 Quá trình lên men diễn 100C với lượng nấm men (Saccharomyces cerevisiae) cấy ban đầu 15 triệu tế bào/ml Quá trình lên men kết thúc hàm lượng chất khô giảm đến 8,00Bx Sau đó, tiếp tục lên men phụ 40C 24 Sản phẩm lắng đóng chai Cuối cùng, sản phẩm trùng 650C 30 phút Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH .5 LỜI MỞ ĐẦU Phần I TỔNG QUAN I Nguyên liệu sản xuất nước giải khát lên men .9 Trái (cam quýt) Vi sinh vaät .18 Các nguyên liệu phụ .20 Pectin vaø enzym pectinaza 21 II Quy trình công nghệ sản xuất loại nước trái lên men 22 III Ứng dụng trình lên men rượu công nghệ sản xuất nước trái lên men 24 Cơ sở khoa học trình lên men rượu 24 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men .25 Các sản phẩm phụ trình lên men .28 Các trình biến đổi khác 29 IV Một số sản phẩm nước trái lên men 29 Sản phẩm rượu vang từ trái 30 Bia trái (fruit beer) 30 Bia chuoái 30 Tepache 30 Colonche 31 Phần II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 I II Nguyên liệu 32 Sơ đồ nghiên cứu 32 Sơ đồ trình tự thực thí nghiệm .32 Sơ đồ tiến hành lên men mẫu thí nghiệm 33 III Phương pháp thu nhận kết nghiên cứu 34 Các phương pháp vi sinh .34 Các phương pháp phân tích hóa học 35 Phần III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40 I Xaùc định số thông số hóa lý nguyên liệu .40 II Nghiên cứu sử dụng chế phẩm enzym pectinaza trình thu nhận dịch cam ép nhằm nâng cao hiệu suất trích ly .40 Trang Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu Khảo sát ảnh hưởng lượng pectinaza sử dụng đến trình trích ly dịch cam 41 Khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý enzym pectinaza đến trình trích ly dịch cam .44 III Nghieân cứu trình lên men nước cam .47 Chọn loại nấm men .47 Xaùc định lượng men giống ban đầu .52 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến trình lên men 56 Chọn chế độ trùng cho sản phẩm 59 Xác định thông số lý hóa sản phẩm 61 Phần IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 I II Kết luận 63 Kiến nghị .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 Trang Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Thành phần hóa học cam quýt 11 Bảng Sự thay đổi độ khô gluxit cam theo độ chín 13 Bảng Quan hệ số đường/axit với vị chua .14 Bảng Chỉ số pH vài loại trái caây 14 Bảng Độ axit số giống cam 14 Baûng Thành phần vitamin C số loại trái vùng nhiệt đới 16 Bảng Hàm lượng vitamin chủ yếu số loại trái 16 Bảng Thành phần Kali số loại trái .17 Bảng Hàm lượng chất khoáng chủ yếu số loại trái (phần ăn được) (mg/100g) .17 Baûng 10 Bảng quy định tiêu chất lượng đường tinh luyện RE 21 Bảng 11 Các thông số hóa lý cam sành (phần ăn được) 40 Bảng 12 Ảnh hưởng lượng pectinaza sử dụng đến độ trích ly số hóa lý khác 41 Bảng 13 Ảnh hưởng thời gian xử lý enzym pectinaza đến độ trích ly số hóa lý khác 45 Bảng 14 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu I, II, III, IV 48 Bảng 15 Sự sinh trưởng nấm men trình lên men mẫu I, II, III, IV .50 Bảng 16 Sự thay đổi pH trình lên men mẫu I, II, III, IV 51 Bảng 17 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII .52 Bảng 18 Sự sinh trưởng nấm men trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII 54 Bảng 19 Sự thay đổi pH trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII .55 Bảng 20 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu IX, X, XI, XII 56 Bảng 21 Sự sinh trưởng nấm men trình lên men mẫu IX, X, XI, XII 57 Bảng 22 Sự thay đổi pH trình lên men mẫu IX, X, XI, XII 58 Trang Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu Bảng 23 Bảng xác định số vi sinh vật mẫu XIII, XIV, XV 60 Bảng 24 Hàm lượng vitamin C mẫu XIII, XIV, XV 61 Bảng 25 Các tiêu hóa lý mẫu XVI, XVII, XVIII .62 Trang Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu Tóm lại, mẫu mẫu I có tốc độ tiêu hao chất nhanh Về mặt cảm quan, mẫu cho hương vị chua thích hợp, có mùi thơm hài hòa cam men bia So với mẫu khác, giá trị cảm quan mẫu I xem tốt Tốc độ tăng sinh khối mẫu I không cao nguyên nhân tạo sản phẩm có chất lượng ổn định trình lên men tập trung vào chuyển hóa đường thành rượu số chất chuyển hóa để tổng hợp sinh khối nấm men Như vậy, ta chọn chủng nấm men tương ứng với mẫu I (Saccharomyces cerevisiae SG) cho trình chế biến sản phẩm lên men với độ cồn thấp Xác định lượng men giống ban đầu Để xác định hàm lượng men giống ban đầu, tiến hành lên men mẫu thí nghiệm với lượng nấm men ban đầu (Saccharomyces cerevisiae SG) thay đổi sau: • • • • Maãu V Maãu VI Maãu VII Maãu VIII : triệu tế bào/ml nước cam ép : 10 triệu tế bào/ml nước cam ép : 15 triệu tế bào/ml nước cam ép : 20 triệu tế bào/ml nước cam ép Nước cam ép dùng để lên men hiệu chỉnh hàm lượng chất khô 10,5 độ Bx pH 4,60 Kết thu sau: a) Sự thay đổi hàm lươnï g chất khô trình lên men: Bảng 17 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII Nồng độ chất khô (độ Bx) Thời gian (giờ) Mẫu V 22 29 46 53 70 77 Maãu VI 10,5 10,4 10,4 10,2 9,5 8,8 7,8 Maãu VII 10,5 10,3 10,2 9,6 8,8 7,6 Trang 52 Maãu VIII 10,5 10,2 10,0 9,6 8,8 7,2 10,5 10,3 10,2 9,6 8,5 7,1 Hàm lượng chất khô (độ Bx) Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 Maã u V Maã u VI Maã u VII Maã u VIII 10 20 30 40 50 60 70 80 Thờ i gian (giờ ) Hình 15: Đồ thị biểu diễn thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII Có thể thấy thời gian lên men tỷ lệ nghịch với lượng nấm men cho vào ban đầu Với lượng nấm men giống ban đầu thấp (mẫu V: triệu tế bào/ml) tốc độ lên men chậm nhiều so với mẫu có lượng men giống nhiều (mẫu VI, VII, VIII) Tuy nhiên, tăng lượng nấm men ban đầu cao hiệu mang lại không rõ rệt nghóa tốc độ lên men không tăng tuyến tính với gia tăng lượng nấm men giống mà có khuynh hướng tiệm cận đến giá trị giới hạn Chính lẽ đó, lượng giống ban đầu lựa chọn phải có cân đối yếu tố kỹ thuật (tăng lượng giống ban đầu tăng tốc độ lên men) yếu tố kinh tế (tăng lượng giống ban đầu tốn nhiều chi phí cho trình nhân giống) Nếu vào trình giảm nồng độ chất khô thấy tăng lượng men giống ban đầu từ 15 triệu lên 20 triệu tế bào/ml, tốc độ lên men thay đổi không đáng kể Trang 53 Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu b) Sự sinh trưởng nấm men trình lên men: Bảng 18 Sự sinh trưởng nấm men trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII Tổng số tế bào nấm men (triệu tế bào/ml) Thời gian (giờ) Mẫu V 22 29 46 53 70 77 Maãu VI Maãu VII 5 22 45 55 80 Maãu VIII 10 14 16 50 70 90 15 20 20 60 90 120 20 22 23 80 100 130 Tổng số tế bào nấm men (triệu tế bào/ml) 140 120 Mẫ u V 100 Mẫ u VI Maã u VII 80 Maã u VIII 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Thờ i gian (giờ ) Hình 16: Đồ thị biểu diễn thay đổi tổng số tế bào nấm men trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII Dựa vào bảng 19 hình 16, thấy tốc độ tăng sinh khối phụ thuộc nhiều vào hàm lượng nấm men gieo cấy ban đầu Với mật độ nấm men gieo cấy ban đầu thấp mẫu V (5 triệu tế bào/ml) sinh khối nấm men tăng chậm, thời kỳ tiềm phát hay thời kỳ thích ứng vi sinh vật với môi trường lên men kéo dài Điều kéo dài thời gian lên men mà tạo điều Trang 54 Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu kiện cho vi sinh vật có hại khác tồn môi trường lên men phát triển Khi tăng mật độ gieo cấy ban đầu, tốc độ tăng sinh khối nấm men nhanh trình lên men diễn nhanh Tuy nhiên, mật độ gieo cấy ban đầu cao, tốc độ tăng sinh khối thay đổi rõ rệt Điều thấy qua so sánh mẫu lên men VII (15 triệu tế bào/ml) mẫu VIII (20 triệu tế bào/ml) c) Sự thay đổi pH trình lên men: Bảng 19 Sự thay đổi pH trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII pH Thời gian (giờ) Mẫu V 22 29 46 53 70 77 Maãu VI Maãu VII 4,60 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 Maãu VIII 4,60 4,56 4,56 4,56 4,53 4,53 4,60 4,55 4,55 4,54 4,51 4,51 4,60 4,55 4,53 4,52 4,49 4,49 pH 4.60 Maã u V 4.55 Maã u VI Maã u VII 4.50 Maã u VIII 4.45 4.40 10 20 30 40 50 60 70 80 Thờ i gian (giờ ) Hình 17: Đồ thị biểu diễn thay đổi pH trình lên men mẫu V, VI, VII, VIII Giá trị pH mẫu lên men có xu hướng giảm dần trình lên men Tuy nhiên, mức độ giảm pH phụ thuộc vào mật độ gieo cấy ban đầu nấm men mẫu thí nghiệm Dựa vào đồ thị (Hình 17) Trang 55 Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu thấy mức độ giảm pH tỷ lệ thuận với lượng nấm men giống gieo cấy ban đầu Ta biết việc giảm pH có liên quan mật thiết với lên men nên điều kể chứng tỏ lượng nấm men gieo cấy ban đầu cao thúc đẩy trình lên men diễn nhanh ™ Kết luận chung cho thí nghiệm ảnh hưởng lượng nấm men giống ban đầu đến trình lên men: Từ kết thí nghiệm trên, rút kết luận sau: Về mặt kỹ thuật, mật độ nấm men gieo cấy ban đầu cao trình lên men diễn nhanh chóng thuận lợi Về mặt kinh tế, lượng nấm men gieo cấy cao thời gian lên men ngắn tốn nhiều chi phí cho trình nhân giống Mặt khác, tăng lượng giống gieo cấy cao thời gian lên men có giảm xuống với mức độ không đáng kể Như để cân phương diện kỹ thuật kinh tế, ta nên chọn mật độ nấm men gieo cấy ban đầu vừa đủ Trong trường hợp này, lượng men giống ban đầu chọn 15 triệu tế bào/ml Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến trình lên men Sau chọn giống nấm men (Saccharomyces cerevisiae SG) mật độ gieo cấy ban đầu (15 triệu tế bào/ml) thích hợp cho trình lên men nước cam, tiến hành thí nghiệm để chọn pH ban đầu cho môi trường lên men Nước cam dùng để lên men hiệu chỉnh hàm lượng chất khô 10,5 độ Bx pH hiệu chỉnh giá trị 4,00; 4,30; 4,60 4,90 tương ứng với mẫu IX, X, XI XII Kết thu sau: a) Sự thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men: Bảng 20 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu IX, X, XI, XII Nồng độ chất khô (độ Bx) Thời gian (giờ) Mẫu IX 22 29 46 53 70 Maãu X 10,5 10,2 9,6 8,6 8,0 6,9 Maãu XI 10,5 10,2 9,6 8,6 8,2 6,6 Trang 56 Maãu XII 10,5 10,2 9,6 8,7 8,2 6,8 10,5 10,2 10,0 9,9 9,6 Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu Hàm lượng chất khô (độ Bx) 11.0 10.5 10.0 9.5 Maã u IX 9.0 Maã u X 8.5 Maã u XI 8.0 Maã u XII 7.5 7.0 6.5 10 20 30 40 50 60 70 80 Thờ i gian (giờ ) Hình 18: Đồ thị biểu diễn thay đổi hàm lượng chất khô trình lên men mẫu IX, X, XI, XII Bảng 20 hình 18 thể thay đổi hàm lượng chất khô mẫu IX, X, XI XII Trong đó, mẫu có độ pH ban đầu thấp (IX, X XI) có trình lên men diễn cách ổn định khác biệt lớn tốc độ tiêu hao chất Trong đó, mẫu XII (pH=4,90), trình lên men diễn chậm hẳn Như vậy, môi trường có pH thấp làm cho trình lên men diễn nhanh từ ta tiết kiệm thời gian lên men b) Sự sinh trưởng giống nấm men trình lên men: Bảng 21 Sự sinh trưởng nấm men trình lên men mẫu IX, X, XI, XII Thời gian (giờ) Mẫu IX 22 29 46 53 70 Tổng số tế bào nấm men (triệu tế bào/ml) Mẫu X 15 15 31 50 70 90 Maãu XI 15 15 40 85 90 100 Trang 57 Maãu XII 15 20 32 60 80 100 15 15 25 45 60 90 Luận Văn Thạc Só Phạm Hồng Hiếu 120 Tổng số tế bào nấm men (triệu tế bào/ml) 100 80 Mẫ u IX Mẫ u X 60 Maã u XI 40 Maã u XII 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Thờ i gian (giờ) Hình 19: Đồ thị biểu diễn thay đổi tổng số tế bào nấm men trình lên men mẫu IX, X, XI, XII Bảng 21 đồ thị hình 19 cho thấy sinh khối nấm men mẫu X phát triển mạnh nhất, nấm men mẫu XI, IX cuối mẫu XII Như vậy, kết hợp với tiêu hao chất thể bảng 20 hình 18, ta chọn pH ban đầu để dịch cam có khả lên men nhanh 4,30 Độ pH thấp cho ta môi trường có khả lên men tốt mà tạo điều kiện để ức chế vi sinh vật gây nhiễm, chủ yếu vi khuẩn lactic, axetic có nguyên liệu Sản phẩm tạo thành dễ bảo quản, không cần trùng nhiệt độ cao pH