Nghiên cứu sản xuất thử chất chiết nấm men

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 NGUYỄN XÍCH LIÊN Cán chấm nhận xét 2: TS TRỊNH VĂN DŨNG Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 09 năm 2004 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 24 tháng 10 năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN HỒNG VÂN Phái : Nữ Ngày tháng năm sinh : 26 / 05 / 1979 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành : Khoa học Công nghệ thực phẩm MSHV : CNTP13.028 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ CHẾ PHẨM CHẤT CHIẾT NẤM MEN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ♦ Tối ưu hóa điều kiện kỹ thuật trình tự phân nấm men có sử dụng chế phẩm enzyme làm xúc tác ♦ Nghiên cứu xác định thông số kỹ thuật cho trình sấy phun chất chiết nấm men ♦ Thử ứng dụng chất chiết nấm men thu để làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật quy mô phòng thí nghiệm III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/2003 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/2004 V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ VĂN VIỆT MẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày … tháng … năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Việt Mẫn hướng dẫn tận tình truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian thực luận án Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô anh chị môn Công nghệ thực phẩm giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trình làm luận án Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình bạn lớp cao học CNTP K13 gắn bó, dộng viên, hỗ trợ cho em suốt thời gian học tập thực đề taøi ABSTRACT Nowadays, the more alcoholic beverage industries improve, the more the surplus of yeast biomass from brewing industry are made, approximately 25,000 tonnes every year Brewer yeast is well known with high protein content about 40 – 60% dry mass Yeast biomass surplus can be used to produce yeast extract with high nutritional and commercial values In this research, yeast biomass is disluted with distilled water in the ratio of : , added Neutrase enzyme ( 0.38 per cent w/w) to increase both the rate of autolysis and the final yield Then, yeast autolysis is carried out at the pH of 6.2 and 48.40C for hours The autolytic yield is 42.06% This extract has high level of the B group vitamins and all essential amino acids Next, the insoluble cell wall and debris are removed by centrifugation Later, the extract is evaporated under vacuum to about 40% dry mass After that, the filtration is carried out to remove precipitates during the concentration Finally, the autolyzed yeast extract is spray dryed to produce powder with the following parameters: ♦ Air pressure : bar ♦ Feed flow : 32.4 ml per minute ♦ Input temprerature : 1800C ♦ Content of solid : 40oBx The final product has the meaty flavor with these physio-chemical characteristics: ♦ Moisture : 5.26% ♦ Nitrogen amin: 5.98 g/100g dry mass ♦ Nitrogen: 8.12 g/100g dry mass TÓM TẮT Cùng với phát triển ngành công nghiệp sản xuất đồ uống lên men, lượng bã nấm men bia thải ngày nhiều, khoảng 25.000 tấn/năm Hàm lượng protein bã nấm men bia chiếm từ 40 – 60% khối lượng Bã nấm men bia dùng để sản xuất bột chiết nấm men có giá trị cao thương mại dinh dưỡng Trong nghiên cứu này, pha loãng bã nấm men bia với nước theo tỷ lệ khối lượng bã nấm men : nước : 3, bổ sung 0.38% khối lượng chế phẩm enzyme Neutrase so với bã nấm men ướt Quá trình tự phân bã nấm men diễn pH 6.2 nhiệt độ 48.40C thời gian Hiệu suất trình tự phân 42.06% Dịch chiết chứa nhiều vitamin nhóm B có đầy đủ acid amin cần thiết Dịch chiết nấm men sau ly tâm để loại bã đem cô đặc chân không nồng độ chất khô đạt 400Bx Sau lọc để loại bỏ kết tủa trình cô đặc sấy phun với thông số sau: ♦ Áp suất khí nén làm quay đóa phun : bar ♦ Tốc độ dòng : 32.4 ml/phút ♦ Nhiệt độ vào tác nhân sấy : 1800C ♦ Nồng độ chất khô dịch chiết nấm men đưa vào sấy phun: 40oBx Sản phẩm thu có mùi thịt với tiêu sau: ♦ Độ ẩm : 5.26% ♦ Nitơ amin: 5.98 g/100g chất khô ♦ Nitơ tổng : 8.12 g/100 g chất khô Mục lục Nhiệm vụ luận văn cao học Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Mục lục Danh mục bảng luận văn Danh mục hình luận văn trang CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU Lời mở đầu CHƯƠNG II: TỔNG QUAN I Nguyên liệu nấm men Phân loại Hình thái cấu tạo tế bào nấm men 2.1 Hình thái 2.2 Cấu tạo Thành phần hóa học tế bào nấm men II Quy trình công nghệ sản xuất bột chiết nấm men 10 A Nguyên liệu 11 B Các trình 11 Quá trình tự phân naám men 11 1.1 Các phương pháp phá thành tế bào nấm men 11 1.2 Quá trình tự phân nấm men 13 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tự phân 14 1.3.1 Tỷ lệ pha loãng 14 1.3.2 pH môi trường 15 1.3.3 Nhiệt độ 15 1.3.4 Thời gian 16 1.3.5 Heä enzyme protease 16 Quá trình saáy 18 2.1 Sấy chân không 18 2.2 Saáy phun 19 2.2.1 Nguyên lý chung 19 2.2.2 Cấu tạo hệ thống sấy phun 20 2.2.3 Ưu nhược điểm trình sấy phun 27 C Các trình lại 28 Rửa 28 Pha loaõng 28 Ly taâm 28 Cô đặc 29 Loïc 29 III Sn phẩm bột chiết nấm men 29 CHƯƠNG III: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 I Nguyên liệu 33 Naám men 33 Chế phẩm enzyme protease 33 II Phương pháp nghiên cứu 34 Mục đích trình nghiên cứu 34 Phương pháp nghiên cứu 34 III Các phương pháp phân tích 35 Xác định hàm lượng ẩm 35 Xaùc định Nitơ amin theo phương pháp Ninhydrin 35 Xác định Nitơ tổng theo phương pháp Kjeldahl 37 Xác định hàm lượng đường khử baèng DNS ( 3.5 – dinitrosalycylic acid) 39 Cách tính hiệu suất 41 5.1 Hieäu suất tự phân nấm men 41 5.2 Hiệu suất thu hồi sản phẩm trình sấy phun 42 5.3 Hiệu suất thu hồi Nitơ amin trình saáy phun 42 5.4 Hiệu suất thu hồi Nitơ tổng trình sấy phun 42 Đếm số tế bào nấm men 1ml canh trường 42 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 44 I Khảo sát trình tự phân 45 Ảnh hưởng yếu tố pha loãng đến trình tự phân tế bào nấm men 45 Ảnh hưởng lượng chế phẩm Neutrase sử dụng đến trình tự phân tế bào nấm men 47 Ảnh hưởng yếu tố pH đến trình tự phân tế bào nấm men 49 Ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ đến trình tự phân tế bào nấm men 51 Ảnh hưởng yếu tố thời gian đến trình tự phân tế bào nấm men 52 II Tối ưu hóa trình tự phân nấm men phương pháp quy hoạch thực nghiệm 55 Phương án tiến hành thí nghiệm 55 Mô hình toán học 57 Tối ưu hóa thực nghiệm theo đường dốc 59 III Khảo sát trình sấy 61 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng nhập liệu đến trình sấy phun bột chiết nấm men 61 Khảo sát ảnh hưởng áp suất khí nén đến trình sấy phun bột chiết nấm men 66 IV Thử ứng dụng bột chiết nấm men làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật 71 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 I Kết luận 80 II Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHUÏ LUÏC 87 - 79 - - 80 - I KẾT LUẬN: Từ kết thí nghiệm trình bày chương IV, rút số kết luận sau: Các thông số kỹ thuật tối ưu cho trình tự phân tế bào nấm men có bổ sung chế phẩm enzyme Neutrase (Novo Nordisk) : ♦ Tỷ lệ pha loãng nấm men : nước 1:3 ♦ Lượng chế phẩm enzyme bổ sung : 0.38% (tính khối lượng bã nấm men tươi) ♦ Nhiệt độ tự phân: 48.40C ♦ Môi trường tự phân: pH = 6.2 ♦ Thời gian tự phân : 6h Với điều kiện hiệu suất trình tự phân là: 42.06% Các thông số kỹ thuật thích hợp cho trình sấy phun dịch chiết nấm men: ♦ Nồng độ chất khô dịch chiết nấm men đưa vào sấy phun : 400Bx ♦ Nhiệt độ vào tác nhân sấy : 1800c ♦ Lưu lượng dòng nhập liệu : 32 ml/phút tương ứng với tốc độ bơm nhu động sử dụng 14 ♦ Áp suất khí nén làm quay đóa phun: bar Khi trình sấy đạt hiệu tốt với kết sau: ♦ Độ ẩm sản phẩm: 5.26% ♦ Hiệu suất thu hồi sản phẩm: 69.09% ♦ Hiệu suất thu hồi Nitơ amin: 98.83% ♦ Hiệu suất thu hồi Nitơ tổng: 96.26% - 81 - Sản phẩm thu có màu vàng sáng, hương thơm thịt, trạng thái mịn Chúng sử dụng sản phẩm bột chiết nấm men thu làm môi trường nuôi cấy thu nhận sinh khối nấm men bánh mì Kết cho thấy sản phẩm bột chiết nấm men giúp cho nấm men bánh mì sinh trưởng tốt nhiều so với mẫu kiểm chứng Bột chiết nấm men sản xuất cho kết tăng sinh khối tương tự bột chiết nấm men Trung Quốc sản xuất II KIẾN NGHỊ: Do thời gian thực đề tài có hạn nên kết thu chưa thật nhiều Theo cần nghiên cứu tiếp số vấn đề sau: ♦ Nghiên cứu trình tinh dịch chiết nấm men sau tự phân để thu sản phẩm bột chiết nấm men có chất lượng cao, bổ sung vào thực phẩm cho người ♦ Tối ưu hóa thông số kỹ thuật trình sấy phun dịch chiết nấm men (nhiệt độ vào dòng tác nhân sấy, nồng độ chất khô dòng nhập liệu, lưu lượng dòng nhập liệu, áp suất khí nén) phương pháp quy hoạch thực nghiệm ♦ Thử ứng dụng bột chiết nấm men làm nguyên liệu phụ gia công nghệ sản xuất số sản phẩm thực phẩm - 82 - - 83 - Tài liệu tham khảo Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, 1993 GS.TS Nguyễn Hữu Chấn (chủ biên), Những vấn đề hóa sinh học đại, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2000 Vũ Bá Minh, Võ Văn Bang, Quá trình thiết bị công nghiệp hoá chất thực phẩm , tập 3, Truyền khối, Nhà xuất Đại học quốc gia TP HCM, 2001 Nguyễn Lân Dũng cộng sự, Vi sinh vật học, Nhà xuất Giáo dục, 2002 Nguyễn Văn Lụa, Quá trình thiết bị công nghệ hóa học, tập 7, Kỹ thuật sấy vật liệu, Nhà xuất ĐHBK TPHCM, 2001 Nguyễn Đức Lượng – Cao Cường, Thí nghiệm hoá sinh, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2003 Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh vật, Nhà xuất ĐHBK TPHCM, 1996 Nguyễn Đức Lượng – Nguyễn Chúc – Lê Văn Việt Mẫn, Thực tập vi sinh vật học thực phẩm, Trường ĐHBK TPHCM, 1997 Trần Văn Phú – Lê Nguyên Đương, Kỹ thuật sấy nông sản, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội,1994 - 84 - 10 Lê Ngọc Tú cộng sự, Hoá sinh công nghiệp, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 1993 11 Lê Ngọc Tú cộng sự, Hoá học thực phẩm, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2001 12 Lê Bạch Tuyết cộng sự, Các trình công nghệ sản xuất thực phẩm, Nhà xuất Giáo dục 1996 13 Phạm Văn Sổ, Bùi Thị Như Thuận, Kiểm nghiệm lương thực thực phẩm, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 1978 14 Trang Thành Lễ, Nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân kết tủa lên trình thu nhận pepsin khảo sát đặc tính số chế phẩm thu được, Luận án Cao học, ĐHBK TPHCM, 2002 15 Lê Văn Việt Mẫn, Nguyễn Đức Lượng , Nguyễn Văn Lục, Nâng cao hàm lượng nitơ amin dịch tự phân nấm men có sử dụng chế phẩm flavourzim, Hội nghị khoa học công nghệ lần 7, TPHCM 4-1999, trang 117-123 16 Bùi Thị Như Phượng, Thu nhận dịch nitơ amin từ bã thải nấm men, Luận văn Tốt Nghiệp Đại Học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM,1998 17 Huỳnh Kim Tuyến , Tự phân nấm men, Luận văn Tốt Nghiệp Đại Học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM ,1987 18 A.F Nametnhicov, Hóa học công nghiệp thực phẩm, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1977 - 85 - 19 A.H.Rose, Harritance J.S, Brewers yeast – vol 5, Academic Press, 1993, p.457 – 465 20 A.H.Rose, Economic Microbiology – vol 7, Fermented Food, Academic Press, 1982, p293 – 312 21 A.S.Nujumdar, Handbook of industrial drying – vol 1, Marcel Dekker, 1995, p 1-742 22 Campell I, Msungo H.S, Growth of aerobic yeast, Journal of unstitute of brewing, 1991, vol 94 (4), p 279 – 282 23 Dominic W.S Wrong, Food Enzymes – Structure and Mechanism, 1995 24 E.J.Lanernia and Y Wu, Spray atomization and depostion, Department of Chemical Engineering And Materials Science University of California at Irvine,1996 25 G.Bylund, Dairy Processing Handbook, Publisher Tetra Pak processing systems AB, Sweden, 2001 26 Guy Linden and Denis Lorientm, New ingredients in food processing – Biochemistry and Agriculture, Woodhead Publishing in food science and technology 27 James E.Bailey – David F.Ollis, Biochemical engineering Fundamemtals, second edition, 1986 28 Lee C.L, Prokopakis G.J, Asenjo J.A, Optimization of enzymatic lysis of yeast, Biotechnology & hoengeering, vol 32, 1998, p 1113 – 1127 - 86 - 29 M.T Densikov, Tận dụng phế liệu công nghệ thực phẩm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1977 30 Norman W.Desrosier, Elements of food technology, Avi Publishing company, 1977 31 Tony Godfrey and Stuart West, Industrial Enzymology, 1996 32 Cataloge hướng dẫn sử dụng hệ thống sấy MINORTM’2002’ NiroA/S cung cấp 33 Neutrase for brewing, Enzyme business, Novo Nordisk 34 Tables for the laboratory, Merck 35 http:// www.foodreference.com/html/fyeastextract.html 36 http://www.nutritiondata.com/facts-001-02s05xn.html phun MOBILE Phụ lục 1: Công thức tính toán theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm: 1.1 Các hệ số phương trình hồi quy xác định theo công thức: bjl = N N bj = ∑ xjiyi i =1 N N ∑ (xjxl)yi i =1 Với N = thí nghiệm 1.2 Kiểm định tính ý nghóa hệ số phương trình hồi quy: Để kiểm định tính ý nghóa hệ số phương trình hồi quy, ta phải tính: Phương sai tái tính theo công thức: s2th = h −1 h ∑ (y0u –ü 0)2 u =1 Với: ü0= h h ∑ y0u u =1 h = thí nghiệm tâm y0u : hiệu suất thực thí nghiệm tâm phương án Độ lệch quân phương hệ số thứ j: sbj = sth N Tính ý nghóa hệ số kiểm định theo tiêu chuẩn Student: tj = |bj| sbj Tra bảng tp(f) với p =0.05 mức ý nghóa f = h – bậc tự ♦ Nếu tj > tp(f) : ảnh hưởng yếu tố xj có ý nghóa việc làm thay đổi thông số tối ưu hóa y, hệ số bj giữ lại phương trình hồi quy ♦ Nếu tj < tp(f): bj bị loại khỏi phương trình hồi quy 1.3 Sự tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher: Hệ số kiểm định: F= s2dư s2th Với : s2th : phương sai tái s2dư : phương sai tương thích s2dư = N −l N ∑ (yi - ⎨i)2 i =1 Trong : l số hệ số có ý nghóa phương trình hồi quy Tra bảng tìm F1 – p (f1, f2) với p = 0.05 f1 = N – l f2 = h – Neáu F < F1 – p (f1, f2) : phương trình hồi quy tương thích với thực nghiệm 1.4 Chọn bước chuyển động yếu tố leo dốc: Chọn bước chuyển động yếu tố x2 δ Các bước chuyển động yếu tố x1 x3 tính sau: bj ΔΖ j δj= δ b2 ΔΖ Với: δ j : bước chuyển động yếu tố thứ j leo dốc bj : hệ số hồi quy yếu tố thú j phương trình hồi quy ΔΖ j : khoảng biến thiên yếu tố thứ j tối ưu hóa toàn phần Phụ lục 2: Đồ thị quy đổi tốc độ bơm nhu động lưu lượng dòng nhập liệu: 50 46.9 Lưu lượng dòng nhập liệu (ml/phút) 40 32.4 30 23.2 20 37.1 27.4 18.2 10 10 12 14 16 18 20 Tốc độ bơm nhu động Phụ lục 3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ áp suất khí nén tốc độ quay đóa phun: Tốc độ quay đóa phun (rpm) 35000 30000 25000 20000 15000 3.5 4.5 Áp suất khí nén (bar) 5.5 Phụ lục 4: Mẫu bột chiết nấm men nghiên cứu Phụ lục 5: Thiết bị sấy phun MOBILE MINORTM’2002’, Phòng công nghệ thực phẩm ,Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Phụ lục 6: Bơm nhu động CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độclập – Tự – Hạnh phúc C9C SƠ YẾU LÝ LỊCH Họ tên : NGUYỄN HỒNG VÂN Phái : nữ Ngày sinh : 26 – 05 – 1979 Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 18 / 22G Trần Quang Diệu, Phường 14, Quận 3, TPHCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ♦ Từ 1997 – 2002 : sinh viên Khoa công nghệ hóa học thực phẩm, ngành Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM ♦ Từ 2002 – 2004 : học viên Cao học khóa 13, ngành Khoa học Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM ... ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ CHẾ PHẨM CHẤT CHIẾT NẤM MEN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ♦ Tối ưu hóa điều kiện kỹ thuật trình tự phân nấm men có sử dụng chế phẩm enzyme làm xúc tác ♦ Nghiên cứu xác... giá thành sản phẩm, mặt khác góp phần giải vấn đề xử lý lượng bã thải nấm men lớn công nghệ sản xuất bia Hiện giới có nhiều công ty sản xuất sản phẩm chất chiết nấm men, dịch tự phân nấm men,... Nghiền, rây Chất chiết nấm men - 11 - A NGUYÊN LIỆU: Có thể sử dụng nấm men từ nguồn khác nhau: bã nấm men từ công nghệ sản xuất bia, rượu; nấm men bánh mì,… Bã nấm men bia thường cho sản phẩm ứng