Nghiên cứu xây dựng quy trình lên men lactic sản xuất gừng muối chua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Giang NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÊN MEN LACTIC SẢN XUẤT GỪNG MUỐI CHUA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Giang NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÊN MEN LACTIC SẢN XUẤT GỪNG MUỐI CHUA Chuyên ngành: Vi sinh vật học Mã số: 60420107 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ VIỆT ANH TS PHẠM ĐỨC NGỌC Hà Nội - 2017 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Việt Anh, với hướng dẫn tận tình quan tâm giúp đỡ suốt q trình thực đề tài để tơi hồn thành luận văn cách tốt Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Nguyễn Minh Thu cô,chú,anh, chị công tác Bộ môn Công nghệ lên men thuộc Viện công nghiệp Thực phẩm, tạo điều kiện,giúp đỡ đóng góp ý kiến quý giá suốt q trình làm việc tơi Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Phạm Đức Ngọc, người thầy truyền đạt kiến thức giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô giáo khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dành tâm huyết giảng dạy, trang bị kiến thức q báu cho chúng tơi st khóa học Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đặc biệt Bố Mẹ bên cạnh động viên giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2017 Học Viên Nguyễn Thị Giang Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ gừng 1.2 Đặc điểm sinh học gừng 1.3.Công dụng gừng 1.4 Quá trình lên men lactic 10 1.4.1 Định nghĩa 10 1.4.2 Vi khuẩn lactic 10 1.4.3 Các loại hình lên men lactic 15 1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men lactic 16 1.4.5 Các giai đoạn trình lên men sản phẩm muối chua 18 1.4.6 Một số lợi ích sản phẩm lên men lactic 19 1.5 Nghiên cứu sản xuất gừng muối chua lên men lactic 21 1.5.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng từ củ gừng 21 1.5.2 Quy trình cơng nghệ muối chua rau củ 23 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .26 2.1 Vật liệu nghiên cứu 26 2.1.1 Các chủng vi khuẩn lactic 26 2.1.2 Nguyên liệu 26 2.2.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 27 2.3 Phương pháp thí nghiệm .28 2.3.1 Phương pháp vi sinh 28 2.3.1.1 Phương pháp phân lập định danh sơ vi khuẩn lactic 28 2.3.1.2 Phương pháp sơ tuyển chủng vi khuẩn lactic lên men gừng tươi 28 2.3.1.3 Phương pháp định danh chủng vi khuẩn lactic 29 2.3.2 Phương pháp phân tích hóa lý 29 2.3.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột 29 2.3.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng 30 2.3.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng nhựa dầu gừng .31 2.3.3 Phương pháp công nghệ 34 2.3.3.1 Xử lý nguyên liệu 34 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang 2.3.3.2 Lên men 34 2.3.3.3 Phối chế sản phẩm 34 2.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan .35 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Phân tích nguyên liệu gừng 37 3.1.1 Hàm lượng nhựa dầu gừng 37 3.1.2 Hàm lượng tinh bột 38 3.1.3 Hàm lượng đường tổng 38 3.2 Phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp cho lên men gừng 39 3.2.1 Phân lập chủng vi khuẩn lactic 39 3.2.2 Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp cho lên men gừng tươi .42 3.2.2.1 Ảnh hưởng nồng độ nước chiết gừng đến khả sinh trưởng chủng vi khuẩn lactic 42 3.2.2.2 Ảnh hưởng nồng độ muối đến khả lên men chủng vi khuẩn lactic 44 3.4 Lựa chọn điều kiện thích hợp cho lên men gừng tươi 49 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đường đến khả lên men vi khuẩn L plantarum CC1 49 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởngcủa nồng độ cao nấm men đến khả lên men vi khuẩn L plantarum CC1 .51 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ K2HPO4 đến lên men vi khuẩn L plantarum CC1 52 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ tiếp giống đến khả lên men vi khuẩn L plantarum CC1 53 3.4.5 Ảnh hưởng độ pH ban đầu đến trình lên men lactic 55 3.4.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men lactic .56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang DANH MỤC BẢNG Bảng2.1 Thiết bị thí nghiệm 27 Bảng 2.2.Dựng đường chuẩn glucose .33 Bảng 2.3 Tỉ lệ phối chế sản phẩm sau lên men 35 Bảng 3.1 Hàm lượng nhựa dầu gừng nguyên liệu 37 Bảng 3.2.Hàm lượng đường tổng gừngnguyên liệu 38 Bảng 3.3 Kết phân tích thành phần nguyên liệu gừng tươi .39 Bảng 3.4 Đặc điểm hình thái chủng vi khuẩn lactic phân lập 40 Bảng 3.5.Ảnh hưởng nồng độ muối đến hàm lượng axit,đường dư sản phẩm 45 Bảng 3.6 Hàm lượng hóa chất bổ sung cho môi trường lên men…………… … 54 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men gừng tươi sử dụng chủng L plantarum CC1 56 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang DANH MỤC HÌNH Hình 1.1.Người dân xã Biển Bạch Đơng huyện Thới Bình thu hoạch gừng non để bán cho thương lái .4 Hình 1.2 Cây gừng (Zingiber officinale Roscoe) .6 Hình 1.3 Gừng muối chua Nhật Bản 10 Hình 1.4 Hình thái vi khuẩn lactic quan sát kính hiển vi 11 Hình 1.5 Quy trình cơng nghệ muối chua 24 Hình 3.1 Mật độ tế bào chủng vi khuẩn lactic nuôi cấy môi trường có nước chiết gừng 45 Hình Vị trí phân loại hai chủng CC1 K12 với lồi có quan hệ họ hàng chi Lactobacillus dựa vào trình tự gen rRNA 46 Hình 3.3 Hình thái khuẩn lạc chủngL plantarum CC1 K12 48 Hình 3.4 So sánh chất lượng sản phẩm tạo thành trình lên men gừng nhiệt độ 30°C sử dụng chủng L plantarumK12 CC1 48 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ đường đến trình lên menError! Bookmark not defined Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ cao nấm men đến trình lên men 51 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ K2HPO4 đến khả lên men 53 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỉ lệ tiếp giống đến trình lên men lactic 54 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH ban đầu đến trình lên men lactic 55 Hình 3.10 Điểm thị hiếu với tính chất màu sắc, vị chua, vị ngọt, vị cay cho mẫu phối chế .57 Hình 3.11 Quy trình sản xuất gừng muối chua 58 Hình 3.12 Một số công đoạn lên men gừng tươi 60 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang MỞ ĐẦU Gừng muối chua loại thực phẩm lên men phổ biến nước Châu Á Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan chúng sử dụng hầu hết bữa ăn người Nhật Bản gia vị ăn kèm giúp cân lại vị giác thưởng thức cá hồi, loại hải sản sống (sashimi), sushi, giúp tăng thêm tính nóng giảm tính hàn hải sản đồ tươi, tăng thêm hương vị cho ăn Khơng vậy, cịn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe chống nôn, giảm nghén cho bà bầu giảm ợ hơi, ợ chua,giảm đau kháng viêm, giảm hôi miệng, chữa đau xương khớp, phòng cảm mạo, trị say nắng, giảm cảm giác mệt mỏi Hiện nay, sản phẩmtừ củ gừng đa dạng,chúng chế biến dạng mứt gừng, trà gừng, dùng làm hương liệu, gia vị, làm thuốc người tiêu dùng có nhiều lựa chọn, nhiên sản phẩm lên men từ củ gừng không nhiều, chủ yếu sử dụng sản xuất kimchi chấtphụ gia làm tăng hương vị sản phẩm lên men, nước Anh, Mỹ, từ kỷ 19, gừng biết đến với sản phẩm bia gừng, thức uống giải khát độc đáo, nước Châu Á gừng ưa chuộng với sản phẩm gừng muối chua Với phương pháp lên men lactic, sản phẩm lên men từ củ gừng thơm ngon đặc trưng vị gừng, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe mà bổ sung lượng lớn vi khuẩn lactic cho thể- loại lợi khuẩn tốt cho đưởng ruột Hơn nữa, Việt Nam sản phẩm gừng muối chua đa số hàng nhập Nhật Bản nên giá thành cao, sản xuất sản phẩm từ củ gừng Việt Nam, giá thành giảm đáng kể cho người tiêu dùng Từ lí chúng tơi thực đề tài: “Nghiên cứu quy trình lên men lactic sản xuất gừng muối chua”, với mục tiêu: Phân lập, tuyển chọn số chủng vi khuẩn lactic có khả lên men tốt với nguyên liệu gừng Xây dựng quy trình sản xuất gừng muối chua có giá trị ứng dụng cao Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ gừng Gừng loại trồng thương mại quan trọng kinh tế nông nghiệp giới, giá trị khoa học mà mà mang lại cho ngành cơng nghiệp thực phẩm y học.Theo số liệu báo cáo từ năm 1998 đến năm 2000, Ấn Độlà nước sản xuất gừng lớn giới với 30% tổng sản lượng gừng sản xuất tồn giới, tiếp sau Trung Quốc với 20%, sau nước Thái Lan, Braxin, Đài Loan, Nigeria Indonesia [22] Sản lượng gừng giới vào khoảng 0,7 0,8 triệu tổng số 0,3 triệu đất canh tác nhiều quốc gia (1998- 2000) [22].Không nguồn cung mà nguồn cầu quan trọng, số nước nhập gừng chủ yếu UK, Mỹ, Nhật Bản Saudi Arabia [22].Những năm gần sản xuất gừng Ấn Độ có bước thăng trầm, nước dẫn đầu với sản lượng gừng hàng năm đạt 6,55 1,33 ha, đóng góp khoảng 65% sản lượng gừng giới, mang lại nguồn ngoại tệ chủ yếu cho quốc gia này, gừng sản xuất chiếm 11,89% tổng số loại trồng gia vị khác (2014-2015) [23] Nhu cầu gừng tăng đáng kể giới Thị trường gừng toàn cầu nói chung Châu Âu nói riêng kỳ vọng tăng đến năm 2020 Từ năm 2012, giá trị nhập gừng tăng khoảng 16% năm, khối lượng nhập tăng khoảng 12% năm Do nguồn cung gừng toàn cầu giảm từ đầu năm 2015, nhu cầu gừng vượt xa nguồn cung toàn cầu Do số công ty mua số lượng lớn gừng dẫn đến tình trạng khan gừng thị trường Trung Quốc làm tăng giá bán Năm 2015, 73% tổng lượng gừng nhập EU nhập trực tiếp từ nước phát triển Tại thị trường Châu Âu, năm 2016 tổng khối lượng gừng khơ nhập đạt 154 nghìn [5] Thị trường gừng Châu Âu tăng trưởng, đem lại hội cho nhà xuất gừng Việt Nam Hà Lan, Anh Đức thị trường tiềm cho mặt hàng gừng khô Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang Hà Lan nước nhập thương mại lớn mặt hàng gừng Châu Âu Nhập nước tăng cao khoảng 16% năm khối lượng từ năm 2011 đến năm 2015 Năm 2015, 97% lượng gừng nhập Hà Lan đến từ nước phát triển Nước có mức tiêu thụ gừng theo đầu người cao tương đối không ổn định [5] Anh nhập tới 94% lượng gừng từ nước phát triển, thị trường đầy tiềm cho doanh nghiệp xuất gừng Việt Nam Nước nước nhập gừng lớn thứ hai Châu Âu, có nguyên nhân lượng dân Châu Á sinh sống nước lớn Tiêu dùng theo đầu người nước cao nhiều so với mức trung bình Châu Âu Con số ổn định giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015, có tăng nhẹ từ năm 2014 đến năm 2015 [5] Đức nước nhập gừng lớn thứ ba Tổng lượng nhập nước tăng trung bình 6,3% kể từ năm 2011 Tiêu thụ theo đầu người Đức cao chút so với mức trung bình Châu Âu [5] Bên cạnh đó, Pháp nước nhập gừng lớn khối lượng nhập tương đối ổn định năm qua Tổng lượng nhập Pháp tăng 9% khối lượng kể từ năm 2011 Năm 2015, khối lượng nhập gừng nước đạt nghìn Từ năm 2011, khối lượng nhập gừng Italia tăng đáng kể với mức tăng trung bình hàng năm 20% Đan Mạch nước tăng nhập gừng cách nhanh chóng Mặc dù năm 2015, nước nhập 2,5 nghìn tấn, tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm khối lượng 28% kể từ năm 2011 Nhập từ nước phát triển tăng 23% thời kỳ Năm 2015, 60% gừng nhập Đan Mạch nhập trực tiếp từ nước phát triển [5] Trung Quốc nước cung cấp gừng cho Châu Âu đối thủ cạnh tranh nặng ký Việt Nam Nước chiếm tới 81% nguồn cung Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang vừa đủ chúng sinh trưởng tốt cho sản phẩm tốt Có thể thấy bổ sung lượng đường 25 30 g/l cho kết tốt Để lựa chọn hàm lượng đường bổ sung phù hơp cho lên men, phương pháp đánh giá thị hiếu sử dụng Kết thể hình 3.3 nồng độ 25 g/l đạt điểm cảm quan (mức độ thích) cao Vậy lựa chọn hàm lượng đường bổ sung 25 g/l cho thí nghiệm 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởngcủa nồng độ cao nấm men đến khả lên men vi khuẩn L plantarumCC1 Cao nấm men nội bào tế bào nấm men, chúng gồm tế bào chất, nhân tế bào quan tế bào thường giàu axit amin, vitamin (vitamin B, Glutathione), cacbon hydrat muối, nguồn cungcấp Nitơ chủ yếu cho vi khuẩn lactic, bổ sung vào môi trường lên men lactic, có ảnh hưởng khơng nhỏ đến sinh trưởng vi khuẩn lactic Thực thí nghiệm lên men lactic sau ngày phân tích sản phẩm phân tích cảm quan với nồng độ cao nấm men bổ sung 0, 2, 4, 6, 8, 10 g/l nhằm lựa chọn nồng độ cao nấm men thích hợp cho lên men lactic Kết thể hình 3.6 Hình 3.6.Ảnh hƣởng nồng độ cao nấm men đếnquá trình lên men 51 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang Nồng độ cao nấm men tăng dần từ đến 10 g/l, cho sản phẩm có hàm lượng axít tăng dần từ 7,11 đến 12,6 g/l hàm lượng đường dư giảm dần từ 9,23 đến 5,78 Nhận thấy, nồng độ cao nấm men 6, 8, 10 g/l hàm lượng axit đạt cao từ 11,34 đến 12,6 g/l hàm lượng đường dư đạt 5,78 đến 6,23 g/l Tuy nhiên, điểm cảm quan nồng độ 8g/l đạt điểm (mức độ thích) 10g/l đạt điểm (mức độ khơng thích khơng ghét), cịn nồng độ 6g/l điểm cảm quan đạt điểm mức độ thích Như vậy, chọn nồng độ cao nấm men 6g/l cho lên men lactic 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ K2HPO4 đến lên men vi khuẩn L plantarum CC1 K2HPO4 cung cấp Kali nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh trưởng vi sinh vật Cũng cao nấm men, nồng độ ảnh hưởng đên khả nănglên men vi khuẩn lactic Sau ngày lên men với nồng độ 0; 0,5; 1; 1,5; g/l, sản phẩm tạo thành mang phân tích hàm lượng axit, hàm lượng đường dư cho điểm cảm quan nhằm lựa chọn nồng độ K2HPO4 phù hợp cho lên men lactic Kết thể hình 3.7 52 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang Hình 3.7.Ảnh hƣởng nồng độ K2HPO4 đến khả lên men Nồng độ axit sản phẩm lên men tăng dần từ 7,29 đên 11,98 g/l, nồng độ đường dư giảm dần từ 6,87 đến 4,62 g/l tương ứng hàm lượng K2HPO4 tăng dần từ đến g/l.Tại nồng độ K2HPO4 2g/l , hàm lượng axit sinh nhiều điểm cảm quan cho cao nhất, điểm (mức độ thích) Lựa chọn nồng độ K2HPO4 2g/l cho lên men lactic Như vậy, lựa chọn môi trường phù hợp cho lên men lactic với gừng: Bảng 3.6 Hàm lƣợng hóa chất bổ sung cho mơi trƣờng lên men Hóa chất MgSO4 (NH4)2SO4 Cao nấm men Muối Đường K2HPO4 Số gam hóa chất (g/l) 0,2 0,5 20 25 3.4.4.Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ tiếp giống đến khả lên men vi khuẩn L plantarum CC1 Tỉ lệ tiếp giống ảnh hưởng đến trình lên men, tiếp giống q tăng sinh khối vi khuẩn chậm làm kéo dài thời gian lên men ảnh hưởng đến 53 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang chất lượng sản phẩm, giống nhiều rút ngắn thời gian lên men nhiên mật độ dày, cạnh tranh nguồn dinh dưỡng khốc liệt nhanh đến giai đoạn tự hủy ảnh hưởng tới màu sắc, mùi vị sản phẩm Để lựa chọn tỉ lệ tiếp giống phù hợp cho môi trường lên men gừng sản phẩm lên men sau ngày với tỉ lệ khác 1, 3, 4, 5% mang phân tích hàm lượng đường dư, hàm lượng axit cho điểm thị hiếu đánh giá cảm quan Kết thu thể hình 3.8 Hình 3.8 Ảnh hƣởng tỉ lệ tiếp giống đến trình lên men lactic Các tỉ lệ giống cho sản phẩm có hàm lượng axit cao từ 12,78 đến 13,14 g/l, hàm lượng đường giảm dần từ 5,67 đến 4,56 g/l tương ứng với tỉ lệ giống tăng dần, mật độ tế bào vi khuẩn nhiều lượng đường sử dụng nhiều dẫn đến hàm lượng đường dư giảm Các tỉ lệ tiếp giống cho sản phẩm tương đối đồng đều, nhiên mặt cảm quan sản phẩm có tỉ lệ giống 1% đạt điểm cao nhất, điểm mức thích, tỉ lệ tiếp giống 1% ( 109 tế bào/ml) lựa chọn cho lên men gừng 54 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang 3.4.5 Ảnh hưởng độ pH ban đầu đến trình lên men lactic Trước lên men, môi trường chuẩn bị cho lên men điều chỉnh nồng độ pH khác 7,0; 6,5; 6,0; 5,5; 5,0 axit acetic, để khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến trình lên men Sau lên men ngày sản phẩm mang phân tích hàm lượng axit, hàm lượng đường dư (g/l) đánh giá cảm quan phương pháp cho điểm thị hiếu Kết thể hình 3.9 Hình 3.9.Ảnh hƣởng pH ban đầu đến trình lên men lactic Với nồng độ pH ban đầu từ 5,0 đến 7,0 sản phẩm lên men khơng có chênh lệch nhiều hàm lượng axit hàm lượng đường, nói mức pH vi khuẩn sinh trưởng tốt, điểm cảm quan dao động từ đến điểm, mẫu nhìn chung khơng khác nhiều Do đó, lựa chọn mức pH môi trường ban đầu từ 7,0 (mơi trường trung tính), hay nói cách khác sử dụng môi trường chuẩn bị lên men mà không cần chỉnh sửa pH 55 Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Giang 3.4.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men lactic Nhiệt độ lên men cao thời gian lên men nhanh ảnh hưởng tới hương vị sản phẩm tạo thành Lên men nhiệt độ thấp thời gian lên men kéo dài tốn lượng làm mát thiết bị đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan Thí nghiệm nhiệt độ lên men tiến hành nhiệt độ: 25°C, 28°C, 30°C, 35° 37°C Kết cảm quan miếng gừng hàm lượng axit, đường dư sản phẩm phân tích sau ngày lên men Kết đánh giá thể qua bảng 3.7 Bảng 3.7 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình lên men gừng tƣơi sử dụng chủngL plantarum CC1 Nhiệt độ (°C) Axit (g/l) Đƣờng dƣ (g/l) Cảm quan miếng gừng 25 12,5a 6,15a Chua, thơm, vị hài hòa 28 12,6b 6,06b Chua, thơm, vị hài hòa 30 12,8c 5,74c Chua, thơm, vị hài hòa 35 12,9d 5,12d Chua, nồng 37 13,1e 5,05e Chua, nồng Các chữ cái(a, b, c, d, e) biểu diễn khác có nghĩa giá trị trung bình theo cột (p