Tất cả sản phẩm đều chịu thay đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó. Yêu cầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hư hại trong quá trình sấy, bảo quản, đổng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưu nhất.
Xét về mặt bản chất, trong những thay đổi trong quá trình sấy có thể chia ra: - Những thay đổi lý học: sứt mẻ, gãy vỡ...
- Những thay đổi hóa lý: trạng thái tính chất của những keo cao phân tử bị thay đổi.
- Những thay đổi hóa sinh: do sự oxy hóa của chất béo, phản ứng sẫm màu phi enzym, phản ứng enzym...
- Những thay đổi do vi sinh vật
- Những thay đổi đó đã làm thay đổi cấu trúc, mùi vị, màu sắc, giá trị dinh dưỡng và có ảnh hưởng đến tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy.
2.3.4.1. Ảnh hưởng đến cấu trúc
Thay đổi về cấu trúc của các loại thực phẩm rắn là một trong những nguyên nhân quan trọng làm giảm chất lượng sản phẩm. Các sản phẩm khác nhau có sự dao động đáng kể về mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nước trở lại. Sấy nhanh với nhiệt độ cao có thể làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với sấy với tốc độ vừa phải ở nhiệt độ thấp.
Trong quá trình sấy, các chất hòa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra bên ngoài của sản phẩm. Quá trình bay hơi nước làm cô đặc các chất hòa tan ở bề mặt kết hợp với nhiệt độ cao của không khí gây ra các phản ứng lý hóa phức tạp của các chất tan ở bề mặt và hình thành nên lớp vỏ cứng không thấm được. Hiện tượng này gọi là hiện tượng “cứng vỏ” (case hardening), làm giảm tốc độ sấy làm cho sản phẩm có bề mặt khô, nhưng bên trong thì ẩm. Vì vậy cần kiểm soát điều kiện sấy để tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề ngoài mặt sản phẩm.
Với những nguyên liệu giàu protein như nấm men, sấy có thể làm thay đổi thuận nghịch hoặc không thuận nghịch cấu trúc không gian ban đầu của protein, thủy phân liên kết peptit, làm biến đổi các gốc ngoại R của axit amin làm ngưng tụ protein với các chất khác. Sự biến đổi các gốc ngoại R của axit amin và các phản ứng ngưng tụ có thể làm giảm giá trị dinh dưỡng của protein. Tuy nhiên sự biến tính protein là có lợi khi phá hủy các enzym oxy hóa gây sẫm màu hoặc các enzym phân hủy vitamin. Nhiều protein sẽ dễ dàng tiêu hóa hơn sau khi xử lý nhiệt ở mức vừa phải [1].
2.3.4.2. Ảnh hưởng đến mùi vị
Nhiệt làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn các sản phẩm sấy bị giảm mùi vị [11]. Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm, áp suất hơi nước và độ hòa tan của các chất bay hơi trong hơi nước. Những sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhờ vào những đặc tính mùi vị (gia vị...) cần được sấy ở nhiệt độ thấp. Một số sản phẩm sấy có kết cấu xốp, tạo điều kiện cho oxy không khí dễ dàng tiếp xúc với sản phẩm, gây ra các phản ứng oxy hóa các chất tan và chất béo trong quá trình bảo quản làm thay đổi mùi vị sản phẩm [1].
Nguyên liệu giàu protein, trong quá trình sấy nhiều chất mùi vị đặc trưng được tạo ra từ các tiền chất là axit amin. Các hợp chất như aldehyt, rượu, phenol, axit béo đã bị oxy hóa... có thể gây mùi ôi, khét, cay, đắng khi chúng liên kết với protein. Các chất này được tách ra khi gia nhiệt. Tuy nhiên, sấy ở nhiệt độ cao cũng tạo ra nhiều hợp chất màu không có lợi và cả độc tố [1]. Ví dụ sản phẩm của phản ứng Maillard sẽ cho màu nâu sẫm và vị đắng. Trong công nghiệp sản xuất cà phê,
sô-cô-la thì đó là phản ứng có lợi, tạo lên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm, nhưng trong quá trình sấy nấm men đó là một phản ứng cần được hạn chế mức thấp nhất.
2.3.4.3. Ảnh hưởng đến màu sắc
Có nhiều nguyên nhân gây ra sự mất màu hay thay đổi màu trong sản phẩm sấy, như là: sự thay đổi các đặc trưng bề mặt của sản phẩm gây ra thay đổi độ phản xạ ánh sáng và màu sắc, nhiệt và sự oxy hóa trong quá trình sấy gây ra những thay đổi hóa học đối với các chất trong nguyên liệu.
Tốc độ của phản ứng sẫm màu Maillard ở sản phẩm phụ thuộc vào hoạt độ của nước trong sản phẩm và nhiệt độ sấy. Càng ở cuối giai đoạn sấy, hàm lượng nước càng ít thì phản ứng Maillard càng mạnh hơn [1]. Phản ứng Maillard ở nhiệt độ 90 - 100oC sẽ cho sản phẩm có tính chất cảm quan tốt hơn cả. Khi nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng càng nhanh các melanoidin tạo thành có vị đắng, mùi khét, màu nâu sẫm. Ngoài ra, nên hạn chế phản ứng này để giảm tổn thất đường và axit amin.
2.3.4.4. Ảnh hưởng tới đến giá trị dinh dưỡng
Trong quá trình sấy sẽ làm tổn thất một lượng vitamin đáng kể trong nguyên liệu. Vitamin C và vitamin B1 rất nhạy cảm với nhiệt. dưới tác dụng của nhiệt độ cao sẽ phân hủy tạo ra các sản phẩm như 2 - methyl - 3 - furanthiol và H2S tạo mùi cho sản phẩm [1]. Vì thế để tránh những thất thoát lớn cần sấy trong thời gian ngắn, nhiệt độ thấp, bảo quản ở nhiệt, độ ẩm cũng như nồng độ khí oxy thấp. Các vitamin khác tan trong nước bền với nhiệt và oxy hóa hơn, tổn thất trong quá trình sấy hiếm khi vượt quá 5 - 10%.
Sự tổn thất các vitamin có thể hạn chế đang kể hoặc ngăn ngừa hoàn toàn khi sử dụng các phương pháp sấy nhanh ôn hòa (như sấy phun), đặc biệt bằng phương pháp sấy thăng hoa [11].
Các giá trị sinh học và độ tiêu hóa của protein trong phần lớn các sản phẩm sấy không thay đổi đáng kể. Khi sấy ở nhiệt độ vừa phải sẽ làm tăng khả năng tiêu hóa của một số axit amin. Sấy phun không ảnh hưởng đến giá trị sinh học của protein do nước được khử nhanh ở dạng hơi nước nên sản phẩm thu được có độ xốp hơn [1].
PHẦN 3
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Nấm men bia sử dụng thuộc chủng men nổi Saccharomyces cerevisia của nhà máy bia Kim Bài, có màu trắng sữa.
3.1.2. Hóa chất và dụng cụ
3.1.2.1. Hóa chất
Na2CO3.H2O, NaOH, H3PO4, Axit acetic, HCl, Iso - octan của hãng XL, Trung Quốc. Dung dịch Folin- Ciocalteu của Merck
Glucose tinh khiết của Việt Nam
3.2.1.2. Dụng cụ Bảng 3.1: Dụng cụ thí nghiệm Tên dụng cụ Hãng sản xuất Pipetman các loại (2-20µl; 20-200µl; 100-1000µl, 1000-5000µl). Eppendorf - Đức Đầu côn các loại (20µl, 200µl, 1000µl,
5000µl).
Eppendorf - Đức
Cân phân tích 4 số Precisa - Thụy Sĩ
Bồn ủ nhiệt Memmert (Đức)
Tủ sấy Sanyo Nhật Bản
Nồi hấp SS325 Tomy (Nhật Bản)
Máy đo pH Thermo Scientific (EUTECH)
Máy đo quang phổ kế (PH 8453 - Aglient)
Aglient (Labomed - Mỹ)
3.1.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình sản xuất cao nấm men từ bã men bia.
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
3.3.1. Địa điểm nghiên cứu
Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội.
3.3.2. Thời gian nghiên cứu
Từ tháng 12/2013 tới tháng 5/2014.
3.3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu.
Nội dung 2: Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu.
Nội dung 3: Nghiên cứu phương pháp loại bỏ chất đắng trong nấm men bia. Nội dung 4: Nghiên cứu phương pháp và điều kiện thủy phân nấm men. Nội dung 5: Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp sấy thu hồi sản phẩm cao nấm men.
Nội dung 6: Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh.
3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm
3.4.1. Nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu
Tiến hành khảo sát hàm lượng protein, pH, hàm lượng chất khô của nguyên liệu ban đầu
3.4.2. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu
3.4.2.1. Nghiên cứu lựa chọn đường kính lỗ rây cho quá trình lọc bã men bia
Bã nấm men sau khi được rút ra từ đáy tank lên men bia được chuyển về các tank chứa. Khuấy đều và lọc qua rây có các kích thước lỗ rây khác nhau là 25, 30, 35µm. Tiến hành xác định tỷ lệ tế bào chất và đánh giá cảm quan.
3.4.2.2. Xác định tỉ lệ nước và bã men bia cho quá trình lọc
Sau khi lựa chọn được kích thước lỗ rây, chúng tôi tiến hành xác định tỷ lệ nước rửa: sinh khối bã men bia ở các tỷ lệ 1:1; 2:1; 3:1; 4:1.
3.4.2.3. Nghiên cứu số lần rửa bã nấm men bia
Sau khi xác định được tỷ lệ nước: sinh khối nấm men tối ưu, để sinh khối
nấm men được sạch hoàn toàn khỏi dịch bia, tiếp tục rửa nấm men nhiều lần để loại
bỏ hoàn toàn các tạp chất còn trong bã men và đánh giá kết quả của quá trình lọc
bằng cách xác định độ trong của nước rửa sau khi lắng.
3.4.3. Nghiên cứu phương pháp loại bỏ chất đắng trong bã men bia
3.4.3.1. Nghiên cứu lựa chọn dung môi để loại bỏ chất đắng trong bã nấm men
Để xác định phương pháp hiệu quả tách vị đắng, chúng tôi đã sử dụng các hóa chất khác nhau để thử nghiệm là dung dịch axit acetic 1%; dung dịch NaOH
0,1N; dung dịch muối NaCl 0,04%; dung dịch KOH 0,1N. Sau đó xác định các thông số độ đục của nước rửa, tỉ lệ tế bào sống để lựa chọn dung môi phù hợp.
3.4.3.2. Xác định tỉ lệ hóa chất và dịch nấm men thích hợp cho quá trình tách đắng 3.4.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu quả tách đắng
Nghiên cứu nhiệt độ và thời gian là rất cần thiết, bởi đây là những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách đắng. Chúng tôi khảo sát ở nhiệt độ 5o
C, 10oC, 15oC, 20oC, 25oC và 30oC trong thời gian 15, 30 và 45 phút
Nhiệt độ 5oC trong khoảng thời gian 15, 30 và 45 phút: CT1, CT2, CT3. Nhiệt độ 10oC trong khoảng thời gian 15, 30 và 45 phút: CT4, CT5, CT6. Nhiệt độ 20oC trong khoảng thời gian 15, 30 và 45 phút: CT7, CT8, CT9. Nhiệt độ 25oC trong khoảng thời gian 15, 30 và 45 phút: CT10, CT11, CT12. Nhiệt độ 30oC trong khoảng thời gian 15, 30 và 45 phút: CT16, CT17, CT18.
3.4.4. Nghiên cứu phương pháp và điều kiện tự phân nấm men
3.4.4.1. Khảo sát nhiệt độ và thời gian diệt men trước khi tự phân
Khảo sát nhiệt độ diệt men trước khi tự phân ở các dải nhiệt độ 50oC, 55oC, 60oC, 65oC trong khoảng thời gian 10, 15, 20 phút.
Nhiệt độ 50oC trong khoảng thời gian 10, 15, 20 phút: CT19, CT20, CT21. Nhiệt độ 55oC trong khoảng thời gian 10, 15, 20 phút: CT22, CT23, CT24. Nhiệt độ 60oC trong khoảng thời gian 10, 15, 20 phút: CT25, CT26, CT27. Nhiệt độ 65oC trong khoảng thời gian 10, 15, 20 phút: CT28, CT29, CT30.
3.4.4.2. Nghiên cứu xác định nhiệt độ của quá trình tự phân nấm men
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độđến hiệu quả tự phân nấm men Thời gian
(giờ)
Hàm lượng axit amin (g/100 g men KTĐ) 45oC 50oC 55oC 24 CT31 CT32 CT33 36 CT34 CT35 CT36 48 CT37 CT38 CT39 60 CT40 CT41 CT42 72 CT43 CT44 CT45
3.4.4.3. Nghiên cứu xác định pH của quá trình tự phân
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến quá trình tự phân của nấm men Thời gian (giờ) Hàm lượng axit amin (g/100 g men KTĐ
pH 4,5 pH 5,0 pH 5,5 pH 6,0
24 CT46 CT47 CT48 CT49
36 CT50 CT51 CT52 CT53
48 CT54 CT55 CT56 CT57
60 CT58 CT59 CT60 CT61
3.4.5. Nghiên cứu lựa chọn thông số kỹ thuật cho quá trình sấy phun sản phẩm
3.4.5.1. Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy
Khảo sát nhiệt độ dòng khí đầu vào là 200, 220, 240 và 260oC, nhiệt độ đầu ra lớn hơn 90oC. Bố trí thí nghiệm như sau: CT62: 200o
C; CT63: 220oC; CT64: 240oC; CT65: 260oC.
3.4.5.2. Ảnh hưởng của áp suất khí nén
Áp suất khí nén là yếu tố cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc đĩa quay (tuốc bin khí) trong thiết bị sấy phun. Nghiên cứu với áp suất nén từ 7 - 11bar. Bố trí thí nghiệm được thực hiện như sau:
Áp suất khí nén 7 bar tương ứng với CT66
Áp suất khí nén 8 bar tương ứng với CT67.
Áp suất khí nén 9 bar tương ứng với CT 68.
Áp suất khí nén 10 bar tương ứng với CT 69.
Áp suất khí nén 11 bar tương ứng với CT 70.
3.4.6. Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh nuôi cấy vi sinh
Hình 3.1: Sơđồ dự kiến quy trình thực nghiệm chế biến cao nấm men từ bã men bia
3.5. Phương pháp nghiên cứu
3.5.1. Xác định hàm lượng chất khô tổng số [14]
Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi.
Nguyên tắc: Sấy mẫu một trong thời gian để tách lượng nước tự do và nước liên kết trong sản phẩm. Trong quá trình sấy cần theo dõi và cân khối lượng mẫu đến khi khối lượng lần trước và lần sau nó không thay đổi thì dừng sấy. Lượng nước trong nguyên liệu đã bay hết, phần còn lại là chất khô.
Cách tiến hành: Dùng dụng cụ thích hợp (thìa) lấy mẫu và cân cho vào cốc và tiến hành cân cả cốc và mẫu. Cho vào tủ sấy và tiến hành sấy cho đến khi khối lượng không đổi. Cân sản phẩm sấy và ghi lại kết quả.
Bã men bia
Tế bào nấm men
Rửa bã (loại đắng và một số tạp chất)
Điều kiện thủy phân giới hạn (nhiệt đô, pH,
nồng độ) Tự phân
Dung dịch axit amin
Sấy phun
Công thức tính:
Độ ẩm (W%) được tính theo công thức sau: 100 % 0 1 2 1 × − − = G G G G W
Trong đó: G1: Khối lượng mẫu+chén sứ trước khi sấy (g). G2: Khối lượng mẫu+chén sứ sau khi sấy (g). G0: Khối lượng chén sứ (g).
3.5.2. Phương pháp đo độ đắng theo EBC 8.8
Nguyên tắc: các chất đắng có trong dịch đường được chiết bởi dung môi iso - octan. Dịch chiết chất đắng được ly tâm, đo độ hấp thụ tại bước sóng 275nm với mẫu trắng là iso - octan.
Tiến hành: Lấy chính xác 10ml bia vào ống ly tâm 35ml. Sau đó bổ sung 0,5ml HCl 6M. Đậy nút cận thận, lắc 15 - 30v/p ở 20oC. Đem ly tâm 3000 vòng/phúp trong 10 phút. Rồi lấy dịch chiết chất đắng, đo độ hấp thụ tại bước sóng 275nm. Mẫu đối chứng là iso - octan tinh khiết.
Độđắng được tính theo công thức:
B = 50 x A275
Trong đó: B: độ đắng (BU)
A275: độ hấp thụ tại bước sóng 275nm.
3.5.3. Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Lowry [14]
Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên phản ứng tạo màu giữa protein và thuốc thử folin. Cường độ màu của hỗn hợp tỷ lệ thuận với nồng độ protein trong một phạm vi nhất định. Biết được mật độ quang của dung dịch protein nghiên cứu với thuốc thử folin, dựa theo đường chuẩn của protein tinh khiết với thuốc thử này, có thể dễ dàng tính được hàm lượng protein của mẫu nghiên cứu.
Tiến hành: Cho vào ống nghiệm 1ml dung dịch mẫu, thêm vào ống nghiệm 4ml dung dịch C, lắc đều, để yên trong 10 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó thêm 0,5ml thuốc thử folin, lắc đều và để yên trong 30 phút, lúc này dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu xanh. Sau đó đo độ hấp thụ ở bước sóng 750nm và ghi nhận độ hấp phụ quang học của dung dịch nghiên cứu.
Dựng đường chuẩn albumin (BSA): từ dung dịch BSA gốc 0,5mg/ml pha các dung dịch BSA chuẩn theo bảng dưới đây
Ống số 1 2 3 4 5 6 BSA gốc (ml) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
