Nghiên cứu khoa học cấp trường: Nghiên cứu ứng dụng enzyme amylase, protease và nấm men thuần chủng trong sản xuất rượu vang nếp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH<br /> KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ THỦY SẢN<br /> TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NGUYỄN HOÀNG ANH<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE,<br /> PROTEASE VÀ NẤM MEN THUẦN CHỦNG<br /> TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG NẾP<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TRÀ VINH - 2010<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> <br /> LỜI CẢM TẠ<br /> Đề tài nghiên cứu được hoàn thành tại Trung tâm Công nghệ sau thu hoạch, Khoa<br /> Nông nghiệp và Thủy sản, Trường Đại học Trà Vinh và Bộ môn Công nghệ thực<br /> phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ.<br /> Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến:<br /> Ban Giám Hiệu Trường Đại học Trà Vinh, Phòng Khoa học công nghệ và đào tạo sau<br /> đại học, Ban lãnh đạo Khoa Nông Nghiệp & Thủy Sản, Trung tâm Thí nghiệm, Trung<br /> tâm Công nghệ sau thu hoạch đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, hỗ trợ tôi hoàn thành<br /> nghiên cứu.<br /> Thầy Nguyễn Công Hà đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp tôi vượt qua mọi khó<br /> khăn để thực hiện và hoàn chỉnh nội dung nghiên cứu.<br /> Qúy Thầy, Cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học và các Cán bộ<br /> phòng thí nghiệm Trung tâm Thí nghiệm, bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã tạo điều<br /> kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đề tài.<br /> Quý Thầy, Cô trong Hội đồng báo cáo nghiệm thu đề tài, đặc biệt là Giáo viên phản<br /> biện đã đọc và đóng góp ý kiến quí báo để nghiên cứu được hoàn chỉnh.<br /> Cảm ơn quý Thầy, Cô Trung tâm Công nghệ sau thu hoạch đã đóng góp ý kiến, thảo<br /> luận và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm.<br /> Xin chân thành cảm ơn!<br /> Trà vinh, ngày 4 tháng 09 năm 2010<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Nguyễn Hoàng Anh<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch i<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Ở Việt Nam, rượu nếp chủ yếu sản xuất theo lối thủ công với chất lượng sản phẩm<br /> không ổn định. Đến nay, phương pháp truyền thống vẫn là phương pháp chủ yếu để<br /> sản xuất rượu mặc dù vẫn còn giới hạn do thời gian sản xuất kéo dài, khó kiểm soát<br /> chất lượng của sản phẩm cuối. Trong nghiên cứu: “Hoàn thiện quy trình sản xuất<br /> rượu vang nếp trắng bằng enzyme và nấm men thuần chủng” được thực hiện để<br /> cải thiện công nghệ sản xuất rượu nếp, nâng cao chất lượng sản phẩm, cũng như dễ<br /> dàng để kiểm soát dây chuyền chế biến đặc biệt là trong giai đoạn dịch hóa, đường<br /> hóa, thủy phân protein và lên men. Vì vậy, những ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, nồng<br /> độ enzyme, tỉ lệ cơ chất và thời gian thủy phân đến hoạt tính các loại enzyme α-<br /> amylase, glucoamylase thủy phân tinh bột để tạo ra đường khử và papain hoặc<br /> bromelain thủy phân protein để tăng thêm acid amin tự do cho nấm men phát triển<br /> sinh khối và chuyển hóa thành rượu làm tăng hiệu suất lên men trong quy trình sản<br /> xuất đã được nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cho thấy đã xác định điều kiện tối ưu<br /> cho 4 loại enzyme trên với nguyên liệu nếp trắng khi sử dụng α-amylase 0,3%, 31<br /> phút tại pH 6,5, nhiệt độ 870C để thủy phân tinh bột nếp, nồng độ đường khử thu được<br /> khoảng 6,46% và khi sử dụng tiếp glucoamylase 0,6%, 39 phút ở nhiệt độ 610C, pH<br /> 4,0 hàm lượng đường khử sinh ra lên đến 16,10%. Tiếp theo sử dụng papain với nồng<br /> độ 0,35%, thời gian thủy phân 45 phút ở pH 5,9, nhiệt độ 500C thu được hàm lượng<br /> nitơ amin 0,081%, cùng các thông số động học Vmax= 0,1065 ± 0,0036; km= 4,7822 ±<br /> 0,7705 hoặc bromelain nồng độ là 0,5%, 55 phút tại pH 5,7, nhiệt độ 550C lượng nitơ<br /> amin thu được 0,054 % cùng các thông số động học Vmax= 0,0622 ± 0,0013; km=<br /> 3,5652 ± 0,4280. Dịch nếp sau khi thủy phân được lọc, điều chỉnh pH 4,9 và lên men<br /> với nấm men Saccharomyces cerevisiae 0,2%, sản phẩm rượu vang được so sánh rượu<br /> lên men theo phương pháp truyền thống sử dụng bánh men thuốc bắc. Kết quả chỉ ra<br /> rằng việc ứng dụng các enzyme thủy phân tinh bột, protein và nấm men thuần chủng<br /> trong quy trình sản xuất rượu vang nếp trắng có thể giảm thời gian lên men chính còn<br /> 6 ngày, tăng độ rượu tạo thành đến 12,6% và sẽ đảm bảo các chỉ tiêu hóa lí, vi sinh<br /> theo TCVN 7045: 2009, từng bước cải thiện quy trình sản xuất truyền thống theo<br /> phương pháp cổ truyền, có thể sản xuất công nghiệp tạo ra rượu đạt chất lượng cảm<br /> quan cao và đảm bảo an toàn về mặt vệ sinh thực phẩm.<br /> Từ khóa: rượu vang nếp, α–amylase, glucoamylase, dịch hóa, đường hóa, papain, bromelain,<br /> saccharomyces cerevisiae, bánh men thuốc bắc, lên men rượu.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch ii<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> ABSTRACT<br /> In Vietnam, glutinous rice wine has mainly manufactured by manual work and the<br /> quality is not settled. Up to now, traditional method is still the main method to<br /> produce rice wine even though they have a limitation due to taking time for<br /> production, difficult to control the quality of final product. In this study: “The<br /> improvement of white glutinous rice wine production using hydrolysis enzymes<br /> and purebred yeast” was used to improving technological production line of<br /> glutinous rice wine, make the quality of product better as well as make easy to control<br /> processing line especially during liquefaction, saccharification, protein hydrolysis and<br /> alcoholic fermentation stage. Therefore, the effect of pH, temperature, enzyme<br /> concentration, substrate ratio and the time of activation on the activity of four kinds of<br /> commercial enzyme α-amylase, glucoamylase hydrolyze starch to make<br /> transformation of glucose and papain or bromelain hydrolyze protein to increases the<br /> content of amin acid for the yeast to develop biomass and transform into wine, to<br /> increase the fermentation performance of glutinous rice wine were done. The results<br /> showed that optimum conditions four kinds of enzyme were studied directly to white<br /> glutinous rice material established. When using α-amylase 0.3%, 31 minutes at pH 6.5<br /> and 870C to hydrolyze raw material glutinous rice starch, transformation of glucose<br /> was established about 6.46%, and when using glucoamylase 0.6%, 39 minutes at pH<br /> 4.0 and 610C directly to glutinous rice material, transformation of glucose was<br /> produced upto 16.10 %. Next, using papain to hydrolyze protein of glutinous rice raw<br /> material with 0.35% concentration, hydrolysis time 45 minutes at pH 5.9, temperature<br /> 500C, nitrogen amin produced content 0.081%, kinetic parameters of papain on<br /> glutinous rice starch was Vmax= 0.1065 ± 0.0036; km= 4.7822 ± 0.7705 or using<br /> bromelain with 0.5%, 55 minutes at pH 5.7 and 550C, nitrogen amin produced<br /> 0.054%, kinetic parameters of bromelain with substrate as protein of glutinous rice<br /> was calculated as Vmax= 0.0622 ± 0.0013; km= 3.5652 ± 0.4280. Finally, glutinous rice<br /> solution after hydrolysis, filter, adjustment of pH 4.9 are fermented with yeast<br /> Saccharomyces cerevisiae 0.2%, wine product fermented compared to product is wine<br /> fermented in a traditional method using alcoholic starter. Results indicated that the<br /> application of α-amylase, glucoamylase, bromelain and purebred yeast of glutinous<br /> rice wine making can reduce the time for alcohol fermentation shorter 6 days, higher<br /> alcohol level up to 12.6% and will ensure physical-chemical and microorganism<br /> standard criteria TCVN7045: 2009, step by step improving traditional glutinous rice<br /> wine production for industrial production and high-quality sensory produce, hygienic<br /> and safe.<br /> Keyword: glutinous rice wine, α-amylase, glucoamylase, liquefaction, saccharification,<br /> papain, bromelain, alcoholic starter, Saccharomyces cerevisiae, alcoholic fermentation.<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch iii<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> MỤC LỤC<br /> LỜI CẢM TẠ ............................................................................................... i<br /> TÓM TẮT ....................................................................................................ii<br /> ABSTRACT ............................................................................................... iii<br /> MỤC LỤC................................................................................................... iv<br /> DANH SÁCH BẢNG ................................................................................. xi<br /> CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ......................................................................... 1<br /> <br /> 1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................... 1<br /> 1.2 Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 1<br /> 1.3 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2<br /> CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................... 3<br /> <br /> 2.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất rượu ............................................................. 3<br /> 2.2 Enzyme amylase ......................................................................................... 4<br /> 2.2.1 Enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1)............................................................ 4<br /> 2.2.2 Enzyme glucoamylase (EC 3.2.1.3) ...................................................... 7<br /> 2.2.3 Hoạt lực của enzyme amylase ............................................................... 8<br /> 2.3 Enzyme papain (EC 3.4.22.2) .................................................................. 13<br /> 2.3.1 Cấu tạo của enzyme papain ................................................................ 13<br /> 2.3.2 Hoạt tính của enzyme papain .............................................................. 13<br /> 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme papain .......................... 14<br /> 2.4 Enzyme bromelain (EC 3.4.22.32) .......................................................... 16<br /> 2.4.1 Cấu tạo của enzyme bromelain............................................................ 16<br /> 2.4.2 Hoạt tính enzyme bromelain ................................................................ 17<br /> 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme bromelain ..................... 17<br /> 2.5 Nấm men ................................................................................................... 18<br /> 2.5.1 Cấu tạo và thành phần của nấm men.................................................. 18<br /> 2.5.2 Sự sinh trưởng và phát triển của nấm men ......................................... 19<br /> 2.5.3 Nấm men sử dụng trong sản xuất rượu vang ...................................... 19<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch iv<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> 2.6 Bánh men thuốc bắc ................................................................................. 21<br /> 2.7 Các quá trình chính trong sản xuất rượu vang nếp ............................. 22<br /> 2.7.1 Quá trình hồ hóa tinh bột.................................................................... 22<br /> 2.7.2 Quá trình đường hóa trong sản xuất rượu vang nếp .......................... 23<br /> 2.7.3 Quá trình lên men trong sản xuất rượu vang nếp ............................... 23<br /> 2.7.4 Cơ chế của quá trình lên men rượu .................................................... 24<br /> 2.7.5 Các giai đoạn của quá trình lên men rượu ......................................... 25<br /> 2.7.6 Cơ chế chuyển hóa đường thành rượu ............................................... 25<br /> 2.7.7 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men rượu ............................. 26<br /> 2.8 Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men<br /> rượu 27<br /> 2.8.1 Sự tạo thành methalnol ...................................................................... 28<br /> 2.8.2 Sự tạo thành aldehyde ........................................................................ 28<br /> 2.8.3 Sự tạo thành các rượu bậc cao .......................................................... 28<br /> 2.8.4 Sự tạo thành các acid hữu cơ ............................................................. 29<br /> 2.8.5 Sự tạo thành các ester ........................................................................ 29<br /> 2.8.6 Sự tạo thành furfurol ........................................................................... 29<br /> 2.9 Quy trình sản xuất rượu vang nếp ......................................................... 30<br /> 2.9.1 Sơ đồ quy trình .................................................................................... 30<br /> 2.9.2 Thuyết minh quy trình ......................................................................... 31<br /> CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32<br /> <br /> 3.1 Phương tiện nghiên cứu ........................................................................... 32<br /> 3.1.1 Thời gian và địa điểm ......................................................................... 32<br /> 3.1.2 Nguyên vật liệu ................................................................................... 32<br /> 3.1.3 Hóa chất .............................................................................................. 32<br /> 3.1.4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ............................................................ 32<br /> 3.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 34<br /> 3.2.1 Phương pháp lấy mẫu ......................................................................... 34<br /> 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 34<br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch v<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> 3.2.3 Phương pháp phân tích ....................................................................... 34<br /> 3.3 Nội dung và bố trí thí nghiệm ................................................................. 35<br /> 3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ứng dụng enzyme α-amylase trong quá<br /> trình dịch hóa và đường hóa một phần bột nếp trắng. ........................................ 35<br /> 3.3.1.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme<br /> α-amylase trong quá trình thủy phân bột nếp. ..................................................... 35<br /> 3.3.1.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme α-amylase<br /> và thời gian thủy phân bột nếp. ............................................................................ 36<br /> 3.3.1.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt<br /> tính của enzyme α-amylase trong quá trình thủy phân. ....................................... 37<br /> 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ứng dụng enzyme glucoamylase trong<br /> quá trình đường hóa dịch nếp trắng. ................................................................... 37<br /> 3.3.2.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme<br /> glucoamylase trong thủy phân dịch nếp. .............................................................. 37<br /> 3.3.2.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme<br /> glucoamylase và thời gian thủy phân dịch nếp trắng. .......................................... 38<br /> 3.3.2.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bột nếp đến hoạt<br /> tính của enzyme glucoamylase trong quá trình thủy phân................................... 39<br /> 3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát động học và ứng dụng enzyme papain<br /> thủy phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α- amylase<br /> và glucoamylase. .................................................................................................. 39<br /> 3.3.3.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme<br /> papain trong quá trình thủy phân protein nếp. ..................................................... 40<br /> 3.3.3.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme papain và<br /> thời gian thủy phân protein nếp. .......................................................................... 40<br /> 3.3.3.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bột nếp đến hoạt<br /> tính enzyme papain trong quá trình thủy phân protein nếp. ................................ 41<br /> 3.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát động học và ứng dụng enzyme bromelain<br /> thủy phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α- amylase<br /> và glucoamylase. .................................................................................................. 42<br /> 3.3.4.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme<br /> bromelain trong quá trình thủy phân protein nếp................................................. 42<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch vi<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> 3.3.4.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme bromelain<br /> và thời gian thủy phân protein nếp. ...................................................................... 42<br /> 3.3.4.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt<br /> tính enzyme bromelain trong quá trình thủy phân protein nếp. ........................... 43<br /> 3.3.5 Thí nghiệm 5: Theo dõi, so sánh, đánh giá chất lượng sản phẩm<br /> rượu lên men truyền thống sử dụng men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme<br /> với nấm men thuần chủng trong giai đoạn lên men chính và ổn định. ................ 44<br /> CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 46<br /> <br /> 4.1 Thành phần chính nguyên liệu nếp trắng .............................................. 46<br /> 4.2 Kết quả khảo sát ứng dụng enzyme α-amylase trong quá trình<br /> dịch hóa và đường hóa một phần bột nếp trắng. ............................................ 46<br /> 4.2.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme α-amylase trong<br /> quá trình thủy phân bột nếp trắng. ...................................................................... 46<br /> 4.2.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme α-amylase và thời gian thủy<br /> phân bột nếp. ........................................................................................................ 49<br /> 4.2.3 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến hoạt tính của<br /> enzyme α-amylase trong quá trình thủy phân. ..................................................... 51<br /> 4.3 Kết quả khảo sát ứng dụng enzyme glucoamylase trong quá trình<br /> đường hóa dịch nếp trắng. ................................................................................ 52<br /> 4.3.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme glucoamylase<br /> trong thủy phân dịch nếp trắng. ........................................................................... 53<br /> 4.3.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian<br /> thủy phân dịch nếp trắng. .................................................................................... 55<br /> 4.3.3 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến hoạt tính của<br /> enzyme glucoamylase trong quá trình thủy phân ................................................ 57<br /> 4.4 Kết quả khảo sát động học và ứng dụng enzyme papain thủy<br /> phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α-amylase<br /> và glucoamylase. ................................................................................................. 58<br /> 4.4.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme papain trong quá<br /> trình thủy phân protein nếp. ................................................................................. 59<br /> 4.4.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme papain và thời gian thủy<br /> phân protein nếp. ................................................................................................. 60<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch vii<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> 4.4.3 Kết quả ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt tính enzyme papain<br /> trong quá trình thủy phân protein nếp ................................................................. 62<br /> 4.5 Kết quả khảo sát động học và ứng dụng enzyme bromelain thủy<br /> phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α- amylase<br /> và glucoamylase .................................................................................................. 64<br /> 4.5.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme bromelain trong<br /> quá trình thủy phân protein nếp ........................................................................... 64<br /> 4.5.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme bromelain và thời gian thủy<br /> phân protein dịch nếp. ......................................................................................... 66<br /> 4.5.3 Kết quả ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt tính enzyme<br /> bromelain trong quá trình thủy phân protein nếp ............................................... 68<br /> 4.6 Kết quả theo dõi, so sánh, đánh giá chất lượng sản phẩm rượu<br /> lên men truyền thống sử dụng men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme<br /> với nấm men thuần chủng trong giai đoạn lên men chính và ổn định. ......... 70<br /> 4.6.1 Kết quả thay đổi độ Brix trong quá trình lên men chính các loại<br /> rượu nếp. .............................................................................................................. 71<br /> 4.6.2 Kết quả thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men<br /> chính các loại rượu nếp. ...................................................................................... 72<br /> 4.6.3 Kết quả thay đổi độ rượu tạo thành trong quá trình lên men<br /> chính của các loại rượu nếp................................................................................. 74<br /> 4.6.4 Kết quả thay đổi pH trong quá trình lên men chính của các loại<br /> rượu nếp. .............................................................................................................. 75<br /> 4.6.5 Kết quả thay đổi hàm lượng acid tổng trong quá trình lên men<br /> chính của các loại rượu nếp................................................................................. 77<br /> 4.6.6 Kết quả thay đổi hàm lượng ester trong quá trình lên men chính<br /> của các loại rượu nếp .......................................................................................... 79<br /> 4.6.7 Kết quả định tính fufurol trong quá trình lên men chính của các<br /> loại rượu nếp ........................................................................................................ 80<br /> 4.6.8 Kết quả theo dõi chất lượng sản phẩm rượu nếp trong thời gian<br /> ổn định 3 tháng. ................................................................................................... 80<br /> 4.6.9 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan các sản phẩm rượu vang<br /> nếp ........................................................................................................................ 82<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch viii<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> 4.6.10 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lí sản phẩm rượu sử dụng<br /> bánh men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme amylase, bromelain, nấm men<br /> so với TCVN 7045:2009 ....................................................................................... 83<br /> 4.6.11 Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh sản phẩm rượu sử dụng<br /> bánh men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme amylase, bromelain, nấm men<br /> so với TCVN 7045:2009 ....................................................................................... 84<br /> CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC TẾ NGHIÊN CỨU, KHẢ NĂNG<br /> ỨNG DỤNG VÀ ĐỊA CHỈ ÁP DỤNG, GIÁ THÀNH SẢN PHẨM ... 85<br /> <br /> 5. 1 Thực tế nghiên cứu so với bố trí thí nghiệm theo thuyết minh<br /> phê duyệt ............................................................................................................. 85<br /> 5. 2 Khả năng ứng dụng và địa chỉ áp dụng ................................................ 86<br /> 5.3 Hạch toán giá thành 1 lít rượu vang nếp sản xuất ở quy mô<br /> phòng thí nghiệm ................................................................................................ 86<br /> 6.1 Kết luận ..................................................................................................... 87<br /> 6.2 Đề nghị ...................................................................................................... 89<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 90<br /> PHỤ LỤC ..................................................................................................... I<br /> KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU Ở TRUNG TÂM PHÂN<br /> TÍCH THÍ NGHIỆM, SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ, TP.HCM.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch ix<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT<br /> <br /> TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam<br /> HTX: Hợp tác xã<br /> DNTN SXTM: Doanh nghiệp tư nhân sản xuất thương mại<br /> TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh<br /> Sở KH&CN: Sở Khoa Học và Công Nghệ<br /> w/w (weight/weight): tỉ lệ khối lượng trên khối lượng<br /> w/v (weight/volume): tỉ lệ khối lượng trên thể tích<br /> v/v (volume/volume): tỉ lệ thể tích trên thể tích<br /> KPH: Không phát hiện<br /> TB: Rượu nếp sử dụng bánh men thuốc bắc để lên men<br /> ĐC: Rượu nếp sử dụng enzyme α-amylase, glucoamylase và bổ sung nấm men thuần<br /> chủng để lên men<br /> PA: Rượu nếp sử dụng enzyme α-amylase, glucoamylase, papain và bổ sung nấm men<br /> thuần chủng để lên men<br /> BR: Rượu nếp sử dụng enzyme α-amylase, glucoamylase, bromelain và bổ sung nấm<br /> men thuần chủng để lên men<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch x<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> DANH SÁCH BẢNG<br /> Bảng 2.1 Thành phần hóa học của nếp trắng .............................................................3<br /> Bảng 2.2 Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau ...................5<br /> Bảng 2.3 Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn sản xuất khác nhau .....5<br /> Bảng 2.4 Thành phần hóa học của tế bào nấm men ..................................................19<br /> Bảng 2.5 Tiêu chuẩn chất lượng bánh men giống .....................................................22<br /> Bảng 4.1 Thành phần chính của nguyên liệu nếp trắng ............................................46<br /> Bảng 4.2 Kết quả ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng đường khử tạo<br /> thành khi thủy phân tinh bột nếp bằng enzyme α-amylase .......................................47<br /> Bảng 4.3 Kết quả ảnh hưởng nồng độ α-amylase và thời gian thủy phân tinh<br /> bột nếp đến lượng đường khử tạo thành ....................................................................49<br /> Bảng 4.4 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến lượng đường khử tạo<br /> thành khi thủy phân bằng enzyme α-amylase ...........................................................51<br /> Bảng 4.5 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ đến lượng đường khử sinh ra khi<br /> thủy phân dịch nếp bằng enzyme glucoamylase .......................................................53<br /> Bảng 4.6 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy<br /> phân dịch nếp đến lượng đường khử sinh ra .............................................................55<br /> Bảng 4.7 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến lượng đường khử sinh ra<br /> khi thủy phân bằng enzyme glucoamylase ................................................................ 57<br /> Bảng 4.8 Kết quả ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng nitơ amin tạo thành<br /> khi thủy phân protein trong dịch nếp bằng enzyme papain ......................................59<br /> Bảng 4.9 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme papain và thời gian đến lượng<br /> nitơ amin tạo thành khi thủy phân protein trong dịch nếp trắng ............................... 61<br /> Bảng 4.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ bột nếp trắng đến hoạt tính<br /> enzyme papain ............................................................................................................63<br /> Bảng 4.11 Hàm lượng acid amin tự do trong dịch nếp trắng thu được sau khi<br /> thủy phân protein bằng enzyme papain. ....................................................................64<br /> Bảng 4.12 Kết quả ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng nitơ amin sinh ra<br /> khi thủy phân dịch nếp bằng enzyme bromelain .......................................................65<br /> Bảng 4.13 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ enzyme bromelain và thời gian đến<br /> lượng nitơ amin sinh ra khi thủy phân protein trong dịch nếp trắng ........................67<br /> Bảng 4.14 Kết quả ảnh hưởng của các tỉ lệ bột nếp trắng đến hoạt tính của<br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch xi<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> enzyme bromelain ......................................................................................................69<br /> Bảng 4.15 Hàm lượng acid amin tự do trong dịch nếp trắng thu được sau khi<br /> thủy phân protein bằng enzyme bromelain................................................................ 70<br /> Bảng 4.16 Kết quả thay đổi độ Brix trong quá trình lên men chính của các loại<br /> rượu .............................................................................................................................71<br /> Bảng 4.17 Kết quả thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men<br /> chính của các loại rượu............................................................................................... 73<br /> Bảng 4.18 Kết quả thay đổi độ rượu trong quá trình lên men chính của các loại<br /> rượu .............................................................................................................................74<br /> Bảng 4.19 Kết quả thay đổi pH trong quá trình lên men chính của các loại rượu ...76<br /> Bảng 4.20 Kết quả thay đổi hàm lượng acid trong quá trình lên men chính của<br /> các loại rượu ...............................................................................................................78<br /> Bảng 4.21 Kết quả thay đổi hàm lượng ester trong quá trình lên men chính của<br /> các loại rượu ...............................................................................................................79<br /> Bảng 4.22 Chỉ tiêu chất lượng hóa lí các sản phẩm rượu vang nếp sau 1 tháng ......81<br /> Bảng 4.23 Chỉ tiêu chất lượng hóa lí các sản phẩm rượu vang nếp sau 2 tháng ......81<br /> Bảng 4.24 Chỉ tiêu chất lượng hóa lí các sản phẩm rượu vang nếp sau 3 tháng ......82<br /> Bảng 4.25 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của các sản phẩm rượu vang<br /> nếp (TCVN 3217-79) .................................................................................................82<br /> Bảng 4.26 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lí trong sản phẩm rượu TB và BR<br /> so với TCVN7045: 2009 ............................................................................................83<br /> Bảng 4.27 Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh trong sản phẩm rượu TB và BR so<br /> với TCVN7045: 2009 .................................................................................................84<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch xii<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> DANH SÁCH HÌNH<br /> Hình 2.1 Hạt nếp trắng ................................................................................................ 3<br /> Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của enzyme amylase lên phân tử tinh bột .........................4<br /> Hình 2.3 Cấu trúc không gian của enzyme α-amylase ...............................................6<br /> Hình 2.4 Tác dụng của α-amylase lên phân tử amylose và amylpectin .....................6<br /> Hình 2.5 Cấu trúc không gian của enzyme glucoamylase ..........................................7<br /> Hình 2.6 Tác dụng của glucoamylase lên phân tử tinh bột ........................................7<br /> Hình 2.7 Đồ thị Michaelis-Menten .............................................................................10<br /> Hình 2.8 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến thời gian phản ứng của amylase .......10<br /> Hình 2.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng của enzyme amylase ......................11<br /> Hình 2.10 Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính của enzyme amylase .............................11<br /> Hình 2.11 Cấu trúc không gian của enzyme papain ...................................................13<br /> Hình 2.12 Cấu trúc không gian của enzyme bromelain .............................................16<br /> Hình 2.13 Quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào nấm men ...........................19<br /> Hình 2.14 Nấm men Saccharomyces cerevisae ..........................................................20<br /> Hình 2.15 Men thuốc bắc Hải Anh Quang .................................................................22<br /> Hình 2.16 Quá trình trao đổi chất tế bào nấm men phụ thuộc hiện diện Oxy có<br /> thể hô hấp hiếu khí hoặc lên men yếm khí ................................................................. 24<br /> Hình 2.17 Sơ đồ đường phân trong tế bào nấm men ..................................................26<br /> Hình 2.18 Sơ đồ tổng quát của quá trình hình thành sản phẩm phụ ...........................28<br /> Hình 2.19 Sơ đồ quy trình sản xuất dự kiến 4 loại rượu vang nếp .............................30<br /> Hình 3.1 Máy nghiền nguyên liệu ..............................................................................33<br /> Hình 3.2 Máy đo pH ...................................................................................................33<br /> Hình 3.3 Cân phân tích ............................................................................................... 33<br /> Hình 3.4 Chiết quang kế .............................................................................................33<br /> Hình 3.5 Chuẩn độ đường ...........................................................................................33<br /> Hình 3.6 Nấm men ......................................................................................................33<br /> Hình 3.7 Nếp trắng......................................................................................................33<br /> Hình 3.8 Water bath ...................................................................................................33<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch xiii<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> Hình 3.9 Máy chuẩn độ điện thế .................................................................................33<br /> Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng đường khử<br /> tạo thành khi thủy phân bột nếp bằng enzyme α-amylase ................................... 47<br /> Hình 4.2 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến<br /> lượng đường khử tạo thành .................................................................................. 49<br /> Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ α-amylase và thời gian thủy<br /> phân bột nếp đến lượng đường khử tạo thành ..................................................... 50<br /> Hình 4.4 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme α-<br /> amylase và thời gian thủy phân đến lượng đường khử tạo thành ........................ 51<br /> Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ bột nếp đến lượng đường khử tạo<br /> thành khi thủy phân bằng enzyme α-amylase ...................................................... 52<br /> Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hàm lượng<br /> đường khử sinh ra khi thủy phân dịch nếp với enzyme glucoamylase ................ 54<br /> Hình 4.7 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến<br /> hàm lượng đường khử sinh ra khi thủy phân dịch nếp với enzyme<br /> glucoamylase ....................................................................................................... 55<br /> Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ glucoamylase và thời gian<br /> thuỷ phân dịch nếp đến lượng đường khử sinh ra ............................................... 56<br /> Hình 4.9 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme<br /> glucoamylase và thời gian thủy phân dịch nếp đến lượng đường khử tạo thành 57<br /> Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ bột nếp đến lượng đường khử sinh<br /> ra khi thủy phân với enzyme glucoamylase......................................................... 58<br /> Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hàm lượng nitơ<br /> amin tạo thành khi thủy phân protein dịch nếp bằng enzyme papain.................. 59<br /> Hình 4.12 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến<br /> lượng nitơ amin tạo thành khi thủy phân protein dịch nếp với enzyme papain. . 60<br /> Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme papain và thời<br /> gian đến hàm lượng nitơ amin tạo khi thủy phân protein dịch nếp trắng ............ 61<br /> Hình 4.14 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme<br /> papain và thời gian thủy phân protein dịch nếp đến lượng nitơ amin tạo thành . 62<br /> Hình 4.15 Đồ thị Michaelis- Menten biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ cơ chất nếp sử<br /> dụng đến hoạt tính enzyme papain ...................................................................... 63<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch xiv<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng nitơ amin<br /> sinh ra khi thủy phân dịch nếp bằng enzyme bromelain ..................................... 65<br /> Hình 4.17 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến<br /> hàm lượng nitơ amin sinh ra khi thủy phân protein dịch nếp với bromelain. ..... 66<br /> Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme bromelain và thời<br /> gian đến hàm lượng nitơ amin sinh ra khi thủy phân protein dịch nếp trắng ...... 67<br /> Hình 4.19 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme<br /> bromelain và thời gian thủy phân đến lượng nitơ amin sinh ra. .................................68<br /> Hình 4.20 Đồ thị Michaelis- Menten biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ cơ chất nếp đến<br /> hoạt tính bromelain .....................................................................................................69<br /> Hình 4.21 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ Brix theo thời gian lên men chính<br /> của các loại ruợu .........................................................................................................72<br /> Hình 4.22 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng đường khử theo thời gian<br /> lên men chính của các loại ruợu ................................................................................. 73<br /> Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ rượu theo thời gian lên men chính<br /> của các loại rượu .........................................................................................................75<br /> Hình 4.24 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH theo thời gian lên men chính của<br /> các loại rượu................................................................................................................77<br /> Hình 4.25 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi acid tổng theo thời gian lên men chính<br /> của các loại rượu .........................................................................................................78<br /> Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi ester theo thời gian lên men chính của<br /> các loại rượu................................................................................................................80<br /> Hình 4.27 Các sản phẩm rượu vang nếp trắng ..........................................................84<br /> Hình 5.1 Quy trình sản xuất 4 loại rượu vang nếp trắng ............................................86<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch xv<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU<br /> 1.1 Đặt vấn đề<br /> Rượu vang là loại thức uống được lên men từ nhiều nguồn liệu: nho, khóm, chuối,<br /> nếp… mang đậm đà bản sắc văn hóa dân tộc của từng địa phương. Từ xưa đến nay,<br /> rượu thường xuất hiện trong các lễ hội, đình đám, các cuộc gặp gỡ của người thân,<br /> bạn bè. Rượu được sử dụng với nhiều mục đích ý nghĩa khác nhau như để chúc mừng,<br /> nâng cao sức khỏe hay để giải bày tâm sự… Rượu trở thành một trong những thức<br /> uống không thể thiếu trong văn hóa ẩm thực cũng như trong đời sống hằng ngày.<br /> Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhiều sản phẩm lên<br /> men truyền thống đã được nghiên cứu sâu về mặt quy trình sản xuất, hiện nay ở các<br /> nước trong khu vực đã nghiên cứu, cải tiến thành công chất lượng rượu cổ truyền và<br /> được áp dụng sản xuất với qui mô công nghiệp, phân phối rộng rãi trên thế giới như<br /> rượu Sakê của Nhật, rượu Mao Đài của Trung Quốc, rượu Shochu ở Hàn Quốc. Ở<br /> Việt Nam thức uống lên men truyền thống cũng rất đa dạng từ: rượu nho, rượu Cần ở<br /> các dân tộc miền núi Tây Nguyên đến rượu nếp của người Kinh, nhiều địa phương đã<br /> sản xuất các loại rượu nổi tiếng như rượu Làng Vân ở miền Bắc và rượu Gò Đen, Phú<br /> Lễ, Xuân Thạnh ở miền Nam được nhiều người ưa chuộng. Trong các loại rượu cổ<br /> truyền kể trên thì rượu nếp là một loại khá đặc biệt, sản phẩm là kết quả của quá trình<br /> lên men từ những hạt nếp mà thành.<br /> Tuy nhiên, phương pháp sản xuất rượu ở một số địa phương vẫn còn theo phương<br /> pháp cổ truyền, tức là quá trình đường hóa và lên men được thực hiện bởi nấm mốc và<br /> nấm men trong bánh men thuốc bắc và thiết bị sản xuất thô sơ, nên năng suất chưa cao<br /> và chất lượng chưa an toàn vì chứa nhiều độc tố, tạp chất ảnh hưởng đến sức khỏe<br /> người tiêu dùng. Do đó, để nâng cao hơn nữa chất lượng sản phẩm truyền thống này<br /> chúng tôi đề ra quy trình sản xuất rượu theo phương pháp mới, thông qua kết hợp hài<br /> hòa giữa công nghệ cổ truyền và kỹ thuật hiện đại. Với việc ứng dụng phương pháp<br /> enzyme và nấm men thuần chủng ở giai đoạn đường hóa, thủy phân protein và lên<br /> men để rút ngắn thời gian sản xuất cũng như ổn định được chi phí sản xuất, đảm bảo<br /> chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm của sản phẩm rượu vang nếp.<br /> Từ những lý do trên việc nghiên cứu “Hoàn thiện quy trình sản xuất rượu vang<br /> nếp trắng bằng enzyme và nấm men thuần chủng” có ý nghĩa rất quan trọng.<br /> 1.2 Mục tiêu của đề tài<br /> Xây dựng qui trình sản xuất rượu nếp sạch theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm<br /> TCVN 7045: 2009.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 1<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> Cải thiện quy trình sản xuất rượu nếp truyền thống theo phương pháp cổ truyền có thể<br /> sản xuất công nghiệp và cho ra sản phẩm chất lượng cao và an toàn về mặt vệ sinh<br /> thực phẩm.<br /> 1.3 Nội dung nghiên cứu<br /> Từ những mục tiêu trên, đề tài tiến hành các khảo sát sau:<br /> - Khảo sát ứng dụng enzyme α-amylase trong quá trình dịch hóa và đường hóa một<br /> phần hồ tinh bột nếp trắng.<br /> - Khảo sát ứng dụng enzyme glucoamylase trong quá trình đường hóa dịch nếp trắng.<br /> - Khảo sát động học và ứng dụng enzyme papain trong quá trình thủy phân protein của<br /> dịch nếp trắng.<br /> - Khảo sát động học và ứng dụng enzyme bromelain trong quá trình thủy phân protein<br /> của dịch nếp trắng.<br /> - Theo dõi, so sánh, đánh giá chất lượng sản phẩm rượu lên men truyền thống sử dụng<br /> men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme với nấm men thuần chủng trong giai đoạn lên<br /> men chính và ổn định.<br /> - Đánh giá chất lượng sản phẩm (cảm quan, hóa lí và vi sinh vật)<br /> - Phân tích kết quả và tìm ra qui trình sản xuất tối ưu cho sản phẩm rượu vang nếp.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 2<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> <br /> CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU<br /> 2.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất rượu<br /> Tên khoa học của nếp là Oryza Sativa thuộc nhóm ngũ cốc, là loại nguyên liệu chứa<br /> tinh bột rất cao phù hợp với công nghệ lên men, trong đó nếp trắng với hàm lượng<br /> tinh bột lên đến hơn 70%, vì vậy nếp trắng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sản<br /> xuất rượu.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.1 Hạt nếp trắng<br /> <br /> Trong tinh bột bao gồm hai thành phần: amylose và amylopectin, 2cấu tử này khác<br /> hẳn về tính chất hoá học và tính chất vật lý. Phân tử amylose tạo màu xanh với iod<br /> còn amylopectin cho m àu tím đỏ, amylose và amylopectin cũng khác nhau về tính<br /> hoà tan, amylose dễ hoà tan trong nước ấm và tạo nên dung dịch có độ nhớt không<br /> cao, còn amylopectin chỉ hoà tan khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt<br /> cao. Trong phân tử tinh bột tỉ lệ giữa amylose và amylopectin thay đổi tuỳ thuộc<br /> vào nguồn nguyên liệu, trong hạt gạo chủ yếu là amylose, còn trong hạt nếp là<br /> amylopectin.<br /> Bảng 2.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu nếp trắng<br /> <br /> Thành phần Hàm lượng (%)<br /> <br /> Nước 14,0<br /> <br /> Protein 8,2<br /> <br /> Lipid 1,5<br /> <br /> Glucid 74,9<br /> <br /> Acid hữu cơ 0,6<br /> <br /> Tro 0,8<br /> <br /> (Nguyễn Đức Lượng, 2003)<br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 3<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> + Amylose có trọng lượng phân tử từ 50.000 ÷ 160.000, được cấu tạo từ 200 ÷<br /> 1.000 phân tử D-glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4 glycoside tạo thành mạch<br /> xoắn dài không phân nhánh.<br /> + Amylopectin có trọng lượng phân tử khoảng 400.000, được cấu tạo từ 600 ÷<br /> 6.000 phân tử D-glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4 glycoside và α-1,6<br /> glycoside tạo thành mạch phân nhánh.<br /> 2.2 Enzyme amylase<br /> Enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi trong công<br /> nghiệp, y học, thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác, amylase thuộc nhóm enzyme thủy<br /> phân, xúc tác sự phân giải các liên kết glycoside nội phân tử trong các<br /> polysaccharides. Enzyme amylase sẽ thủy phân tinh bột, glycogen và các dextrin<br /> mạch dài thành glucose, maltose và dextrin mạch ngắn.<br /> Dựa vào đặc tính và cơ chế tác dụng lên phân tử tinh bột của enzyme amylase, người<br /> ta phân biệt chia enzyme amylase thành hai nhóm:<br /> - Endoamylase (enzyme nội phân): gồm α-amylase và nhóm enzyme khử mạch nhánh.<br /> - Exoamylase (enzyme ngoại phân): gồm có β-amylase, γ-amylase (glucoamylase).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của enzyme amylase lên phân tử tinh bột<br /> <br /> 2.2.1 Enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1)<br /> Đặc tính: Enzyme α-amylase dễ tan trong nước, các dung dịch muối và rượu loãng.<br /> Protein của các α-amylase có tính acid yếu. Protein của α-amylase từ các nguồn sản<br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 4<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> xuất có thành phần amino acid khác nhau. Điều kiện hoạt động và độ bền của các<br /> enzyme α-amylase tùy thuộc vào nguồn chiết suất.<br /> Bảng 2.2 Điều kiện hoạt động của enzyme α-amylase từ các nguồn khác nhau<br /> <br /> Nguồn gốc pH tối thích Nhiệt độ tối thích (0C)<br /> <br /> Malt 5,5 ÷ 5,7 72 ÷ 75<br /> <br /> Vi khuẩn 5,0 ÷ 6,0 50 ÷ 60<br /> <br /> Nấm mốc 6,0 ÷ 7,0 60 ÷ 70<br /> <br /> (Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2004)<br /> Ion Ca2+ là một trong những thành phần quan trọng tham gia vào việc hình thành và<br /> ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme α-amylase, đồng thời nó còn có vai trò duy trì sự<br /> tồn tại của enzyme α-amylase khi bị tác động của các tác nhân gây biến tính và tác<br /> động của các enzyme thủy phân protein, nếu α-amylase bị mất ion Ca2+ thì nó hoàn<br /> toàn bị mất khả năng thủy phân cơ chất. Enzyme α-amylase được hoạt hóa bởi các ion<br /> đơn hóa trị như: Cl- > Br- > I-. Đồng thời chúng bị kìm hãm bởi ion kim loại nặng<br /> như: Cu2+, Hg2+ (Shahina Naz, 2002).<br /> Enzyme α-amylase kém bền trong môi trường acid nhưng khá bền ở môi trường nhiệt<br /> Bảng 2.3 Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn sản xuất khác nhau<br /> <br /> Hoạt tính (% so với hoạt tính ban đầu)<br /> Nhiệt độ (0C)<br /> Malt Nấm mốc Vi khuẩn<br /> <br /> 65 100 100 100<br /> <br /> 70 100 52 100<br /> <br /> 75 58 3 100<br /> <br /> 80 25 - 92<br /> <br /> 85 1 - 58<br /> <br /> 90 - - 52<br /> <br /> (Nguyễn Đức Lượng, 2004)<br /> * Cơ chế tác dụng lên mạch amylose và amylopectin<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 5<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> Enzyme α-amylase có khả năng phân cắt liên kết 1,4 α-glycoside ở bất kỳ vị trí<br /> nào trên mạch tinh bột đã được hồ hóa. Do đó, enzyme này được gọi là enzyme nội<br /> phân (endo).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.3 Cấu trúc không gian của enzyme α-amylase<br /> <br /> Giai đoạn dextrin hóa (dịch hóa): Dưới tác dụng của α-amylase, phân tử amylose bị<br /> phân cắt thành các oligosaccharides (6 ÷7 gốc glucose), độ nhớt của hồ tinh bột rất<br /> giảm nhanh.<br /> Giai đoạn đường hóa: Các oligosaccharides lại tiếp tục bị phân cắt tạo thành<br /> maltotriose, maltose. Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm của quá trình thủy phân α-<br /> amylase là 13% glucose và 87% maltose. Tác dụng của enzyme α-amylase trên<br /> amylopectin cũng xảy ra tương tự và sản phẩm được tạo thành là 72% maltose và 19%<br /> glucose, ngoài ra còn có các dextrin phân tử thấp và isomaltose (8%) do α-amylase<br /> không cắt được liên kết 1, 6-glycoside ở mạch nhánh của phân tử amylopectin.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.4 Tác dụng của α-amylase lên phân tử amylose và amylopectin<br /> <br /> <br /> Đề tài nghiên cứu sẽ đề cập đến việc sử dụng Chế phẩm enzyme Termamyl 120L:<br /> ở dạng lỏng, chứa enzyme có khả năng chịu nhiệt ổn định α-amylase, được sản xuất từ<br /> một chủng loại vi sinh vật chọn lọc tên là Bacillus licheniformis. Enzyme α-amylase<br /> nội bào phân cắt các liên kết α-1, 4-glucoside nằm ở bên trong phân tử cho ra dextrin<br /> và các oligosaccharides.<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 6<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> Trong dịch tinh bột hòa tan Termamyl 120L có hoạt tính 120 KNU/g (Kilo Novo α-<br /> amylase unit). Hoạt tính có thể bị hủy bằng xử lý nhiệt dung dịch ở pH thấp. Sản<br /> phẩm này không dễ bắt lửa, tan hoàn toàn trong nước và an toàn khi sử dụng theo như<br /> chỉ dẫn, sản phẩm Termamyl 120L có thể gây dị ứng đối với người nhạy cảm (Novo<br /> Nordisk, 2007).<br /> 2.2.2 Enzyme glucoamylase (EC 3.2.1.3)<br /> Đặc tính: Glucoamylase là một exoamylase, còn được gọi là γ-amylase<br /> amyloglucosidae, có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột (Shahina Naz, 2002).<br /> So với β-amylase, γ-amylase bền với acid hơn nhưng lại kém bền dưới tác dụng của<br /> ethylic, acetone, không bền với ion Cu2+, Hg2+… Glucoamylase có trong nấm mốc và<br /> một vài loại vi khuẩn, hoạt động tốt ở 500C, hoạt lực tối đa trong vùng pH: 4,5 ÷ 5,5.<br /> Cơ chế tác dụng lên mạch amylose và amylopectin<br /> Enzyme γ-amylase có khả năng xúc tác thủy phân cả liên kết α-1,4 và 1,6 glycoside<br /> trong tinh bột, glycogen, polysaccharides, là enzyme ngoại phân (exo enzyme).<br /> Enzyme glucoamylase thủy phân polysaccharides từ đầu không khử tuần tự từng gốc<br /> glucose một nhưng không thủy phân được các dextrin vòng (Lý Nguyễn Bình, 1997).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.5 Cấu trúc không gian của enzyme glucoamylase<br /> <br /> Khi phân cắt phân tử tinh bột, cùng với việc tạo thành phân tử glucose còn có thể tạo<br /> thành oligosaccharides, ngoài ra γ-amylase có thể phân cắt cả liên kết α-1,2 và 1,3<br /> glycoside (Nguyễn Đức Lượng, 2004).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Amylose Amylopectin<br /> <br /> Hình 2.6 Tác dụng của γ-amylase lên phân tử tinh bột<br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 7<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> Đề tài nghiên cứu sử dụng chế phẩm AMG 300L: AMG–Amyloglucosidase Novo<br /> là một exo–D–glucosidase–1,4–alpha được sản xuất từ một chủng vi sinh vật tên là<br /> Aspergillus niger bằng sự lên men chìm. Tên theo hệ thống là 1,4 alpha–D–glucan<br /> glucohydrolase (EC 3.2.1.3). Enzyme này thủy phân các cầu nối α-1,4 và α-1,6 trong<br /> tinh bột.<br /> Trong khi thủy phân, các đơn vị glucose bị tách rời theo thứ tự từ đầu không khử của<br /> phân tử cơ chất nền. Mức độ thủy phân phụ thuộc vào mối nối cũng như chiều dài<br /> chuỗi các mối nối 1,4 alpha dễ dàng bị thủy phân hơn các mối nối 1,6 alpha, trong khi<br /> maltotriose và đặc biệt maltose bị thủy phân ở mức độ thấp hơn các phân tử lớn của<br /> oligosaccharides. Sản phẩm AMG đều không nhiễm hoạt tính transglucosidase bằng<br /> cách chuyển các phân tử của glucose từ vị trí 1,4 alpha qua 1,6 alpha.<br /> Chế phẩm lỏng là những chế phẩm màu nâu, có độ đặc chung 1,2g/ml. Khi AMG tồn<br /> trữ ở nhiệt độ 250C hoạt tính phổ biến được duy trì trong 6 tháng, khi bảo quản ở 50C,<br /> sản phẩm sẽ giữ lại hoạt tính phổ biến ít nhất 1 năm. Hoạt tính có thể bị hủy bằng cách<br /> đun dung dịch chứa enzyme đến 800C trong 5 phút hoặc đến 750C trong khoảng 40<br /> phút (Novo Nordisk, 2007).<br /> 2.2.3 Hoạt lực của enzyme amylase<br /> Đơn vị của hoạt lực hay còn gọi là hoạt độ của enzyme là lượng enzyme có khả năng<br /> xúc tác được một micromol cơ chất sau một phút ở điều kiện tiêu chuẩn. Các chế<br /> phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa nhiều loại enzyme amylase, để xác<br /> định hoạt độ của các amylase có thể dùng một trong các phương pháp sau:<br /> - Đo sự biến thiên độ nhớt của dịch bằng nhớt kế khi cho amylase tác dụng lên hồ tinh<br /> bột, khi đó các mạch phân tử cơ chất bị cắt ngắn, độ nhớt của dung dịch giảm dần.<br /> - Đo mật độ quang của dung dịch khi thực hiện phản ứng màu với iod. Khi có amylase<br /> thì các sản phẩm phân giải của tinh bột sẽ cho màu khác nhau với iod<br /> - Đo lượng maltose hoặc glucose tạo thành sau khi cho enzyme tác dụng lên cơ chất.<br /> - Hoạt độ của α-amylase dựa trên cơ sở thủy phân tinh bột bởi enzyme có trong chế<br /> phẩm tới các dextrin có phân tử lượng khác nhau. Đo cường độ màu tạo thành giữa<br /> tinh bột và các sản phẩm thủy phân của nó với iod bằng máy so màu quang phổ sẽ tính<br /> được hoạt độ của enzyme. Đơn vị hoạt độ của α-amylase là lượng enzyme chuyển hóa<br /> được 1g tinh bột tan thành dextrin có phân tử lượng khác nhau ở 300C trong một giờ.<br /> - Hoạt độ của glucoamylase đặc trưng cho khả năng chế phẩm thủy phân tinh bột đến<br /> glucose. Đơn vị hoạt độ của glucoamylase là lượng chế phẩm enzyme khi tác dụng lên<br /> tinh bột ở 300C và pH tối thích trong 1 giờ tạo ra 1mg glucose (xác định bằng phương<br /> pháp Zikhetar- Bleyer) hay cũng trong những điều kiện nhiệt độ và pH tương tự làm<br /> giải phóng được 1 micromol glucose (xác định bằng phương pháp glucose oxydase).<br /> <br /> Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch 8<br /> Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010 Trường Đại học Trà Vinh<br /> <br /> <br /> 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme amylase<br /> - Ảnh hưởng của nồng độ enzyme sử dụng: khi có lượng cơ chất đầy đủ thì vận tốc<br /> phản ứng của enzyme tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme,