Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu xác lập điều kiện công nghệ tạo đồ uống lên men từ phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm "Nghiên cứu xác lập điều kiện công nghệ tạo đồ uống lên men từ phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành" được nghiên cứu với mục tiêu: Nghiên cứu xác lập các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình thủy phân và lên men để tạo đồ uống lên men từ phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành, góp phần nâng cao giá trị phụ phẩm, đa dạng hóa sản phẩm đồ uống probiotic có lợi cho sức khỏe.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu xác lập điều kiện công nghệ tạo đồ uống lên men từ phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Mai Thị Vân Anh NGHIÊN CỨU XÁC LẬP ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ TẠO ĐỒ UỐNG LÊN MEN TỪ PHỤ PHẨM CÔNG NGHIỆP CHÊ BIẾN SỮA ĐẬU NÀNH Ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9540101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hà Nội - 2024
Công trình được hoàn thành tại Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hằng PGS.TS. Nguyễn Thị Xuân Sâm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Đại học Bách khoa Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Sản xuất thực phẩm ngày càng mở rộng, cùng với đó là việc gia tăng lượng chất thải được tạo ra từ phần nguyên liệu chưa được khai thác hết. Ước tính khoảng 1/3 phần ăn được của thực phẩm sản xuất cho con người trên toàn cầu bị tổn thất hoặc lãng phí tương đương khoảng 1,3 tỷ tấn mỗi năm. Một số chất thải và phụ phẩm từ ngành công nghiệp thực phẩm có thể chứa hàm lượng chất có hoạt tính sinh học tương đối cao. Hiện nay, một lượng lớn phụ phẩm của các giai đoạn sản xuất thực phẩm đã và đang được nghiên cứu để thu hồi các thành phần có giá trị hoặc chuyển hóa thành những nguồn tài nguyên mới nhằm tìm cách hạn chế tác động tới môi trường. Trong những năm gần đây, nhận thức về lợi ích sức khỏe của việc tiêu thụ thực phẩm có nguồn gốc từ đậu nành, hiểu biết về dị ứng sữa bò và xu hướng sản xuất bền vững hơn đã dẫn đến sự gia tăng số lượng và sản lượng các sản phẩm làm từ đậu nành, kéo theo một lượng đáng kể các phụ phẩm được hình thành trong suốt quá trình sản xuất, chế biến. Trong ngành công nghiệp chế biến sữa đậu nành, bã đậu nành là nguồn phụ phẩm chính và đặc biệt quan trọng. Hàng năm, trên thế giới, một lượng lớn bã đậu được tạo ra. Hiện nay, tại Việt Nam, ngày càng có nhiều doanh nghiệp đầu tư xây dựng nhà máy sữa đậu nành. Trong đó, chỉ riêng Vinasoy, với ba nhà máy đang hoạt động hiệu quả tại Quảng Ngãi, Bắc Ninh và Bình Dương đã cung cấp cho thị trường mỗi năm 390 triệu lít sữa đậu nành, đồng nghĩa với việc tạo ra khoảng hơn 40.000 tấn bã đậu nành mỗi năm chưa kể lượng bã tạo ra do các công ty sản xuất sữa đậu nành khác và các cơ sở nhỏ lẻ sản xuất các sản phẩm khác từ đậu nành. Bã đậu nành, là một phụ phẩm chứa nhiều chất dinh dưỡng nhưng rất dễ bị phân hủy và thối rữa một cách tự nhiên khi không ở điều kiện lạnh vì có hàm lượng nước cao và hàm lượng protein lớn. Do vậy, tận dụng được nguồn phụ phẩm này sẽ hứa hẹn đem lại nhiều lợi ích kinh tế, khả năng đa dạng hóa sản phẩm đồng thời góp phần giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xác lập các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình thủy phân và lên men để tạo đồ uống lên men từ phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành, góp phần nâng cao giá trị phụ phẩm, đa dạng hóa sản phẩm đồ uống probiotic có lợi cho sức khỏe. 1
3. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu xác lập điều kiện tiền xử lý bã đậu nành Nội dung 2: Nghiên cứu xác lập điều kiện thủy phân bã đậu bằng các chế phẩm enzyme Nội dung 3: Nghiên cứu lựa chọn chủng và khảo sát khả năng lên men dịch thủy phân bã bằng tổ hợp nấm men S. boulardii và S. cerevisiae Nội dung 4: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men dịch thủy phân bã bằng tổ hợp nấm men S. boulardii và S. cerevisiae. Nội dung 5: Nghiên cứu tạo đồ uống lên men từ dịch lên men bã đậu nành. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học Luận án đã xác lập được điều kiện công nghệ thủy phân bã đậu nành bằng phức hợp protease và carbohydrase nhằm tăng khả năng tiêu hóa, giá trị sinh học và dinh dưỡng; Luận án đã xác lập điều kiện lên men dịch thủy phân bã đậu nành để tạo đồ uống probiotic từ sự kết hợp nấm men probiotic Saccharomyces boulardii và nấm men Saccharomyces cerevisiae. Ý nghĩa thực tiễn Luận án đã xây dựng được phương án nâng cao giá trị phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và góp phần đa dạng hóa sản phẩm đồ uống probiotic. 5. Những đóng góp mới của luận án Luận án là công trình nghiên cứu đầu tiên có hệ thống từ xử lý, thủy phân đến lên men và hoàn thiện sản phẩm đồ uống probiotic từ phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành. Luận án là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về lên men dịch thủy phân bã đậu nành bằng tổ hợp nấm men probiotic Saccharomyces boulardii và nấm men Saccharomyces cerevisiae. 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Bã đậu nành, phụ phẩm chính của công nghiệp chế biến sữa đậu nành 1.1.1. Sự tạo thành bã đậu trong sản xuất sữa đậu nành Hình 1.1. Sự tạo thành bã đậu sau quá trình sản xuất sữa đậu nành (O’Toole, 2016) Với mỗi kg đậu nành sử dụng trong chế biến sữa đậu nành ước tính có thể thải ra môi trường khoảng 1,1÷1,2 kg bã (Shurtleff, 2000). Lượng bã phát sinh chủ yếu ở các quốc gia có mức tiêu thụ đậu nành cao (Mok, 2020). 1.1.2. Thành phần của bã đậu nành Thành phần của bã đậu nành có thể thay đổi phụ thuộc vào giống đậu tương, phương pháp chế biến sữa đậu nành và lượng các cấu tử hòa tan chiết xuất từ đậu nành trong quá trình xay đậu. Bảng 1.1. Thành phần của bã đậu tính trên vật liệu ướt (%) (Li, 2013) Độ ẩm Protein Chất béo Chất xơ thô Tro 81,0-85,0 3,6-4,8 1,4-3,6 1,5-9,2 0,4-0,8 3
1.1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng phụ phẩm công nghiệp chế biến sữa đậu nành 1.1.3.1. Bổ sung trực tiếp vào thực phẩm 1.1.3.2. Khai thác các thành phần có hoạt tính sinh học 1.1.3.3. Ứng dụng vi sinh vật chuyển hóa bã đậu nành 1.1.3.4. Tình hình nghiên cứu và sử dụng bã đậu nành tại Việt Nam 1.2. Ứng dụng enzyme trong chuyển hóa bã đậu nành Thông thường, bã đậu nành được xử lý thủy phân một số thành phần chính như protein, chất xơ bằng các loại enzyme và ứng dụng các sản phẩm chuyển hóa vào các giai đoạn chế biến tiếp theo nhằm gia tăng giá trị cho bã đậu. Việc tiền xử lý bã trước khi thủy phân nếu phù hợp sẽ hỗ trợ tăng hiệu suất thủy phân của enzyme. 1.2.1. Vai trò của tiền xử lý bã 1.2.2. Thủy phân protein bã đậu nành bằng protease 1.2.3. Thủy phân chất xơ bã đậu nành bằng carbohydrase 1.3. Sử dụng nấm men để lên men bã đậu nành tạo sản phẩm đồ uống Trong quá trình lên men, nấm men tổng hợp một lượng lớn các hợp chất thơm và hương vị, chuyển hóa một số thành phần dinh dưỡng trong đó có các thành phần có hoạt tính sinh học. 1.3.1. Nấm men giúp cải thiện mùi không mong muốn của bã đậu 1.3.2. Nấm men giúp tăng cường chất lượng dinh dưỡng và hoạt tính chống oxy hóa cho bã đậu nành 1.3.3. Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất đồ uống lên men 1.3.4. Nấm men probiotic và việc ứng dụng trong sản phẩm đồ uống 1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất đồ uống lên men từ bã đậu nành Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến sữa đậu nành, việc áp dụng các quá trình chế biến công nghiệp hiện đại và vệ sinh đã tạo ra phụ phẩm bã đậu nành rất ít nhiễm tạp, điều này càng thúc đẩy khả năng tạo ra thêm nhiều sản phẩm thực phẩm mới từ phụ phẩm này nhằm tận dụng triệt để nguồn dinh dưỡng phong phú còn có thể khai thác. Trong luận án này, sản phẩm đồ uống lên men được tạo từ quá trình chuyển hóa nguồn bã đậu nành bởi các chế phẩm enzyme và quá trình lên men của nấm men. Sản phẩm hướng vào loại đồ uống lên men, chứa các chất có hoạt tính sinh học (peptide mạch ngắn, polyphenol…), hương vị hài hoà và một lượng probiotic với mật độ tế bào 7,0 ÷ 8,0 log CFU/ml. 4
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu 2.1.1. Bã đậu nành Bã đậu nành thu nhận từ nhà máy sữa đậu nành Vinasoy Bắc Ninh. 2.1.2. Chế phẩm enzyme Bảng 2.1. Thông số các chế phẩm enzyme sử dụng trong nghiên cứu Nhà sản pH Nhiệt độ Enzyme Tên thương mại Hoạt độ xuất tối ưu tối ưu (oC) Protease Alcalase® 2.4L 1760 U/ml 7,0 ÷ 9,0 30 ÷ 65 Viscozyme® L Novozymes 350 U/ml 3,3÷5,5 25÷55 Carbohydrase Pectinex® Ultra SP-L 15 U/ml 2,8 ÷ 6,5 15 ÷ 65 2.1.3. Nấm men Saccharomyces cerevisiae var. boulardii CNCM I-745, S. cerevisiae 7012, S. cerevisiae 7028, S. cerevisiae var. diastaticus SafAleTM BE-134. 2.1.4. Môi trường nhân giống 2.1.5. Môi trường định lượng vi sinh vật 2.1.6. Phụ gia tạo ngọt và ổn định sử dụng cho đồ uống 2.1.7. Hóa chất, thiết bị 2.2. Phương pháp nghiên cứu Hình 2. 1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2.2.1. Nghiên cứu xác lập điều kiện tiền xử lý bã đậu nành 2.2.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý hấp nguyên liệu tới lượng vi sinh vật tổng số 2.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý hấp nguyên liệu đến khả năng thủy phân của carbohydrase 2.2.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý hấp nguyên liệu đến khả năng thủy phân của protease 5
2.2.2. Nghiên cứu xác lập điều kiện thủy phân bã đậu nành bằng các chế phẩm enzyme 2.2.2.1. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm Alcalase® 2.4 L thủy phân protein trong bã đậu nành 2.2.2.2. Nghiên cứu xác lập điều kiện thủy phân phần chất xơ của bã đậu nành sử dụng chế phẩm Viscozyme® L 2.2.2.3. Nghiên cứu xác lập điều kiện thủy phân phần chất xơ của bã đậu nành khi kết hợp Pectinex® Ultra SP-L với Viscozyme® L 2.2.2.4. Đánh giá hiệu quả chuyển hóa bã đậu nành khi kết hợp các chế phẩm enzyme 2.2.3. Lựa chọn chủng và khảo sát khả năng lên men dịch thủy phân bã bằng tổ hợp hai chủng 2.2.3.1. Lựa chọn chủng nấm men thích hợp 2.2.3.2. Khảo sát khả năng kết hợp nấm men S. boulardii và S. cerevisiae để lên men dịch thủy phân bã đậu nành 2.2.4. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bằng tổ hợp nấm men S. boulardii và S. cerevisiae 2.2.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên men 2.2.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng saccharose bổ sung 2.2.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tiếp giống giữa hai chủng 2.2.4.4. Lựa chọn thời gian lên men thích hợp 2.2.4.5. Đánh giá chất lượng dịch lên men thành phẩm 2.2.5. Nghiên cứu tạo đồ uống lên men từ dịch lên men bã đậu nành 2.2.5.1. Nghiên cứu điều chỉnh vị cho dịch lên men thành phẩm 2.2.5.2. Nghiên cứu hoàn thiện trạng thái, cấu trúc cho sản phẩm đồ uống 2.2.5.3. Đánh giá cảm quan thị hiếu sản phẩm đồ uống lên men 2.3. Phương pháp phân tích 2.3.1. Phương pháp hóa lý 2.3.2. Phương pháp vật lý 2.3.3. Phương pháp hóa sinh, vi sinh 2.3.4. Phương pháp đánh giá cảm quan 2.4. Phương pháp phân tích thống kê 6
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Nghiên cứu xác lập điều kiện tiền xử lý bã đậu nành Bảng 3.1. Ảnh hưởng của các chế độ hấp tới lượng vi sinh vật tổng số của bã đậu nành Mẫu Mật độ vi sinh vật tổng số (CFU/g bã ướt) Không hấp (2,6 ÷ 2,9) x 105 Hấp CĐ1 (100oC/30’) (0,4 ÷ 1,8) x 102 Hấp CĐ2 (121oC/15’) Không phát hiện Bảng 3.2. Ảnh hưởng của xử lý hấp nguyên liệu đến khả năng thủy phân của Viscozyme® L Chỉ tiêu dịch sau Hấp CĐ1 Hấp CĐ2 Không hấp thủy phân (100oC/30’) (121oC/15’) Protein, mg/100ml 163,08a ± 2,33 191,04b ± 2,71 220,28c ± 1,88 Đường khử, 252,62a ± 5,27 312,94b ± 13,73 368,44c ± 3,72 mg/100ml Chất khô hòa tan, 658,32a ± 10,01 746,02b ± 5,88 847,04c ± 2,32 mg/100ml Tỷ lệ chất khô hòa 16,46a ± 0,25 18,65 b ± 0,15 21,18c ± 0,06 tan vào dịch, % Bảng 3.3. Ảnh hưởng của xử lý hấp nguyên liệu đến khả năng thủy phân của Alcalase® 2.4L Chỉ tiêu của dịch sau Hấp CĐ1 Hấp CĐ2 Không hấp thủy phân (100oC/30’) (121oC/15’) Protein, mg/100ml 345,06a ± 2,46 375,43b ± 1,81 399,36c ± 3,81 Amino acid và peptide 272,90a ± 1,42 312,35b ± 1,18 336,29c ± 8,99 mạch ngắn, mg/100ml Polyphenol, mg 18,7a± 0,10 19,31a ± 0,02 21,58b ± 0,82 GAE/100ml Hiệu suất thủy phân, % 32,72a ± 0,18 37,66b ± 0,15 40,66c ± 1,13 Bảng 3.4. Đánh giá một số thành phần trong bã sau hấp Chỉ tiêu Bã trước hấp Bã sau hấp Ẩm, % 85,32±0,02 85,06±0,02 Xơ tan, % chất khô 16,06 ±0,28 17,23 ±0,28 Xơ không tan, % chất khô 53,74±0,98 53,20±1,00 Protein tổng số, % chất khô 20,88 ± 0,60 20,98 ± 0,63 Tro, % chất khô 3,97 ± 0,02 4,09 ± 0,03 Hoạt tính antitrypsin, % 67 41 7
Tiền xử lý bã bằng cách hấp ở 121oC trong 15 phút đã loại bỏ vi sinh vật, thích hợp để bảo quản trong quá trình sản xuất, làm giảm hàm lượng chất ức chế trypsin giảm so với bã nguyên liệu ban đầu, đồng thời gây trương nở, biến đổi cấu trúc của bã, tăng khả năng tấn công cho enzyme trong công đoạn xử lý tiếp theo. Chế độ hấp này được chọn để xử lý bã nguyên liệu ngay khi thu nhận, trước khi tiến hành quá trình thủy phân. 3.2. Nghiên cứu xác lập điều kiện thủy phân bã đậu nành bằng các chế phẩm enzyme 3.2.1. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm Alcalase® 2.4 L thủy phân protein trong bã đậu nành Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự thủy phân của Alcalase® 2.4 L Chỉ tiêu phân tích Đối chứng Nhiệt độ thủy phân (oC) (không thủy của dịch phân) 45 50 55 Protein, mg/100ml 189,20 ± 3,24 356,82 ± 1,48 402,78 ± 1,23 397,68c ± 7,07 a b c Amino acid và peptide mạch ngắn, 11,97a ± 0,14 315,65b ± 1,38 344,45c ± 1,04 343,93c ± 5,59 mg/100ml Polyphenol, mg GAE/100ml 7,57a ± 0,08 18,21b ± 0,23 22,30c ± 0,30 20,80d ± 0,07 Hiệu suất thủy phân, - 38,08a ± 0,17 41,69b ± 0,13 41,62b ± 0,70 % Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của Alcalase® 2.4 L Đối chứng pH thủy phân Chỉ tiêu phân tích của dịch (không thủy 7 8 9 phân) Protein, mg/100ml 189,20 ± 3,24 382,65 ± 4,42 390,60 ± 8,25 404,74c ± 2,12 a b b Amino acid và peptide mạch 11,97a ± 0,14 321,48b ± 1,08 331,51c ± 6,74 347,99d ± 3,64 ngắn, mg/100ml Polyphenol, mg 7,57a ± 0,08 17,49b ± 0,41 20,15c ± 0,32 22,04d ± 0,40 GAE/100ml Hiệu suất thủy phân, % - 38,81a ± 0,14 40,53b ± 0,14 42,13c ± 0,46 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng bã đậu tới sự thủy phân của Alcalase® 2.4 L Chỉ tiêu của dịch sau Hàm lượng bã (%) (tính theo chất khô) thủy phân 3 4 5 Protein, mg/100ml 268,31a ± 1,39 383,14b ± 1,34 462,14c ± 18,73 Amino acid và peptide 242,91a ± 4,75 320,29b ±3,26 357,75c ± 2,88 mạch ngắn, mg/100ml Polyphenol, mg 13,18a ± 0,05 17,42b ± 0,20 21,39c ± 0,14 GAE/100ml a a Hiệu suất thủy phân, % 38,93 ± 0,78 38,66 ± 0,41 34,22b ± 0,29 8
Bảng 3.8. Biến đổi một số thành phần của dịch thủy phân bã đậu bởi Alcalase®2.4 L theo thời gian Chỉ tiêu phân tích của Đối chứng Thời gian thủy phân (giờ) (không thủy dịch phân) 0,5 1 2 Protein, mg/100ml 189,20 ± 3,24 343,08 ± 0,68 384,32 ±4,38 408,27d ± 2,00 a b c Amino acid và peptide mạch 11,97a ± 0,14 303,92b ± 1,78 322,20c ± 1,17 331,04d ± 4,84 ngắn, mg/100ml Polyphenol, mg GAE/100ml 7,57a ± 0,08 14,60b ± 0,12 17,65c ± 0,38 18,43c ± 0,83 Hiệu suất thủy phân, % - 36,61a ± 0,22 38,90b ± 0,22 40,01c ± 0,61 Kết luận: điều kiện thích hợp cho chuyển hóa bã đậu bằng chế phẩm enzyme Alcalase®2.4L: hàm lượng bã đậu 4%; nồng độ Alcalase®2.4 L 32,5 U/g chất khô; pH 7; nhiệt độ 50oC; thời gian thủy phân 1 giờ. 3.2.2. Nghiên cứu xác định điều kiện thủy phân phần chất xơ của bã đậu nành sử dụng chế phẩm Viscozyme® L Bã đậu nành ngoài protein còn chứa một lượng xơ khá lớn, do vậy, sau khi xử lý với Alcalase® 2.4L sẽ tiếp tục được nghiên cứu xử lý với chế phẩm Viscozyme® L nhằm gia tăng sự chuyển hóa phần chất xơ có trong bã đậu, thu dịch thủy phân có các thành phần và hoạt chất mong muốn cho công đoạn lên men tiếp sau. Bảng 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng bã đậu đến sự thủy phân của Viscozyme®L Chỉ tiêu của dịch sau thủy Hàm lượng bã đậu % (tính theo chất khô) phân 3 4 5 6 Đường khử, mg/100ml 418,81a±19,44 585,27b±36,80 791,53c± 15,62 829,84c± 2,19 Protein hòa tan, mg/100ml 333,91a±2,80 468,22b ± 5,26 582,08c ± 3,09 666,26d ± 1,45 Amino acid và peptide mạch 254,53a±2,35 352,23b ±5,07 472,13c±20,93 560,82d± 1,46 ngắn, mg/100ml Polyphenol, mg GAE/100ml 13,29a±0,03 18,78b ± 0,12 28,33c± 0,10 33,02d ± 0,13 Chất khô hòa tan, g/100ml 0,91a±0,04 1,58b±0,06 2,00c±0,05 2,09c±0,06 Tỷ lệ chất khô tan vào dịch, % 30,44 ±1,47 39,60 ± 1,47 40,06 ± 0,99 34,77a,b ± 0,93 a bc c Bảng 3.10. Ảnh hưởng của pH đến sự thủy phân của Viscozyme® L Chỉ tiêu của dịch sau Đối chứng 1 pH dịch thủy phân thủy phân (Alcalase 1h) 4,0 4,5 5,0 5,5 Đường khử, mg/100ml 56,94a± 1,36 842,73e±2,56 781,19d± 1,14 560,74c±1,40 330,52b± 2,35 Protein, mg/100ml 462,14a± 18,73 576,42b±1,16 580,29bc± 4,63 594,59bc±1,79 602,07c±1,23 Amino acid và peptide a b c c c mạch ngắn, mg/100ml 357,75 ± 2,88 486,16 ± 3,55 474,44 ±1,93 472,12 ±1,97 470,81 ±1,69 Polyphenol, 21,39a± 0,14 28,62bc±0,09 28,68bc±0,16 28,58b±0,16 28,98c±0,12 mg GAE/100ml Chất khô hòa tan, 0,82a± 0,04 2,07d±0,09 2,04d±0,08 1,68c±0,06 1,28b±0,06 g/100ml Tỷ lệ chất khô tan vào 16,33a± 0,77 41,30d±1,73 40,87d±1,54 33,62c±1,16 25,70b±1,20 dịch, % 9
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ Viscozyme® L đến sự chuyển hóa bã đậu Chỉ tiêu của dịch Đối chứng 1 Nồng độ enzyme (U/g chất khô) sau thủy phân (Alcalase 1h) 7,0 10,5 14,0 17,5 Đường khử, 56,94a ±1,36 522,91b±2,12 791,04c±11,08 897,68d±1,75 934,75e±2,27 mg/100ml Protein, mg/100ml 462,14a ±18,73 560,49b±1,04 580,76c±5,03 592,48d±1,18 592,83d±1,17 Amino acid và peptide mạch 357,75a ±2,88 456,68b±1,82 475,47c±1,76 489,42d±1,96 494,81e±1,54 ngắn, mg/100ml Polyphenol, mg 21,39a ±0,14 27,00b±0,09 28,81c±0,03 28,92cd± 0,04 29,15d±0,08 GAE/100ml Chất khô hòa tan, 0,82a ±0,04 1,47b±0,06 2,04c ±0,08 2,05c ±0,05 2,05c ±0,05 g/100ml Tỷ lệ chất khô 16,33a ±0,77 29,33b±1,24 40,82c±1,61 40,90c±1,04 40,95c±1,07 tan vào dịch, % Bảng 3.12. Biến đổi một số thành phần của dịch thủy phân bã đậu bởi Viscozyme®L theo thời gian thủy phân Chỉ tiêu của dịch Đối chứng 1 Thời gian thủy phân (giờ) sau thủy phân (Alcalase 1h) 1 2 3 4 Đường khử, 56,94 ±1,36 512,66 ±3,28 729,05 ±13,55 803,73 ±4,70 908,68e±1,88 a b c d mg/100 ml Protein, 462,14a ±18,73 522,32b±12,31 565,49c±2,89 583,12cd±2,45 592,52d±3,58 mg/100 ml Amino acid và peptide mạch 357,75a ±2,88 460,80b±2,66 472,13c±1,66 476,13c±8,58c 494,54d±1,49 ngắn, mg/100 ml Polyphenol, 21,39a ±0,14 25,81b±0,06 27,18c±0,92 28,47d±0,07 29,1e±0,09 mg GAE/100 ml Chất khô hòa tan, 0,82a ±0,04 1,27b±0,06 1,73c±0,05 2,03d±0,06 2,09d±0,04 g/100 ml Tỷ lệ chất khô tan 16,33a ±0,77 25,46b±1,12 34,61c±0,92 40,62d±1,10 41,86d±0,85 vào dịch, % Kết luận: điều kiện thích hợp cho thủy phân bằng Viscozyme® L ở nhiệt độ 50oC đã lựa chọn được hàm lượng bã 5%; pH thủy phân 4,5; nồng độ enzyme 10,5 U/g, thời gian thủy phân 3 giờ. 3.2.3. Nghiên cứu xác lập điều kiện thủy phân phần chất xơ của bã đậu nành khi kết hợp Pectinex® Ultra SP-L với Viscozyme® L Kasai và cs. (2004) đã khẳng định pectinase trong Pectinex là phù hợp nhất đối với thủy phân thành tế bào thứ cấp và thể hiện hiệu quả khi kết hợp cùng cellulase. Matsuo (2004) cũng chứng minh tác dụng của kết hợp giữa pectinase, xylanase và cellulase khi thủy phân chất xơ bã đậu 10
nành. Do vậy, trong nghiên cứu này Pectinex® Ultra SP-L được lựa chọn để kết hợp cùng Viscozyme® L nhằm tăng hiệu quả chuyển hóa chất xơ. Bảng 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ Pectinex® Ultra SP-L bổ sung tới sự thủy phân dịch bã đậu Đối chứng 2 Nồng độ Pectinex® Ultra SP-L (U/g chất khô) Chỉ tiêu của dịch sau (Alcalase 1h, thủy phân 0,3 0,45 0,6 Viscozyme 3h) Đường khử, mg/100ml 803,73a ±4,70 851,78b±6,08 958,27c±4,27 1.072,35d ± 6,09 Polyphenol, 28,47b ±0,07 30,88c±0,29 31,34d±0,09 31,62d±0,13 mgGAE/100ml Protein, mg/100ml 583,12a ±2,45 605,63b±3,06 626,32c±4,15 627,12c±3,61 Amino acid và peptide 476,13a ±8,58c 563,63b±4,62 574,63c±3,64 576,50c ±3,55 mạch ngắn, mg/100ml Chất khô hòa tan, g/100 2,03a ±0,06 2,05a±0,06 2,17ab ±0,07 2,22b ±0,06 ml Tỷ lệ chất khô tan vào 40,62a ±1,10 41,03a±1,18 43,40ab±1,46 44,20b±0,93 dịch, % Bảng 3.14. Biến đổi một số thành phần của dịch thủy phân bã đậu khi bổ sung Pectinex® Ultra SP-L theo thời gian Đối chứng 2 Thời gian thủy phân (h) khi bổ sung Pectinex® Ultra SP-L Chỉ tiêu của dịch (Alcalase 1h, sau thủy phân 1 2 3 4 Viscozyme 3h) Đường khử, 803,73a ±4,70 618,40a±0,86 790,35b±0,47 961,59d±0,78 981,53e±1,28 mg/100ml Polyphenol, 28,47b ±0,07 27,39a±0,11 29,30b±0,15 31,28c±0,09 31,47c±0,06 mg GAE/100ml Protein, mg/100ml 583,12a ±2,45 582,99a±1,17 613,57b±1,65 627,39c±2,32 633,60c±1,60 Amino acid và peptide mạch 476,13a ±8,58c 518,86b±1,36 558,23c±1,91 571,57d±2,03 572,66d±1,26 ngắn, mg/100ml Chất khô hòa tan, 2,03a ±0,06 1,64a±0,03 1,94b±0,04 2,18c±0,05 2,19c±0,05 g/100ml Tỷ lệ chất khô tan 40,62a ±1,10 32,71a±0,62 38,86b±0,86 43,50c±0,90 43,89c±1,06 vào dịch, % Kết luận: Các điều kiện thủy phân thích hợp cho Pectinex® Ultra SP-L ở 50oC (khi kết hợp cùng với Viscozyme® L 10,5U/g) lựa chọn được: bã đậu nành 5%; Pectinex® Ultra SP-L 0,45 U/g theo chất khô; pH 4,5; thời gian: 3 giờ. 11
3.2.4. Đánh giá hiệu quả chuyển hóa bã đậu nành khi kết hợp các chế phẩm enzyme Bảng 3.15. Thành phần của dịch sau thủy phân ở các chế độ sử dụng enzyme khác nhau Chế độ sử dụng enzyme Chỉ tiêu của dịch sau thủy phân 1 chế phẩm 2 chế phẩm 3 chế phẩm (1h) (1h + 3h) (1h + 3h) Độ nhớt, cP 172,20±8,91 60,50±3,54 26,48±0,82 Đường khử, mg/100ml 59,84±1,95 807,92±1,02 960,45±1,87 Xơ không tan, g/100 ml 2,31 1,62 1,23 Polyphenol tổng số, mg GAE/100ml 21,15±0,16 28,47±0,14 31,36±0,08 Protein, mg/100ml 457,93±2,73 586,03±2,55 628,14±2,00 Amino acid và peptide mạch ngắn, 356,28±1,56 487,10±7,39 571,36±2,59 mg/100ml Amino acid tự do, mg/100ml 72,40 95,18 179,01 Chất khô hòa tan trong dịch, g/100ml 0,87±0,04 2,04±0,07 2,17±0,04 Chất chống oxy hóa, mg AAE/100ml 0,42±0,01 0,49±0,01 0,60±0,04 Isoflavone tổng số, mg/100ml 4,44 6,54 7,18 Hình 3.1. Ảnh SEM của bã đậu ở các Hình 3.2. Lượng CO2 giải phóng sau chế độ xử lý khác nhau 48h lên men trên các dịch thủy phân (độ phóng đại 2.000 lần) bã đậu nành (a) Bã không thủy phân; 0E: Mẫu lên men từ dịch không thủy phân; (b) Bã thủy phân bằng 1 chế phẩm; 1E: Mẫu lên men từ dịch thủy phân bằng (c) Bã thủy phân bằng 2 chế phẩm; Alcalase®2.4 L (1h); (d) Bã thủy phân bằng 3 chế phẩm. 2E: Mẫu lên men từ dịch thủy phân bằng Alcalase®2.4 L (1h) và Viscozyme®L (3h); 3E: Mẫu lên men từ dịch thủy phân bằng Alcalase® 2.4 L (1h) và hỗn hợp Viscozyme®L & Pectinex® Ultra SP-L (3h) 12
Kết luận: để thu được dịch thủy phân thích hợp cho lên men tạo đồ uống, bã đậu nành sau khi tiền xử lý bằng hấp với hơi bão hòa (121oC/15’) sẽ được trải qua lần lượt 2 bước chuyển hóa với các chế phẩm enzyme: Bước 1: chuyển hóa bởi Alcalase® 2.4 L (bã đậu nành 5% chất khô; Alcalase® 2.4 L: 32,5 U/g chất khô; pH 7; 50oC; 1 giờ); Bước 2: chuyển hóa bởi Viscozyme® L và Pectinex® Ultra SPL (bã đậu nành 5% chất khô; Viscozyme® L 10,5U/g chất khô; Pectinex® Ultra SP-L 0,45 U/g chất khô; pH 4,5; 50oC; 3 giờ). 3.3. Lựa chọn chủng và khảo sát khả năng lên men dịch thủy phân bã bằng tổ hợp hai chủng 3.3.1. Lựa chọn chủng nấm men thích hợp Hình 3.3. Đường cong sinh trưởng (ĐCST) của các chủng nấm men trên dịch thủy phân bã đậu nành 7012 – ĐCST của S. cerevisiae 7012; 7028 – ĐCST của S. cerevisiae 7028; I-745 – ĐCST của S. boulardii I-745; BE-134 – ĐCST của S. cerevisiae var. diastaticus SafAleTM BE-134 I-745 7012 7028 BE-134 Hình 3.4. Hình thái khuẩn lạc của các chủng nấm men sau 3 ngày nuôi cấy trên môi trường YGC I-745 7012 7028 BE-134 Hình 3.5. Hình thái khuẩn lạc của 4 chủng nấm men sau 3 ngày nuôi cấy trên môi trường YPGal 13
Hình 3.6. Lượng CO2 do các chủng nấm men tạo ra sau 48h lên men 7012 - CO2 do S. cerevisiae 7012; 7028 –CO2 do S. cerevisiae 7028; I-745 – CO2 do S. boulardii I-745; BE-134 –CO2 do S. cerevisiae var. diastaticus SafAleTM BE-134 Bảng 3.19. Thành phần dịch sau lên men của các chủng khảo sát Chỉ tiêu phân Dịch Dịch sau 48 h lên men tích trước lên men I-745 7012 7028 BE-134 pH 4,24b ± 0,02 4,03a ± 0,07 4,04a ± 0,06 4,03a ± 0,07 4,04a ± 0,06 Acid tổng, mg 261,0ab ± 7,7 265,5b± 7,5 249,0a± 6,0 250,5 ab±5,7 247,5a ± 9,0 acetic/100ml o Bx 5,25b ± 0,07 3,15a ± 0,07 3,00a ± 0,14 3,00a ± 0,14 3,05a ± 0,07 Đường tổng, 4,70d ± 0,04 2,29c± 0,04 2,16a ± 0,02 2,20ab ± 0,01 2,25bc ± 0,01 g/100ml Đường khử, 1637,85c 812,55b±2,03 778,48a±23,20 791,20a±8,43 783,03a±9,31 mg/100ml ±20,58 Ethanol, % v/v - 1,23a±0,07 1,39b±0,03 1,25a±0,07 1,36ab±0,02 Protein hòa b tan, mg/100ml 617,7 ± 11,8 451,3a±16,6 468,3a±20,7 465,0a± 23,0 459,3a±21,5 Amino acid và peptide mạch 518,6b±13,0 418,5a±20,3 410,0a±20,7 402,3a±19,3 417,0a±8,2 ngắn, mg/100ml Bảng 3.20. Thành phần một số chất có hoạt tính chống oxy hóa trong dịch sau lên men của các chủng khảo sát Chỉ tiêu phân tích Dịch Dịch sau 48 h lên men (mg/100ml dịch) trước lên men I-745 7012 7028 BE-134 Isoflavone 7,14 6,76 6,71 6,35 6,19 Tổng Aglycone 5,96 6,69 6,65 6,29 6,16 Daidzein 1,18 1,22 1,22 1,19 1,15 Glycitein 0,36 0,52 0,48 0,44 0,36 Genistein 4,43 4,94 4,94 4,67 4,65 30,08ab 28,94b 30,34ab 31,60a Polyphenol (GAE) 31,10a± 2,31 ±0,56 ±0,61 ±0,87 ±1,83 Lượng chất có hoạt tính 1,63b 1,50c 1,50c 1,51c 0,63a± 0,04 chống oxi hóa (AAE) ±0,02 ±0,02 ±0,04 ±0,04 14
Hình 3.7. Điểm cảm quan về mùi của các dịch lên men Bảng 3.21. Thành phần một số hợp chất dễ bay hơi của dịch sau 48 h lên men bởi các chủng khảo sát Diện tích peak tương đối (%) Thành phần Trước lên men I-745 7012 7028 BE-134 Aldehydes 6,9 KPH KPH KPH KPH 2,4-Decadienal, (E,E)- 2,5 KPH KPH KPH KPH E-14-Hexadecenal 4,4 KPH KPH KPH KPH Ketones 2,5 1,6 1,1 0,8 0,3 Methanone, (1-hydroxycyclohexyl) phenyl- 2,5 1,6 1,1 0,8 0,3 Alkanes 5,5 1,6 2,8 1,4 2,1 Alkenes 12,6 5,3 6,3 3,3 5,2 Alcohols 0,7 28,3 40,5 15,9 32,8 2-Phenylethanol 0,7 27,3 39,0 15,3 31,6 2-Decen-1-ol KPH 1,0 1,5 0,6 1,2 Esters 0,7 13,2 9,2 5,3 11,5 Octanoic acid, ethyl ester 0,7 1,0 0,9 0,5 0,8 Decanoic acid, ethyl ester KPH 0,6 0,9 0,3 0,8 Hexadecanoic acid, ethyl ester KPH 3,7 3,2 1,7 3,3 Decanoic acid 2-phenylethyl ester KPH 0,5 0,4 0,3 0,6 Linoleic acid ethyl ester KPH 7,4 3,8 2,5 6,0 Kết luận: Chủng S. cerevisiae 7012 lên men tốt nhất và mùi thơm được ưa thích nhất, thành phần chất thơm 2-phenylethanol chiếm tỷ lệ cao nhất; chủng S. boulardii CNCM I-745 có khả năng tạo sinh khối tốt nhất đạt mật độ 7,81 log CFU/ml, dịch lên men có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất tương đương 1,63 mg AAE/100ml nhưng nếu sử dụng 1 mình có điểm cảm quan về mùi không cao. Như vậy, hai chủng nấm men trên được lựa chọn để lên men kết hợp nhằm khai thác đặc tính probiotic của S. boulardii CNCM I-745 và khả năng tạo hương của S. cerevisiae 7012 cho đồ uống lên men từ dịch thủy phân bã đậu nành. 15
3.3.2. Khảo sát khả năng kết hợp nấm men S.boulardii và S. cerevisiae để lên men dịch thủy phân bã đậu nành Hình 3.8. Lượng CO 2 thoát ra trong 48h khi Hình 3.9. Sự sinh trưởng của nuôi cấy riêng rẽ hoặc kết hợp S.boulardii CNCM I-745 và I-745 – Lượng CO2 thoát ra trong mẫu lên men S.cerevisiae 7012 trong 48h nuôi cấy đơn chủng sử dụng I-745; I-745 –Mật độ I-745 trong mẫu lên 7012 – Lượng CO2 thoát ra trong mẫu lên men men đơn chủng; 7012 – Mật độ 7012 đơn chủng sử dụng 7012; trong mẫu lên men đơn chủng; I-745- Kết hợp - Lượng CO 2 thoát ra trong mẫu lên men KH –Mật độ I-745 trong mẫu lên men kết hợp hai chủng. kết hợp; 7012-KH –Mật độ 7012 trong mẫu lên men kết hợp; Bảng 3.22. Thành phần của dịch sau lên men khi lên men kết hợp 2 chủng Chỉ tiêu phân Dịch trước Dịch sau 48 h lên men tích lên men 7012 I-745 Kết hợp o Bx 5,00b±0,20 3,00a±0,10 3,13a±0,06 3,03a±0,06 Ethanol, % v/v - 1,38b±0,02 1,26a±0,03 1,37b±0,01 Axit tổng, mg 233,7a ± 1,1 242,7ab ± 6,8 247,2b ± 5,5 241,9ab±3,3 lactic/100ml Đường tổng, 4,69b± 0,26 2,03a±0,04 2,11a±0,08 2,03a±0,08 g/100ml Amino acid và peptide mạch 563,96b±21,80 409,96a±19,03 418,40a±17,19 406,20a±11,30 ngắn, mg/100ml Polyphenol, 32,83b±1,08 29,65a±1,29 30,41ab±0,32 30,63ab±1,32 mg GAE/100ml Chất có hoạt tính chống oxy hóa, 0,60a±0,05 1,57b±0,06 1,66bc±0,02 1,79c±0,04 mg AAE/100ml Khi kết hợp hai chủng, quá trình lên men dịch thủy phân bã đậu vẫn diễn ra bình thường, không nhận ra bất thường nào giữa lên men kết hợp so với quá trình lên men độc lập từng chủng, trong đó I - 745 luôn là chủng có mật độ chiếm ưu thế. Có sự tăng hàm lượng chất chống oxy hóa khi lên men kết hợp. 16
Hình 3.10. Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) của bã đậu nành (độ phóng đại 5.000 lần) (a) Bã trước lên men; (b) Bã sau lên men với 7012; (c) Bã sau lên men với I-745; (d) Bã sau lên men với tổ hợp chủng 7012 và I-745 Hình 3.11. Theo dõi khả năng tồn tại của S. boulardii CNCM I-745 và S. cerevisiae 7012 trong dịch lên men khi bảo quản ở 4 oC I-745 –Mật độ I-745 trong mẫu lên men đơn chủng; 7012 – Mật độ 7012 trong mẫu lên men đơn chủng; I-745-KH –Mật độ I-745 trong mẫu lên men kết hợp; 7012-KH –Mật độ 7012 trong mẫu lên men kết hợp; S. boulardii CNCM I-745 không chỉ sinh trưởng và lên men tốt trên môi trường dịch thủy phân bã khi kết hợp đồng thời cùng S. cerevisiae 7012 mà mật độ probiotic còn duy trì ở mức cao > 7 log CFU/ml trong 6 tuần bảo quản ở 4oC, điều này rất phù hợp cho định hướng tạo đồ uống lên men chứa probiotic. 17
3.4. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bằng tổ hợp nấm men S. cerevisiae và S. boulardii 3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên men Bảng 3.23. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến chất lượng dịch thu được sau 48 h lên men Trước lên Nhiệt độ lên men (oC) Chỉ tiêu men 25 30 35 37 Mật độ 7012, 5,93a±0,08 7,37c±0,09 7,16 ±0,06 6,70 ±0,37 6,44b±0,26 c b log CFU/ml Mật độ I-745, 5,97a±0,10 7,51c±0,10 7,51c±0,17 6,92b± 0,36 6,48b± 0,19 log CFU/ml Axit tổng, mg 255,0b ± 3,5 241,7a±1,9 240,0a±2,7 255,0b ± 10,4 264,0b±4,9 acetic/100ml Đường tổng, g/100ml 4,53d±0,07 2,26c±0,03 2,01b ± 0,02 2,05b ±0,01 1,92a ± 0,05 Ethanol, % v/v - 1,25ab±0,01 1,37c±0,01 1,33bc± 0,01 1,23a±0,04 Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến tốc độ lên men (lượng CO2 giải phóng) 3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng saccharose bổ sung Bảng 3.24. Ảnh hưởng của hàm lượng saccharose bổ sung đến chất lượng dịch thu được sau 48 h lên men Trước lên Hàm lượng saccharose bổ sung (%) Chỉ tiêu men (0% 0 1 1,5 2,0 2,5 saccharose) Mật độ 7012, log 6,00a±0,03 6,40b±0,20 6,89c±0,06 6,7bc±0,22 6,80c±0,01 6,95c±0,08 CFU/ml Mật độ I-745, log 6,03a±0,10 6,82b±0,03 7,22bc±0,20 7,21bc±0,06 7,32c±0,21 7,36c±0,14 CFU/ml Acid tổng, mg 230,1a±5,5 245,7a±5,5 241,8 a±2,4 245,3a±4,9 241,8a±1,23 241,4a±0,6 acetic/100ml Đường tổng, g/100ml 2,58f±0,01 2,06a±0,01 2,09b±0,01 2,19c±0,02 2,22d±0,01 2,26e±0,02 Ethanol, - 0,35a±0,04 0,89b±0,07 1,15c±0,05 1,39d±0,04 1,62a±0,06 % v/v 18