Đồ án Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm Enzyme Amylase đến tốc độ thủy phân tinh bột trong quá trình lên men rượu nếp than

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM …
 … ĐÀM THỊ HẢI YẾN KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG CHẾ PHẨM ENZYME AMYLASE ĐẾN TỐC ĐỘ THỦY PHÂN TINH BỘT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU NẾP THAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn Th.S. BÙI THỊ QUỲNH HOA NĂM 2007 i LỜI CẢM TẠ    Đề tài luận văn tốt nghiệp này được viết và hoàn thành dựa vào kết quả thực tập và nghiên cứu sau hơn 12 tuần tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Trường Đại học Cần Thơ. Những thành quả mà tôi đạt được hôm nay chính là nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của gia đình, Thầy Cô và bạn bè. Chính điều này đã thao thức lòng biết ơn vô hạn trong tôi. Tôi kính gởi lòng biết ơn chân thành đến: - Cha mẹ đã nuôi dạy, động viên khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho con trong suốt quá trình học tập cũng như trong cuộc sống. - Toàn thể quý Thầy Cô trường Đại Học Cần Thơ và đặc biệt là quý Thầy Cô trong Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt những năm tháng học tập tại trường. - Cô Bùi Thị Quỳnh Hoa đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. - Quý Thầy Cô phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm và thư viện Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. - Các bạn lớp Công nghệ thực phẩm khóa 28 đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp của mình. Kính chúc tất cả quý Thầy Cô và các bạn thành đạt trong công việc và cuộc sống. Cần Thơ, ngày 28 tháng 05 năm 2007 Sinh viên thực hiện ĐÀM THỊ HẢI YẾN ii MỤC LỤC  Trang Lời cảm tạ ............................................................................................................. i Mục lục ................................................................................................................. ii Danh sách bảng ..................................................................................................... v Danh sách hình...................................................................................................... vii Tóm tắt.................................................................................................................. x CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................................1 CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu nếp than..............................................2 2.1.1. Gạo nếp than.............................................................................................2 2.1.2. Bánh men thuốc bắc .................................................................................2 2.1.3. Chế phẩm enzyme Amylase......................................................................5 2.1.4. Cồn tinh khiết ...........................................................................................5 2.1.5. Nước.........................................................................................................6 2.2. Vai trò của enzyme amylase trong sản xuất rượu nếp than..............................7 2.2.1. Cấu trúc phân tử enzyme amylase.............................................................7 2.2.2. Cơ chất tác dụng của enzyme amylase ......................................................8 2.2.3. Đặc tính và cơ chế tác dụng của enzyme amylase .....................................9 2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme amylase ...............................12 2.3. Lý thuyết lên men rượu ..................................................................................15 2.3.1. Khái quát quá trình lên men rượu..............................................................15 2.3.2. Cơ sở lý luận của quá trình lên men rượu..................................................16 iii 2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu ....................................19 2.4. Quy trình công nghệ sản xuất rượu nếp than...................................................21 2.4.1. Qui trình sản xuất rượu nếp than...............................................................21 2.4.2. Thuyết minh qui trình ...............................................................................22 CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Phương tiện nghiên cứu..................................................................................24 3.1.1. Thời gian địa điểm....................................................................................24 3.1.2. Nguyên vật liệu ........................................................................................ 24 3.1.3. Thiết bị - dụng cụ .....................................................................................24 3.1.4. Hoá chất sử dụng ......................................................................................25 3.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................25 3.2.1. Phương pháp lấy mẫu ...............................................................................25 3.2.2. Phương pháp phân tích .............................................................................25 3.3. Nội dung và bố trí thí nghiệm.........................................................................27 3.3.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi rượu...........................................................27 3.3.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase..................................29 3.3.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme glucoamylase ............30 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi rượu ...................................................................................................................... 32 4.1.1. Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan........................................................ 32 4.1.2. Biến đổi pH .............................................................................................. 34 4.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi rượu 36 4.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm................................................................................................. 38 iv 4.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến cảm quan của sản phẩm........................ 39 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhệt độ và pH đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase ............................................................................ 40 4.2.1. Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan........................................................ 40 4.2.2. Biến đổi pH .............................................................................................. 44 4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi rượu ở tỷ lệ 0.3% enzyme............................................ 46 4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ 0.3% enzyme............. 49 4.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến cảm quan của sản phẩm ở tỷ lệ 0.3% enzyme....................................... 51 4.3. Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme glucoamylase ........................................ 52 4.3.1. Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan........................................................ 52 4.3.2. Biến đổi pH .............................................................................................. 53 4.3.3. Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 ..54 4.3.4. Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6............ 57 4.3.5. Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến cảm quan của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6..................................59 CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ....................................................... 57 5.1. Kết luận.......................................................................................................... 61 5.2. Đề nghị........................................................................................................... 62 Tài liệu tham khảo.................................................................................................63 v DANH SÁCH BẢNG  Trang Bảng 1. Thành phần hóa học của gạo nếp than ......................................................2 Bảng 2. Giới hạn hàm lượng muối trong nước.......................................................6 Bảng 3. Tỉ lệ amylose và amylopectin của các loại hạt ..........................................8 Bảng 4. Khả năng chịu nhiệt của enzyme amylase trong vi khuẩn, malt đại mạch và nấm mốc.................................................10 Bảng 5. Thống kê biến đổi hàm lượng chất khô hoà tan (độ Brix) ở các tỷ lệ enzyme khác nhau ..................................................................... 33 Bảng 6. Thống kê biến đổi pH ở các tỷ lệ enzyme khác nhau ................................ 34 Bảng 7. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi ........ 36 Bảng 8. Thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ............................................. 38 Bảng 9. Thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến cảm quan của sản phẩm ......... 39 Bảng 10. Thống kê biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) ở tỷ lệ enzyme 0,3% theo nhiệt độ, pH và thời gian lên men....................... 41 Bảng 11. Thống kê biến đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3% theo nhiệt độ, pH và thời gian lên men ....................................................... 44 Bảng 12. Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến nồng độ rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%....................................................... 46 Bảng 13. Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến hiệu suất thu hồi rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%.......................................... 47 Bảng 14. Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến thể tích dịch sau lên men ở tỷ lệ enzyme 0,3% ..................................... 47 vi Bảng 15. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến mật độ quang A (màu sắc)của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%.............. 50 Bảng 16. Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến cảm quan của sản phẩm ở tỷ lệ 0,3% enzyme....................................... 51 Bảng 17. Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan (Brix) ở tỷ lệ enzyme 0,3%,nhiệt độ 35 - 380C, pH = 5,6 theo thời điểm bổ sung enzyme và thời gian lên men...52 Bảng 18. Thống kê biến đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C, pH = 5,6 theo thời điểm bổ sung enzyme và thời gian lên men ................... 54 Bảng 19. Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 ..55 Bảng 20. Thống kê ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 .................................................................. 58 Bảng 21. Thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến cảm quan của sản phẩm ....... 59 vii DANH SÁCH HÌNH  Trang Hình 1. Nấm men Saccharomyces cerevisiae ........................................................4 Hình 2. Cấu tạo tế bào nấm men Saccharomyces...................................................4 Hình 3. Một số nấm mốc thường gặp.....................................................................5 Hình 4. Sơ đồ phân loại enzyme amylase ..............................................................7 Hình 5. Cấu tạo phân tử Amylose..........................................................................9 Hình 6. Cấu tạo phân tử Amylopectine..................................................................9 Hình 7. Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase lên mạch tinh bột .......................10 Hình 8. Cơ chế tác dụng của enzyme β-amylase lên mạch tinh bột........................11 Hình 9. Cơ chế cắt của enzyme amylase lên mạch tinh bột....................................12 Hình 10. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến hoạt tính enzyme ...........................13 Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng ............................13 Hình 12. Chất kìm hãm cạnh tranh ........................................................................14 Hình 13. Chất kìm hãm không cạnh tranh .............................................................14 Hình 14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng enzyme ............................15 Hình 15. Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phản ứng enzyme ....................................15 Hình 16. Qui trình công nghệ sản xuất rượu nếp than............................................22 Hình 17. Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu nếp than ...................................... 24 Hình 18. Cân phân tích.......................................................................................... 25 Hình 19.Thiết bị đo pH.......................................................................................... 25 Hình 20.Thiết bị đo độ hấp thụ màu ...................................................................... 25 Hình 21. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi rượu ..........................28 viii Hình 22. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase ....................................29 Hình 23. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme glucoamylase đến khả năng thuỷ phân...........................................31 Hình 24. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) theo tỷ lệ enzyme và thời gian lên men....................................................... 33 Hình 25. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH theo tỷ lệ enzyme và thời gian lên men .35 Hình 26. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến nồng độ rượu ............. 36 Hình 27. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến hiệu suất thu hồi rượu (ml rượu/100g gạo) ........................................... 37 Hình 28. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến mật độ quang A của sản phẩm.............................................................. 38 Hình 29. Sản phẩm ở các tỷ lệ enzyme khác nhau ................................................. 40 Hình 30. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ phòng thí nghiệm theo pH và thời gian lên men..41 Hình 31. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ 35 - 380C theo pH và thời gian lên men ...42 Hình 32. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ 50 - 550C theo pH và thời gian lên men ...42 Hình 33. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ phòng thí nghiệm theo pH và thời gian lên men........................ 44 Hình 34. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ 35 - 380C theo pH và thời gian lên men .................................... 45 Hình 35. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ 50 - 550C theo pH và thời gian lên men .................................... 45 Hình 36. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và pH ix đến nồng độ rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%....................................................... 47 Hình 37. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến hiệu suất thu hồi rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%.......................................... 48 Hình 38. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến mật độ quang A của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%............................. 50 Hình 39. Sản phẩm thu được ở các điều kiện nhiệt độ và pH khác nhau ................ 52 Hình 40. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C, pH = 5,6 theo thời điểm bổ sung enzyme và thời gian lên men.................................. 53 Hình 41. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C, pH = 5.6 theo thời điểm bổ sung enzyme và thời gian lên men ..54 Hình 42. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến nồng độ rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 ..... 56 Hình 43. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến hiệu suất thu hồi rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 .56 Hình 44. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 ................................................................... 58 Hình 45. Sản phẩm ở các thời điểm bổ sung enzyme khác nhau ............................ 60 Hình 46. Quy trình sản xuất rượu nếp than đề nghị................................................ 62 x TÓM TẮT Với quy trình lên men rượu nếp than theo phương pháp cổ truyền thì đạt được hiệu suất thu hồi rượu không cao. Do đó để cải tiến quy trình lên men rượu nếp than nhằm đạt được hiệu suất thu hồi rượu cao hơn, chúng tôi tiến hành bổ sung vào khối lên men enzyme glucoamylase có nguồn gốc từ vi sinh vật. Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm enzyme glucoamylase đến tốc độ thủy phân tinh bột trong quá trình lên men rượu nếp than được thực hiện thông qua 3 thí nghiệm sau: 1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi rượu. 2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase. 3. Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme glucoamylase Qua thời gian tiến hành nghiên cứu, kết quả đạt được như sau: Ở tỷ lệ 0,3% enzyme cho kết quả tốt nhất: nồng độ rượu đạt 9,20, hiệu suất thu hồi đạt 29,2 (ml rượu/100g gạo), rượu có mùi thơm và hậu vị vừa phải nhưng chưa hoàn toàn hòa hợp. Ở tỷ lệ 0,3% enzyme khi kết hợp với các điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp thì hiệu suất thu hồi rượu đã tăng lên đáng kể. Ở nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 cho kết quả tốt: nồng độ rượu đạt được là 9,70, hiệu suất thu hồi đạt 31,9 (ml rượu/100g gạo), rượu có mùi thơm dịu, hậu tốt và hoàn toàn đặc trưng cho sản phẩm. Ở thời điểm bổ sung enzyme vào thời điểm 1 ngày sau đường hóa cho nồng độ và hiệu suất thu hồi rượu cao: nồng độ rượu đạt được là 10,70, hiệu suất thu hồi đạt 37,2 (ml rượu/100g gạo), rượu có mùi thơm dịu, hậu vừa phải và đặc trưng cho sản phẩm. Từ các kết quả thu nhận được ta thấy khi tiến hành lên men rượu với điều kiện bổ sung 0,3% enzyme glucoamylase vào ngày thứ nhất, ở nhiệt độ 35 - 380C và pH = 5,6 thì sẽ đạt được hiệu suất thu hồi rượu cao hơn rất nhiều so với phương pháp lên men cổ truyền là không có bổ sung enzyme. Luận văn tốt nghiệp khoá 28 – 2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 1 CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Rượu cổ truyền từ lâu đã là niềm tự hào dân tộc của nhiều quốc gia trên thế giới. Người ta không chỉ biết đến hương vị độc đáo đặc trưng của nó,