Luận văn Nghiên cứu khả năng sử dụng chế phẩm sinh học trong sản xuất rượu vang xoài

Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG PHAN THỊ BÌNH CHÂU NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG XOÀI Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2009 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG XOÀI Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. Lý Nguyễn Bình Phan Thị Bình Châu Ths.Châu Trần Diễm Ái MSSV: 2051620 Lớp: CNTP K31 Cần Thơ, 2009 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm i Luận văn ñính kèm dưới ñây, với tên ñề tài “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG XOÀI”, do sinh viên Phan Thị Bình Châu thực hiện và báo cáo ñã ñược hội ñồng chấm luận văn thông qua. Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện Lý Nguyễn Bình Châu Trần Diễm Ái Cần Thơ, ngày …tháng…năm 2009 Chủ tịch hội ñồng Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm ii LỜI CẢM ƠN Lời cám ơn chân thành nhất em xin gửi ñến ba mẹ em, người ñã quan tâm lo lắng cổ vũ và ñộng viên em trong suốt 4 năm ñại học vừa qua. Em cũng xin gửi lời cám ơn chân thành nhất ñến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường ðại học Cần Thơ ñã truyền ñạt cho em những kiến thức vô cùng hữu ích, ñặc biệt là thầy Lý Nguyễn Bình và cô Châu Trần Diễm Ái ñã tận tình hướng dẫn ñể em có thể hoàn thành tốt bài luận văn này. Xin cảm ơn các cán bộ phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường ðại học Cần Thơ. Cảm ơn tập thể lớp Công nghệ Thực phẩm khóa 31 ñã giúp ñỡ tôi trong thời gian vừa qua. Sinh viên Phan Thị Bình Châu Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm iii TÓM LƯỢC Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền (những trái bị dập hoặc chỉ bị hư một phần) ñồng thời góp phần ña dạng hóa sản phẩm từ xoài, một sản phẩm rượu vang mới từ nguyên liệu xoài ñược quan tâm. Với mong muốn tạo ra một sản phẩm mới thơm ngon, bổ dưỡng, có giá thành thấp, các thí nghiệm sau ñã ñược tiến hành nghiên cứu trong luận văn: - Khảo sát nhiệt ñộ, pH, nồng ñộ, thời gian thích hợp cho hoạt ñộng thủy phân của enzyme glucoamylase; - Khảo sát nhiệt ñộ, pH, nồng ñộ, thời gian thích hợp cho hoạt ñộng thủy phân của enzyme α -amylase có trong trường hợp có mặt của enzyme glucoamylase; - Khảo sát khả năng làm trong và lượng tạp chất tạo thành khi bổ sung chitosan và gelatin. Qua quá trình nghiên cứu kết quả cho thấy: - Nhiệt ñộ 500C, pH 5, 0,02% enzyme và thời gian thủy phân là 30 phút là tốt nhất so với các ñiều kiện khảo sát cho hoạt ñộng thủy phân của glucoamylase trên nguyên liệu xoài vì hàm lượng ñường khử của dịch lên men ñược tạo ra nhiều nhất; - Nhiệt ñộ 850C, pH 6, 0,02% enzyme và thời gian thủy phân là 30 phút là tốt nhất cho hoạt ñộng thủy phân tinh bột của enzyme α -amylase trên nguyên liệu xoài trong trường hợp có mặt của 0,02% enzyme glucoamylase; - Làm trong rượu bằng 0,2% chitosan ñạt hiệu quả làm trong cao nhất và lượng tạp chất trong rượu thành phẩm nằm trong giới hạn cho phép an toàn với người sử dụng. ðối với gelatin, loại gelatin và các nồng ñộ sử dụng trong nghiên cứu có hiệu quả làm trong rất kém và không khác biệt với mẫu ñối chứng (không bổ sung enzyme). Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................ii TÓM LƯỢC.................................................................................................................... iii MỤC LỤC........................................................................................................................iv DANH SÁCH HÌNH ........................................................................................................vi DANH SÁCH BẢNG......................................................................................................vii CHƯƠNG I ðẶT VẤN ðỀ..............................................................................................1 1.1 GIỚI THIỆU................................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.........................................................................................1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .............................................................................2 2.1 NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG XOÀI .........................2 2.1.1 Nguyên liệu xoài.......................................................................................................2 a. Nguồn gốc ............................................................................................................2 b. Thành phần hóa học của xoài...............................................................................3 2.1.2 Nấm men ..................................................................................................................3 a. Sơ lược về nấm men ............................................................................................3 b. Một số nấm men dùng trong sản xuất rượu vang...................................................4 c. Yêu cầu ñối với nấm men trong sản xuất rượu vang .............................................5 2.1.3 Chế phẩm enzyme amylase .......................................................................................5 a. Termamyl 120L (chế phẩm enzyme α-amylase) ....................................................6 b. Chế phẩm AMG 300L (chế phẩm enzyme glucoamylase hay γ-amylase)..............7 c. Các yếu tố ảnh hưởng ñến hoạt ñộng thủy phân tinh bột của hệ amylase ..............7 2.2 QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU .................................................................................8 2.2.1 Cơ chế hóa sinh học của quá trình lên men rượu .......................................................8 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình lên men ...........................................................10 a. Ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ ......................................................................................10 b. Ảnh hưởng của pH..............................................................................................10 c. Ảnh hưởng của nồng ñộ dịch lên men ...............................................................10 d. Ảnh hưởng của nồng ñộ rượu..............................................................................11 e. Ảnh hưởng của việc thông khí và ñảo trộn ..........................................................11 2.2.3 Các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men............................11 2.2.4 Làm trong rượu .......................................................................................................14 a. Chitosan..............................................................................................................14 b. Gelatin................................................................................................................15 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................19 3.1 Phương tiện nghiên cứu .............................................................................................19 3.1.1 Nguyên liệu ...................................................................................................19 3.1.2 Thiết bị và dụng cụ ........................................................................................19 3.1.3 Các hoá chất ñạt chuẩn phân tích ...................................................................19 3.2 Phương pháp thí nghiệm ............................................................................................20 3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt ñộ, nồng ñộ và thời gian thủy phân ñến hoạt tính xúc tác của enzyme glucoamylase trên dịch xoài .......................20 3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt ñộ, nồng ñộ và thời gian ñến hoạt tính xúc tác của enzyme α - amylase trên nguyên liệu xoài .............................23 3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung chitosan và gelatin ñộ trong và lượng tạp chất của rượu thành phẩm..........................................................26 3.3 Phương pháp xử lý số liệu..........................................................................................28 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................29 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm v 4.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ, pH, nồng ñộ và thời gian thủy phân của enzyme glucoamylase ñến quá trình thủy phân tinh bột từ nguyên liệu xoài..................................29 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ, pH, nồng ñộ và thời gian thủy phân của enzyme α- amylase, glucoamylase ñến quá trình thủy phân tinh bột từ nguyên liệu xoài..................................33 4.3 Ảnh hưởng của việc bổ sung chitosan và gelatin ñến ñộ trong và lượng tạp chất của rượu thành phẩm..............................................................................................................37 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ .......................................................................40 5.1 KẾT LUẬN ...............................................................................................................40 5.2 ðỀ NGHỊ...................................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................42 PHỤ LỤC...........................................................................................................................i A. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 7045 : 2002 .............................................................i B. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .............................................................................i 1. Phương pháp xác ñịnh hàm lượng alcol metylic ( CH3OH) ....................................i 2. Xác ñịnh hàm lượng aldehyde theo phương pháp iod...........................................vi 3. Xác ñịnh hàm lượng Furfurol (C5H4O2) ..............................................................vii 4. Xác ñịnh ñộ truyền quang của sản phẩm .............................................................vii 5. Xác ñịnh hàm lượng ñường khử theo phương pháp Bertrand .............................viii 6. Xác ñịnh acid toàn phần của rượu .........................................................................x C. BẢNG THỐNG KÊ ANOVA .....................................................................................xii 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và pH ñến hoạt tính của glucoamylase thông qua hàm lượng ñường khử ....................................................................................................xii 1.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ và thời gian ñến khả năng phân cắt của glucoamylase thông qua hàm lượng ñường khử. ..........................................................................xiii 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và pH ñến hoạt tính của α-amylase thông qua hàm lượng ñường khử .............................................................................................................xiv 2.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ và thời gian ñến hoạt tính của alphaamylase thông qua hàm lượng ñường khử.............................................................................................xv 3.1 Kết quả thống kê ñộ trong rượu thành phẩm khi bổ sung chitosan theo các nồng ñộ ..........................................................................................................................xvi 3.2 Kết quả thống kê ñộ trong rượu thành phẩm khi bổ sung gelatin theo các nồng ñộ xvii 3.3 Kết quả thống kê cảm quan màu sắc rượu thành phẩm khi bổ sung chitosan theo các nồng ñộ .........................................................................................................xviii Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm vi DANH SÁCH HÌNH Hình 1. Xoài Cát chu .............................................................................................. 2 Hình 2. Saccharomyces cerevisiae .......................................................................... 4 Hình 3. Sơ ñồ phân loại enzyme amylase................................................................ 6 Hình 4. Cơ chế tác dụng của α-amylase lên tinh bột................................................ 7 Hình 5. Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào nồng ñộ enzyme [E] ..................... 8 Hình 6. Quá trình ñường phân................................................................................. 9 Hình 7. Công thức cấu tạo của chitin .....................................................................14 Hình 8. Công thức cấu tạo chitin (1), chitosan (2), cellulose (3).............................14 Hình 9. Cấu trúc gelatin .........................................................................................16 Hình 10. Sự hình thành hợp chất giữa poyphenol và protein ..................................18 Hình 11. Ảnh hưởng của pH và nhiệt ñộ ñến hàm lượng ñường khử sinh ra khi thủy phân tinh bột trong pure xoài bằng enzyme glucoamylase......................................31 Hình 12. Ảnh hưởng của nồng ñộ enzyme ñến hàm lượng ñường khử sinh ra ở các khoảng thời gian thủy phân khác nhau ...................................................................33 Hình 13. Sự thay ñổi hàm lượng ñường khử khi bổ sung enzyme α -amylase vào dịch xoài ở các ñiều kiện pH, nhiệt ñộ khác nhau...................................................35 Hình 14. Ảnh hưởng của nồng ñộ enzyme α -amylase ñến hàm lượng ñường khử sinh ra ở các khoảng thời gian thủy phân dịch xoài khác nhau ...............................36 Hình 15. Mối liên hệ giữa nồng ñộ và ñộ hấp thu.................................................... v Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng của xoài (giá trị trung bình trong 100g ăn ñược) .. 3 Bảng 2. Hàm lượng gelatin sử dụng trong một số loại thực phẩm ..........................17 Bảng 3. Hàm lượng ñường khử trung bình theo pH................................................29 Bảng 4. Hàm lượng ñường khử trung bình theo nhiệt ñộ........................................30 Bảng 5. Hàm lượng ñường khử thu ñược sau quá trình thủy phân dịch xoài bằng enzyme glucoamylase ứng với các nhiệt ñộ và pH khác nhau (%)..........................30 Bảng 6. Hàm lượng ñường khử trung bình theo nồng ñộ enzyme...........................31 Bảng 7. Hàm lượng ñường khử trung bình theo thời gian thủy phân ......................32 Bảng 8. Hàm lượng ñường khử thu ñược sau quá trình thủy phân dịch xoài bằng enzyme glucoamylase ứng với các nồng ñộ và thời gian khác nhau (%) ................32 Bảng 9. Hàm lượng ñường khử trung bình theo pH................................................34 Bảng 10. Hàm lượng ñường khử trung bình theo nhiệt ñộ......................................34 Bảng 11. Hàm lượng ñường khử thu ñược sau quá trình thủy phân dịch xoài bằng enzyme α -amylase và glucoamylase với các khoảng nhiệt ñộ và pH khác nhau của α -amylase (%). .....................................................................................................34 Bảng 12. Hàm lượng ñường khử trung bình theo nồng ñộ enzyme.........................35 Bảng 13. Hàm lượng ñường khử trung bình theo thời gian thủy phân ....................36 Bảng 14. Hàm lượng ñường khử thu ñược sau quá trình thủy phân dịch xoài bằng enzyme α -amylase và glucoamylase với các khoảng nồng ñộ và thời gian khác nhau của α -amylase (%). ......................................................................................36 Bảng 15. ðộ truyền quang của rượu thành phẩm khi bổ sung chitosan ño ở bước sóng 570 nm .........................................................................................................37 Bảng 16. Lượng tạp chất của rượu thành phẩm khi bổ sung chitosan ở các nồng ñộ khác nhau ..............................................................................................................38 Bảng 17. ðộ truyền quang của rượu thành phẩm bổ sung gelatin ño ở bước sóng 570 nm...................................................................................................................38 Bảng 18. Lượng tạp chất của rượu thành phẩm khi bổ sung gelatin ở các nồng ñộ khác nhau...............................................................................................................39 Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ 1 CHƯƠNG I ðẶT VẤN ðỀ 1.1 GIỚI THIỆU ðồng bằng sông Cửu Long là một vùng ñất ñược thiên nhiên ñặc biệt ưu ñãi với nguồn trái cây ña dạng và phong phú. Việc sản xuất rượu vang trái cây là một trong những phương pháp nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú này và tạo ra một sản phẩm mới thơm ngon, bổ dưỡng, ñược người tiêu dùng ưa chuộng. Việc sử dụng chế phẩm sinh học ñể nâng cao hiệu suất và chất lượng của rượu vang là một việc làm hết sức có ý nghĩa. Xoài ñược mệnh danh là vua của các loại quả, với giá trị dinh dưỡng cao xoài không chỉ ñược trồng nhiều ở nước ta mà còn cả trên thế giới. Một vấn ñề mà ñược ñặt ra trong quá trình sản xuất rượu vang là rượu thành phẩm thường không trong do nhiều nguyên nhân mà chủ yếu là do hàm lượng tinh bột còn lại trong rượu. Việc sử dụng chế phẩm sinh học giúp chuyển hoá hoàn toàn tinh bột thành ñường nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi rượu và làm trong rượu là rất cần thiết. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Sử dụng chế phẩm sinh học là enzyme −α amylase, glucoamylase, chitosan và gelatin ñể cải tiến chất lượng rượu vang xoài. Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Khảo sát khả năng thuỷ phân tinh bột trong nguyên liệu xoài của −α amylase, glucoamylase - Khảo sát khả năng làm trong và lượng tạp chất của rượu thành phẩm khi sử dụng chitosan và gelatin Luận văn tốt nghiệp khóa 31 năm 2009 Trường ðại học Cần Thơ 2 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG XOÀI 2.1.1 Nguyên liệu xoài Hình 1. Xoài Cát chu a. Nguồn gốc Xoài là một loại cây nhiệt ñới lâu năm, có nguồn gốc từ miền ðông Bắc Ấn ðộ, Bắc Myanmar, ở các vùng ñồi núi chân dãy Hymalaya và từ ñó lan ñi khắp thế giới, sớm nhất sang ðông Dương, Trung Quốc và các nước ðông Nam Á. Từ ñầu thế kỷ thứ XVI khi người Bồ ðào Nha tìm ñường sang viễn ðông thì xoài ñược mang ñi trồng khắp các vùng nhiệt ñới và vùng bán nhiệt ñới như: Florida (Mỹ), Israel… Xoài thích nghi với khí hậu rộng: loại khí hậu ẩm ướt hoặc khô. ðiều kiện tự nhiên của miền Nam Việt Nam hoàn toàn thuận lợi cho sự phát triển của cây xoài. Chiều cao cây xoài khoảng 10-30m. Trái của nó hình thuỗn hoặc thon dài, kích thước rất khác nhau: dài từ 4-25cm, ñường kính từ 2-10cm. Màu thay ñổi từ xanh ñến vàng cam, nhiều nước và thơm. Hạt xoài hình ñĩa và có xơ. Các giống xoài ở Việt Nam Xoài cát chu (tên khoa học là Mangifera indica): dễ ñậu quả, cuống quả hơi lồi và lệch một bên. Vỏ quả chín vàng ñậm, thịt dẻo và thơm Xoài cát Hòa Lộc: quả to hình thuỗn, hơi bầu ở phần cuống, vỏ chín