Luận văn Nghiên cứu sử dụng trái thanh long (hylocereus undatus) để chế biến nước uống lên men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ THỊ KIỀU OANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRÁI THANH LONG (Hylocereus undatus) ĐỂ CHẾ BIẾN NƯỚC UỐNG LÊN MEN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2005 LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Trần Thị Thanh – cán bộ giảng dạy của trường Đại Học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và truyền đạt cho em nhiều kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Sinh và cán bộ giảng dạy lớp cao học khóa 13 chuyên ngành Vi sinh vật đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu trong suốt khóa học. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô, cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm sinh lý-sinh hóa- vi sinh đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn này. Cảm ơn các bạn cùng khóa đã đóng góp nhiều ý kiến, giúp đỡ động viên trong suốt thời gian qua. Con xin chân thành kính tỏ lòng biết ơn bố mẹ và anh Lê Kim Nhật đã động viên an ủi và là chỗ dựa tinh thần cũng như vật chất tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn này. Học viên Lê Thị Kiều Oanh MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan I Mục lục II Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt VI Danh mục các bảng VII Danh mục các hình X Danh mục các đồ thị XI MỞ ĐẦU1 PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 Chương 1: Nấm men và lên men etylic.................................................................. 3 1.1 Đặc điểm hình thái nấm men ..................................................................... 3 1.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hĩa ......................................................................... 3 1.3 Phân loại nấm men .................................................................................. 12 Chương 2: Ứng dụng của nấm men trong cơng nghiệp chế tạo đồ uống lên men 23 2.1 Đồ uống cĩ độ rượu nhẹ ........................................................................... 23 2.2 Đồ uống cĩ độ rượu cao ........................................................................... 32 2.3 Thực trạng chế biến thức uống lên men ở Việt Nam ............................... 33 Chương 3: Những hiểu biết về trái thanh long.................................................... 36 3.1 Đặc điểm của cây, trái thanh long ............................................................ 36 3.2 Tình hình sản xuất và sử dụng trái thanh long ......................................... 37 3.3 Những khĩ khăn khi sử dụng trái thanh long chế biến thành nước uống lên men .......................................................................................... 39 PHẦN II: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.40 Chương 4: Nguyên liệu, hĩa chất, thiết bị .......................................................... 40 4.1 Nguyên liệu .............................................................................................. 40 4.2 Hĩa chất ................................................................................................... 41 4.3 Thiết bị...................................................................................................... 41 4.4 Các loại mơi trường nghiên cứu ............................................................. 41 Chương 5: Các phương pháp nghiên cứu ............................................................ 45 5.1 Các phương pháp vi sinh vật ................................................................... 45 5.2 Các phương pháp hĩa lý .......................................................................... 51 5.3 Các phương pháp tốn học ....................................................................... 55 5.4 Phương pháp đánh giá cảm quan.............................................................. 55 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ............................................................. 56 Chương 6: Kết quả xử lý và chế biến trái thanh long thành dịch quả làm mơi trường nuơi cấy nấm men 56 6.1 Khảo sát thành phần dịch trái thanh long Bình Thuận ............................ 56 6.2 Chế biến và xử lý trái thanh long làm mơi trường nuơi cấy nấm men .... 58 Chương 7: Phân lập, tuyển chọn các chủng nấm men phù hợp với yêu cầu chế biến đồ uống lên men từ dịch trái thanh long ............................ 63 7.1 Phân lập và thuần khiết các chủng nấm men cĩ nguồn gốc khác nhau ................................................................................................................ 63 7.2 Tuyển chọn các chủng nấm men phù hợp với yêu cầu chế biến đồ uống lên men từ dịch trái thanh long ................................................. 65 Chương 8: Nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hĩa của chủng nấm men LT2............................................................................................. 78 8.1 Đặc điểm hình thái.................................................................................... 78 8.2 Nghiên cứu đặc điểm sinh lý, sinh hĩa của chủng nấm men LT2............. 81 8.3 Khảo sát khả năng tạo chất kháng sinh của chủng nấm men LT2 ........... 85 8.4 Tìm hiểu khả năng kháng một số kháng sinh của chủng LT2 ................... 88 8.5 Định danh ................................................................................................. 90 Chương 9: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 trong quá trình nhân giống ................................................................................................. 93 9.1 Xác định thời gian sinh trưởng và chế độ lắc thơng khí thích hợp đối với chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 trong quá trình nhân giống....................................................................................................... 93 9.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu ...................................................................... 95 9.3 Ảnh hưởng của hàm lượng đường............................................................ 96 9.4 Sử dụng dịch ép trái thanh long làm mơi trường nhân giống................... 98 Chương 10: Khảo sát khả năng sử dụng chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 lên men tạo nước giải khát từ dịch trái thanh long................ 105 10.1 Ảnh hưởng của một số yếu tố mơi trường lên quá trình lên men etylic ở mơi trường dịch trái thanh long của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ....................................................................................... 105 10.2 Ảnh hưởng của thành phần mơi trường lên quá trình lên men etylic ở mơi trường dịch trái thanh long của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ....................................................................................... 110 Chương 11: Khảo sát động thái lên men rượu của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 trong quá trình lên men tạo nước giải khát từ dịch trái thanh long ...................................................................... 115 11.1 Khảo sát giai đoạn lên men hiếu khí .................................................... 115 11.2 Khảo sát giai đoạn lên men kị khí ....................................................... 117 11.3 Khảo sát lên men kị khí ở nhiệt độ thấp ............................................... 120 11.4 Hồn thiện sản phẩm ........................................................................... 122 11.5 Xây dựng quy trình chế tạo nước uống lên men từ trái thanh long ở quy mơ phịng thí nghiệm..................................................................... 129 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................ 132 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT C: Cacbon [C]: Nồng độ glucose CP: Centipoise N: Nitơ Pthơ: Protein thơ Sac: Saccharomyces cerevisiae TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TL: Thanh long TL450, TL465, TL580: lượng dịch thu được lần lượt là 450, 465, 480ml/1kg trái thanh long được trích ly bằng nhiệt độ cao. V/p: Vịng/phút DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Thành phần dinh dưỡng của trái thanh long Bình Thuận .......... 37 Bảng 6.1 Thành phần hĩa học dịch trái thanh long Bình Thuận .............. 56 Bảng 6.2 Thành phần một số dịch quả được sử dụng trong sản xuất rượu vang.................................................................................. 57 Bảng 6.3 Dịch trái thanh long (100ml) được xử lý bằng Ca(OH)2 và lịng trắng trứng gà ................................................................... 61 Bảng 7.1 Đặc điểm hình thái của các chủng nấm men ............................. 64 Bảng 7.2 Khả năng tạo hương thơm của các chủng nấm men ................. 66 Bảng 7.3 Khả năng kết lắng của các chủng nấm men ............................. 67 Bảng 7.4 Hoạt lực lên men của các chủng nấm men trên mơi trường sirơ (MT12) và mơi trường dịch trái thanh long qua lọc (MT13) ..................................................................................... 69 Bảng 7.5 Khảo sát hoạt lực lên men và đánh giá cảm quan sản phẩm lên men của các chủng nấm men đơn lẻ và tổ hợp các chủng nấm men trên mơi trường dịch trái thanh long qua lọc (MT13) ............................................................................... 71 Bảng 7.6 Tuyển chọn các chủng nấm men cĩ khả năng lên men mạnh trên mơi trường thanh long thích hợp............................. 73 Bảng 7.7 Hoạt lực lên men của chủng nấm men LT2 trên các loại mơi trường nước trái thanh long đã xử lý .............................................76 Bảng 8.1 Đặc điểm hình thái của chủng nấm men LT2............................. 79 Bảng 8.2 Khả năng lên men các loại đường của chủng nấm men LT2 ......83 Bảng 8.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự sinh trưởng của nấm men LT2 .............................................................................................83 Bảng 8.4 Ảnh hưởng của pH ban đầu lên sự sinh trưởng của chủng nấm men LT2 84 Bảng 8.5 Khả năng chịu nồng độ cồn của chủng nấm men LT2 ..........85 Bảng 8.6 Khả năng tạo chất kháng sinh kháng các vi khuẩn kiểm định của chủng nấm men LT2 .................................................86 Bảng 8.7 Khả năng kháng một số kháng sinh của chủng nấm men LT2 .............................................................................................88 Bảng 8.8 Đặc điểm sinh học và phân loại của chủng nấm men LT2 và chủng Saccharomyces cerevisiae 91 Bảng 9.1 Sự thay đổi mật độ tế bào theo thời gian nhân giống của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ..................................... 94 Bảng 9.2 Ảnh hưởng pH ban đầu đến quá trình tăng sinh khối chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ................................................95 Bảng 9.3 Ảnh hưởng của hàm lượng đường đến quá trình tăng sinh khối của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2........................97 Bảng 9.4 Ảnh hưởng của hàm lượng đường đến quá trình nhân giống trên mơi trường dịch trái thanh long.........................................99 Bảng 9.5 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến quá trình nhân giống trên mơi trường dịch trái thanh long..............................................100 Bảng 9.6 Ảnh hưởng của (NH4)2SO4 đến quá trình nhân giống trên mơi trường dịch trái thanh long..............................................101 Bảng 9.7 Ảnh hưởng của nguồn nitơ là hỗn hợp (NH4)2SO4 và pepton hoặc cao nấm men đến quá trình nhân giống trên mơi trường dịch trái thanh long .............................................103 Bảng 10.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ...............................................106 Bảng 10.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ....................................107 Bảng 10.3 Ảnh hưởng của hàm lượng giống đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2..............................109 Bảng 10.4 Ảnh hưởng của hàm lượng đường đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2..............................111 Bảng 10.5 Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp (NH4)2SO4 và vitamin B1 đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ...............................................113 Bảng 11.1 Quá trình lên men tạo nước giải khát từ dịch trái thanh long trong điều kiện hiếu khí ........................................... 116 Bảng 11.2 Khảo sát thời gian lên men kị khí ở 300C của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 trên mơi trường dịch trái thanh long ............................................................................. 119 Bảng 11.3 Khảo sát thời gian lên men kị khí ở 100C của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 trên mơi trường dịch trái thanh long ............................................................................... 121 Bảng 11.4 Kết quả phân tích các chỉ tiêu về chất lượng sản phẩm đồ uống lên men từ dịch trái thanh long ........................... 123 Bảng 11.5 Một số chỉ tiêu chất lượng nước thanh long lên men sau thời gian bảo quản .................................................................. 124 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 4.1 Trái thanh long ruột trắng Bình Thuận ...................................... 40 Hình 8.1 Hình thái khuẩn lạc của chủng nấm men LT2 ............................ 78 Hình 8.2 Hình thái tế bào nấm men LT2 (×100) ....................................... 79 Hình 8.3 Nang bào tử của nấm men LT2 (×100)....................................... 80 Hình 8.4 Khuẩn ty của chủng nấm men LT2 (×40) ................................... 81 Hình 8.5 Khả năng đồng hĩa các nguồn nitơ vơ cơ của chủng nấm men LT2 ................................................................................... 82 Hình 8.6 Chủng nấm men LT2 kháng E. coli và Bacillus pimitilis ........... 87 Hình 8.7 Chủng nấm men LT2 kháng Salmonella typhimurium và Klebsiella ................................................................................. 87 Hình 8.8 Chủng nấm men LT2 kháng Serratia sp. và Streptococcus sp87 Hình 8.9 Khả năng kháng chloramphenicol và ceftazidime ..................... 89 Hình 8.10 Khả năng kháng gentamycin và kanamycin ............................ 89 Hình 8.11 Khả năng kháng neomycin và acid nalidixic ........................... 89 Hình 11.1 Sản phẩm nước thanh long lên men..................................... ..127 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Biểu đồ 7.1 Khả năng kết lắng của các chủng nấm men .......................... 67 Biểu đồ 7.2 Hoạt lực lên men của các chủng nấm men trên mơi trường sirơ (MT12) và mơi trường dịch trái thanh long qua lọc (MT13) ................................................................... 69 Biểu đồ 7.3 Hoạt lực lên men của chủng nấm men đơn lẻ và tổ hợp các chủng nấm men trên mơi trường dịch trái thanh long qua lọc (MT13) ........................................................... 72 Biểu đồ 7.4 Hoạt lực lên men của chủng nấm men LT2 trên mơi trường dịch trái thanh long qua lọc (MT13) và mơi trường dịch trái thanh long khơng lọc (MT14)................... 74 Biểu đồ 7.5 Hoạt lực lên men của chủng nấm men LT2 trên các loại mơi trường nước trái thanh long đã xử lý ........................... 76 Biểu đồ 9.1 Động thái sinh trưởng của Saccharomyces cerevisiae LT2 ......................................................................................... 94 Biểu đồ 9.2 Ảnh hưởng pH ban đầu đến quá trình tăng sinh khối Saccharomyces cerevisiae LT2 .............................................. 96 Biểu đồ 9.3 Ảnh hưởng của hàm lượng đường đến quá trình tăng sinh khối của Saccharomyces cerevisiae LT2 ........................ 97 Biểu đồ 9.4 Ảnh hưởng của (NH4)2SO4 đến quá trình nhân giống trên mơi trường dịch trái thanh long ........................................... 102 Biểu đồ 9.5 Ảnh hưởng của nguồn nitơ là hỗn hợp (NH4)2SO4 và pepton hoặc cao nấm men đến quá trình nhân giống trên mơi trường dịch trái thanh long .......................................... 103 Biểu đồ 10.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2.................................. 106 Biểu đồ 10.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2.................................. 108 Biểu đồ 10.3 Ảnh hưởng của hàm lượng giống đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ................... 109 Biểu đồ 10.4 Ảnh hưởng của hàm lượng đường đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ................... 111 Biểu đồ 10.5 Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp (NH4)2SO4 và vitamin B1 đến khả năng lên men của chủng Saccharomyces cerevisiae LT2 ........................................... 113 Biểu đồ 11.1 Động thái quá trình lên men tạo nước giải khát từ dịch trái thanh long trong điều kiện hiếu khí............................... 116 Biểu đồ 11.2 Hàm lượng chất khơ trong giai đoạn lên men kị khí......... 119 1 MỞ ĐẦU Đồ uống lên men đã được con người biết đến và sử dụng cách đây vài thế kỷ. Dần dần sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt khi ngành công nghệ thực phẩm và công nghệ vi sinh ngày càng phát triển thì các sản phẩm về đồ uống được cải tiến không ngừng về chất lượng và cả về chủng loại nhằm đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng. Hơn nữa, con người ngày càng hiểu rõ hơn giá trị dinh dưỡng và hiệu quả kinh tế lớn lao của các sản phẩm về đồ uống mà giờ đây chúng có mặt ở hầu hết các nước trên thế giới. Đồ uống lên men thường sử dụng nguồn nguyên liệu tinh bột hoặc từ các loại trái cây. Trong tất cả các loại đồ uống, đồ uống lên men từ trái cây rất được quan tâm bởi ngoài hương vị thơm ngon tự nhiên nó còn chứa các chất dinh dưỡng như các loại muối khoáng, đường, vitaminchứa sẵn trong trái cây. Việt Nam với đặc điểm là nước nông nghiệp nhiệt đới thích hợp cho việc trồng các loại cây ăn quả nên có nguồn nguyên liệu rất phong phú thuận lợi cho việc sản xuất các loại đồ uống lên men. Trong các loại quả hiện có của Việt Nam, trái thanh long ở các tỉnh của miền Nam có sản lượng lớn và chất lượng cao nhưng hiện nay trái thanh long chỉ mới được sử dụng làm thức ăn tráng miệng, chế biến coctail, thờ cúng và xuất khẩu trái tươi [17] [20]. Để góp phần làm đa dạng hóa các sản phẩm đồ uống lên men và sử dụng có hiệu quả hơn nguồn đặc sản dồi dào là trái thanh long ở các địa phương, chúng tôi đề xuất một hướng mới nghiên cứu sử dụng trái thanh long với đề tài “Nghiên Cứu Sử Dụng Trái Thanh Long (Hylocereus undatus) Để Chế Biến Nước Uống Lên Men”. Mục tiêu của đề tài: chế biến trái thanh long làm nước uống lên men nhằm làm đa dạng hóa các sản phẩm từ trái thanh long vừa có giá trị giải khát, bổ sung dinh dưỡng vừa có tác dụng trị liệu. 2 Nhiệm vụ của đề tài: 1. Phân lập các chủng nấm men để làm nguồn giống nấm men cho quá trình tuyển chọn. 2. Tuyển chọn các chủng nấm men thích hợp với yêu cầu lên men dịch trái thanh long. 3. Nghiên cứu một số đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của chủng nấm men chọn được, trên cơ sở đó tiến hành định danh. 4. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và lên men của chủng đã chọn trên môi trường dịch trái thanh long để tạo nước giải khát lên men đạt ch