Luận văn Sử dụng chế phẩm sinh học cải tiến chất lượng rượu vang chuối xiêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRẦN THỊ HỒNG HẠNH SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC CẢI TIẾN CHẤT LƯỢNG RƯỢU VANG CHUỐI XIÊM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn Ts. LÝ NGUYỄN BÌNH NĂM 2007 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng i LỜI CẢM TẠ Qua năm năm học tập ở Trường Đại học Cần Thơ, được sự chỉ dạy tận tình của thầy cô, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã tận tình truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quí báo cho em trong suốt năm năm học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy Lý Nguyễn Bình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và truyền đạt những kinh nghiệm quí báo để giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Cảm ơn các bạn sinh viên lớp Công nghệ Thực phẩm Khoá 28 đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ .................................................................................................................. i Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng ii MỤC LỤC....................................................................................................................... i TÓM LƯỢC...................................................................................................................v DANH SÁCH HÌNH.....................................................................................................iii DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... iv CHƯƠNG I ....................................................................................................................1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................1 1.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.....................................................................................1 CHƯƠNG II ...................................................................................................................2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ..............................................................................................2 2.1 NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG CHUỐI XIÊM ....2 2.1.1 Chuối xiêm .........................................................................................................2 2.1.2 Nấm men ............................................................................................................7 2.1.3 Enzyme ...............................................................................................................9 2.1.4 Nước ................................................................................................................22 2.1.5 Acid citric .........................................................................................................23 2.2. Động lực của quá trình lên men ............................................................................23 2.2.1 Cơ chế của quá trình lên men ...........................................................................23 2.2.2 Động học của quá trình lên men.......................................................................24 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.........................................................24 2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................................24 2.3.2 Ảnh hưởng của pH ...........................................................................................25 2.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ rượu...........................................................................25 2.3.4 Ảnh hưởng của chất lượng và số lượng nấm men sử dụng..............................25 2.4 Qui trình sản xuất rượu vang chuối........................................................................26 2.5 Các dạng hư hỏng trong sản xuất rượu vang chuối...............................................27 2.5.1 Lên men lactic ..................................................................................................27 2.5.2 Lên men butyric................................................................................................27 2.5.3 Lên men dại ......................................................................................................27 CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM......................28 3.1 Phương tiện ............................................................................................................28 3.1.1 Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................28 3.1.2 Thời gian thực hiện...........................................................................................28 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng iii 3.1.3 Thiết bị và dụng cụ ...........................................................................................28 3.2 Phương pháp thí nghiệm ........................................................................................29 3.2.1 Phân tích thành phần nguyên liệu.....................................................................29 3.2.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát động học vô hoạt enzyme glucoamylase ...................30 3.2.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm enzyme amylase và pectinase đến hiệu suất thu hồi và chất lượng (độ trong, độ rượu, tạp chất,…) rượu thành phẩm..........................................................................................31 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................34 4.1 Phân tích thành phần nguyên liệu ..........................................................................34 4.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát động học vô hoạt enzyme glucoamylase.........................34 4.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm enzyme glucoamylase và polygalacturonase đến hiệu suất thu hồi và chất lượng (độ trong, độ rượu, tạp chất,…) rượu thành phẩm.............................................................................36 CHƯƠNG V KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ .......................................................................46 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................48 PHỤ LỤC DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 1: Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase lên tinh bột ......................................10 Hình 2: Cơ chế tác dụng của enzyme amylase.............................................................12 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng iv Hình 3: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng....................................13 Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến tốc độ phản ứng.....................................14 Hình 5: Hình vẽ minh hoạ động học phản ứng vô hoạt enzyme bậc 1 ở các nhiệt độ khác nhau......................................................................................................................17 Hình 6: Hình vẽ minh hoạ ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ ......................17 Hình 7: Cơ chế tác dụng của các enyme pectinase lên pectin .....................................18 Hình 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến tốc độ phản ứng.....................................20 Hình 9: Máy đo pH ......................................................................................................28 Hình 10: Máy đo màu quang phổ hấp thụ....................................................................26 Hình 11: Bếp điện và thiết bi chưng cất ..................... Error! Bookmark not defined. Hình 12: Cồn kế, nhiệt kế.............................................................................................26 Hình 13: Bể điều nhiệt .................................................................................................28 Hình 14: Cân điện tử .................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 15: Nấm men .......................................................................................................29 Hình 16: Bố trí thí nghiệm động học vô hoạt enzyme glucoamylase ..........................31 Hình 17: Động học vô hoạt nhiệt của chế phẩm glucoamylase thương mại................35 Hình 19: Sản phẩm rượu vang chuối xiêm. Mẫu (ĐC, A, AP1,AP2, AP3) theo thứ tự từ trái sang phải ............................................................................................................37 Hình 20: Hàm lượng rượu sinh ra theo thời gian........................................................38 Hình 21: Kết quả khảo sát độ hấp thụ của rượu thành phẩm.......................................40 Hình 22: Mẫu phân tích hàm lượng methanol .............................................................40 Hình 23: Kết quả phân tích hàm lượng methanol trong sản phẩm (bước sóng 575nm)41 Hình 24: Kết quả phân tích hàm lượng andehyde trong sản phẩm..............................42 Hình 25: Kết quả phân tích hàm lượng đường tổng trong sản phẩm...........................43 Hình 26: Kết quả phân tích hàm lượng acid toàn phần trong sản phẩm......................43 DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 1: Thành phần dinh dưỡng của chuối (giá trị trung bình trong 100g ăn được) ....3 Bảng 2: Sự chuyển hoá tinh bột thành đường trong quá trình chín ...............................5 Bảng 3: Hàm lượng glucid của chuối xanh và chuối chín .............................................5 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng v Bảng 4: Sự biến đổi của chất pectin trong quá trình chín ..............................................6 Bảng 5: Sự biến đổi của acid trong quá trình chín.........................................................6 Bảng 6: Sự thay đổi của hàm ẩm chuối trong quá trình chín.........................................7 Bảng 7: Hàm lượng muối cho phép trong sản xuất rượu.............................................22 Bảng 8: Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu .....................................................34 Bảng 9: Hoạt tính còn lại của chế phẩm enzyme glucoamylase thương mại sau quá trình xử lý ở các nhiệt độ 68oC; nhiệt độ 71oC; nhiệt độ 74oC và nhiệt độ 77oC ........35 Bảng 10: Thông số động học vô hoạt enzyme glucoamylase ......................................36 Bảng 11: Hàm lượng rượu sinh ra theo thời gian trong quá trình lên men chính........38 Bảng 12: Kết quả phân tích độ hấp thụ ánh sáng của mẫu rượu thành phẩm đo ở bước sóng λ = 294 nm..................................................................................................39 Bảng 13: Kết quả phân tích hàm lượng methanol........................................................40 Bảng 14: Kết quả phân tích hàm lượng andehyde ......................................................41 Bảng 15: Kết quả phân tích hàm lượng đường ...........................................................42 Bảng 16: Kết quả phân tích hàm lượng acid toàn phần của sản phẩm .......................43 Bảng 17: Kết quả đánh giá cảm quan màu sắc và độ trong của sản phẩm ..................44 TÓM LƯỢC Tên đề tài thực hiện nghiên cứu “Sử dụng chế phẩm sinh học cải tiến chất lượng rượu vang chuối xiêm” . Tiến hành nghiên cứu thu được với hai thí nghiệm: - Thí nghiệm 1: Khảo sát động học vô hoạt enzyme glucoamylase Khảo sát nhiệt độ làm bất hoạt enzyme glucoamylase: 68oC, 71oC,74oC, 77oC, ứng với điều kiện pH 4,5. Thí nghiệm được tiến hành với 2 lần lặp lại. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng vi - Thí nghiệm 2 Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm enzyme glucoamylase và polygalacturonase đến hiệu suất thu hồi và chất lượng (độ trong, độ rượu, tạp chất,…) rượu thành phẩm. Thí nghiệm được tiến hành với 2 lần lặp lại Thí nghiệm được tiến hành với 5 mẫu DC là mẫu không có bổ sung enzyme A là mẫu chỉ có bổ sung enzyme glucoamylase với tỉ lệ 0,2% AP1 là mẫu bổ sung enzyme glucoamylase với tỉ lệ 0,2% và enzyme polygalacturonase với tỉ lệ 0,01% AP2 là mẫu bổ sung enzyme glucoamylase với tỉ lệ 0,2% và enzyme polygalacturonase với tỉ lệ 0,02% AP3 là mẫu bổ sung enzyme enzyme glucoamylase với tỉ lệ 0,2% và enzyme polygalacturonase với tỉ lệ 0,03% Kết quả: - Thí nghiệm 1: Sự vô hoạt đẳng nhiệt enzyme glucoamylase có nguồn gốc từ Aspergilus niger được mô tả bằng phương trình động học phản ứng bậc 1.Kết quả cho thấy khi nhiệt độ vô hoạt enzyme tăng thì hằng số tốc độ bị vô hoạt enzyme càng tăng. - Thí nghiệm 2: Mẫu thí nghiệm đạt tốt nhất là AP2 với điều kiện (đường hoá 60oC, pH 4,5, 1giờ; phối chế Brix 22%, pH 4,0; thanh trùng NaHSO3 140mg/1lít, 30 phút; cấy chủng nấm men 0,04%; lên men chính 10 ngày). Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 1 CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 GIỚI THIỆU Nước ta có khí hậu nhiệt đới nên nguồn trái cây phong phú quanh năm với nhiều loại trái cây đặc sản như: cam, bưới, chuối, xoài,…Đó là điều kiện thuận lợi để sản xuất nhiều loại sản phẩm như: mứt đông, nước ép, rượu vang, sữa, bánh kẹo, các sản phẩm sấy khô,… Ngày nay, các sản phẩm rượu vang từ trái cây cũng ngày càng phong phú về số lượng lẫn chất lượng: rượu vang dâu, rượu vang nho, rượu vang dứa, rượu vang sơri,… Rượu vang được chế biến từ các loại trái cây do lên men tự nhiên không qua chưng cất. Trong sản xuất rượu vang có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng rượu nhưng hiệu suất thu hồi và độ trong là 2 yếu tố quang trọng, vấn đề được đặt ra là phải có biện pháp làm tăng hiệu suất thu hồi và cải thiện độ trong của rượu vang. Do đó nhu cầu củ việc sử dụng chế phẩm sinh học để cải tiến chất lượng rượu vang chuói xiêm là cần thiết. Nhằm đa dạng hoá sản phẩm cũng như nâng cao giá trị kinh tế của nguyên liệu chuối, là nguồn nguyên liệu của đồng bằng sông Cửu Long với sản lượng lớn và dồi dào quanh năm, đây là điều kiện thuận lợi để sản xuất rượu chuối trên qui mô lớn. Bên cạnh đó, do nhu cầu thưởng thức của con người ngày càng tăng nên việc chế biến các sản phẩm rượu trái cây ngày càng đa dạng về số lượng lẫn chất lượng. Nguồn nguyên liệu chuối chứa nhiều chất dinh dưỡng và nhất là đường glucid (20,5%), protid (1,2%), lipid (0,3%), nước (75%),…rất thuận lợi cho việc sản xuất rượu vang, góp phần nâng cao giá trị kinh tế của chuối, cải thiện thu nhập cho nông dân và góp phần đa dạng hoá sản phẩm. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Sử dụng chế phẩm enzyme sinh học là enzyme amylase và enzyme pectinase để cải tiến chất lượng rượu vang chuối xiêm. Nội dung nghiên cứu bao gồm - Phân tích thành phần nguyên liệu - Khảo sát động học vô hoạt enzyme glucoamylase - Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm enzyme glucoamylase và polygalacturonase đến hiệu suất thu hồi và chất lượng (độ trong, độ rượu, tạp chất,…) rượu thành phẩm Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 2 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG CHUỐI XIÊM 2.1.1 Chuối xiêm Đại cương về nguyên liệu chuối Nguồn gốc Chuối bắt nguồn từ Đông Nam Á. Các giống chuối khác được bắt nguồn từ những vùng khác nhau nằm giữa Ấn Độ và Malaysia. Di tích lịch sử của cây chuối sớm nhất từ Ấn Độ (600÷500 năm trước công nguyên) nhưng vụ mùa xuất hiện ở đất nước này hàng ngàn năm trước đó. Cây chuối được đưa vào Nam Phi theo đường Madagascar khoảng 500 năm sau công nguyên, và lan tràn qua trung tâm nhiệt đới của lục địa Châu Âu về phía tây bờ biển, chúng đến Địa Trung Hải khoảng năm 650 sau công nguyên và đưa vào Thái Bình Dương bởi những du khách Polynesia, khoảng năm 1000 năm sau công nguyên sự du nhập đầu tiên đến New York được bắt đầu ở đảo Canary, nơi mà trái cây được đưa vào bởi du khách Bồ Đào Nha từ Tây Châu Phi. Ngày nay chuối được trồng khắp vùng nhiệt đới của hai bán cầu. Vùng chuối tập trung nhiều nhất thế giới là Trung và Nam Bắc Mỹ (65%) và sau đó là Đông Nam Á (24%). Các giống chuối Cây chuối thuộc họ Musa, thuộc bộ Scitamilases, họ Muoidae trong lớp đơn tử diệp loài Musa sống hoang dại trong một vùng liên nhiệt đới rộng lớn như Ấn Độ, Nêpan, Miến Điện, bán đảo Đông Dương, Malacca, Indonesia, Niu_Ghine và vài quần đảo phía đông Thái Bình Dương. Ở Việt Nam có nhiều loại chuối, trong đó có ba loại chính là: chuối tiêu (chuối già), chuối giống (chuối tây, chuối sứ, chuối xiêm) và chuối bom. Ngoài ra còn có chuối ngự, chuối cao, chuối lá, chuối hạt… Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng Thành phần hoá học của chuối chứa 70 ÷ 80% nước, 20 ÷ 30% chất khô, chủ yếu là glucide. Hàm lượng protein của chuối thấp (1 ÷ 1,8%), gồm 17 acid amin mà chủ yếu là histidin. Hàm lượng chất béo không đáng kể. Acid trong chuối (trung bình 0.2%) chủ yếu là acid malic và acid oxalic. Ngoài ra, chuối còn chứa các vitamin, carotene, B1, B2, B6, C, acid pantotenic, inositol, acid folic, muối khoáng, pectin, hợp chất polyphenol. Nước: hiện diện trong nguyên liệu dưới dạng nước tự do và nước liên kết. Glucid: tồn tại chủ yếu ở dạng tinh bột khi chuối còn xanh. Chuối càng chín tinh bột chuyển dần sang đường. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 3 Acid hữu cơ: acid hữu cơ có chủ yếu trong chuối là acid malic và acid oxalic (chỉ xuất hiện trong chuối chín). Tanin: là thành phần chưa rõ nhưng thường chứa nhóm phenol (diphenol, pyrocatechol, resorcinol, hydroquinone, triphenol, pyrogollol, phyloroglucinol) thường ở dạng phức hợp với các chất nhầy. Phytin: ở dạng muối của Ca, Mg với acid phylic (inositol, acid hexaphotphoric). Protein: ngoài albumin, globulin còn có glutein, protease, prolamin. Lipid: không đáng kể thành phần chưa biết rõ có thể chứa sirotirol. Tro: gồm Si, S, Ca, Mg, Fe, P, Cl, K, Na, Al, Zn, Cu ở dạng hợp chất oxyt. Cấu tử bay hơi: mùi hương chuối tạo nên cho quá trình chín có thể do một vài loại rượu và ester tạo nên như: ester của acid acetic, acid butyric. Ngoài ra còn có một lượng đáng kể aldehyde, rượu ethyl và methyl. Sắc tố: gồm chlorophyl và carotene, ngoài ra còn có flavone, anthocianine trong lớp nhựa vỏ. Enzyme: trong chuối có nhiều enzyme polyphenoloxydase, perosidase là yếu tố gây sẫm màu sản phẩm chuối. Chuối cung cấp nhiều năng lượng, chất bột đường, nhiều vitamin… dễ tiêu hoá. Bảng 1: Thành phần dinh dưỡng của chuối (giá trị trung bình trong 100g ăn được) Thành phần gam (g) Glucid 20,5 Protid 1,2 Lipid 0,3 Nước 75 Thành phần khác 2,0 Tro mg K 385,000 P 22,000 Ca 8,000 Mg 30,000 Na 1,000 Fe 0,400 Cu 0,110 Zn 0,190 Mn 0,300 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 4 Vitamin mg Vitamin C (Acid ascorbic) 12,00 Pro vitamin A (caroten) 0,150 Vitamin B1 (thiamin) 0,040 Vitamin B2 (riboflavin) 0,040 Vitamin B3 hoặc PP (niconamid) 0,610 Vitamin B5 (acid phantothenic) 0,280 Vitamin B6 (pyridoxin) 0,500 Vitamin H (biotin) 0,003 Vitam