Luận văn Nghiên cứu quy trình sản xuất men bánh mì khô bằng phương pháp sấy thăng hoa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT MEN BÁNH MÌ KHÔ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY THĂNG HOA Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2001 – 2005 Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN BÌNH Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 08/2005 iii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************ NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT MEN BÁNH MÌ KHÔ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY THĂNG HOA Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. TRƢƠNG VĨNH LÊ VĂN BÌNH Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 08/2005 iii LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm tạ:  Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại trƣờng.  TS. Trƣơng Vĩnh đã hết lòng hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp.  Ban Giám Đốc Trung Tâm Phân Tích Thí Nghiệm Hóa Sinh - Trƣờng Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.  Ban chủ nhiệm, Thầy Cô khoa Công Nghệ Thực Phẩm.  Các Anh Chị tại Trung Tâm Phân Tích Thí Nghiệm Hóa Sinh đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian thực tập tốt nghiệp.  Các bạn bè thân yêu của lớp công nghệ sinh học khóa 27 đã chia xẻ cùng tôi những vui buồn trong thời gian học cũng nhƣ hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập.  Các bạn bè ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp. Thành phố Hồ Chí Minh tháng 08/2005 Lê Văn Bình iv TÓM TẮT LÊ VĂN BÌNH, Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. Tháng 03/2005. “ NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT MEN BÁNH MÌ KHÔ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY THĂNG HOA”. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. TRƢƠNG VĨNH Đề tài đƣợc thực hiện trên đối tƣợng là nấm men Saccharomyces cerevisiae. Nấm men Saccharomyces cerevisiae đƣợc sử dụng nhƣ là tác nhân làm nở bột trong quá trình sản xuất bánh mì, đƣợc gọi là men bánh mì. Có hai loại men đƣợc sử dụng phổ biến là men nhão (men paste) và men khô. So với men khô, men paste có hoạt tính nhanh, mạnh, nhƣng men paste rất dễ hƣ hỏng và mất hoạt tính sau vài tuần đóng gói, phải bảo quản ở điều kiện lạnh. Trong khi đó, men khô có thể bảo quản đến một năm ở nhiệt độ phòng và kéo dài hơn khi giữ ở nhiệt độ lạnh. Do đó, em đã áp dụng phƣơng pháp sấy thăng hoa nhằm sản xuất đƣợc loại men khô đạt yêu cầu về ẩm độ bảo quản, đồng thời đảm bảo tƣơng đối toàn vẹn hoạt tính men. Trong quá trình sấy thì nhiệt độ ảnh hƣởng rất lớn đến sự chết nấm men, vì vậy em nghiên cứu động học chết nhiệt nấm men S. cerevisiae ở ba mức nhiệt độ là 4oC, -20oC, -68oC và khảo sát khả năng bảo vệ men của chất mang (sữa gạn kem, mật ong và bột ngọt) trong quá trình sấy thăng hoa. Những kết quả đạt đƣợc:  Hệ số chết nhiệt k của nấm men ở mức ẩm 80% cao hơn ở mức ẩm 70% khoảng 2 – 4 lần, ở nhiệt độ -20oC thì tốc độ chết nấm men cao hơn ở nhiệt độ -68oC và 4 o C.  Xác định đƣợc hai công thức pha chế chất mang bảo vệ tốt nấm men lúc sấy thăng hoa: o 10% sữa gạn kem + 10% mật ong + 5% bột ngọt o 20% sữa gạn kem + 5% mật ong + 5% bột ngọt  Chế độ sấy thăng hoa thích hợp. v MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Trang tựa Lời cảm tạ ..................................................................................................................... iii Tóm tắt ............................................................................................................................ iv Mục lục ........................................................................................................................... v Danh sách các bảng ....................................................................................................... ix Danh sách các hình ........................................................................................................ xi Danh sách các biểu đồ ................................................................................................ xiii Chƣơng 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1 1.2. Mục đích của đề tài ................................................................................................. 2 1.3. Yêu cầu của đề tài ................................................................................................... 2 Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 3 2.1. Quá trình sấy ........................................................................................................... 3 2.1.1. Bản chất của quá trình sấy ................................................................................. 3 2.1.2. Các phƣơng pháp làm khô vật liệu .................................................................... 3 2.1.3. Tốc độ sấy .......................................................................................................... 4 2.1.4. Trạng thái ẩm trong vật liệu ............................................................................... 5 2.2. Sấy thăng hoa .......................................................................................................... 6 2.2.1. Nguyên lý chung ................................................................................................ 6 2.2.2. Cấu tạo của máy sấy thăng hoa .......................................................................... 8 2.2.3. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp sấy thăng hoa............................................. 12 2.2.4. Ứng dụng của phƣơng pháp sấy thăng hoa ...................................................... 12 2.2.5. Máy sấy thăng hoa đƣợc sử dụng trong nghiên cứu ........................................ 13 2.2.5.1. Cấu tạo của máy lyopro 6000 ................................................................... 13 2.2.5.2. Các bƣớc vận hành máy ............................................................................ 14 vi 2.2.6. Cơ sở lý thuyết về kỹ thuật lạnh và lạnh đông thực phẩm .............................. 15 2.2.6.1. Khái niệm về lạnh ..................................................................................... 15 2.2.6.2. Chế độ làm lạnh ........................................................................................ 15 2.2.6.3. Phân biệt lạnh thƣờng, lạnh đông, lạnh thâm độ và lạnh tuyệt đối ........... 16 2.2.6.4. Kỹ thuật làm lạnh đông thực phẩm ........................................................... 16 2.2.6.5. Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với hoạt động của vi sinh vật .................. 18 2.3. Giới thiệu sơ lƣợc về nấm men ............................................................................ 19 2.3.1. Phân loại nấm men ........................................................................................... 19 2.3.2. Đặc điểm hình thái và cấu tạo tế bào nấm men ............................................... 20 2.3.2.1. Hình thái tế bào ......................................................................................... 20 2.3.2.2. Cấu tạo tế bào ............................................................................................ 20 2.3.3. Thành phần hóa học của tế bào nấm men ........................................................ 22 2.3.4. Chu kỳ sinh sản của nấm Saccharomyces ceresiviae ...................................... 23 2.4. Công nghệ sản xuất men bánh mì ....................................................................... 24 2.4.1. Sơ lƣợc tiến trình sản xuất men bánh mì trên thế giới ..................................... 24 2.4.2. Tình hình sản xuất men bánh mì ở Việt Nam .................................................. 26 2.4.3. Vai trò của nấm men trong sản xuất bánh mì .................................................. 26 2.4.3.1. Nấm men dạng lỏng .................................................................................. 27 2.4.3.2. Nấm men dạng paste ................................................................................. 28 2.4.3.3. Nấm men khô ............................................................................................ 29 2.4.3.4. Công nghệ sản xuất .................................................................................. 30 2.5. Chất phụ gia .......................................................................................................... 32 2.5.1. Polysaccharic ................................................................................................... 33 2.5.2. Dextran ............................................................................................................. 33 2.5.3. Bột ngọt ............................................................................................................ 33 2.5.4. Trehalose .......................................................................................................... 34 2.5.5. Hiệu quả bảo vệ của các chất ........................................................................... 34 2.6. Động học chết nhiệt nấm men Saccharomyces cerevisiae ................................. 37 2.6.1. Giới thiệu sơ lƣợc ............................................................................................ 37 vii 2.6.2. Mô hình toán học ............................................................................................. 38 Chƣơng 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 39 3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài ............................................................... 39 3.2. Vật liệu và thiết bị sử dụng .................................................................................. 39 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 39 3.2.2. Thiết bị thí nghiệm ........................................................................................... 39 3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm ..................................................................................... 40 3.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu ...................................................................................... 40 3.3.2. Thí nghiệm 1: Khảo sát động học chết nhiệt nấm men Saccharomyces cerevisiae .................................................................................................................................... 40 3.3.3. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của chất mang và chế độ sấy đến sự chết nhiệt của men qua sấy thăng hoa. ....................................................................................... 42 3.3.3.1. Thí nghiệm 2.1. Ảnh hƣởng của chất mang và nhiệt độ cấp đông đến chất lƣợng men khi sấy thăng hoa 6 giờ, cấp đông gián tiếp........................................ 42 3.3.3.2. Thí nghiệm 2.2: Ảnh hƣởng của chất mang đến chất lƣợng men khi sấy thăng hoa 24 giờ, cấp đông gián tiếp ............................................................................... 44 3.4. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu ..................................................................... 45 3.4.1. Xác định ẩm độ men ........................................................................................ 45 3.4.2. Phƣơng pháp xác định trực tiếp số lƣợng tế bào bằng buồng đếm hồng cầu .. 45 3.4.3. Xác định lực nở ................................................................................................ 47 3.4.4. Tìm k, D, z ....................................................................................................... 48 3.4.4.1. Các khái niệm ............................................................................................ 48 3.4.4.2. Tính toán trên kết quả thu đƣợc ................................................................ 48 3.5. Xử lý số liệu ........................................................................................................... 48 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................. 49 4.1. Nghiên cứu động học chết nhiệt nấm men Saccharomyces cerevisiae trong men bánh mì. ........................................................................................................................ 49 4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của chất mang và chế độ sấy đến một số tính chất men bánh mì khô thu đƣợc bằng phƣơng pháp sấy thăng hoa ....................................... 52 viii 4.2.1. Thí nghiệm 1: Ảnh hƣởng của chất mang và nhiệt độ cấp đông đến chất lƣợng men khi sấy thăng hoa 6 giờ, cấp đông gián tiếp ....................................................... 52 4.2.2. Thí nghiệm 2: Ảnh hƣởng của chất mang đến chất lƣợng men khi sấy thăng hoa 24 giờ, cấp đông gián tiếp .......................................................................................... 58 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................... 64 5.1. Kết luận ................................................................................................................. 64 5.2. Đề nghị ................................................................................................................... 65 Chƣơng 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 66 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 69 Phụ lục A: Số liệu thô .................................................................................................. 69 Phụ lục B: Cách pha chế phụ gia ............................................................................... 73 Phụ lục C: Kết quả phân tích ANOVA ..................................................................... 74 Phụ lục D: Hình ảnh bột men và bột mì tƣơng ứng cho từng nghiệm thức .......... 76 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.2.1. Liệt kê chi tiết về kỹ thuật của máy .......................................................... 14 Bảng 2.5.1. Mức độ sống (%) của S. cerevisiae sau đông khô khi có bổ sung một số chất mang ở ba tốc độ làm lạnh ............................................................................................. 32 Bảng 3.3.1. Bố trí thí nghiệm 1.1, mức ẩm 70% .......................................................... 41 Bảng 3.3.2. Bố trí thí nghiệm 1.2, mức ẩm 80% .......................................................... 42 Bảng 3.3.3. Bố trí thí nghiệm 2.1 .................................................................................. 43 Bảng 3.3.4. Bố trí thí nghiệm 2.2 ................................................................................. 45 Bảng 4.1. Bảng hệ số chết nhiệt k và hệ số tƣơng quan R2 của nấm men bánh mì tƣơng ứng với từng nhiệt độ xử lý ở các ẩm độ khác nhau ..................................................... 51 Bảng 4.2. Các giá trị D cho từng nhiệt độ .................................................................... 52 Bảng 4.3. Các giá trị Z70 và Z80 .................................................................................... 52 Bảng 4.4. Kết quả ẩm độ của các nghiệm thức A, B, C và D khi sấy 6 giờ.................. 53 Bảng 4.5. Kết quả đếm số tế bào nấm men của các nghiệm thức A, B, C và D khi sấy 6 giờ ............................................................................................................................... 55 Bảng 4.6. Kết quả hoạt tính men của các nghiệm thức A, B, C và D khi sấy 6 giờ ..... 57 Bảng 4.7. Kết quả ẩm độ của các ngiệm thức D, E, F, G, H và I khi sấy 24 giờ .......... 58 Bảng 4.8. Kết quả đếm số tế bào nấm men của các nghiệm thức D, E, F, G, H và I khi sấy 24 giờ ....................................................................................................................... 60 Bảng 4.9. Kết quả hoạt tính men của các nghiệm thức D, E, F, G, H và I khi sấy 24 giờ ....................................................................................................................................... 62 Bảng A.1. Kết quả đếm số tế bào nấm men trên men paste, bảo quản (1oC – 10oC) sau 15 ngày kể từ ngày sản xuất, sau các thời gian xử lý nhiệt, ẩm độ men 70% ............... 69 Bảng A.2. Kết quả đếm số tế bào nấm men trên men paste, bảo quản (1oC – 10oC) sau 15 ngày kể từ ngày sản xuất, sau các thời gian xử lý nhiệt, ẩm độ men 80% .............. 70 x Bảng A.3. Kết quả đếm số tế bào nấm men trên men paste mới sản xuất, sau các thời gian xử lý nhiệt, ẩm độ men 70% .................................................................................. 71 Bảng A.4. Kết quả các chỉ tiêu của sản phẩm nấm men sau khi sấy 6 giờ, ở hai nhiệt độ đông mẫu là -20oC và -68oC cho từng nghiệm thức A, B, C và D ................................ 71 Bảng A.5. Kết quả các chỉ tiêu của sản phẩm nấm men sau khi sấy 24 giờ, ở nhiệt độ đông mẫu -68oC cho từng nghiệm thức D, E, F, G, H và I ........................................... 72 Bảng C.1. Bảng phân tích ANOVA ở nhiệt độ 4oC, ẩm độ 70% .................................. 74 Bảng C.2. Bảng phân tích ANOVA ở nhiệt độ 4oC, ẩm độ 80% .................................. 74 Bảng C.3. Bảng phân tích ANOVA ở nhiệt độ -20oC, ẩm độ 70%............................... 74 Bảng C.4. Bảng phân tích ANOVA ở nhiệt độ -20oC, ẩm độ 80%............................... 74 Bảng C.5. Bảng phân tích ANOVA ở nhiệt độ -68oC, ẩm độ 70%............................... 75 Bảng C.6. Bảng phân tích ANOVA ở nhiệt độ -68oC, ẩm độ 80%............................... 75 Bảng C.7. Bảng phân tích ANOVA giữa số tế bào sống /1 gram men sản phẩm sấy và độ nở khi sấy 6 giờ ........................................................................................................ 75 Bảng C.8. Bảng phân tích ANOVA giữa số tế bào sống /1 gram men sản phẩm sấy và độ nở khi sấy 24 giờ ...................................................................................................... 75 xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.2.1. Biểu diễn đồ thị chuyển pha của nƣớc trên tọa độ p – t .............................. 6 Hình 2.2.2. Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa chu kỳ sử dụng trong công nghiệp thực phẩm ............................................................................................................................... 9 Hình 2.2.3. Cấu tạo của bình thăng hoa ........................................................................ 10 Hình 2.2.4. Cấu tạo của bình ngƣng – đóng băng ........................................................ 10 Hình 2.2.5. Nguyên lý cấu tạo của máy sấy thăng hoa làm việc gián đoạn ................. 11 Hình 2.2.6. Nguyên lý cấu tạo của máy sấy thăng hoa làm việc liên tục ..................... 11 Hình 2.2.7. Máy sấy thăng hoa Lyopro 6000 ............................................................... 13 Hình 2.3.1. Hình thái tế bào nấm men .......................................................................... 20 Hình 2.3.2. Chu trình phát triển của S. cerevisiae ......................................................... 23 Hình 2.4.1. Cấu trúc xốp trong khối bột ........................................................................ 27 Hình 2.4.2. Men bánh mì dạng paste ............................................................................ 28 Hình 2.4.3. Men bánh mì dạng khô .............................................................................. 29 Hình 2.4.4. Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất nấm men bánh mì .............................. 31 Hình 4.1. Bột men các nghiệm thức A, B, C và D khi đông mẫu ở nhiệt độ -20oC .... 54 H