Luận văn Nghiên cứu tận dụng bã men bia để chế biến men chiết xuất dùng làm thành phẩn bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ****0O0**** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÃ MEN BIA ĐỂ CHẾ BIẾN MEN CHIẾT XUẤT DÙNG LÀM THÀNH PHẨN BỔ SUNG VÀO MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2001 – 2005 Sinh viên thực hiện : ĐẶNG NGỌC THÙY DƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh 09/2005 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ****0O0**** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÃ MEN BIA ĐỂ CHẾ BIẾN MEN CHIẾT XUẤT DÙNG LÀM THÀNH PHẨN BỔ SUNG VÀO MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Ths. VƯƠNG THỊ VIỆT HOA ĐẶNG NGỌC THÙY DƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh 09/2005 3 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ¾ Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh. ¾ Ban chủ nhiệm bộ môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. ¾ Cô Ths.Vương Thị Việt Hoa và cô Phạm Lệ Hòa đã hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt quá trình thực tập và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. ¾ Ban giám đốc công ty cổ phần bia Vicco – Sài Gòn. ¾ Các thầy cô trong phòng thí nghiệm vi sinh thuộc khoa Công Nghệ Thực Phẩm và phòng phân tích đất – bộ môn Nông Hóa Thổ Nhưỡng – khoa Nông Học. ¾ Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ đã sinh thành, dạy dỗ và ủng hộ tinh thần cho con. ¾ Cảm ơn bạn Nguyễn Thị Hải Sự và các bạn lớp Công Nghệ Sinh Học 27 đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp. 4 TÓM TẮT Đề tài “Bước đầu nghiên cứu tận dụng bã men bia để chế biến men chiết xuất dùng làm thành phần bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh” được thực hiện từ 02/2005 – 08/2005 tại phòng thí nghiệm vi sinh – khoa Công Nghệ Thực Phẩm và phòng phân tích đất – khoa Nông Học. Đề tài do sinh viên Đặng Ngọc Thùy Dương thực hiện với sự hướng dẫn của Ths. Vương Thị Việt Hoa – giảng viên khoa Công Nghệ Thực Phẩm. Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nấm men bia – phế liệu của ngành sản xuất bia. Nấm men bia tuy là phế phẩm nhưng có giá trị dinh dưỡng cao và men chiết xuất từ nấm men bia gồm nhiều sản phẩm rất có giá trị kinh tế như dịch chiết nấm men (yeast extract), dịch tự phân nấm men (yeast autolysate), dịch vách tế bào nấm men (Yeast cell wall), hay dịch chiết nấm men chứa nucleotide tự nhiên đã được sản xuất rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay giá trị to lớn của bã men bia vẫn chưa được khai thác một cách thỏa đáng. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài này nhằm mục đích đưa ra hướng giải quyết tận dụng bã men bia dư thừa như là nguồn nguyên liệu để sản xuất men chiết xuất làm môi trường nuôi cấy vi sinh. Đề tài gồm 4 thí nghiệm. Thí nghiệm 1: Xác định quy trình thử nghiệm sản xuất dịch thủy phân nấm men Để chọn được quy trình thủy phân nấm men đạt hiệu quả cao nhất, thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên với hai quy trình thử nghiệm và 3 lần lặp lại. Quy trình sản xuất 1: sản xuất dung dịch acid amine theo phương pháp hóa giải. Quy trình sản xuất 2: sản xuất dung dịch acid amine theo phương pháp kết hợp giữa tự phân và hóa giải. Mỗi nghiệm thức được kiểm tra các chỉ tiêu: đạm tổng số, đạm formol, tỷ lệ đạm formol/tổng số. Kết quả thí nghiệm: chúng tôi đã xác định quy trình sản xuất 2 là quy trình sản xuất dịch thủy phân cho hiệu quả cao. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng acid HCl đđ lên hiệu quả của quá trình thủy phân Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HCl đđ, chúng tôi tiến hành bố trí thí nghiệm theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố với 3 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần. ¾ Yếu tố cố định - Nhiệt độ thủy phân, 1000C. - Thời gian thủy phân 8 h. ¾ Yếu tố thay đổi - Hàm lượng HCl đđ dùng để thủy phân nấm men: 4 %, 6 %, 8 %. ¾ Mỗi nghiệm thức được kiểm tra các chỉ tiêu: đạm tổng số, đạm formol, tỷ lệ đạm formol/tổng số. 5 ¾ Kết quả thí nghiệm: chúng tôi đã xác định được hàm lượng HCl đđ thủy phân cho hiệu quả cao là 6 %. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân lên hiệu quả của quá trình thủy phân Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên 2 yếu tố, gồm 12 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức 3 lần lặp lại. ¾ Yếu tố cố định - Hàm lượng acid HCl đđ. ¾ Yếu tố thay đổi - Thời gian thủy phân: 6 h, 8 h, 10 h, 12 h. - Nhiệt độ thủy phân: 60oC, 100oC, 110oC. ¾ Mỗi nghiệm thức được kiểm tra các chỉ tiêu: đạm tổng số, đạm formol, tỷ lệ đạm formol/tổng số. ¾ Kết quả thí nghiệm: chúng tôi đã xác định được: ở hàm lượng HCl đđ 6 % thì nhiệt độ 1000C, thời gian 8 h cho ra dung dịch thủy phân tốt và hiệu quả của quá trình thủy phân cao. Thí nghiệm 4: Thử nghiệm ứng dụng men chiết xuất làm thành phần của môi trường nuôi cấy vi sinh Chúng tôi tiến hành bố trí thử nghiệm khả năng ứng dụng men chiết xuất dạng bột làm thành phần bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh. Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố với 3 nghiệm thức thử nghiệm trên chủng vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus có trong sữa chua. ¾ Bố trí thí nghiệm - Nghiệm thức 1: cấy phân lập vi khuẩn trong sữa chua lên môi trường MRS không có men chiết xuất. - Nghiệm thức 2: cấy phân lập vi khuẩn trong sữa chua lên môi trường MRS có bổ sung 5 % men chiết xuất thương phẩm. - Nghiệm thức 3: cấy phân lập vi khuẩn trong sữa chua lên môi trường MRS có bổ sung 5 % men chiết xuất do chúng tôi sản xuất. ¾ Cách đánh giá: Xem có khuẩn lạc của vi khuẩn mọc hay không. ¾ Kết quả thu được cho thấy sản phẩm men chiết xuất do chúng tôi sản xuất có thể dùng làm thành phần bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh. 6 MỤC LỤC CHƯƠNG TRANG Trang tựa Lời cảm ơn ................................................................................................................. iii Tóm tắt ....................................................................................................................... iv Mục lục....................................................................................................................... vi Danh sách các chữ viết tắt........................................................................................ viii Danh sách các bảng.................................................................................................... ix Danh sách các hình.......................................................................................................x 1- MỞ ĐẦU 1.1- Đặt vấn đề .......................................................................................................1 1.2- Mục tiêu ..........................................................................................................2 1.3- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................2 1.4- Nội dung thực hiện .........................................................................................2 2- TỔNG QUAN 2.1- Phế liệu sản xuất bia .......................................................................................3 2.1.1- Bã malt ...................................................................................................3 2.1.2- Mầm malt ...............................................................................................4 2.1.3- Cặn protein.............................................................................................5 2.1.4- Các phế liệu hạt .....................................................................................6 2.1.5- CO2 của lên men bia ..............................................................................7 2.1.6- Nấm men bia..........................................................................................7 2.2- Các hướng tận dụng nấm men bia ..................................................................9 2.2.1- Sản xuất men khô.................................................................................10 2.2.1.1- Mục đích của việc sấy khô men tươi ......................................10 2.2.1.2- Ứng dụng của men sấy khô ....................................................10 2.2.2- Sản xuất men chiết xuất .......................................................................11 2.2.2.1- Phương pháp hóa giải .............................................................11 2.2.2.2- Phương pháp tự phân ..............................................................12 2.3- Một số các sản phẩm tiêu biểu của men chiết xuất ......................................14 2.3.1- Yeast extract ........................................................................................14 2.3.2- Yeast extract chứa nucleotide tự nhiên................................................18 2.3.3- Yeast autolysate ...................................................................................18 2.3.4- Vách tế bào nấm men ..........................................................................19 2.4- Giới thiệu sơ lược về sấy phun .....................................................................20 2.4.1- Nguyên lý chung.................................................................................20 2.4.2- Ưu nhược điểm của quá trình sấy phun..............................................21 2.4.3- Ứng dụng của kỹ thuật sấy phun ........................................................22 2.4.4- Hệ thống sấy phun được sử dụng trong nghiên cứu ...........................22 3- VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1- Địa điểm và vật liệu nghiên cứu ...................................................................23 3.1.1- Địa điểm thực hiện...............................................................................23 7 3.1.2- Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm............................................................23 3.1.3- Hóa chất và dụng cụ sử dụng...............................................................23 3.1.4- Nguyên vật liệu....................................................................................23 3.2- Phương pháp thí nghiệm...............................................................................24 3.2.1- Thí nghiệm 1: Xác định quy trình thử nghiệm sản xuất dịch thủy phân nấm men ..............................................................................24 3.2.2- Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng acid lên hiệu quả của quá trình thủy phân .........................................................26 3.2.3- Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân lên hiệu quả thủy phân ................................................27 3.2.4- Thí nghiệm 4: Kiểm tra chất lượng của men chiết xuất ......................28 3.3- Các chỉ tiêu kiểm tra .....................................................................................28 3.3.1- Chỉ tiêu theo dõi chất lượng dịch thủy phân........................................28 3.3.2- Chỉ tiêu về hiệu quả của quá trình thủy phân ......................................28 4- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1- Thí nghiệm 1: Xác định quy trình thử nghiệm sản xuất dịch thủy phân nấm men ......................................................................................29 4.1.1- Hàm lượng đạm formol của 2 quy trình sản xuất ................................29 4.1.2- Hàm lượng đạm tổng số của 2 quy trình sản xuất ...............................30 4.1.3- Tỷ lệ đạm formol/đạm tổng số của 2 quy trình sản xuất .....................31 4.2- Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng acid lên hiệu quả của quá trình thủy phân ..................................................................31 4.2.1- Ảnh hưởng của hàm lượng acid lên đạm formol .................................32 4.2.2- Ảnh hưởng của hàm lượng acid lên đạm tổng số ................................33 4.2.1- Ảnh hưởng của hàm lượng acid lên tỷ lệ đạm formol trong sản phẩm thủy phân ..............................................................................34 4.3- Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân lên hiệu quả thủy phân ........................................................34 4.3.1- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân lên đạm formol ....................................................................................35 4.3.2- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân lên đạm tổng số ..................................................................................36 4.3.3- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân lên tỷ lệ đạm formol/đạm tổng số ........................................................37 4.4- Quy trình sản xuất thử nghiệm men chiết xuất.............................................38 4.5- Thí nghiệm 4: Kiểm tra chất lượng của men chiết xuất ...............................40 5- KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1- Kết luận.........................................................................................................42 5.2- Đề nghị..........................................................................................................42 6- TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................43 7- PHỤ LỤC ..............................................................................................................45 8 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AMP : Adenosine mono phosphate CMP : Cytidine mono phosphate Eurasyp : European Association for Specially Yeast Products GMP : Guanosine mono phosphate HCl đđ : HCl đậm đặc H2SO4 đđ : H2SO4đậm đặc IMP : Inosine mono phosphate MOS : Mannan – Oligo – Saccharide RNA : Ribonucleic acid UMP : Uridile mono phosphate 9 DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Thành phần bã malt .....................................................................................3 Bảng 2.2: Thành phần trung bình của tro.....................................................................4 Bảng 2.3: Thành phần hóa học của mầm malt .............................................................4 Bảng 2.4: Hàm lượng vitamin của nấm men sấy khô .................................................8 Bảng 2.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả tự phân của nấm men ...................13 Bảng 2.6: Thành phần amino acid trong yeast extract..............................................17 Bảng 2.7: Thành phần vitamin trong yeast extract ..................................................17 Bảng 4.1: Các hàm lượng đạm của 2 quy trình sản xuất ..........................................29 Bảng 4.2: Ảnh hưởng của hàm lượng acid lên hiệu quả của quá trình thủy phân ....32 Bảng 4.3: Sự biến thiên của các chỉ tiêu khảo sát ở các nhiệt độ thủy phân dưới tác dụng thủy phân của HCl (6 %) trong mối quan hệ với yếu tố thời gian .35 Bảng 4.4: Thành phần acid amine trong dịch thủy phân nấm men bia và trong men chiết xuất thành phẩm ..........................................................40 Bảng 4.5: Kết quả cấy vi khuẩn cấy phân lập vi khuẩn sau 24 giờ ..........................41 10 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ sản xuất yeast extract ở Anh dùng cho men bánh mì .....................16 Hình 2.2: Cấu tạo vách tế bào nấm men ....................................................................19 Hình 2.3: Máy sấy phun SD-5 ...................................................................................22 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất 1 .........................................................................24 Hình 3.2: Sơ đồ quy trình sản xuất 2 .........................................................................25 Hình 4.1: Sản phẩm men chiết xuất dạng bột ...........................................................39 Hình 4.2: Kết quả cấy phân lập vi khuẩn trong sữa chua sau 24 h ...........................41 Biểu đồ 4.1: Sự biến thiên đạm formol trong 2 quy trình sản xuất ...........................29 Biểu đồ 4.2: Sự biến thiên đạm tổng số trong 2 quy trình sản xuất...........................30 Biểu đồ 4.3: Sự biến thiên tỷ lệ đạm formol/đạm tổng số trong 2 quy trình sản xuất ..................................................................................31 Biểu đồ 4.4: Hàm lượng đạm formol biến thiên theo hàm lượng acid ......................32 Biểu đồ 4.5: Hàm lượng đạm tổng số biến thiên theo hàm lượng acid .....................33 Biểu đồ 4.6: Tỷ lệ đạm fomone trong dịch thủy phân biến thiên theo hàm lượng HCl.............................................................................34 Biểu đồ 4.7: Sự biến thiên của hàm lượng đạm formol ở các nhiệt độ thủy phân trong mối quan hệ với yếu tố thời gian thủy phân ..............35 Biểu đồ 4.8: Sự biến thiên của hàm lượng đạm tổng số ở các nhiệt độ thủy phân trong mối quan hệ với yếu tố thời gian thủy phân ...............36 Biểu đồ 4.9: Sự biến thiên của tỷ lệ đạm formol/đạm tổng số ở các nhiệt độ thủy phân trong mối quan hệ với yếu tố thời gian thủy phân ..........37 11 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1- Đặt vấn đề Ngày nay công nghệ sản xuất và thị trường tiêu thụ bia ngày càng phát triển, sản lượng bia được tạo ra với một số lượng lớn, kéo theo lượng bã men bia thải ra cũng tăng. Bã men bia chứa rất nhiều tế bào nấm men, và trong tế bào nấm men lại chứa rất nhiều các chất dinh dưỡng có giá trị nổi bật như protein và vitamin, đặc biệt là các vitamin nhóm B. Hàm lượng protein của nấm men dao động trong khoảng từ 40 – 60 % vật chất khô tế bào. Về tính chất thì protein nấm men gần giống protein có nguồn gốc từ động vật, chứa khoảng 20 acid amine, trong đó có đủ các acid amine thiết yếu. Vì vậy, đối với các nhà máy bia nước ngoài người ta thường sử dụng lại bã men bia này để tạo ra men chiết xuất được sử dụng như là một chất điều vị trong chế biến thực phẩm hay làm thành phần cung cấp nguồn nitrogen và các chất kích thích sinh trưởng vào môi trường nuôi cấy vi sinh. Men chiết xuất gồm các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao như dịch chiết nấm men (yeast extract), dịch tự phân nấm men (yeast autolysate), dịch vách tế bào nấm men (yeast cell wall), hay dịch chiết nấm men chứa nucleotide tự nhiên. Ở Việt Nam hiện nay các nhà máy sản xuất bia vẫn chưa ứng dụng bã men bia thải ra một cách có hiệu quả mà chỉ thải ra môi trường bên ngoài, điều này sẽ gây ô nhiễm môi trường vì chất thải men bia có hàm lượng COD rất cao. Nếu như chúng ta cũng nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật xử lý bã men bia và kỹ thuật sản xuất các sản phẩm từ bã men bia thì sẽ giải quyết được rất nhiều vấn đề như: giảm ô nhiễm môi trường – chủ yếu là ô nhiễm nước thải, đem lại hiệu quả kinh tế – giảm giá thành bia nhờ giảm chi phí đầu tư vào máy móc xử lý chất thải và tận dụng hiệu quả các sản phẩm phụ để tạo ra nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Vì những lý do trên nên chúng tôi thực hiện đề tài dưới sự hướng dẫn của cô Vương Thị Việt Hoa: “Nghiên cứu tận dụng bã men bia để chế biến men chiết xuất dùng làm thành phần bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh”. 12 1.2- Mục tiêu - Xây dựng được quy trình sản xuất men chiết xuất từ nấm men có trong bã men bia. 1.3- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: nấm men có trong bã men bia. - Phạm vi nghiên cứu: do hạn chế về thời gian và kinh phí thực hiện nên chúng tôi chỉ nghiên cứu sản xuất men chiết xuất trong phạm vi phòng thí nghiệm và tất cả các thí nghiệm được thực hiện chung với bạn Nguyễn Thị Hải Sự thuộc khoa Công Nghệ Thực Phẩm khóa 27. 1.4- Nội dung thực hiện - Xác định quy trình sản xuất dịch thủy phân nấm men bia đạt hiệu quả cao. - Khảo sát các thông số cho quá trình thủy phân đạt hiệu quả tốt như: hàm lượng acid HCl đđ, nhiệt độ và thời gian thủy phân. - Sấ