Nghiên Cứu Quy Trình Chế Biến Cao Nấm Men Từ Bã Men Bia

Nấm men là nguồn thức ăn bổ sung giá trị cao, không cholesterol. 67 trang · Đại học Thái Nguyên · 2014.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hồng Vân
• Người hướng dẫn: ThS. Phạm Thị Thu Hiền
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Chế Biến Cao Nấm Men Từ Bã Men Bia
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục đích và yêu cầu
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.2.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về bã men bia
• 2.1.1. Khái niệm và nguồn gốc
• 2.1.2. Cấu tạo của tế bào nấm men
• 2.1.3. Sản lượng bia của Việt Nam hiện nay
• 2.1.4. Thành phần hóa học của bã men bia
• 2.1.5. Các hướng tận dụng bã men bia
• 2.2. Tổng quan về cao nấm men
• 2.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.2.2. Tình hình nghiên cứu cao nấm men trên thế giới
• 2.2.3. Thành phần hóa học của cao nấm men
• 2.2.4. Ứng dụng của cao nấm men
• 2.3. Tổng quan về phương pháp sấy
• 2.3.1. Cấu tạo hệ thống sấy phun
• 2.3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy phun
• 2.3.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống sấy phun
• 2.3.3.1. Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Hóa chất và dụng cụ
• 3.3. Phạm vi nghiên cứu
• 3.4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.4.1. Địa điểm nghiên cứu
• 3.4.2. Thời gian nghiên cứu
• 3.5. Nội dung nghiên cứu
• 3.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.7. Nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu
• 3.8. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu
• 3.9. Nghiên cứu phương pháp loại bỏ chất đắng trong bã men bia
• 3.10. Nghiên cứu phương pháp và điều kiện tự phân nấm men
• 3.11. Nghiên cứu lựa chọn thông số kỹ thuật cho quá trình sấy phun sản phẩm
• 3.12. Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh
• 3.13. Phương pháp nghiên cứu
• 3.13.1. Xác định hàm lượng chất khô tổng số
• 3.13.2. Phương pháp đo độ đắng theo EBC
• 3.13.3. Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Lowry
• 3.13.4. Phương pháp ninhydrin xác định hàm lượng axit amin
• 3.13.5. Môi trường Hansen
• 3.13.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu
• 4.2. Kết quả lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu
• 4.3. Kết quả lựa chọn đường kính lỗ rây cho quá trình lọc bã men bia
• 4.4. Kết quả xác định tỷ lệ nước và bã men bia cho quá trình lọc
• 4.5. Kết quả xác định số lần rửa sinh khối nấm men bia
• 4.6. Kết quả xác định phương pháp loại bỏ chất đắng trong bã men bia
• 4.7. Kết quả lựa chọn dung môi để loại bỏ chất đắng trong bã nấm men
• 4.8. Kết quả xác định tỉ lệ dung môi của dịch nấm men thích hợp cho quá trình tách đắng
• 4.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu quả tách đắng
• 4.10. Nghiên cứu điều kiện tự phân nấm men
• 4.11. Khảo sát quá trình diệt men trước khi tự phân
• 4.12. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình tự phân nấm men
• 4.13. Kết quả xác định pH của quá trình tự phân
• 4.14. Kết quả lựa chọn thông số kỹ thuật cho quá trình sấy phun sản phẩm
• 4.15. Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy
• 4.16. Ảnh hưởng của áp suất khí nén
• 4.17. Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chế Biến Cao Nấm Men Từ Bã Men Bia

Nấm men là nguồn thức ăn bổ sung giá trị cao, không cholesterol. Hàm lượng protein trong nấm men đạt 40-60% (tính theo chất khô), chứa đầy đủ axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế. Vitamin trong nấm men có hoạt tính cao hơn 2-3 lần so với vitamin tổng hợp. Nấm men còn cung cấp vitamin B, vitamin D và các chất khoáng. Ở Việt Nam, ngành sản xuất bia phát triển mạnh, tạo ra lượng lớn bã men bia. Ước tính cứ 1000 lít bia thu được 1,5 kg nấm men khô, chứa 700g protein. Năm 2010, sản lượng bia cả nước đạt 2,5 tỷ lít, tương ứng với 30 triệu tấn sinh khối nấm men thải ra. Việc tận dụng nguồn bã men bia này còn hạn chế, chủ yếu làm thức ăn chăn nuôi. Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm giá trị gia tăng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1. Giới Thiệu Về Cao Nấm Men và Giá Trị Dinh Dưỡng

Cao nấm men là sản phẩm thu được từ quá trình chiết xuất và cô đặc các thành phần dinh dưỡng từ nấm men. Sản phẩm này giàu protein, vitamin, axit amin và khoáng chất, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Theo nghiên cứu, cao nấm men có thể được sử dụng như một chất bổ sung dinh dưỡng, tăng cường hệ miễn dịch và cải thiện chức năng tiêu hóa. Việc sử dụng cao nấm men cũng là một giải pháp hiệu quả để tận dụng nguồn bã men bia dồi dào từ các nhà máy sản xuất bia.

1.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Cao Nấm Men Trong Thực Phẩm và Dược Phẩm

Cao nấm men có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong ngành thực phẩm, nó có thể được sử dụng làm chất tạo hương vị tự nhiên, tăng cường giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm như súp, nước sốt, bánh mì và đồ ăn nhẹ. Trong ngành dược phẩm, cao nấm men có thể được sử dụng làm thành phần trong các loại thuốc bổ, thực phẩm chức năng và các sản phẩm hỗ trợ điều trị bệnh. Ngoài ra, cao nấm men còn có thể được sử dụng trong ngành thức ăn chăn nuôi để cải thiện sức khỏe và năng suất vật nuôi.

II. Thách Thức Trong Thu Hồi và Xử Lý Bã Men Bia Hiện Nay

Mặc dù tiềm năng lớn, việc thu hồi bã men bia và chế biến thành các sản phẩm có giá trị còn gặp nhiều thách thức. Các nhà máy bia thường thải bã men bia ra môi trường, gây ô nhiễm. Việc xử lý bã men bia tốn kém và chưa hiệu quả. Bã men bia tươi dễ bị phân hủy, khó bảo quản. Các phương pháp chế biến truyền thống còn hạn chế về công nghệ và hiệu quả kinh tế. Cần có các giải pháp công nghệ tiên tiến để thu hồi, xử lý và chế biến bã men bia một cách hiệu quả, tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, góp phần bảo vệ môi trường.

2.1. Vấn Đề Ô Nhiễm Môi Trường Do Bã Men Bia Thải Ra

Việc thải bỏ bã men bia trực tiếp ra môi trường gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng. Bã men bia chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, khi phân hủy sẽ gây ô nhiễm nguồn nước và đất. Quá trình phân hủy cũng tạo ra các khí thải gây hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu. Ngoài ra, bã men bia còn có thể gây mùi hôi khó chịu, ảnh hưởng đến đời sống của người dân xung quanh khu vực nhà máy bia.

2.2. Hạn Chế Trong Công Nghệ Chế Biến Bã Men Bia Hiện Tại

Các công nghệ chế biến bã men bia hiện tại còn nhiều hạn chế. Các phương pháp truyền thống như sấy khô hoặc ủ chua thường không hiệu quả về mặt kinh tế và chất lượng sản phẩm. Các công nghệ tiên tiến hơn như chiết xuất và thủy phân đòi hỏi đầu tư lớn về thiết bị và kỹ thuật. Ngoài ra, việc loại bỏ chất đắng trong bã men bia cũng là một thách thức lớn, ảnh hưởng đến hương vị và giá trị của sản phẩm cuối cùng.

III. Phương Pháp Tối Ưu Quy Trình Chế Biến Cao Nấm Men Từ Bã Men Bia

Để chế biến cao nấm men từ bã men bia hiệu quả, cần có quy trình tối ưu. Quy trình này bao gồm các bước: xử lý nguyên liệu, loại bỏ chất đắng, thủy phân nấm men, cô đặc và sấy khô. Việc lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu phù hợp giúp loại bỏ tạp chất và tăng hiệu quả chiết xuất. Quá trình loại bỏ chất đắng giúp cải thiện hương vị của sản phẩm. Thủy phân nấm men giúp giải phóng các axit amin và peptide có giá trị dinh dưỡng cao. Cô đặc và sấy khô giúp tăng độ ổn định và kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm.

3.1. Nghiên Cứu Lựa Chọn Phương Pháp Xử Lý Bã Men Bia

Việc xử lý bã men bia ban đầu là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của cao nấm men cuối cùng. Các phương pháp xử lý có thể bao gồm lọc, rửa, và ly tâm để loại bỏ các tạp chất và tế bào chết. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định phương pháp xử lý nào mang lại hiệu quả cao nhất về mặt loại bỏ tạp chất, giữ lại các thành phần dinh dưỡng và giảm thiểu chi phí.

3.2. Các Phương Pháp Loại Bỏ Chất Đắng Hiệu Quả Trong Bã Men Bia

Chất đắng trong bã men bia là một vấn đề lớn cần giải quyết để tạo ra sản phẩm cao nấm men có hương vị dễ chịu. Các phương pháp loại bỏ chất đắng có thể bao gồm sử dụng dung môi, hấp phụ bằng than hoạt tính, hoặc sử dụng enzym. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định phương pháp nào hiệu quả nhất, an toàn và kinh tế nhất để loại bỏ chất đắng mà không làm mất đi các thành phần dinh dưỡng quan trọng.

3.3. Tối Ưu Hóa Quá Trình Thủy Phân Nấm Men Để Giải Phóng Dinh Dưỡng

Quá trình thủy phân nấm men là bước quan trọng để giải phóng các axit amin, peptide và các chất dinh dưỡng khác từ tế bào nấm men. Quá trình này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng enzym hoặc axit. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định điều kiện thủy phân tối ưu (nhiệt độ, pH, thời gian) để đạt được hiệu quả giải phóng dinh dưỡng cao nhất mà không làm phá hủy các thành phần dinh dưỡng quan trọng.

IV. Ứng Dụng Công Nghệ Sấy Phun Trong Sản Xuất Cao Nấm Men

Sấy phun là phương pháp hiệu quả để thu hồi cao nấm men ở dạng bột. Phương pháp này giúp bảo toàn các thành phần dinh dưỡng, tạo ra sản phẩm có độ hòa tan tốt và dễ dàng sử dụng. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bao gồm nhiệt độ không khí đầu vào, áp suất khí nén và tốc độ phun. Cần nghiên cứu và tối ưu hóa các thông số này để đạt được hiệu suất thu hồi cao và chất lượng sản phẩm tốt nhất.

4.1. Ưu Điểm Của Phương Pháp Sấy Phun So Với Các Phương Pháp Khác

Phương pháp sấy phun có nhiều ưu điểm so với các phương pháp sấy khác như sấy thùng, sấy tầng sôi hay sấy thăng hoa. Sấy phun cho phép kiểm soát nhiệt độ tốt hơn, giúp bảo toàn các thành phần dinh dưỡng nhạy cảm với nhiệt. Sản phẩm sấy phun có kích thước hạt đồng đều, độ hòa tan tốt và dễ dàng sử dụng. Ngoài ra, sấy phun có thể được thực hiện liên tục, giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

4.2. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Sấy Đến Chất Lượng Cao Nấm Men

Nhiệt độ sấy là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của cao nấm men. Nhiệt độ quá cao có thể làm phá hủy các vitamin, axit amin và các thành phần dinh dưỡng khác. Nhiệt độ quá thấp có thể làm sản phẩm bị ẩm và dễ bị vón cục. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định nhiệt độ sấy tối ưu để bảo toàn các thành phần dinh dưỡng và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

4.3. Tối Ưu Hóa Áp Suất Khí Nén Để Đạt Hiệu Suất Sấy Phun Cao Nhất

Áp suất khí nén cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình sấy phun. Áp suất quá cao có thể làm tắc nghẽn vòi phun và tạo ra các hạt sản phẩm quá nhỏ. Áp suất quá thấp có thể làm sản phẩm bị ướt và dính vào thành thiết bị. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định áp suất khí nén tối ưu để đạt được hiệu suất sấy phun cao nhất và chất lượng sản phẩm tốt nhất.

V. Đánh Giá Chất Lượng và Ứng Dụng Cao Nấm Men Trong Thực Tế

Sau khi chế biến, cần đánh giá chất lượng cao nấm men để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm hàm lượng protein, vitamin, axit amin, độ ẩm, độ hòa tan và các chỉ tiêu vi sinh. Cao nấm men có thể được sử dụng làm thành phần trong các sản phẩm thực phẩm, dược phẩm và thức ăn chăn nuôi. Cần nghiên cứu và phát triển các ứng dụng cụ thể để tận dụng tối đa giá trị của sản phẩm.

5.1. Phân Tích Thành Phần Dinh Dưỡng và Đánh Giá Chất Lượng Cao Nấm Men

Việc phân tích thành phần dinh dưỡng của cao nấm men là rất quan trọng để xác định giá trị dinh dưỡng và tiềm năng ứng dụng của sản phẩm. Các chỉ tiêu cần phân tích bao gồm hàm lượng protein, axit amin, vitamin, khoáng chất và các thành phần khác. Đánh giá chất lượng cũng cần bao gồm các chỉ tiêu về độ ẩm, độ hòa tan, màu sắc, mùi vị và các chỉ tiêu vi sinh để đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm.

5.2. Thử Nghiệm Ứng Dụng Cao Nấm Men Trong Môi Trường Nuôi Cấy Vi Sinh

Một trong những ứng dụng tiềm năng của cao nấm men là làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh. Cao nấm men có thể cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật, giúp tăng sinh khối và sản xuất các sản phẩm có giá trị. Nghiên cứu cần tập trung vào việc thử nghiệm cao nấm men trong các môi trường nuôi cấy khác nhau để xác định hiệu quả và tiềm năng ứng dụng của sản phẩm.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Cao Nấm Men Bền Vững

Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia mang lại nhiều lợi ích về kinh tế, xã hội và môi trường. Việc tận dụng bã men bia giúp giảm thiểu ô nhiễm, tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng và góp phần phát triển ngành công nghiệp sinh học bền vững. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ tiên tiến để chế biến cao nấm men hiệu quả hơn, tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao và đáp ứng nhu cầu thị trường.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu và Đề Xuất Quy Trình Chế Biến

Dựa trên kết quả nghiên cứu, cần tổng kết và đề xuất một quy trình chế biến cao nấm men tối ưu từ bã men bia. Quy trình này cần bao gồm các bước xử lý nguyên liệu, loại bỏ chất đắng, thủy phân nấm men, cô đặc và sấy phun, với các thông số kỹ thuật được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt nhất.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Nâng Cao Giá Trị Cao Nấm Men

Để nâng cao giá trị của cao nấm men, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các ứng dụng mới của sản phẩm. Các hướng nghiên cứu có thể bao gồm: cải thiện hương vị và mùi của cao nấm men, tăng cường hàm lượng các chất dinh dưỡng có giá trị, phát triển các sản phẩm cao nấm men chuyên biệt cho các đối tượng khác nhau (trẻ em, người lớn tuổi, vận động viên), và nghiên cứu các tác dụng sinh học của cao nấm men đối với sức khỏe.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp sản xuất bia, nấm men bia là một phụ phẩm sinh khối dồi dào thu được sau quá trình lên men chính và lên men phụ. Theo các số liệu thống kê được tác giả dẫn giải, ước tính trung bình cứ 1.000 lít bia sẽ thải ra khoảng 1,5 kg nấm men khô, chứa tới 700 g protein chất lượng cao cùng hàm lượng phong phú các vitamin nhóm B (B1, B2, B3, B5, B6, B9), khoáng chất và các axit amin thiết yếu. Tại Việt Nam, sản lượng bia năm 2005 đạt 1,5 tỷ lít (tương đương 18 triệu tấn sinh khối men thải) và năm 2010 đạt 2,5 tỷ lít (thải ra khoảng 30 triệu tấn nấm men).

Mặc dù sở hữu giá trị dinh dưỡng cao, hơn 90% lượng bã men bia tại các nhà máy trong nước hiện nay mới chỉ được tận dụng ở dạng tươi làm thức ăn chăn nuôi gia súc với hiệu quả tiêu hóa chưa cao, khó bảo quản lâu dài hoặc thải bỏ trực tiếp gây ô nhiễm môi trường. Việc chế biến sâu bã men bia thành cao nấm men — một sản phẩm giàu axit amin, peptide và nucleotide (5'-GMP, 5'-IMP) dùng làm phụ gia thực phẩm, chất điều vị thay thế muối/béo hoặc môi trường nuôi cấy vi sinh vật — vẫn còn rất hạn chế do vướng mắc ở các khâu tách vị đắng (hợp chất isohumulone từ hoa bia) và kiểm soát quá trình tự phân. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài "Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia" được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận gồm:

1. Xây dựng quy trình công nghệ chế biến cao nấm men từ nguồn bã men bia thải ở quy mô phòng thí nghiệm.
2. Tạo ra sản phẩm cao nấm men giàu dinh dưỡng, có giá trị cảm quan tốt để ứng dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm và công nghệ vi sinh.

Để đạt được mục tiêu trên, tác giả xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Khảo sát thành phần hóa học ban đầu của nguyên liệu bã men bia.
2. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp và thông số xử lý cơ học nguyên liệu (lọc, rửa).
3. Nghiên cứu phương pháp và điều kiện công nghệ loại bỏ chất đắng trong bã men bia.
4. Nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình diệt men và tự phân nấm men.
5. Nghiên cứu các thông số kỹ thuật chính cho quá trình sấy phun thu hồi sản phẩm.
6. Thử nghiệm ứng dụng sản phẩm cao nấm men làm thành phần dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Bã nấm men bia thuộc chủng men nổi Saccharomyces cerevisiae thu nhận từ Nhà máy bia Kim Bài.
• Phạm vi không gian: Thực hiện tại Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội.
• Phạm vi thời gian: Từ tháng 12/2013 đến tháng 5/2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên các cơ sở khoa học về tế bào học nấm men, hóa sinh học quá trình tự phân và kỹ thuật sấy phun:

• Cơ sở lý thuyết: Tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae có cấu tạo gồm thành tế bào (3 lớp: β-glucan không tan, β-glucan hòa tan, mannanphosphoryl liên kết protein và kitin), màng nguyên sinh chất bán thấm, tế bào chất, nhân thực và các không bào chứa enzyme thủy phân nội bào. Quá trình sản xuất cao nấm men (định nghĩa theo Food Chemical Codex) bản chất là kích hoạt hệ enzyme protease nội sinh phá vỡ màng tế bào đã chết để thủy phân protein thành các đoạn peptide và axit amin hòa tan. Đồng thời, lý thuyết sấy phun đối lưu giải thích cơ chế chuyển hóa dịch tự phân nấm men lỏng thành dạng bột mịn thông qua quá trình phân tán sương và trao đổi nhiệt nhanh trong buồng sấy.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm: Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố kết hợp đánh giá đa chỉ tiêu (hóa lý, cảm quan, vi sinh). Số liệu được xử lý thống kê bằng phân tích phương sai (ANOVA) trên phần mềm SPSS 16.0 ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$.
• Phương pháp phân tích hóa lý và vi sinh:
  • Xác định hàm lượng chất khô tổng số và độ ẩm: Phương pháp sấy mẫu đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ quy chuẩn.
  • Xác định độ đắng: Phương pháp đo quang phổ theo tiêu chuẩn European Brewery Convention (EBC 8.8), chiết chất đắng bằng dung môi iso-octan trong môi trường axit HCl 6M, đo độ hấp thụ tại bước sóng $\lambda = 275\text{ nm}$ ($B = 50 \times A_{275}$).
  • Xác định hàm lượng protein tổng số: Phương pháp Lowry sử dụng thuốc thử Folin-Ciocalteu, đo mật độ quang tại bước sóng $\lambda = 750\text{ nm}$ dựa trên đường chuẩn Bovine Serum Albumin (BSA) với phương trình hồi quy $y = 0,945x + 0,099$ ($R^2 = 0,9935$).
  • Xác định hàm lượng axit amin: Phương pháp so màu Ninhydrin (dùng pyridine làm chất ổn định màu), đo độ hấp thụ ở bước sóng $\lambda = 570\text{ nm}$ theo đường chuẩn axit glutamic với phương trình $y = 0,9521x + 0,1041$ ($R^2 = 0,9977$).
  • Phương pháp vi sinh: Đánh giá khả năng sinh trưởng của vi khuẩn phân lập từ sữa chua trên môi trường thạch Hansen cải tiến (Glucose: 50 g, Pepton: 10 g, Thạch: 15–20 g, $\text{KH}_2\text{PO}_4$: 3 g, $\text{MgSO}_4$, nước cất: 1.000 ml, pH = 5,0–6,0) có bổ sung cao nấm men.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần này trình bày tính cấp thiết của đề tài dựa trên tiềm năng sinh khối phụ phẩm bia tại Việt Nam, nêu rõ 2 mục đích, 6 yêu cầu kỹ thuật cùng ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao giá trị gia tăng cho ngành công nghiệp thực phẩm.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các tư liệu khoa học liên quan đến đề tài:

• Khái niệm, nguồn gốc, cấu tạo giải phẫu tế bào nấm men và sự khác biệt sinh học giữa nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men chìm (Saccharomyces carlsbergensis).
• Thành phần hóa học của bã men bia (protein đạt 51–58% chất khô, lipid 2,0–3,0%, khoáng 8,1–9,1%, vitamin nhóm B và 20 loại axit amin).
• Tình hình nghiên cứu sản xuất cao nấm men trên thế giới (Nhật Bản, Mỹ, Đức, Pháp, Thụy Sĩ) và trong nước (các đề tài của Viện Chăn nuôi, Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Hà Nội).
• Tổng quan hệ thống thiết bị sấy phun, nguyên lý hoạt động, các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ khí cấp, áp suất vòi phun, tốc độ cấp liệu) và các biến đổi hóa lý trong quá trình sấy (hiện tượng cứng vỏ, phản ứng Maillard, biến tính protein).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Mô tả chi tiết nguồn gốc nguyên liệu bã men bia Nhà máy bia Kim Bài, danh mục hóa chất tinh khiết và hệ thống thiết bị thí nghiệm (máy đo quang phổ Agilent/Labomed, cân phân tích Precisa, bồn ủ nhiệt Memmert, nồi hấp Tomy, máy đo pH Thermo Scientific). Thiết lập sơ đồ quy trình thực nghiệm gồm các bước: Rửa lọc cơ học $\rightarrow$ Tách đắng $\rightarrow$ Diệt men $\rightarrow$ Tự phân có kiểm soát $\rightarrow$ Sấy phun $\rightarrow$ Đánh giá ứng dụng.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Chương này công bố và phân tích toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được qua các giai đoạn công nghệ:

1. Thành phần hóa học nguyên liệu ban đầu

Bã men bia Kim Bài có hàm lượng ẩm $84,54%$, hàm lượng chất khô tổng số $15,46%$, hàm lượng protein tổng số đạt $8,61%$.

2. Kết quả xử lý cơ học và làm sạch bã men

• Lựa chọn kích thước rây lọc: Khảo sát các kích thước lỗ rây $25\text{ }\mu\text{m}$, $30\text{ }\mu\text{m}$ và $35\text{ }\mu\text{m}$. Rây $25\text{ }\mu\text{m}$ bị nghẽn lỗ, không lọc được; rây $35\text{ }\mu\text{m}$ lọc nhanh nhưng sinh khối lẫn nhiều chấm đen và cặn bẩn (tỷ lệ sống $96,70%$). Rây $30\text{ }\mu\text{m}$ được lựa chọn vì cho sinh khối thuần khiết, màu trắng sáng và tỷ lệ tế bào sống cao ($98,30%$).
• Xác định tỷ lệ nước rửa: Tỷ lệ nước : sinh khối men $3:1\text{ (w/w)}$ được lựa chọn vì đảm bảo dịch lọc thông suốt, thao tác dễ dàng và tiết kiệm nước so với mức $3,5:1$.
• Xác định số lần rửa: Độ đục của nước rửa sau lắng giảm dần qua các lần rửa: lần 1 ($\text{OD}{275} = 1,65$), lần 2 ($\text{OD}{275} = 0,45$), lần 3 ($\text{OD}{275} = 0,24$) và lần 4 ($\text{OD}{275} = 0,19$). Tác giả lựa chọn rửa 3 lần để đạt độ sạch cần thiết và tối ưu hóa chi phí.

Chỉ tiêu khảo sát	Mức tối ưu lựa chọn	Kết quả đạt được
Kích thước lỗ rây	$30\text{ }\mu\text{m}$	Tỷ lệ tế bào sống $98,30%$, sinh khối trắng sáng
Tỷ lệ nước : bã men	$3:1\text{ (w/w)}$	Tốc độ lọc nhanh, không bết màng sàng
Số lần rửa bã	3 lần	$\text{OD}_{275}$ nước rửa giảm còn 0,24

3. Kết quả lựa chọn phương pháp và điều kiện tách đắng

• Lựa chọn dung môi tách đắng: Thử nghiệm 4 loại dung dịch: Axit acetic $1%$, $\text{NaOH } 0,1\text{N}$, $\text{NaCl } 0,04%$ và $\text{KOH } 0,1\text{N}$. Mặc dù dung dịch kiềm ($\text{NaOH}$, $\text{KOH}$) tách đắng mạnh nhưng tạo ra dịch có màu nâu sẫm, mùi lạ khó chịu và đòi hỏi tốn nhiều axit để trung hòa pH trước khi tự phân. Dung dịch $\text{NaCl } 0,04%$ được lựa chọn vì loại bỏ tốt chất đắng ($\text{OD}_{275} = 21,28$; $\text{EBU} = 15,60$), cho dịch nấm men có màu vàng tươi và giữ được mùi thơm đặc trưng của axit amin.
• Tỷ lệ dung môi $\text{NaCl } 0,04%$ : sinh khối men: Tỷ lệ $3:1$ cho hiệu quả tách đắng tốt nhất ($89,40%$ chất đắng bị loại bỏ, $\text{pH} = 6,83$, $\text{EBU} = 16,30$).
• Nhiệt độ và thời gian tách đắng: Xử lý ở nhiệt độ $25^\circ\text{C}$ trong thời gian 15 phút giúp loại bỏ hoàn toàn vị đắng cảm quan, đồng thời bảo toàn tỷ lệ tế bào sống ở mức cao ($97,84%$).

Loại dung môi khảo sát	Độ màu nước xử lý	pH	$\text{OD}_{275}$	Độ đắng tách ra (EBU)	Đánh giá cảm quan sau tự phân
Axit acetic $1%$	Vàng nhạt	4,30	7,36	7,80	Kém hiệu quả tách đắng
$\text{NaOH } 0,1\text{N}$	Nâu nhạt	10,60	29,12	23,10	Màu nâu đen, mùi khó chịu
$\text{NaCl } 0,04%$	Vàng đậm	6,40	21,28	15,60	Màu vàng tươi, mùi thơm tự nhiên
$\text{KOH } 0,1\text{N}$	Nâu nhạt	10,80	24,64	18,40	Màu sẫm, tốn hóa chất chỉnh pH

4. Kết quả nghiên cứu điều kiện tự phân nấm men

• Chế độ diệt men trước tự phân: Khảo sát các mức nhiệt độ $50^\circ\text{C}$, $55^\circ\text{C}$, $60^\circ\text{C}$ và $65^\circ\text{C}$ trong thời gian 10, 15, 20 phút. Chế độ xử lý nhiệt ở $65^\circ\text{C}$ trong 15 phút đạt tỷ lệ tế bào nấm men chết $100%$, tạo điều kiện tối ưu để giải phóng enzyme tự phân mà không làm phân hủy nhiệt các chất dinh dưỡng.
• Nhiệt độ và thời gian tự phân: Tiến hành tự phân ở $45^\circ\text{C}$, $50^\circ\text{C}$ và $55^\circ\text{C}$ trong khoảng thời gian từ 24 đến 72 giờ. Hàm lượng axit amin đạt giá trị cực đại ($59,03\text{ g}/100\text{ g}$ men khô tuyệt đối - KTĐ) ở nhiệt độ $50^\circ\text{C}$ sau 60 giờ. Kéo dài thời gian đến 72 giờ làm giảm hàm lượng axit amin (xuống còn $56,60\text{ g}/100\text{ g}$ KTĐ) do xảy ra phản ứng phân hủy thứ cấp.
• Ảnh hưởng của pH tự phân: Khảo sát dải pH từ 4,5 đến 6,0. Tại $\text{pH} = 5,5$, hàm lượng axit amin sinh ra đạt mức cao nhất ($57,99\text{ g}/100\text{ g}$ men KTĐ sau 60 giờ ở $50^\circ\text{C}$), vượt trội so với $\text{pH } 4,5$ ($38,19\text{ g}$), $\text{pH } 5,0$ ($48,61\text{ g}$) và $\text{pH } 6,0$ ($47,98\text{ g}$).

Thông số quá trình	Giá trị tối ưu	Hàm lượng axit amin thu được
Diệt men trước tự phân	$65^\circ\text{C}$ trong 15 phút	Tỷ lệ tế bào chết $100%$
Nhiệt độ tự phân	$50^\circ\text{C}$	$59,03\text{ g}/100\text{ g}$ men KTĐ (ở 60 giờ)
Thời gian tự phân	60 giờ	Đạt đỉnh tích lũy axit amin hòa tan
pH môi trường tự phân	5,5	$57,99\text{ g}/100\text{ g}$ men KTĐ

5. Thông số kỹ thuật sấy phun và thử nghiệm ứng dụng

• Sấy phun: Dịch tự phân sau ly tâm đạt nồng độ chất khô $20%$ được đưa vào hệ thống sấy phun với các thông số vận hành: áp suất khí nén 10 bar, lưu lượng nạp liệu 5 l/h, nhiệt độ không khí đầu vào khảo sát từ 200 đến $260^\circ\text{C}$ và nhiệt độ khí xả đầu ra duy trì $> 90^\circ\text{C}$.
• Ứng dụng vi sinh: Thử nghiệm bổ sung cao nấm men thành phẩm vào môi trường nuôi cấy phân lập vi khuẩn từ sữa chua cho thấy sau 24 giờ vi khuẩn sinh trưởng và phát triển tốt, khẳng định giá trị dinh dưỡng cao của chế phẩm.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tác giả đúc kết toàn bộ thông số của quy trình công nghệ hoàn chỉnh và đưa ra kiến nghị tiếp tục nghiên cứu chế tạo thiết bị làm sạch bã men cơ giới hóa phục vụ triển khai ở quy mô lớn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Quy trình công nghệ chế biến cao nấm men từ bã men bia được xác lập hoàn chỉnh với các thông số kỹ thuật tối ưu:

• Xử lý cơ học: Lọc qua rây $30\text{ }\mu\text{m}$, tỷ lệ nước bổ sung $3:1\text{ (w/w)}$, rửa lắng 3 lần.
• Tách đắng: Dung dịch $\text{NaCl } 0,04%$, tỷ lệ dung môi : sinh khối $3:1\text{ (v/w)}$ ($\text{pH} = 6,83$), nhiệt độ $25^\circ\text{C}$, thời gian 15 phút (tỷ lệ loại bỏ chất đắng đạt $89,40%$, bảo toàn $97,84%$ tế bào sống).
• Diệt men: Gia nhiệt $65^\circ\text{C}$ trong 15 phút (tỷ lệ chết $100%$).
• Tự phân: Nhiệt độ $50^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 5,5$, thời gian 60 giờ (hàm lượng axit amin đạt cực đại $57,99 - 59,03\text{ g}/100\text{ g}$ men KTĐ).

Đề xuất và giải pháp

Tác giả đề xuất quy trình công nghệ dạng sơ đồ khối liên hoàn từ khâu thu nhận bã men tươi đến sấy phun bột mịn. Đồng thời kiến nghị hoàn thiện hệ thống thiết bị lọc rửa và tách đắng cơ giới hóa để thay thế thao tác thủ công, tạo tiền đề chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất thực phẩm.

Đóng góp học thuật và thực tiễn

• Làm sáng tỏ ảnh hưởng của dung dịch muối loãng ($\text{NaCl } 0,04%$) trong việc khử chất đắng isohumulone mà không làm biến tính sâu sắc protein như các dung dịch kiềm truyền thống ($\text{NaOH}$, $\text{KOH}$).
• Xác lập bộ thông số động học tối ưu cho quá trình tự phân của chủng men nổi Saccharomyces cerevisiae Nhà máy bia Kim Bài, cung cấp cứ liệu khoa học để tận thu phụ phẩm bia thành nguyên liệu thực phẩm giàu đạm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô thực nghiệm phòng thí nghiệm; nguồn nguyên liệu khảo sát giới hạn trên chủng men nổi của một nhà máy bia cụ thể (Bia Kim Bài), chưa đánh giá sự biến động thành phần hóa lý của bã men bia theo mùa vụ hoặc từ các quy trình công nghệ nấu bia khác nhau.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Khảo sát mở rộng việc tối ưu hóa chi tiết các thông số sấy phun (nhiệt độ đầu vào, đầu ra, áp suất vòi phun) ảnh hưởng đến độ ẩm và hoạt tính sinh học của bột cao nấm men.
  • Thiết kế, chế tạo thiết bị làm sạch và tách đắng bã men bia ở quy mô pilot và công nghiệp.
  • Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm làm chất điều vị trong các sản phẩm thực phẩm cụ thể (nước chấm, hạt nêm, súp ăn liền) và thử nghiệm trên nhiều chủng vi sinh vật công nghiệp khác.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên cao học và giảng viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Hóa học khi nghiên cứu về công nghệ chế biến phụ phẩm nông sản - thực phẩm, công nghệ enzyme và protein.
• Kỹ sư công nghệ tại các nhà máy bia, cơ sở sản xuất chế phẩm sinh học và gia vị thực phẩm có nhu cầu tìm hiểu quy trình kỹ thuật tách đắng bã men bia bằng $\text{NaCl } 0,04%$ và chế độ tự phân kiểm soát nhiệt độ - pH.
• Các nhà nghiên cứu cần tham khảo quy trình phân tích độ đắng theo EBC 8.8, định lượng protein bằng phương pháp Lowry và định lượng axit amin bằng thuốc thử Ninhydrin.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lựa chọn dung dịch NaCl 0,04% thay vì dung dịch kiềm (NaOH, KOH) để tách chất đắng?

Mặc dù dung dịch kiềm ($\text{NaOH } 0,1\text{N}$ hoặc $\text{KOH } 0,1\text{N}$) hòa tan hợp chất đắng isohumulone rất mạnh, nhưng lại làm dịch nấm men chuyển sang màu nâu đen, phát sinh mùi lạ khó chịu và đòi hỏi lượng lớn hóa chất axit để trung hòa đưa về pH tự phân thích hợp. Ngược lại, dung dịch $\text{NaCl } 0,04%$ ở tỷ lệ $3:1$ loại bỏ được $89,40%$ chất đắng, giúp sản phẩm giữ được màu vàng tươi, mùi thơm đặc trưng của axit amin và thuận lợi cho khâu tự phân tiếp theo.

2. Thông số nào là tối ưu cho quá trình làm bất hoạt (diệt) tế bào nấm men trước khi tự phân?

Nhiệt độ và thời gian tối ưu được xác định là $65^\circ\text{C}$ trong thời gian 15 phút. Tại chế độ này, tỷ lệ tế bào nấm men chết đạt $100%$, làm mất khả năng tự bảo vệ của màng tế bào để hệ enzyme nội bào bắt đầu quá trình tự phân hủy mà không gây lãng phí năng lượng hay phân hủy nhiệt các hoạt chất nhạy cảm.

3. Điều kiện tự phân nào giúp tích lũy hàm lượng axit amin cao nhất?

Quá trình tự phân đạt hiệu quả cao nhất ở nhiệt độ $50^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 5,5$ và thời gian duy trì 60 giờ. Khi đó, hàm lượng axit amin tạo thành đạt mức $57,99 - 59,03\text{ g}/100\text{ g}$ men khô tuyệt đối. Nếu kéo dài quá 60 giờ, hàm lượng axit amin hòa tan sẽ suy giảm do bị phân hủy tạo các sản phẩm phụ.

4. Kích thước rây và tỷ lệ nước nào thích hợp nhất cho khâu xử lý lọc cơ học ban đầu?

Nghiên cứu xác định kích thước lỗ rây $30\text{ }\mu\text{m}$ kết hợp với tỷ lệ nước : sinh khối men là $3:1\text{ (w/w)}$ và rửa lắng 3 lần là tối ưu. Lỗ rây $30\text{ }\mu\text{m}$ giúp loại sạch cặn bẩn, thu sinh khối nấm men có màu trắng sáng với tỷ lệ sống đạt $98,30%$, đồng thời tỷ lệ nước $3:1$ ngăn chặn hiện tượng bết dính màng lọc và tiết kiệm nước rửa.

Kết luận

Khóa luận đã nghiên cứu và xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến cao nấm men từ bã men bia Saccharomyces cerevisiae quy mô phòng thí nghiệm thông qua chuỗi công đoạn lọc rây $30\text{ }\mu\text{m}$, tách đắng bằng $\text{NaCl } 0,04%$, diệt men ở $65^\circ\text{C}$ và tự phân có kiểm soát tại $50^\circ\text{C}$, $\text{pH } 5,5$ trong 60 giờ. Sản phẩm thu được có hàm lượng axit amin cao, cảm quan tốt và đã được thử nghiệm ứng dụng hiệu quả trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm quan trọng, mở ra hướng tận dụng hiệu quả nguồn phụ phẩm công nghiệp bia nhằm nâng cao giá trị kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nấm men là nguồn thức ăn bổ sung có giá trị cao không cholesterol. Hàm lượng protein trong nấm men đạt từ 40 - 60% (tính theo chất khô), trong thành phần protein có đầy đủ các axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế [1, 8, 13]. Vitamin trong nấm men có hoạt tính cao hơn gấp 2 - 3 lần so với vitamin tổng hợp [1, 15]. Nấm men còn cung cấp vitamin B, vitamin D và các chất khoáng [8, 13], [15].

Thành phần khoáng trong nấm men rất đa dạng, có tỷ lệ phù hợp với nhu cầu và khả năng hấp thụ, chuyển hóa của cả người và động vật. Ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất bia và thị trường tiêu thụ bia ngày càng phát triển, sản lượng bia tạo ra với số lượng lớn. Ước tính trung bình cứ 1000 lít bia thu được 1,5 kg nấm men khô, trong đó có chứa 700g protein [1, 7, 15]. Năm 2005 sản lượng bia cả nước đạt 1,5 tỷ lít, tương ứng với 18 triệu tấn sinh khối nấm men thải ra.

Năm 2010 sản lượng bia của cả nước đạt 2,5 tỷ lít và nấm men thải ra là 30 triệu tấn [1, 15]. Như vậy, lượng protein có chất lượng cao của nấm men thải ra từ quá trình sản xuất bia nếu tận dụng được là không nhỏ. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay các nhà máy bia vẫn chưa ứng dụng men bia thải ra ngoài một cách hiệu quả, men thải ra từ các nhà máy được sử dụng chủ yếu làm thức ăn chăn nuôi, khả năng khai thác các thành phần có giá trị sinh học trong men bia để tạo ra các sản phẩm ứng dụng cho người còn rất hạn chế. Hơn nữa nếu không sử dụng triệt để thì nguồn bã men này còn là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.

Ở các nước đang phát triển nấm men được sử dụng tạo vị ngon tự nhiên trong ngành Thực phẩm và các chất dinh dưỡng cho việc nuôi vi khuẩn trong ngành Dược phẩm. Đồng thời nấm men còn được sử dụng như một loại thực phẩm rất được người ăn chay ưa chuộng với giá trị dinh dưỡng cung cấp cao hơn nhiều loại thực phẩm khác. Việc nghiên cứu chế biến và sử dụng cao nấm men còn rất ít và hiện nay ở Việt Nam chỉ sử dụng nấm men bia thải ra ở dạng tươi nên lượng sử dụng không được nhiều, thường sử dụng làm thức ăn gia súc mà khả năng tiêu hóa không cao [15]. Việc bảo quản khó khăn của phụ phẩm này là cản trở chính cho việc sử dụng.

Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên chúng tôi quyết định nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu quy trình chế biến cao nấm men từ bã men bia”. Mục đích và yêu cầu 1. Mục đích - Xây dựng được quy trình sản xuất cao nấm men từ bã men bia. - Tạo ra được sản phẩm mới và giàu dinh dưỡng ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm.

Yêu cầu - Khảo sát và lựa chọn nguyên liệu. - Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu. - Nghiên cứu phương pháp loại bỏ chất đắng trong nấm men bia. - Nghiên cứu phương pháp và điều kiện thủy phân nấm men.

- Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp sấy thu hồi sản phẩm cao nấm men. - Thử nghiệm ứng dụng cao nấm men làm thành phần trong môi trường nuôi cấy vi sinh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Giúp sinh viên củng cố và hệ thống lại các kiến thức đã học và nghiên cứu khoa học.

- Biết được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý và phân tích số liệu, cách trình bài báo cáo khoa học.