Nghiên cứu các điều kiện lên men một số loại cà phê phổ biến ở Việt Nam bằng chế phẩm biocoffee-1 nhằm thu được chất hòa tan cao

NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHẾ PHẨM BIOCOFFEE-1 NHẰM THU ĐƯỢC CHẤT HÒA TAN CAO “NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ (Coffea L.) PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHẾ PHẨM BIOCOFFEE-1 NHẰM THU ĐƯỢC CHẤT HÒA TAN CAO ” Hội đồng hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG Th.S. LÊ HỒNG PHÚ Cà phê là một loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao và sản phẩm là một loại thức uống quen thuộc mỗi ngày của hàng trăm triệu người trên thế giới. Sự có mặt của pectin và cellulose trong cà phê gây cản trở khả năng trích ly tối đa các thành phần hòa tan trong hạt. Từ thực tiễn này, chúng tôi đặt ra vấn đề sử dụng pectinase và cellulase trong lên men một số loại cà phê phổ biến nhằm thu được chất hòa tan cao. Trước tiên, chúng tôi xác định các thành phần chủ yếu có trong cà phê nhân. Sau đó tạo chế phẩm sinh học Biocoffee-1 có hoạt tính pectinase, cellulase cao nhất và ứng dụng chế phẩm này trong lên men cà phê nhân. Bước tiếp theo, chúng tôi khảo sát và xác định một số điều kiện lên men tối ưu để thu được chất hòa tan cao nhất. Chúng tôi nghiên cứu độ ẩm hạt trước khi lên men, thời gian lên men, tỉ lệ chế phẩm dựa trên hai yếu tố là hàm lượng chất tan và độ hòa tan của cà phê. Những kết quả đạt được Các thành phần chủ yếu trong cà phê nhânTỉ lệ cơ chất tối ưu cho Biocoffee-1 để hoạt tính pectinase và cellulase cao nhấtThời gian ủ chế phẩm để tối ưu quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulaseThời gian lên men tối ưu cho hiệu suất trích ly của cà phêTỉ lệ chế phẩm sử dụng để thu được chất hòa tan cao nhấtĐộ ẩm thích hợp cho hạt cà phê trước khi lên menNgoài ra chúng tôi còn khảo sát sự thay đổi trọng lượng khối lên men, nhiệt độ của khối ủ và pH của dịch trích chất tan. MỤC LỤC PHẦN TRANG Trang bìa Lời cảm ơn . i Tóm tắt . iii Abstract iv Mục lục . v Danh sách các chữ viết tắt . xii Danh sách các hình xiii Danh sách các sơ đồ, đồ thị . xv Danh sách các bảng xvii PHẦN 1: MỞ ĐẦU . 1 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 3 Tìm hiểu cây cà phê ở trong nước và trên thế giới . 4 Lịch sử cây cà phê 4Tình hình sản xuất, tiêu thụ 5 « Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới . 5 « Sự phát triển của ngành cà phê Việt Nam . 6 Tiêu chuẩn cho cà phê Việt Nam . 9Một số tiến bộ kỹ thuật mới trong nghề trồng và sử dụng cà phê trên thế giới . 10 Mô tả cây cà phê . 11Phân loại 12 Cà phê chè (Coffea arabica L.) 12Cà phê vối (Coffea canephora pierre) 12Cà phê mít (Coffea excelsa Chev) 13Cà phê mít dâu da (Coffea liberia Bull. In Hirn) . 13Thành phần của cà phê nhân . 14 Cấu tạo hạt cà phê 14Thành phần hóa học trong hạt cà phê . 14Công dụng của cà phê 16Dược tính của cà phê . 16 « Tác dụng dược lý của caffeine 17 Các phương pháp xử lý cà phê hiện nay . 18 Phương pháp chế biến khô 19Phương pháp chế biến ướt . 20 Thu nhận 20Xát vỏ . 20Tách lớp nhầy (lên men) . 21 Lên men tự nhiên 22 Biện pháp sinh hóa . 22Biện pháp hóa học 22Nước ấm . 22Ma sát . 23 Rửa 23Phơi / Sấy . 23 Sấy tự nhiên . 23 Sấy nhân tạo 23Sấy kết hợp 24 Tách vỏ 24Các công đoạn khác . 24Bảo quản và vận chuyển cà phê nhân . 24Pectin . 26 Định nghĩa . 26Cấu trúc 27Phân loại 27 Cellulose 27 Định nghĩa . 28Cấu trúc 28Tính chất 28Vị trí . 29Enzyme 30Pectinase . 32 Định nghĩa . 32Ứng dụng . 32Phân loại 32Chức năng 33Các vi sinh vật tổng hợp pectinase 33Cellulase 34 Định nghĩa . 34Tính chất 34Ứng dụng . 34Phân loại 35Chức năng 35Hệ vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme cellulase 36Nấm sợi (nấm mốc) . 39Aspergillus niger 42Trichoderma reesei . 43 PHẦN 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 45 Thời gian và địa điểm . 46 Thời gian 46Địa điểm . 46 Vật liệu 46 Cà phê nhân . 46 Giống 46Nguồn gốc 46Nấm sợi 46Cơ chất . 46Môi trường sử dụng 47 Môi trường nuôi cấy nấm mốc 47Môi trường nhân giống 47Môi trường giữ giống 47Hóa chất . 47 Hóa chất sử dụng cho môi trường 47Hóa chất sử dụng cho phương pháp xác định hoạt tính 47Hóa chất sử dụng cho các phương pháp xác định thành phần . 47Thiết bị – dụng cụ . 48 « Thiết bị . 48 « Dụng cụ 49 Phương pháp nghiên cứu 49 Phương pháp vi sinh vật 49 Phương pháp cấy chuyền và giữ giống 49 Phương pháp cấy chuyền 49 Phương pháp giữ giống 49 Phương pháp nhân giống . 50Phương pháp cấy giống từ môi trường nhân giống sang môi trường chế phẩm . 50 Phương pháp lên men . 50Phương pháp hóa lý 50 Phương pháp xác định độ ẩm 50Phương pháp trích chất hòa tan 52Phương pháp đo kích thước 52Phương pháp nghiền . 53Phương pháp ray . 53Phương pháp đếm . 53Phương pháp ngâm . 53Phương pháp hóa sinh 53 Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme 53 Xác định hoạt tính cellulase . 53Xác định hoạt tính pectinase 57 Các phương pháp xác định thành phần chủ yếu trong cà phê . 58 Xác định hàm lượng cellulose 58Xác định hàm lượng pectin . 60Xác định hàm lượng đường tổng số hòa tan . 61Xác định hàm lượng đường khử . 64Xác định hàm lượng tinh bột 65Xác định hàm lượng nitơ tổng và protein thô . 66Xác định hàm lượng tro và tổng hữu cơ 68 Phương pháp ly trích enzyme . 69Phương pháp thiết kế thí nghiệm 69 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase . 69 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase . 70Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 70 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase . 70 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase . 71Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 71 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men . 71 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê 72Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan của cà phê lên men . 72Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men 72 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm . 72 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly . 72Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng tăng độ hòa tan chất trích cà phê 73 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men 73 Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng trích ly chất hòa tan 73 Khảo sát sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau lên men 73Khảo sát nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men . 73Phương pháp xử lý số liệu . 73 PHẦN 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 74 Kết quả khảo sát một số đặc điểm của ba loại cà phê . 75 Hình dạng hạt 75Số hạt cà phê trong 100 g 75Số hạt đen, hỏng trong 100 g 75Kích thước trung bình hạt . 75 Chiều ngang trung bình . 75Chiều dài trung bình 75Bề dày trung bình . 75 Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân . 77Xác định môi trường chế phẩm tối ưu cho sinh tổng hợp pectinase và cellulase 78 Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase . 78 Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase 78Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase . 79Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 80 Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase 81Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase . 82Xác định ảnh hưởng của thời gian lên men 85 Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê . 85Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan . 87Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men 90 Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 92 Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly 93Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ hòa tan . 95Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men . 97 Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng trích ly chất hòa tan 100 Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên khả năng trích ly . 101Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên độ hòa tan . 102Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên pH của dung dịch chất tan . 103Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau khi lên men 104 Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê theo thời gian lên men . 104Xác định sự thay đổi trọng lượng khối ủ theo hàm lượng chế phẩm . 107Xác định nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 109 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 111 PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO . 112 PHẦN 7: PHỤ LỤC . 116 Phụ lục 1: Thành phần môi trường sử dụng . 117 Phụ lục 1.1: Môi trường thạch malt (nuôi cấy nấm mốc) . 117 Phụ lục 1.2: Môi trường PGA (giữ giống) . 117 Phụ lục 1.3: Môi trường cám gạo (nhân giống) 117 Phụ lục 2: Các đường chuẩn . 117 Phụ lục 2.1: Đường chuẩn glucose trong xác định hoạt tính cellulase 117 Phụ lục 2.2: Đường chuẩn glucose trong xác định đường tổng số của cà phê 118 Phụ lục 2.3: Đường chuẩn glucose trong xác định đường khử của cà phê 120 Phụ lục 3: Các số liệu từ thực nghiệm . 121 Phụ lục 3.1: Các số liệu trong xác định hàm lượng cellulose 121 Phụ lục 3.2: Các số liệu trong xác định hàm lượng pectin . 121 Phụ lục 3.3: Các số liệu trong xác định hàm lượng đường tổng số . 121 Phụ lục 3.4: Các số liệu trong xác định hàm lượng đường khử . 122 Phụ lục 3.5: Các số liệu trong xác định hàm lượng tro . 122 Phụ lục 3.6: Độ ẩm của nguyên liệu cà phê . 122 Phụ lục 3.7: Độ ẩm của vật liệu . 123 Phụ lục 4: Độ ẩm yêu cầu cho sự phát triển tối ưu của nấm mốc 123 Phụ lục 5: Thành phần chế phẩm khi khảo sát tỉ lệ tinh bột tối ưu 123