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 Bà 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 Bà 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. - Sấy phun dịch thủy phân tạo sản phẩm men chiết xuất dạng bột. - Thử nghiệm men chiết xuất làm thành phần bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh. 13 Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1- Phế liệu sản xuất bia Quá trình sản xuất bia thải ra rất nhiều loại phế liệu: phế liệu hạt, mầm malt, bã malt, cặn protein, nấm men bia và CO2. Ngoài CO2 là nguồn phế liệu có thể tái sử dụng để tăng chất lượng bia thì bã malt, mầm malt và nấm men bia là nguồn phế liệu có ý nghĩa quan trọng trong thực phẩm và thức ăn gia súc cả về số lượng và giá trị dinh dưỡng. 2.1.1- Bã malt Bã malt được tạo ra trong quá trình dịch hóa và lọc dịch đường. Trong quá trình dịch hóa, dưới tác dụng của các enzyme amylase, protease và các men khác thì 65 – 70 % vật chất khô của malt sẽ chuyển vào dịch sau khi lọc, phần còn lại nằm ở trong bã malt. Tùy thuộc vào phương pháp tách và vận chuyển mà độ ẩm của bã dao động từ 75 – 85 %. Với độ ẩm này thì bã malt được dùng làm thức ăn gia súc. Bã malt tươi thường có dạng sền sệt, có màu nâu nhạt, vị ngọt và mùi mạch nha. Bảng 2.1: Thành phần bã malt (%) Chỉ số Bã thô Bã sấy Độ ẩm 76,3 9,0 Protein 6,63 25,5 Lipid 1,7 7,5 Chất hòa tan không có nitơ 9,72 37,3 Cenlulose 5,1 16,0 Tro 1,2 4,6 Nhiệt lượng bã tính bằng cal 115 440 (Densikow M.T., 1963) 14 Tro của bã malt giàu muối photpho, canxi, magiê, và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào thành phần của nước dùng để dịch hóa. Thành phần trung bình của tro như bảng 2.2: Bảng 2.2: Thành phần trung bình của tro (%) Thành phần Hàm lượng (%) K20 3,9 Na20 0,5 Ca0 11,9 Mg0 11,5 P205 40,5 Si02 25,3 (Densikow M.T., 1963) ™ Ứng dụng Bã malt tươi và khô đối với gia súc có khả năng kích thích tạo sữa và thịt khá tốt, do đó nó được dùng làm thức ăn vừa cho bò sữa vừa cho súc vật có sừng lớn (trâu, bò) và lợn. 2.1.2 - Mầm malt Mầm malt được tách ra khỏi malt trong thời gian sấy và khi xử lý malt trên máy tách mầm. Trong công nghiệp bia, phế liệu mầm khô chiếm 3 – 5 % trọng lượng malt thu được. Bảng 2.3: Thành phần hóa học của mầm malt (%) Chỉ số Malt màu đậm Malt màu nhạt Malt nghiền sơ bộ Nước 7,03 8,80 10,07 Protein 30,88 30,06 34,18 Lipid 1,63 1,95 2,23 Chất hòa tan không có nitơ 43,87 44,53 35,18 Cenlulose 9,64 8,64 11,42 Tro 6,95 6,02 7,05 (Densikow M.T., 1963) 15 Dưới đây là các số liệu về giá trị thức ăn gia súc của mầm malt (trong 100 kg mầm malt) Propit chuyển hóa được 13,2 (kg) Photpho 0,675 (kg) Canxi 0,250 (kg) Carotin 0,025 (kg) Đơn vị thức ăn gia súc 67,2 (kg) Lượng mầm cần cho 1 đơn vị thức ăn gia súc 1,5 (kg) (Densikow M.T., 1963) ™ Ứng dụng Trong ngành chăn nuôi, mầm malt được sử dụng làm thức ăn gia súc vì hàm lượng các chất dinh dưỡng trong mầm malt rất cao. Người ta thường trộn 2 – 3 kg mầm malt vào trong khẩu phần ăn của 1 con vật, thường là trâu bò (trừ bò cái còn non). Nhưng do mầm có tính hút ẩm cao và tăng thể tích khá lớn nên phải bảo quản mầm ở nơi khô ráo tránh để mầm lên mốc và mang tính độc. Trong công nghiệp thực phẩm, mầm malt được dùng để sản xuất acid lactic và làm nguồn cung cấp nitơ cho quá trình sản xuất nấm men từ rỉ đường. Ngoài ra do trong mầm malt còn có các enzyme khác nhau nên mầm malt có khả năng thúc đẩy sự lên men của dịch đường. Do đó, mầm malt là nguyên liệu rất tốt để điều chế các chế phẩm enzyme như protease. Các sản phẩm phụ thu được trong quá trình điều chế các chế phẩm enzyme là những chất dễ hấp thụ như: acid amine và các dịch đặc lipid – vitamin. 2.1.3- Cặn protein Khi làm lạnh dịch bia, cặn protein sẽ được tạo ra ở các đáy đĩa làm lạnh hoặc ở đáy thùng lắng. Trong thời gian làm lạnh dịch bia, các protein cao phân tử đã đông tụ sẽ được kết lắng xuống. Thành phần hóa học và tỷ lượng của cặn phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu và điều kiện kỹ thuật pha chế dịch bia. 16 Thành phần hóa học trung bình của cặn protein như sau: (%) Nước 79,6 Protein 7 Chất hòa tan không có nitơ 7,7 Cellulose 1,2 Tro 1,2 Nhựa hoa hublon 3,3 Ngoài ra, trong cặn còn chứa muối khoáng. ™ Ứng dụng Do có chứa các chất đắng của hoa hublon nên cặn thường có vị đắng, vì vậy cặn không được sử dụng làm thức ăn gia súc ở dạng nguyên chất mà chỉ được dùng ở dạng trộn lẫn với các thức ăn gia súc khác. Ngoài ra ở một số nước người ta còn sử dụng cặn protein làm thức ăn cho cá và phân bón cho cây trồng. 2.1.4- Các phế liệu hạt Trong sản xuất bia, các phế liệu hạt được tạo ra trong quá trình làm sạch, phân loại, ngâm hạt đại mạch và nghiền malt. Khi làm sạch và phân loại hạt, các phế liệu được thu lại ở máy ly tâm (vỏ trấu, rơm rạ, hạt ngô, thân cây lúa), ở các máy phân loại (lúa mạch, vỏ, hạt đại mạch vỡ, các hạt có đường kính 1 – 2 mm và đại mạch loại III). Khi ngâm hạt đại mạch thu được phế liệu gồm các hạt đại mạch lép và vụn rơm. Phế liệu khi nghiền thóc malt là vỏ trấu và các đoạn mầm. Tỷ lệ phế liệu hạt ở các giai đoạn: ¾ Khi làm sạch và khi chọn, trên máy phân loại 1,5 (%) ¾ Khi phân loại (đại mạch loại III) 10 – 20 (%) ¾ Khi ngâm hạt 0,2 – 0,3 (%) ¾ Khi giã malt 0,5 (%) ™ Ứng dụng Phần phế liệu hạt sẽ được phân loại lại, phần đủ tiêu chuẩn được sử dụng làm thức ăn gia súc khô. Các phế liệu hạt khác thường được các nhà máy bia bán đi. 17 2.1.5- CO2 của lên men bia Trong thời kỳ lên men chính của sản xuất bia sẽ tạo ra khí CO2. ™ Ứng dụng Quá trình sản xuất bia sẽ tạo ra một lượng CO2 phế liệu rất đáng kể, do đó trong các nhà máy bia người ta thường sử dụng lại lượng CO2 này để làm tăng chất lượng bia nhờ tăng độ bão hòa CO2 trong giai đoạn đóng chai hay dùng trong sản xuất các loại nước giải khát không cồn. Tuy nhiên cần lưu ý, sản xuất công nghiệp CO2 thoát ra khi lên men chỉ thích hợp ở những nhà máy bia lớn có công suất trên 50 triệu lit/năm, trong điều kiện các thùng lên men hoàn toàn kín và sản xuất bia theo quy trình kỹ thuật thông thường. Ở Mỹ, việc thu hồi CO2 của lên men đã được thực hiện ở hầu khắp các nhà máy bia. Để làm điều đó, tất cả các thùng lên men đều phải được làm rất kín và được trang bị các van an toàn và bộ phận thu hồi bọt. CO2 được làm sạch bằng cách rửa với nước hoặc với KMnO4. Sau khi nén trong máy nén khí được đưa đi làm khô bằng silicagen hoặc được làm lạnh hoặc làm sạch lại lần nữa. Đôi khi người ta còn cho thêm một ít chất thơm. Khí CO2 thành phẩm sẽ được bảo quản ở 5 at, còn CO2 lỏng thì ở 20 at. 2.1.6- Nấm men bia Nấm men bia là một phế phẩm của sản xuất, được nằm lại trong các thùng lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ. Men bia có giá trị dinh dưỡng cao và chữa bệnh tốt. Tổng hiệu suất của men bia ép chiếm từ 5 – 10 g/l bia Trung bình trong men bia ép chứa (%): Nước 75 Chất chứa nitơ 14 Lipid 0,75 Chất hòa tan không chứa nitơ 8,25 Tro 2 (Densikow M.T., 1963) 18 Theo Uxta (dẫn liệu từ Densikow M.T., 1963), chất khô của men bia có thành phần như sau (%): Protein (Nx6.25) 51 – 58 Lipid 2 – 3 Glucid 9 – 11,5 Tro 8,1 – 9,1 Chất hòa tan không chứa nitơ 30 – 25 Nhiệt lượng tính bằng cal/g 4560 – 4840 Men bia có chứa phức hợp vitamin nhóm B (B3, B5, B4, B7), vitamin E, vitamin H, acid nicotinic (vitamin PP), acid panthonic, biotin, inozit, yếu tố Z và hàng loạt các nhân tố hormone, tiền vitamin D (ecgosterin) và các chất sinh trưởng (biot I, biot II). Bảng 2.4: Hàm lượng vitamin của nấm men bia sấy khô. Thành phần Hàm lượng (µg/g) Thiamine 50 - 360 Riboflavin 36 - 42 Niacin 320 - 1000 Pyridoxine 25 - 100 Folic acid 15 - 80 Pantothenate 100 Biotin 0,5 – 1,8 p-amino-benzoic acid 9 - 102 Choline - Inositol 2700 - 5000 (Pyke, 1958) Nấm men bia có nhiều vitamin và glutation hơn nấm men bánh mì. Glutation là yếu tố điều chỉnh quá trình oxy hóa khử của hàng loạt các chất khác giúp cho việc bình thường hóa sự trao đổi chất trong cơ thể sống. Do đó nấm men bia là chất bổ sung dinh dưỡng có giá trị đặc biệt, thúc đẩy việc sử dụng các chất dinh dưỡng khác. Dựa trên cơ sở đó khi cho nấm men bia vào khẩu phần thức ăn của gia cầm, lợn con và trâu bò non sẽ có tác dụng rất tốt. Bên cạnh đó, chính bản thân men bia còn là loại thực phẩm và thức ăn gia súc rất tuyệt. 19 Protein cùng các chất chứa nitơ khác chiếm 50 – 70 % vật chất khô của nấm men bia. 90 % tổng lượng nitơ nằm trong các protein thực sự. Khoảng 10 % tổng lượng nitơ đó của men bia là các acid amine (leucine, tyrosine...). Trong tro của nấm men bia chứa khoảng 50 % H3PO4, 30 % K, cũng như Ca, Mg, và các chất khác. Mặt khác, trong các chất hữu cơ của tế bào nấm men thì protein là thành phần có giá trị nhất. Tính chất protein của nấm men gần giống như protein nguồn gốc động vật. Protein của nấm men bia chứa khoảng 20 acid amine, trong đó có đủ các acid amine thiết yếu. Trong nấm men bia cũng chứa lipid, trong đó có 23,1 % lipid rắn và 76,1 % lipid lỏng. Lipid rắn gồm acid palmitic (61,3 %) và acid stearic (38,3 %). Trong thành phần lipid lỏng của men bia có acid oleic , acid linolenic và acid linoleic. Trong lipid của men bia còn chứa các photphatic – lecitin và cefatin. Chất khoáng chiếm khoảng 5 – 11 %, có vai trò quan trọng trong hoạt động của tế bào nấm men, đặc biệt là photpho có trong thành phần photphatide, nucleoprotein. Ngoài ra, trong tế bào nấm men còn có chứa các ion kali, magie, sắt, lưu huỳnh và acid silic. ™ Ứng dụng Ngoài việc được sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng và thức ăn gia súc, nấm men bia còn được dùng làm thuốc chữa bệnh và thuốc bồi dưỡng. Để làm thuốc chữa bệnh, nấm men bia có thể dùng ở dạng lỏng, dạng ép hoặc sấy khô. Nấm men bia từ lâu đã được sử dụng như là một sản phẩm để tăng cường sự trao đổi chất nói chung và chữa các bệnh mụn nhọt. Nhưng nhược điểm của nấm men bia khi làm chất dinh dưỡng và thuốc chữa bệnh chính là vị đắng của hoa hublon. 2.2- Các hướng tận dụng nấm men bia Việc sử dụng men bia trong trị liệu y học đã có từ rất xa xưa, khoảng 400 năm trước công nguyên tại Ai Cập cổ đại. Tuy đã được nhận thấy có tác dụng tốt đối với sức khỏe con người, nhưng mãi đến thế kỷ 15, 16 men bia vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. Nguyên nhân chính có thể là men bia ở dạng lỏng, dễ hư hỏng, khó bảo quản và sử dụng. Đến 1930, tại Nhật Bản, nấm men bia được cô đặc xuất hiện trên thị trường dưới dạng men khô. Khi đó men được cô đặc không quá 40oC, lúc đó men sẽ chuyển 20 hóa thành đường glucose. Tuy nhiên sau đó người ta lại thấy rằng, so với men bia tươi hoặc men được sấy ở nhiệt độ thấp thì men bia được sấy ở nhiệt độ cao (trên 100oC) cho hiệu quả cao hơn về vitamin cũng như acid amine. (Satake Kenji, 2002) Ở Châu Âu, từ nửa đầu thế kỷ 20 người Đức đã bắt đầu sử dụng nấm men như là một chất phụ gia thực phẩm. Vào những năm 1950, ngành công nghiệp sản xuất men chiết xuất đã bắt đầu hình thành. Đến 1974, sản phẩm men chiết xuất thương mại đầu tiên chứa 5’GMP – một nucleotide tự nhiên của RNA nấm men – đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp. (Eurasyp) Hiện nay có hai phương pháp xử lý phế liệu nấm men bia là chế biến men khô và men chiết xuất. Khi dùng để chế biến thức ăn gia súc hay thức ăn cho nông thủy sản nấm men có thể không cần phải tinh chế mà chỉ cần để nguyên men tươi và sấy khô. Nhưng khi dùng để chế biến ra những sản phẩm dành cho con người, nấm men cần thường phải tinh chế trước để tăng thêm hương vị. 2.2.1- Sản xuất men khô 2.2.1.1- Mục đích của việc sấy khô men tươi - Để men không bị biến dạng hoặc dễ hỏng. - Duy trì và bảo quản các thành phần của tế bào nấm men. - Giúp bảo quản lâu dài các đặc tính của men. - Giúp men trở nên dễ sử dụng. - Tăng cường tính hấp thụ tiêu hóa của men. - Tiêu diệt các vi khuẩn có hại. 2.2.1.2- Ứng dụng của men sấy khô Men sấy khô có thể được sấy bằng nhiều loại máy khác nhau như máy sấy dạng trống, máy sấy dạng trống kép, hay máy sấy phun... Men khô được sử dụng làm thuốc dạng viên hay dạng bột mang lại hiệu quả kinh tế cao, như ở Nhật khoảng 1000 tấn men khô được sử dụng làm thuốc hằng năm và giá trị thu được lên đến 3 – 4 tỷ yên. (Satake Kenji, 2002) Men khô cũng được sử dụng làm nguyên liệu nuôi trồng và chế biến thực phẩm bổ dưỡng hay làm nguyên liệu để chế biến thức ăn cho động vật như chó, mèo, bò, ngựa, chồn, chim bồ câu, cá chép... 21 Ngoài hai hướng ứng dụng trên, men khô còn có thể có khả năng ngăn cản ung thư nhờ khả năng tăng cường tính miễn dịch do glucan và mannan – là thành phần cấu tạo vách tế bào nấm men bia. Theo Eurasyp, các thành phần chính của men khô gồm: (tính theo vật chất khô) ¾ Protein: 40 – 55 % ¾ Carbohydrate: 27 – 39 % ¾ Chất khoáng: 5 – 10 % ¾ Lipid: 2 – 9 % ¾ Các vitamin nhóm B (B1,B2, PP, B5, B6), sắt, kẽm và selenium. 2.2.2- Sản xuất men chiết xuất Men chiết xuất được biết đến nhiều là nhờ hương vị thơm ngon đặc biệt khi được dùng trong một số thực phẩm như: súp, các loại nước chấm, các sản phẩm cá, thịt... Bản chất của quá trình sản xuất ra men chiết xuất chính là quá trình thủy phân nấm men bánh mì hay phế liệu nấm men bia thành một hỗn hợp các chất như amino acid, nucleotide, chuỗi peptide, protein, đường, vitamin, và những hợp chất có hương vị thơm ngon. Ngoài ra, người ta cũng có thể thủy phân các loại nấm men khác thuộc loại Saccharomyces. (Satake Kenji, 2002) Giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất men chiết xuất chính là giai đoạn phá vỡ vách tế bào nấm men. Ngày nay tế bào nấm men có thể được phá vỡ bằng phương pháp hóa học, phương pháp sử dụng enzyme hay cho nấm men tự phân trong môi trường nước. Tuy nhiên người ta nhận thấy khi kết hợp nhiều phương pháp với nhau sẽ đạt được hiệu quả thủy phân cao hơn. 2.2.2.1- Phương pháp hóa giải Acid HCl đậm đặc thường được sử dụng trong phương pháp này để thủy phân các protein trong nấm men thành các amino acid. Sau đó hỗn hợp sẽ được trung hòa lại bằng NaOH. Men chiết xuất được sản xuất bằng phương pháp này thường ở dạng paste hay dạng bột, có nồng độ muối cao và được sử dụng làm chất phụ gia trong thực phẩm để tạo hương vị thịt 22 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân. ¾ Tác nhân thủy phân Theo các tài liệu nghiên cứu cho thấy dùng HCl có nhiều ưu điểm hơn so với các acid khác hay bazơ khác vì khi thủy phân bằng HCl sẽ cho ra sản phẩm có màu sắc tươi đẹp, đạm thối ít và ít tổn thất acid amine. Nếu dùng H2SO4 để thủy phân thì sẽ nhanh hơn HCl, giá thành cũng không đắt hơn nhưng màu sắc của sản phẩm sẽ đen hơn, nhiều đạm thối và mất đi một số acid amine như trytophan (vì H2SO4 có tính chất oxy hóa mạnh). Nếu dùng NaOH cũng nhanh hơn nhưng nó khử đi một số acid amine. ¾ Lượng acid Lượng acid ít, tác nhân xúc tác trong quá trình thủy phân sẽ yếu, thời gian thủy phân dài, thủy phân không triệt để, tốn nước và nhiệt. Lượng acid nhiều sẽ gây lãng phí hóa chất (HCl, NaOH trung hòa), lượng muối sinh ra trong dịch thủy phân nhiều, đồng thời dưới tác dụng của nhiệt độ và nồng độ acid cao, amino acid sẽ bị phân hủy mạnh. ¾ Thời gian thủy phân Khi thời gian thủy phân ngắn, các mạch protid chưa phân giải hết làm cho hiệu suất thu hồi thấp. Nếu thời gian quá dài: đạm amine sẽ bị phân hủy, nhiều hợp chất màu nâu sẫm được hình thành, ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị của sản phẩm. ¾ Nhiệt độ thủy phân Nếu nhiệt độ cao quá sẽ làm protid trong nguyên liệu phân giải mạnh dẫn đến amino acid bị giảm và tạo thành nhiều sản phẩm phụ. Nếu nhiệt độ thấp quá thì thời gian thủy phân sẽ kéo dài. 2.2.2.2- Phương pháp tự phân Ngày nay trong hầu hết các nhà máy sản xuất men chiết xuất đều dùng phương pháp tự phân. Tự phân là quá trình xảy ra khi tế bào nấm men đã chết, vách tế bào không còn khả năng tự bảo vệ và sẽ bị phá hủy bởi chính các enzyme ở trong tế bào. Lúc này các chất ở trong tế bào chất như protein, nucleotide, carbohydrate... cũng sẽ bị chính hệ thống enzyme này tấn công và phân hủy. (Biocatalysts technical bulletin – 108) 23 Quá trình tự phân chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như nồng độ nấm men trong dung dịch, các yếu tố thúc đẩy quá trình tự phân như ethyl acetate, chitosan..., nhưng yếu tố quan trọng nhất vẫn là nhiệt độ, pH, thời gian. Đối với từng loại nấm men khác nhau thì các yếu tố chi phối cũng khác nhau. (Satake Kenji, 2002) - Nồng độ nấm men trong dung dịch: ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tự phân. Nồng độ nấm men càng thấp thì hiệu quả tự phân càng cao. Tuy nhiên nếu dung dịch tự phân quá loãng thì sẽ tăng giá thành của quá trình làm khô sau tự phân. Vì vậy, dung dịch tự phân thường được pha loãng ở nồng độ 10 – 15 % sinh khối nấm men. (Champagne và ctv, 2003) - Nhiệt độ: nấm men bia tự phân tối ưu ở 45oC (Suzzi, 1990; Wangchaoren và ctv, 1994), trong khi đó nấm men bánh mì thường đạt hiệu quả cao nhất ở nhiệt độ 51oC. Ở 54oC thì quá trình tự phân ở cả hai loại nấm men này đều không tốt, điều này có thể do enzyme bị biến tính ở nhiệt độ cao (Behalova và Beran, 1986). Bảng 2.5 : Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả tự phân của nấm men Hiệu quả tự phân (%) Nhiệt độ (oC) Nấm men bánh mì Nấm men bia 45 47,5 49,6 48 48,6 49,2 51 50,3 47,3 54 41,1 39,4 (Champagne C.P., 2003) - pH: nấm men có khả năng tự phân trong khoảng pH từ 4 – 6, nhưng thông thường nấm men sẽ được cho tự phân ở pH 5,5. Tuy nhiên ở pH này dung dịch tự phân thường nhiễm khuẩn rất nhiều mà vi khuẩn sẽ có thể phá hủy hương vị của men chiết xuất nên ethyl acetate và chitosan thường được dùng để ngăn cản vi khuẩn phát triển. (Champagne và ctv, 1998) - Thời gian tự phân: quá trình tự phân sẽ kết thúc khi alpha amino nitrogen đạt được hơn 50 %, do đó thời gian tự phân thích hợp nhất là 15 – 24 giờ. (Satake Kenji, 2002) 24 Để kết thúc quá trình tự phân, nhiệt độ sẽ được nâng lên làm enzyme mất hoạt tính, thanh trùng và đồng thời loại bỏ khí sinh ra trong quá trình tự phân. Hiện nay, các enzyme bên ngoài sẽ được bổ sung vào dung dịch tự phân để quá trình tự phân được tốt hơn, kết thúc nhanh hơn và cũng làm tăng thêm hương vị cho men chiết xuất sau này. 2.3- Một số các sản phẩm tiêu biểu của men chiết xuất 2.3.1- Yeast extract Food Chemical Codex định nghĩa: yeast extract là sản phẩm chứa các thành phần hòa tan của nấm men, mà chủ yếu là amino acid, đoạn peptide, carbonhydrate và muối. Yeast extract được tạo ra do quá trình thủy phân các chuỗi peptide nhờ các enzyme của chính tế bào nấm men hay enzyme thực phẩm được thêm vào. (dẫn liệu từ Eurasyp) Hai ứng dụng chính của yeast extract - Chất phụ gia cho thực phẩm: yeast extract đang được sử dụng ngày càng nhiều là nhờ hương vị độc đáo của các loại amino acid và các đoạn peptide ngắn sinh ra sau quá trình tự phân. Nó mang lại một hương vị tự nhiên với mùi thịt, mùi phô mai và làm tăng khẩu vị cho rất nhiều loại thực phẩm khác: súp, các loại nước chấm, các sản phẩm cá, thịt... - Thành phần bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh: yeast extract rất giàu đạm, vitamin, và các hợp chất kích thích sinh trưởng. Do đó nó được sử dụng như là một thành phần của môi trường nuôi cấy vi sinh, và thường dùng cho nuôi cấy các vi sinh vật sản xuất kháng sinh, dược phẩm, vitamin, acid hữu cơ và probiotic... Quy trình sản xuất yeast extract Tuy mỗi nhà sản xuất có những quy trình với vài sự khác biệt về nhiệt độ, pH... nhưng nhìn chung một quy trình sản xuất yeast extract bao gồm 5 giai đoạn. (Biocatalysts technical bulletin – 108) Giai đoạn 1: Co nguyên sinh Đây là phương pháp đơn giản để gây ra những tác động đầu tiên lên tế bào nấm men. Điều kiện thích hợp bao gồm: tăng nhiệt độ lên đến mức có thể giết chết nấm men nhưng không làm bất hoạt enzyme và thêm vào các hợp chất hóa học như muối, hay các hợp chất hữu cơ như isopropanol. Những tác nhân gây co nguyên sinh này 25 còn có tác dụng diệt khuẩn nên còn làm giảm sức tăng trưởng của những vi khuẩn tạp nhiễm vào dung dịch mà có thể gây ra những hậu quả như tăng độ keo của dung dịch gây cản trở quá trình lọc và làm thay đổi hương vị của sản phẩm. Muối còn giúp tạo thêm hương vị cho sản phẩm. Nếu quy trình tăng nhiệt độ không bổ sung muối (chỉ bổ sung hợp chất hữu cơ) thì sản phẩm sẽ nhạt hơn và thích hợp sử dụng cho những sản phẩm đặc biệt như thức ăn cho người bệnh, trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ. Khi chỉ gây co nguyên sinh bằng nhiệt độ thì điều kiện thích hợp là: pH 5,5, 58oC trong 40 – 48 h và thu được hiệu suất khoảng 56 %. Ta cũng thu được kết quả tương tự với cùng một điều kiện như trên nếu bổ sung isopropanol với nồng độ 0,5 % v/v và giữ nhiệt độ hơi thấp trong 5 giờ đầu. Giai đoạn 2: Tự phân Đây là giai đoạn tự phá vỡ vách tế bào nhờ chính các enzyme nội bào trong nấm men. Trong giai đoạn này có thể bổ sung thêm enzyme như protease để tăng hiệu suất. Giai đoạn 3: Thanh trùng Giai đoạn này nhằm giết chết các vi khuẩn còn sống và bất hoạt các enzyme. Trong giai đoạn này còn diễn ra sự tương tác giữa các phân tử nhỏ như amino acid và đường, tạo nên hương vị cho sản phẩm. Giai đoạn 4: Lọc Giai đoạn này sẽ loại bỏ những mảnh vỏ tế bào, glucan, mannan, và một số protein khác chưa bị thủy phân bởi các enzyme của nấm men trong quá trình tự phân. Những chất không hòa tan này có thể được sử dụng để bổ sung vào thức ăn gia súc và những chất tạo mùi. Nhà sản xuất có thể lọc thêm một lần nữa thu được dung dịch yeast extract thật sạch. Lần lọc này loại bỏ những oligopeptide ít tan sẽ kết tủa khi ở nồng độ cao. Giai đoạn 5: Cô đặc Giai đoạn này gồm 2 bước và xen kẽ với giai đoạn lọc. Dung dịch sẽ được gia nhiệt để nước bốc hơi và đạt được nồng độ cuối cùng là 70 – 75 % vật chất khô. Suốt giai đoạn này quá trình tạo hương sẽ tiếp tục diễn ra nhờ sự cô đặc các chất và nhiệt độ, cần lưu ý nếu để nhiệt độ lên quá 55oC sẽ gây ra mùi khét cho sản phẩm. 26 Hình 2.1: Sơ đồ sản xuất yeast extract ở Anh dùng cho men bánh mì (Gogfrey và West, 1996) Nấm men 28 % trọng lượng khô được pha loãng với nồng độ 600 g/l Điều chỉnh về pH 5 Tăng nhiệt độ lên 55oC trong 5 – 8 h Giữ ở 55oC trong 24 h (quá trình co nguyên sinh và tự phân) Tăng nhiệt độ lên 70oC và giữ trong 15 h (hoàn thành quá trình tự phân và bắt đầu quá trình thanh trùng) Ly tâm (tách các mảnh vỡ) 70 – 75oC trong 2 – 5 h (quá trình thanh trùng) Muối (3,5 kg/1000 l) Sấy thăng hoa trong điều kiện chân không đến khi đạt nồng độ hơn 30 % chất rắn Lọc (loại bỏ chất kết tủa) Sấy thăng hoa lần hai trong điều kiện chân không đến khi đạt nồng độ 70 – 75 % chất rắn (hay sấy phun) Sản phẩm cuối Protease Peptidase 27 Theo Eurasyp, các thành phần chính của yeast extract gồm: (tính theo vật chất khô) ¾ Đạm tổng số: 8 – 12 %, trong đó protein chiếm 50 – 75 % ¾ Đạm amine: 3 – 5,2 % ¾ Carbohydrate tổng số: 4 – 13 % ¾ Lipid: không có hoặc rất ít ¾ Muối: có hoặc không có tùy mục đích sử dụng Bảng 2.6: Thành phần amino acid trong yeast extract (%) Thành phần Hàm lượng Thành phần Hàm lượng Lysine 3,8 Proline 0,5 Histidine 1,2 Glycine 2,2 Arginine 1,2 Alanine 4,9 Trytophan 0,5 Cystine 0,5 Aspartic acid 3,6 Valine 3,2 Threonin 2,6 Methionine 0,6 Serine 4,7 Isoleucin 1,5 Glutamic acid 4,2 Leucin 1,6 Tyrosine 0,5 Phenyalanine 2,1 (Satake Kenji, 2002) Bảng 2.7: Thành phần vitamin trong yeast extract (µg/g) Thành phần Hàm lượng Thành phần Hàm lượng B1 150 Inositol 2,8 B2 60 Niacin 300 B5 25 Biotin 0,13 B12 0,13 Panthonic acid 40 Folic acid 0,33 (Satake Kenji, 2002) 28 2.3.2- Yeast extract chứa nucleotide tự nhiên 1960, Kunikawa khám phá ra 5’GMP (Guanosine mono phosphate) có khả năng kích thích vị giác. Vì nấm men chứa rất nhiều RNA, mà RNA lại rất giàu 5’GMP, nên những nhà sản xuất yeast extract đã bắt đầu nghiên cứu cách cắt RNA nấm men thành những đoạn nucleotide có chứa 5’GMP. 1974, sản phẩm yeast extract chứa 5’GMP thương mại đầu tiên đã được sản xuất với quy mô công nghiệp. Ngày nay, yeast extract chứa 2 loại nucleotide tạo mùi tự nhiên: 5’GMP, 5’ IMP (Inosine mono phosphate). Yeast extract với những nucleotide có rất nhiều ứng dụng trong thực phẩm, đặc biệt như là một chất tạo hương vị trong súp, nước chấm, snack, và thực phẩm ăn liền. Với tính năng làm tăng mùi vị nó giúp làm giảm lượng muối cần thiết trong thực phẩm, điều này rất phù hợp với xu hướng sản xuất thực phẩm tốt cho sức khỏe ít natri hiện nay. Hơn nữa yeast extract chứa nucleotide tự nhiên còn có thể làm tăng hương vị và kích thích khẩu vị của những dạng thực phẩm ít béo. (Eurasyp) Quy trình sản xuất Trong quá trình tự phân bình thường enzyme của nấm men cắt RNA thành những đoạn nucleotide không có tính kích thích vị giác. Do đó bước đầu tiên sản xuất yeast extract chứa nucleotide tự nhiên bao gồm quá trình bất hoạt các enzyme của nấm men bằng xử lý nhiệt. Sau đó RNA được chiết xuất bằng protease (phân giải vách tế bào). Bước tiếp theo là sử dụng enzyme phosphodiesterase để phân cắt RNA thành những đoạn nucleotide, kết quả là yeast extract chứa các đoạn 5’GMP, 5’CMP, 5’AMP và 5’ UMP. Bằng một loại enzyme khác là deaminase, 5’AMP được chuyển hóa thành 5’IMP cũng có tính kích thích vị giác. Những giai đoạn sau vẫn giống như các giai đoạn sản xuất yeast extract bình thường. (Eurasyp) 2.3.3- Yeast autolysate Yeast autolysate là sản phẩm chứa những thành phần hòa tan và cả không hòa tan của tế bào nấm men. Sản phẩm này chỉ cô đặc những thành phần này lại chứ không chiết xuất chúng, bản chất của quá trình tạo yeast autolysate là nhờ vào sự hoạt động của những enzyme thủy phân và tự phân của nấm men. (Eurasyp) 29 Yeast autolysate và yeast extract rất dễ bị nhầm lẫn với nhau, tuy nhiên giữa chúng hai điểm khác biệt đáng kể: ¾ Quá trình tự phân của yeast autolysate ngắn hơn của quá trình tự phân của yeast extract, do đó yeast autolysate chỉ thủy phân được một phần tế bào nấm men. ¾ Vách tế bào không được tách ra khỏi yeast autolysate, do đó yeast autolysate vẫn còn chứa những thành phần không hòa tan. Yeast autolysate thường được bổ sung vào snack, bánh biscuit,... để làm tăng hương vị. Ngoài ra, yeast autolysate còn được dùng thức ăn cho thú cưng và làm môi trường nuôi cấy vi sinh. (Eurasyp) Quy trình sản xuất Quy trình sản xuất yeast autolysate cũng tương tự như yeast extract, chỉ khác nhau ở thời gian tự phân và không loại bỏ những thành phần không hòa tan. Theo Eurasyp, thành phần chính của yeast autolysate gồm: (tính theo vật chất khô) ¾ Đạm tổng số: 8 – 11 %, trong đó protein chiếm 50 – 69 %. ¾ Carbohydrate tổng số: 15 – 25 %. ¾ Lipid: 3 – 10 %. ¾ Muối: có thể có hoặc không có. 2.3.4- Vách tế bào nấm men Vách tế bào chiếm khoảng 26 – 32 % trọng lượng khô của Saccharomyces và những loại nấm men khác. Hình 2.2: Cấu tạo vách tế bào nấm men 30 Ứng dụng của vách tế bào Vách tế bào nấm men là chất kích thích miễn dịch không đặc hiệu với hệ thống miễn dịch của con người và động vật. Nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng: nếu tiêu hóa Beta – Glucan của nấm men – một thành phần cấu tạo vách tế bào nấm men – sẽ giúp tăng cường hệ thống miễn dịch cho tế bào, giúp bảo vệ tế bào khỏi sự tấn công của vi khuẩn. Mannan – Oligo – Saccharide (MOS), một thành phần cấu tạo khác của vách tế bào nấm men, đã được chứng minh là có thể chữa được bệnh tiêu chảy ở heo cai sữa. MOS sẽ gắn kết với vi khuẩn gây bệnh ở trong ruột và mang theo chúng ra khỏi ruột. Ngoài ra MOS còn là một nguồn cung cấp nitrogen cho sự tăng trưởng của vi khuẩn. Vách tế bào nấm men cũng được sử dụng trong công nghiệp bia vì nó có khả năng gắn kết với những thành phần không mong muốn trong quá trình lên men giúp ngăn chặn và khắc phục các yếu tố cản trở quá trình lên men. Quy trình sản xuất Trong sản xuất ở quy mô công nghiệp, quy trình sản xuất vách tế bào nấm men gắn liền với quy trình sản xuất yeast extract. Sau khi nấm men tự phân, những phần vách tế bào không hòa tan sẽ được tách ra khỏi nhữnh thành phần hòa tan nhờ quá trình ly tâm, sau đó sẽ được sấy khô tạo ra vách tế bào nấm men. Thành phần chính của vách tế bào Vách tế bào nấm men chứa từ 30 – 60 % polysaccharides (beta-glucan và mannan sugar polymer), 15 – 30 % protein, 5 – 20 % lipid, và một lượng rất nhỏ chitin. Hầu hết protein trong vách tế bào liên kết với Mannan – Oligo – Saccharide (MOS) và tạo thành phức hợp Mannoprotein. Sản phẩm vách tế bào nấm men tiêu biểu thường chứa 15 – 30 % Beta-Glucan và 15 – 30 % MOS. (Eurasyp) 2.4- Giới thiệu sơ lược về sấy phun 2.4.1- Nguyên lý chung Quá trình sấy phun là quá trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột. Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạt nhỏ li ti nhờ cơ cấu phun sương. Cơ cấu phun sương thường có dạng đĩa quay hoặc vòi áp lực. Những hạt lỏng được bốc đi nhanh chóng nhưng nhiệt độ của vật liệu vẫn duy trì ở mức thấp, 31 nhờ vậy mà vật liệu được sấy khô nhưng không làm thay đổi đáng kể tính chất của sản phẩm. Thời gian sấy khô các hạt lỏng dạng sương trong sấy phun nhanh hơn nhiều so với các quá trình sấy khác. Sấy phun gồm ba quá trình cơ bản sau: - Quá trình phân tán dòng nhập liệu thành những hạt sương nhỏ li ti (sự phun sương). - Sự hòa trộn giữa vật liệu sấy và không khí nóng, đồng thời xảy ra quá trình bốc hơi nước. - Quá trình thu hồi sản phẩm từ dòng không khí ra. Mỗi bước thực hiện tuỳ thuộc vào kiểu và cách hoạt động của máy sấy, tính chất hóa lý riêng của thực phẩm quyết định đến chất lượng của sản phẩm sấy. Sự phun đồng nhất với việc hóa hơi và việc giảm ẩm ở mức độ cao, làm cho nhiệt độ sản phẩm giảm đi đáng kể so với không khí khi rời khỏi buồng sấy (Hoàng Văn Chước, 1997). Vì vậy, sản phẩm không bị tác động bởi nhiệt độ cao. Nên khi tách khỏi buồng sấy sản phẩm không bị giảm cấp bởi nhiệt. 2.4.2- Ưu nhược điểm của quá trình sấy phun ¾ Ưu điểm - Tính chất và chất lượng của sản phẩm đạt được tốt hơ