Đang tải... (xem toàn văn)
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
LỜI CẢM ƠNĐể có được thành quả ngày hôm nay, trước tiên, con xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để con có thể yên tâm học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn này.Xin gởi món quà này đến vong linh em song sinh Đỗ Nguyên Minh.Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ sinh học, các thầy cô của Bộ môn cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt bốn năm Đại học vừa qua.Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Đức Lượng và thầy Lê Hồng Phú đã đưa tôi đến với đề tài, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện.Để có thể hoàn thành khóa luận này, tôi trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ sinh học cùng cô Lê Thị Thủy Tiên, cô Huỳnh Ngọc Oanh, chị Võ Nguyễn Lam Uyên, chị Bùi Thanh Huyền và anh Nguyễn Quang Sơn – Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã hết lòng giúp đỡ và chỉ dẫn cho tôi những kinh nghiệm quý báu. Xin chân thành cảm ơnThầy Nguyễn Tiến Thắng, cô Đỗ Thị Tuyến, anh Trần Thạnh Phong, chị Diệp Quỳnh Như, chị Nguyễn Thị Phương Thảo – Viện sinh học nhiệt đới thành phố Hồ Chí Minh.Thầy Trần Cát Đông, cô Nguyễn Đinh Nga, cô Lê Thị Ngọc Huệ – Bộ môn Vi sinh – Kí sinh thuộc khoa Dược trường Đại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh.Anh Ngô Đại Nghiệp – Bộ môn Sinh hóa trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh.i Cô Nguyễn Thị Nguyên – Bộ môn Công nghệ thực phẩm trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.Các thầy cô, anh chị của Thư viện trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Thư viện trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã hết lòng giúp đỡ tôi vượt qua những bước đầu khó khăn trong quá trình nghiên cứu tài liệu. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn chị Trương Phước Thiên Hoàng – Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh và chị Trần Phương Ngọc – Văn phòng đại diện Nông trường sông Hậu đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong giai đoạn tìm nguyên vật liệu.Xin gởi lời cảm ơn đến các bạn lớp Công nghệ sinh học 27 đã quan tâm và chia sẻ cùng tôi quãng đời sinh viên nhiều kỷ niệm.Xin gởi lời cảm ơn đến bạn Nguyễn Thị Minh Trinh – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, và các bạn cùng phòng thí nghiệm đã đồng hành với tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Tôi xin cảm ơn bạn Trác Ngọc Lâm, người đã luôn động viên và chia sẻ những buồn vui cùng tôi trong suốt thời gian qua.Một lần nữa, xin gởi đến tất cả các thầy cô, các anh chị, các bạn và tất cả những người thân yêu đã luôn bên cạnh và giúp đỡ tôi lòng biết ơn chân thành nhất.ii TÓM TẮTĐỖ ĐẠI NGHĨA, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.Thời gian thực hiện: từ 1 – 3 đến 1 – 8 năm 2005.Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.“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 LƯỢNGTh.S. LÊ HỒNG PHÚCà 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 được1. Các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân2. Tỉ lệ cơ chất tối ưu cho Biocoffee-1 để hoạt tính pectinase và cellulase cao nhất3. Thời gian ủ chế phẩm để tối ưu quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase4. Thời gian lên men tối ưu cho hiệu suất trích ly của cà phê5. Tỉ lệ chế phẩm sử dụng để thu được chất hòa tan cao nhất6. Độ ẩm thích hợp cho hạt cà phê trước khi lên men7. Ngoài 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.iii ABSTRACTĐỖ ĐẠI NGHĨA, Nông Lâm University, Hồ Chí Minh City.Time: from 1st March to 1st August – 2005.The Biotechnology laboratory of Technical University, Hồ Chí Minh City.“RESEARCHING THE FERMENTED CONDITIONS OF SOME KINDS OF POPULAR COFFEE (Coffea L.) IN VIET NAM BY BIOCOFFE-1 (BIOPRODUCT) FOR HIGHLY DISSOLVED SUBSTANCES” Board of scientific instruction: Prof.Dr. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNGMSc. LÊ HỒNG PHÚCoffee is a kind of industrial trees, which is worth in economy. Every day, there are many people all over the world use its products as habitual drinks. Pectin and cellulose in coffee bean obstruct the ability of maximum extraction. From this reality, we study on using enzyme pectinase and cellulase from bioproduct to make an effect in fermented process in order to obtain the best extraction.Firstly, we determine the crucial ingredients in coffee bean. Then, we make Biocoffee-1 bioproduct which is the strongest activity of pectinase, cellulase and it is used for coffee bean fermentation. We research and specify some best conditions for fermented process to approach the maximum extraction. Our experiments base on the humidity of pre-fermented coffee bean, the time for process and the ratio of bioproduct.The results1. The crucial ingredients in coffee bean2. The best ratio of starch in bioproduct for the strongest pectinase and cellulase3. Time of incubating for the best biosynthesis of both enzymes pectinase and cellulase4. Time of fermented process for the best extraction5. The ratio of using Biocoffee-1 bioproduct for the maximum extraction6. The best humidity for coffee bean before fermentation process7. In addition, we also research the change of fermented mass (in weight, in temperature) and survey the pH of extracted liquids.MỤC LỤCiv PHẦN TRANGTrang bìaLời cảm ơn iTóm tắt iiiAbstract .ivMục lục vDanh sách các chữ viết tắt xiiDanh sách các hình xiiiDanh sách các sơ đồ, đồ thị xvDanh sách các bảng xviiPHẦN 1: MỞ ĐẦU 1PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 32.1. Tìm hiểu cây cà phê ở trong nước và trên thế giới .42.1.1. Lịch sử cây cà phê .4 2.1.2. Tình 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 .62.1.3. Tiêu chuẩn cho cà phê Việt Nam 92.1.4. Một số tiến bộ kỹ thuật mới trong nghề trồng và sử dụng cà phê trên thế giới 102.1.5. Mô tả cây cà phê 11 2.1.6. Phân loại 12 2.1.6.1. Cà phê chè (Coffea arabica L.) .122.1.6.2. Cà phê vối (Coffea canephora pierre) .122.1.6.3. Cà phê mít (Coffea excelsa Chev) .132.1.6.4. Cà phê mít dâu da (Coffea liberia Bull. In Hirn) .132.2. Thành phần của cà phê nhân .142.2.1. Cấu tạo hạt cà phê .142.2.2. Thành phần hóa học trong hạt cà phê .14 2.2.3. Công dụng của cà phê 16 v 2.2.4. Dược tính của cà phê 16 Tác dụng dược lý của caffeine .17 2.3. Các phương pháp xử lý cà phê hiện nay 18 2.3.1. Phương pháp chế biến khô 192.3.2. Phương pháp chế biến ướt .202.3.2.1. Thu nhận .202.3.2.2. Xát vỏ .202.3.2.3. Tách lớp nhầy (lên men) 21 a. Lên men tự nhiên 22b. Biện pháp sinh hóa 22c. Biện pháp hóa học 22d. Nước ấm 22 e. Ma sát .232.3.2.4. Rửa .232.3.2.5. Phơi / Sấy .23a. Sấy tự nhiên 23b. Sấy nhân tạo .23c. Sấy kết hợp .242.3.2.6. Tách vỏ .242.3.2.7. Các công đoạn khác 242.3.3. Bảo quản và vận chuyển cà phê nhân 242.4. Pectin 262.4.1. Định nghĩa 262.4.2. Cấu trúc 272.4.3. Phân loại 27 2.5. Cellulose .272.5.1. Định nghĩa 282.5.2. Cấu trúc 282.5.3. Tính chất .282.5.4. Vị trí .29vi 2.6. Enzyme 30 2.7. Pectinase 322.7.1. Định nghĩa 322.7.2. Ứng dụng 322.7.3. Phân loại .322.7.4. Chức năng .332.7.5. Các vi sinh vật tổng hợp pectinase 332.8. Cellulase 34 2.8.1. Định nghĩa 342.8.2. Tính chất .342.8.3. Ứng dụng .34 2.8.4. Phân loại .352.8.5. Chức năng .352.8.6. Hệ vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme cellulase 362.9. Nấm sợi (nấm mốc) .392.10. Aspergillus niger .422.11. Trichoderma reesei 43 PHẦN 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 453.1. Thời gian và địa điểm 46 3.1.1. Thời gian 463.1.2. Địa điểm .463.2. Vật liệu 463.2.1. Cà phê nhân .463.2.1.1. Giống 463.2.1.2. Nguồn gốc 463.2.2. Nấm sợi .463.2.3. Cơ chất 463.2.4. Môi trường sử dụng .473.2.4.1. Môi trường nuôi cấy nấm mốc 473.2.4.2. Môi trường nhân giống .47vii 3.2.4.3. Môi trường giữ giống .473.2.5. Hóa chất .473.2.5.1. Hóa chất sử dụng cho môi trường .473.2.5.2. Hóa chất sử dụng cho phương pháp xác định hoạt tính 47 3.2.5.3. Hóa chất sử dụng cho các phương pháp xác định thành phần 473.2.6. Thiết bị – dụng cụ 48 Thiết bị .48 Dụng cụ 493.3.Phương pháp nghiên cứu .493.3.1. Phương pháp vi sinh vật .49 3.3.1.1. Phương pháp cấy chuyền và giữ giống 49a. Phương pháp cấy chuyền 49b. Phương pháp giữ giống .493.3.1.2. Phương pháp nhân giống 503.3.1.3. Phương pháp cấy giống từ môi trường nhân giống sang môi trường chế phẩm .503.3.1.4. Phương pháp lên men .503.3.2. Phương pháp hóa lý 503.3.2.1. Phương pháp xác định độ ẩm 503.3.2.2. Phương pháp trích chất hòa tan .523.3.2.3. Phương pháp đo kích thước 523.3.2.4. Phương pháp nghiền .533.3.2.5. Phương pháp ray .533.3.2.6. Phương pháp đếm .533.3.2.7. Phương pháp ngâm .533.3.3. Phương pháp hóa sinh .533.3.3.1. Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme 53a. Xác định hoạt tính cellulase .53 b. Xác định hoạt tính pectinase .573.3.3.2. Các phương pháp xác định thành phần chủ yếu trong cà phê 58viii a. Xác định hàm lượng cellulose .58b. Xác định hàm lượng pectin .60c. Xác định hàm lượng đường tổng số hòa tan 61d. Xác định hàm lượng đường khử 64e. Xác định hàm lượng tinh bột .65f. Xác định hàm lượng nitơ tổng và protein thô 66g. Xác định hàm lượng tro và tổng hữu cơ 683.3.4. Phương pháp ly trích enzyme 693.3.5. Phương pháp thiết kế thí nghiệm .693.3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase .69a. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase .70b. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 703.3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase .70a. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase .71b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 713.3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men 71a. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê 72b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan của cà phê lên men 72c. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men .723.3.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 72a. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly 72 b. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng tăngđộ hòa tan chất trích cà phê 73c. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men .733.3.5.5. Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng trích ly chất hòa tan .73ix 3.3.5.6. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau lên men 733.3.5.7. Khảo sát nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 733.3.6. Phương pháp xử lý số liệu .73PHẦN 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 744.1. Kết quả khảo sát một số đặc điểm của ba loại cà phê 75 4.1.1. Hình dạng hạt .75 4.1.2. Số hạt cà phê trong 100 g 754.1.3. Số hạt đen, hỏng trong 100 g .754.1.4. Kích thước trung bình hạt .754.1.4.1. Chiều ngang trung bình .754.1.4.2. Chiều dài trung bình .754.1.4.3. Bề dày trung bình .754.2. Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân 77 4.3. Xác định môi trường chế phẩm tối ưu cho sinh tổng hợp pectinase và cellulase .78 4.3.1. Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase .784.3.1.1. Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase 78 4.3.1.2. Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 794.3.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase .804.3.2.1. Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase .814.3.2.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 82 4.4. Xác định ảnh hưởng của thời gian lên men .854.4.1. Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê .854.4.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan 874.4.3. Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men .904.5. Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 924.5.1. Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly .93 x [...]... tan của cà phê Bi theo thời gian lên men 85 Đồ thị 4.6: Khối lượng chất tan của cà phê Sẻ theo thời gian lên men 86 Đồ thị 4.7: Khối lượng chất tan của cà phê Mokka theo thời gian lên men 86 Đồ thị 4.8: Khối lượng chất tan 3 loại cà phê theo thời gian lên men 87 Đồ thị 4.9: Độ hòa tan của cà phê Bi theo thời gian lên men 88 Đồ thị 4.10: Độ hòa tan của cà phê Sẻ theo thời gian lên men ... 3.1: Cà phê Bi mua từ thị trường 45 Hình 3.2: Cà phê Sẻ mua từ thị trường 45 Hình 3.3: Cà phê Mokka mua từ thị trường 45 Hình 4.1 và 4.2: Cà phê đang được lên men 74 Hình 4.3: Cà phê lên men đã được rang .74 Hình 4.4: Thành phẩm cà phê lên men đã được rang và xay thành bột 74 Hình 4.5: Đo chiều dài hạt cà phê Bi 76 Hình 4.6: Đo chiều ngang hạt cà phê. .. Đồ thị 4.11: Độ hòa tan của cà phê Mokka theo thời gian lên men .89 Đồ thị 4.12: Độ hòa tan của 3 loại cà phê theo thời gian lên men 89 Đồ thị 4.13: pH dung dịch chất tan trích từ cà phê Bi theo thời gian lên men .90 Đồ thị 4.14: pH dung dịch chất tan trích từ cà phê Sẻ theo thời gian lên men 91 Đồ thị 4.15: pH dịch chất tan trích từ cà phê Mokka theo thời gian lên men .91 Đồ thị 4.16: pH dung... lượng cà phê Sẻ theo thời gian lên men 105 Đồ thị 4.35: Sự thay đổi trọng lượng cà phê Mokka theo thời gian lên men .105 Đồ thị 4.36: Sự thay đổi trọng lượng 3 loại cà phê theo thời gian lên men 106 Đồ thị 4.37: Sự thay đổi trọng lượng của cà phê Bi theo hàm lượng chế phẩm 107 Đồ thị 4.38: Sự thay đổi trọng lượng của cà phê Sẻ theo hàm lượng chế phẩm 107 Đồ thị 4.39: Sự thay đổi trọng lượng cà phê. .. 3 loại cà phê theo hàm lượng chế phẩm 99 Đồ thị 4.29: Độ ẩm hạt theo thời gian ngâm nước .100 Đồ thị 4.30: Khối lượng chất tan 3 loại cà phê theo thời gian ngâm nước 101 Đồ thị 4.31: Độ hòa tan 3 loại cà phê theo thời gian ngâm nước .102 Đồ thị 4.32: pH dịch trích chất tan của 3 loại cà phê theo thời gian ngâm nước 103 Đồ thị 4.33: Sự thay đổi trọng lượng cà phê Bi theo thời gian lên men. .. từ cà phê lên men 97 4.6 Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng trích ly chất hòa tan .100 4.6.1 Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên khả năng trích ly 101 4.6.2 Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên độ hòa tan .102 4.6.3 Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên pH của dung dịch chất tan 103 4.7 Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau khi lên. .. tan trích từ 3 loại cà phê theo thời gian 92 Đồ thị 4.17: Khối lượng chất tan của cà phê Bi theo hàm lượng chế phẩm 93 Đồ thị 4.18: Khối lượng chất tan của cà phê Sẻ theo hàm lượng chế phẩm 93 Đồ thị 4.19: Khối lượng chất tan của cà phê Mokka theo hàm lượng chế phẩm 94 Đồ thị 4.20: Khối lượng chất tan của 3 loại cà phê theo hàm lượng chế phẩm 94 Đồ thị 4.21: Độ hòa tan của cà phê Bi theo hàm... định hàm lượng đường tổng số 121 Bảng 7.8: Các số liệu mật độ quang trong xác định hàm lượng đường khử .122 Bảng 7.9: Các số liệu tính toán trong xác định hàm lượng đường khử 122 Bảng 7.10: Các số liệu trong xác định hàm lượng tro 122 Bảng 7.11: Các số liệu khi xác định độ ẩm của nguyên liệu cà phê 122 Bảng 7.12: Các số liệu khi xác định độ ẩm của các vật liệu 123 Bảng 7.13: Độ ẩm yêu... 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... lớp nhầy cà phê 21 Bảng 3.1: Dựng đường chuẩn glucose 55 Bảng 3.2: Bảng thực hiện phản ứng màu với antron 63 Bảng 3.3: Nghiệm thức tỉ lệ cơ chất trong chế phẩm 70 Bảng 3.4: Nghiệm thức thời gian nuôi nấm mốc tạo chế phẩm 71 Bảng 3.5: Nghiệm thức thời gian lên men cà phê .71 Bảng 3.6: Nghiệm thức hàm lượng chế phẩm sử dụng lên men cà phê 72 Bảng 4.1: Các thành . nghệ Sinh học Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.“NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ (Coffea L.) PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG. 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