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 nhân

[*]Tỉ lệ cơ chất tối ưu cho Biocoffee-1 để hoạt tính pectinase và cellulase cao nhất

[*]Thời gian ủ chế phẩm để tối ưu quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase

[*]Thời gian lên men tối ưu cho hiệu suất trích ly của cà phê

[*]Tỉ lệ chế phẩm sử dụng để thu được chất hòa tan cao nhất

[*]Độ ẩm thích hợp cho hạt cà phê trước khi lên men

[*]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.

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 4

[*]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 . 6

[*]Tiêu chuẩn cho cà phê Việt Nam . 9

[*]Một số tiến bộ kỹ thuật mới trong nghề trồng và sử dụng cà phê trên

thế giới . 10

[*]Mô tả cây cà phê . 11

[*]Phân loại 12

[*]Cà phê chè (Coffea arabica L.) 12

[*]Cà phê vối (Coffea canephora pierre) 12

[*]Cà phê mít (Coffea excelsa Chev) 13

[*]Cà phê mít dâu da (Coffea liberia Bull. In Hirn) . 13

[*]Thành phần của cà phê nhân . 14

[*]Cấu tạo hạt cà phê 14

[*]Thành phần hóa học trong hạt cà phê . 14

[*]Công dụng của cà phê 16

[*]Dược 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 19

[*]Phương pháp chế biến ướt . 20

[*]Thu nhận 20

[*]Xát vỏ . 20

[*]Tách lớp nhầy (lên men) . 21

[*]Lên men tự nhiên 22

[*]Biện pháp sinh hóa . 22

[*]Biện pháp hóa học 22

[*]Nước ấm . 22

[*]Ma sát . 23

[*]Rửa 23

[*]Phơi / Sấy . 23

[*]Sấy tự nhiên . 23

[*]Sấy nhân tạo 23

[*]Sấy kết hợp 24

[*]Tách vỏ 24

[*]Các công đoạn khác . 24

[*]Bảo quản và vận chuyển cà phê nhân . 24

[*]Pectin . 26

[*]Định nghĩa . 26

[*]Cấu trúc 27

[*]Phân loại 27

[*]Cellulose 27

[*]Định nghĩa . 28

[*]Cấu trúc 28

[*]Tính chất 28

[*]Vị trí . 29

[*]Enzyme 30

[*]Pectinase . 32

[*]Định nghĩa . 32

[*]Ứng dụng . 32

[*]Phân loại 32

[*]Chức năng 33

[*]Các vi sinh vật tổng hợp pectinase 33

[*]Cellulase 34

[*]Định nghĩa . 34

[*]Tính chất 34

[*]Ứng dụng . 34

[*]Phân loại 35

[*]Chức năng 35

[*]Hệ vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme cellulase 36

[*]Nấm sợi (nấm mốc) . 39

[*]Aspergillus niger 42

[*]Trichoderma reesei . 43

PHẦN 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 45

[*]Thời gian và địa điểm . 46

[*]Thời gian 46

[*]Địa điểm . 46

[*]Vật liệu 46

[*]Cà phê nhân . 46

[*]Giống 46

[*]Nguồn gốc 46

[*]Nấm sợi 46

[*]Cơ chất . 46

[*]Môi trường sử dụng 47

[*]Môi trường nuôi cấy nấm mốc 47

[*]Môi trường nhân giống 47

[*]Môi trường giữ giống 47

[*]Hóa chất . 47

[*]Hóa chất sử dụng cho môi trường 47

[*]Hóa chất sử dụng cho phương pháp xác định hoạt tính 47

[*]Hóa chất sử dụng cho các phương pháp xác định thành phần . 47

[*]Thiết 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 . 50

[*]Phương pháp cấy giống từ môi trường nhân giống sang môi trường

chế phẩm . 50

[*]Phương pháp lên men . 50

[*]Phương pháp hóa lý 50

[*]Phương pháp xác định độ ẩm 50

[*]Phương pháp trích chất hòa tan 52

[*]Phương pháp đo kích thước 52

[*]Phương pháp nghiền . 53

[*]Phương pháp ray . 53

[*]Phương pháp đếm . 53

[*]Phương pháp ngâm . 53

[*]Phương pháp hóa sinh 53

[*]Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme 53

[*]Xác định hoạt tính cellulase . 53

[*]Xác định hoạt tính pectinase 57

[*]Các phương pháp xác định thành phần chủ yếu trong cà phê . 58

[*]Xác định hàm lượng cellulose 58

[*]Xác định hàm lượng pectin . 60

[*]Xác định hàm lượng đường tổng số hòa tan . 61

[*]Xác định hàm lượng đường khử . 64

[*]Xác định hàm lượng tinh bột 65

[*]Xác định hàm lượng nitơ tổng và protein thô . 66

[*]Xác định hàm lượng tro và tổng hữu cơ 68

[*]Phương pháp ly trích enzyme . 69

[*]Phương 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 . 70

[*]Khảo 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 . 71

[*]Khảo 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 72

[*]Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan của cà phê lên men . 72

[*]Khảo 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 . 72

[*]Khảo 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 73

[*]Khảo sát nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men . 73

[*]Phương 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 75

[*]Số hạt cà phê trong 100 g 75

[*]Số hạt đen, hỏng trong 100 g 75

[*]Kích thước trung bình hạt . 75

[*]Chiều ngang trung bình . 75

[*]Chiều dài trung bình 75

[*]Bề dày trung bình . 75

[*]Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân . 77

[*]Xác 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 78

[*]Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase . 79

[*]Xác 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 81

[*]Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase . 82

[*]Xác định ảnh hưởng của thời gian lên men 85

[*]Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê . 85

[*]Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan . 87

[*]Xác 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 93

[*]Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ hòa tan . 95

[*]Khảo 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 . 101

[*]Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên độ hòa tan . 102

[*]Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên pH của dung dịch chất tan . 103

[*]Xác 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 . 104

[*]Xác định sự thay đổi trọng lượng khối ủ theo hàm lượng chế phẩm . 107

[*]Xác 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 12