Nghiên cứu xác lập điều kiện và giải pháp công nghệ tối ưu cho quá trình thủy phân protein bã nấm men bia nhằm ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm (tt)

1

MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết
Từ cuối thế kỷ 19, sản phẩm thủy phân (SPTP) protein được sử dụng
như là thực phẩm hàng ngày ở Châu Âu. SPTP protein được sử dụng rộng
rãi như là nguồn nitơ dễ hấp thu cho nhu cầu dinh dưỡng đặc biệt, ứng dụng
trong sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng, chức năng cho người bệnh, người
già và trẻ em... Những năm gần đây, SPTP được nghiên cứu ứng dụng trong
sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng cho người chơi thể thao, người ăn kiêng,
bệnh nhân ung thư... Nguồn nguyên liệu để sản xuất SPTP chủ yếu từ sinh
khối nấm men, phế liệu ngành thủy sản (như đầu cá, tôm...) và bã nấm men
từ ngành công nghiệp rượu, bia. Đặc biệt, bã nấm men bia là một nguồn
nguyên liệu dồi dào giàu protein còn chưa được khai thác và sử dụng hợp lý
ở nước ta. Bã nấm men bia có hàm lượng protein cao (chiếm 51-58% lượng
chất khô) và tỷ lệ acid amin cân đối với đầy đủ các loại acid amin cần thiết.
Hơn nữa, tại Việt Nam, với sản lượng bia ngày càng tăng, sẽ tạo ra nguồn bã
nấm men thải lớn khoảng 43.000 tấn/năm (tương ứng với sản lượng bia 3,5
tỷ lít /năm - 2015). Hiện nay, bã nấm men bia chủ yếu được sấy thành dạng
bột khô hoặc sử dụng bã nấm men ướt làm thức ăn chăn nuôi với hệ số tiêu
hóa thấp, hơn nữa bã nấm men còn gây ô nhiễm môi trường. Để tăng hiệu
quả sử dụng của bã nấm men bia, người ta thường thủy phân protein bã nấm
men bia. Tuy nhiên, các kỹ thuật thủy phân protein bã nấm men bia mới dừng
ở phương pháp tự phân và thủy phân gián đoạn bằng enzyme. Trong điều
kiện đó, mức độ thủy phân không cao và chất lượng sản phẩm thủy phân còn
hạn chế bởi vị đắng. Bởi vậy, xuất phát từ mục đích sử dụng hiệu quả bã nấm
men bia để tạo sản phẩm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, chúng tôi
tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xác lập điều kiện và
giải pháp công nghệ tối ưu cho quá trình thủy phân protein bã nấm men

bia nhằm ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm”.
2.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
Mục tiêu: Xác lập được điều kiện và giải pháp công nghệ tối ưu cho quá
trình thủy phân protein bã nấm men bia đạt mức độ thủy phân cao (DH) và
độ đắng (BT) của SPTP thấp nhằm ứng dụng cho sản phẩm thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu:


2

- Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp để xử lý bã nấm men bia.
- Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp để thủy phân protein bã nấm
men bia: Lựa chọn chế phẩm protease, các yếu tố thủy phân, một số giải pháp
nhằm nâng cao DH và giảm BT của SPTP.
- Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bã nấm men bia theo kỹ thuật thủy
phân gián đoạn, chảy tràn liên tục và tuần hoàn liên tục
- Đánh giá chất lượng SPTP protein bã nấm men bia
- Ứng dụng SPTP trong công nghệ sản xuất bánh cracker.
3.
Những đóng góp mới của luận án
- Đã xác lập điều kiện tối ưu nhất khi thủy phân protein bã nấm men bia bằng
mô hình tuần hoàn liên tục sử dụng thiết bị ống lồng ống.
- Đã minh chứng bằng thực nghiệm khi dùng hai hoặc nhiều chế phẩm
protease cùng công năng tác động lên một quá trình hoặc một cơ chất thì mức
độ thủy phân cao hơn và BT của SPTP thấp hơn khi chúng tác động đơn lẻ.
- Đã minh chứng được bằng thực nghiệm quá trình thủy phân protein bã nấm
men bia trong một thiết bị đơn lẻ có thể tích nhất định thì DH thấp hơn so
với hệ thống nhiều thiết bị mắc nối tiếp có tổng thể tích bằng thể tích của
thiết bị đơn lẻ.

- Kết quả nghiên cứu đã xác định được vai trò ảnh hưởng của tỷ lệ acid amin
kỵ nước đối với độ đắng của SPTP protein bã nấm men bia, là cơ sở khoa
học cho các nghiên cứu về protein và acid amin thuộc lĩnh vực chế biến thực
phẩm.
4.
Bố cục luận án
Luận án gồm 120 trang (không kể phụ lục) được chia thành các phần như
sau: Mở đầu 2 trang, chương 1: tổng quan tài liệu 31 trang, chương 2: vật
liệu và phương pháp nghiên cứu: 17 trang, chương 3: kết quả và thảo luận:
51 trang, kết luận và kiến nghị 2 trang, có 37 hình vẽ và đồ thị, 50 bảng, 150
tài liệu tham khảo và phụ lục.
1. TỔNG QUAN
Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của luận án được trình bày chi tiết về các phần:

1.1. Tổng quan về bã nấm men bia
1.1.1.Nấm men sử dụng trong sản xuất bia
1.1.2.Thành phần hóa học của bã nấm men bia
1.1.3.Thành phần bất lợi của bã nấm men bia


3

1.1.4.Tình hình tận thu bã nấm men bia
1.2. Tổng quan về sản phẩm thủy phân
1.2.1. Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein
1.2.2. Hàm lượng acid amin trong sản phẩm thủy phân protein
1.2.3. Nguyên nhân gây đắng của sản phẩm thủy phân protein
1.3. Tác nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein
1.3.1.Tác nhân thủy phân protein
1.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân và BT của SPTP

1.4. Tác nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein
1.4.1.Giải pháp xử lý bã nấm men bia
1.4.2.Giải pháp kỹ thuật thủy phân protein bã nấm men bia bằng chế phẩm
protease
1.5. Định hướng nghiên cứu
Từ tổng quan tài liệu có thể thấy rằng mặc dù đã có nhiều nghiên cứu quá
trình thủy phân protein bã nấm men bia.Tuy nhiên, còn những vấn đề chưa
được đề cập tới một cách sâu sắc như:
Đã có nhiều nghiên cứu cho việc xử lý loại các α và β-acid đắng trong
hoa houblon bám trên bề mặt tế bào bã nấm men bia bằng NaOH. Tuy nhiên,
hàm lượng α và β-acid đắng này sẽ khác nhau tùy vào từng công nghệ sản
xuất bia và đời men được xả bỏ. Do đó, khảo sát nồng độ NaOH và thời gian
ngâm để xử lý loại α và β-acid đắng này, đối bã nấm men bia sử dụng trong
luận án là cần thiết.
Đã có nhiều nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình thủy
phân protein bã nấm men bia, nhưng chủ yếu trên đối tượng nấm men nổi.
chưa có nghiên cứu nào đề cập đến cùng một lúc hai mục tiêu là DH lớn nhất
và độ đắng của SPTP thấp nhất trên đối tượng nấm men chìm. Vì vậy, lựa
chọn điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân protein bã nấm men bia là
cần thiết.
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu tối ưu quá trình thủy phân protein bã nấm
men bia theo kỹ thuật thủy phân gián đoạn, nhưng chỉ thực hiện tối ưu với
một mục tiêu là hiệu quả thủy phân. Đồng thời, chưa có nghiên cứu tối ưu
quá trình thủy phân chảy tràn liên tục và tuần hoàn liên tục protein bã nấm
men bia. Do đó, cả ba kỹ thuật thủy phân gián đoạn, chảy tràn liên tục và
tuần hoàn liên tục được thực hiện nghiên cứu trong luận án này.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


4

2.1. Vật liệu và hóa chất thiết bị
2.1.1 Vật liệu
Bã nấm men bia (SBY) được thu nhận sau quá trình lên men chính tại
Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội, Khu công nghiệp vừa và nhỏ Từ Liêm, Hà
Nội. Vật liệu làm bánh cracker (của Công ty cổ phần Green Việt Nam, Thanh
Xuân Trung Hà Nội).
2.1.2 . Hóa chất và thiết bị nghiên cứu.
Các chế phẩm protease thương mại của hãng Novo Nordisk Đan Mạch.
Hóa chất trong phân tích của hãng Sigma và Merck (Đức). Thiết bị nghiên
cứu chính được thiết kế và chế tạo là hệ thống thiết bị thủy phân gián đoạn,
chảy tràn liên tục và tuần hoàn liên tục.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp xử lý và thủy phân protein
bã nấm men bia.
2.2.1.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện xử lý bã nấm men bằng NaOH
2.2.1.2 Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp để thủy phân protein bã
nấm men bia
2.2.1.3 Thủy phân protein bã nấm men bia
2.2.2. Cô đặc sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia
2.2.3. Bước đầu thử nghiệm sản xuất bánh cracker có bổ sung SPTP.
2.3. Các phương pháp phân tích
2.3.1. Xác định tỷ lệ tế bào sống sót của bã nấm men bia
2.3.2. Xác định độ ẩm bã nấm men bia và SPTP sau cô đặc
2.3.3. Xác định nồng độ chất khô của SPTP sau cô đặc
2.3.4. Xác định độ tro của bã nấm men bia và SPTP sau cô đặc
2.3.5. Xác định chỉ tiêu vi sinh của SPTP sau cô đặc
2.3.6. Xác định độ đắng của bã nấm men bia sau quá trình rửa: Bằng phương
pháp đo quang theo tiêu chuẩn quốc tế.
2.3.7. Xác định hàm lượng protein tổng bằng phương pháp Kjelhdal

2.3.8. Xác định hàm lượng acid amin theo phương pháp Ninhydrin
2.3.9. Xác định thành phần acid amin theo phương pháp sắc ký lỏng cao áp
2.3.10. Đánh giá hiệu quả phá vỡ tế bào bã nấm men bia (TEM và SEM)
2.3.11. Xác định hàm lượng acid nucleic trong các mẫu SPTP
2.4.
Phương pháp cảm quan
2.4.1. Đánh giá độ đắng của SPTP theo phương pháp cảm quan cho điểm
2.4.2. Đánh giá cảm quan mẫu bánh cracker theo phương pháp khảo sát thị hiếu
người tiêu dùng.


5

a

36,62
31,48 33,57
32,13 35,59
27,14 30,02
25,66

40
30
20

10,18

10 3,65

12,67

3,76

14,98
3,94

16,54
4,02

0
20

30

45

60

Tỷ lệ sống sót của tế bào (%)

Độ đắng của nước rửa bã nấm men
bia (BU)

2.4.
Phương pháp toán học
2.5.1. Tính toán mức độ thủy phân
2.5.2.Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bã nấm men bia
Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bã nấm men bia với hai hàm mục tiêu
là mức độ thủy phân lớn nhất và độ đắng của sản phẩm thủy phân nhỏ nhất
bằng phần mềm Design – Expert 10.0 để xây dựng quy hoạch trực giao –
central composite orthogonal design (CCOD), thiết lập bề mặt đáp ứng và tối

ưu hóa theo hàm mong đợi. Ma trận thực nghiệm bao gồm 27 thí nghiệm
(cho trình thủy phân gián đoạn và chảy tràn liên tục) và 50 thí nghiệm (quá
trình thủy phân tuần hoàn liên tục). Với khoảng chạy của 4 yếu tố khả sát là
nhiệt độ (40 – 90oC), pH (6 -9), tỷ lệ E/S (5 – 10 U/g), thời gian (6 – 9h),
riêng quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục có thêm yếu tố cài đặt biến tần
của bơm chạy tuần hoàn (40 – 80%).
2.5.
Phương pháp thống kê
Tất cả các thí nghiệm được thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình. Kết quả
được xử lý thống kê với mức ý nghĩa α = 0,05.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp để xử lý và thủy phân
protein bã nấm men bia.
3.1.1. Điều kiện xử lý bã nấm men bằng NaOH
95,97
92,26
96,18
96,84
96,94
96,88
96,56 88,61
89,86
100
91,01
85,12
80,04
80
120

60

40
20
0
20

Thời gian rửa (phút)
ĐC

NaOH 0,05N

NaOH 0,1N

NaOH 0,15N

Hình 3.1.

b

30
45
Thời gian rửa (phút)

60

ĐC

NaOH 0,05N

NaOH 0,1N

NaOH 0,15N

Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian rửa đến độ đắng của nước
rửa (a) và tỷ lệ sống sót của tế bào (b)

Theo Hình 3.1 cho thấy, thời gian ngâm 30 phút là thích hợp đáp ứng
tiêu chí tỷ lệ sống sót tế bào và độ đắng của nước rửa cao. Sau quá trình rửa


6

25
20
15

10
5

22,35 17,96
19,57
19,11
14,86
15,52
18,35
15,34
13,95
18,86 16,34
16,38
12,59
14,73

0
6

6,5

Flavourzyme
Neutrase

Hình 3.2.

7

7,5
pH

8,0

8,5

Alcalase

Độ đắng của SPTP (BT, µmol/l)

Mức độ thủy phân (DH, %)

lần 2, bã nấm men được thực hiện rửa lần 3 và 4 bằng nước lạnh 4oC. Kết
quả độ đắng của nước rửa lần 2, lần 3 và lần 4 bã nấm men bia thấp hơn so
với trước khi xử lý (dịch bia thu được sau khi ly tâm bã nấm men bia) lần
lượt là 18% (34,74BU so với 30,02 BU), 87% (34,74BU so với 4,64BU) và

99% (34,74BU so với 0,1BU). Như vậy, lựa chọn được điều kiện xử lý bã
nấm men bia bằng NaOH như sau: Bã nấm men bia được rửa lần 1 bằng
nước lạnh 4oC, 30 phút, lần 2 bằng dung dịch NaOH 0,1N, 4oC, 30 phút, lần
3 bằng nước lạnh 4oC, 30 phút. Kết quả loại đắng đạt được sau quá trình
rửa lần 3 là 99% và tỷ lệ sống sót của tế bào là 98,53% ± 0,48.
3.1.2. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp để thủy phân protein
bã nấm men bia
3.1.2.1.
Lựa chọn chế phẩm protease
a. Ảnh hưởng của pH đến DH và BT của sản phẩm thủy phân:
53,45 62,13
70 61,64
57,35 50,25
60
46,62
50
34,70
56,77
40
46,72
45,33
52,56
30
27,02
20
32,77
26,94
10
0
6 6,5 7 7,5 8,0 8,5

pH
Flavourzyme

a

Neutrase

Alcalase

b

Ảnh hưởng của pH đến DH (a) và BT (b) trong quá trình thủy phân
protein bã nấm men bia bằng 3 chế phẩm protease

Kết quả nghiên cứu ở Hình 3.3a chỉ ra rằng, khi sử dụng chế phẩm
Alcalase, DH đạt cao nhất 22,35% ở pH 8,0. Xem xét BT của SPTP trên Hình
3.3b ta thấy, sử dụng chế phẩm Flavourzyme cho độ đắng thấp nhất 27,02
µmol quinine/l và đạt được với khoảng pH rộng hơn 7,0 – 7,5.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DH và BT
Từ kết quả nghiên cứu trong Hình 3.4, khi chỉ sử dụng chế phẩm
Flavourzyme có khoảng nhiệt độ thích hợp cho cả DH và BT của SPTP rộng
hơn so với hai chế phẩm còn lại 50 ÷ 55oC, DH đạt 18,68% và BT của SPTP


7

19,21 22,43
18,68 20,85
17,36
14,69

14,47
18,5516,52
12,74
13,97

25

19,68

20
15
10
5
0

45

50
55
60
Nhiệt độ (0C)

Flavourzyme

65

Độ đắng của SPTP(BT, µmol/l)

Mức độ thủy phân (DH,%)

27,66 µmol quinine/l. Với chế phẩm Alcalase, nhiệt độ thích hợp cho DH đạt
cao và BT của SPTP thấp đều là 550C, còn chế phẩm Neutrase là 50oC.

Alcalase

Neutrase

80

67,83
46,98

60
39,31

40

58,45 68,27
51,54

32,63
46,11

20

37,67
38,15

27,24 27,66

0
45

50
55
60
Nhiệt độ (0C)

Flavourzyme

Alcalase

b

Neutrase

a

65

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DH (a) và BT (b) trong quá trình thủy phân
bã nấm men bia bằng 3 chế phẩm protease

Hình 3.4.

60
15,02

40
20

50,88
17,53

18,93

34,73

22,75
32,61

19,17

22,96

27,45

0

30
20
32,49
27,12 10
0

1:1

1:1,5
Tỷ lệ bã nấm men bia/nước (w/w)

Mức độ thủy phân (%) Flavourzyme
Độ đắng của SPTP Flavourzyme

Hình 3.5.

1:2

Độ đắng của SPTP (BT,
µmol/l)

Mức độ thủy phân (DH, %)

Như vậy, DH bằng chế phẩm Alcalase là cao nhất, kế tiếp là Neutrase và
cuối cùng là Flavourzyme. Trong khi đó, BT của SPTP bằng chế phẩm
Flavourzyme là thấp nhất, tiếp đến là Alcalase và cao nhất là Neutrase.
Chứng tỏ, chế phẩm Flavourzyme có hiệu quả làm giảm BT của SPTP protein
bã nấm men bia. Do đó, để đạt được mục tiêu DH cao và BT của SPTP thấp,
tác giả loại Neutrase và lựa chọn hai chế phẩm Alcalase và Flavourzyme cho
các nghiên cứu tiếp theo.
3.1.2.2.
Ảnh hưởng của tỷ lệ bã nấm men bia/nước đến mức độ
thủy phân và độ đắng của sản phẩm thủy phân

Mức độ thủy phân (%) Alcalase
Độ đắng của SPTP Alcalase

Ảnh hưởng của tỷ lệ bã nấm men bia/nước đến DH và BT của SPTP


8

30
20
10
0

18,2127,13

19,41 26,84
19,47

4,3

27,18
27,32
15,04
15,04
15,12

30
20
10
0

5,8
7,2
8,6
10,1
Tỷ lệ E/S (chế phẩm Flavourzyme)

Độ đắng của SPTP (BT,
µmol/l)

Mức độ thủy phân
(DH, %)

Theo kết quả trên Hình 3.5, khi tăng tỷ lệ BNMB/N từ 1: 1 đến 1: 1,5 DH
đều tăng và BT của SPTP đều giảm với cả hai loại chế phẩm protease. Tại tỷ
lệ BNMB/N là 1: 1,5 (tương ứng 20% w/w) DH đạt lớn nhất cho quá trình
thủy phân bằng chế phẩm Alcalase và Flavourzyme, với giá trị lần lượt là
22,75% và 18,93%; tương ứng BT của SPTP đạt thấp nhất lần lượt là 32,61
µmol quinine/l và 27,45 µmol quinine/l. Do đó, để đạt được DH cao nhóm
nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ BNMB/N là 1: 1,5 cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.1.2.3.
Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/protein bã nấm men bia (E/S)
đến mức độ thủy phân và độ đắng của sản phẩm thủy phân

40

22,3532,77 26,19

29,43

20

40
29,56
29,49
21,08
21,12

21,08 20

25,84

0

0
4,5

6,0
7,5
9,0
Tỷ lệ E/S (chế phẩm Alcalase)

Mức độ thủy phân (DH, %)

Hình 3.6.

(a)

10,6

Độ đắng (BT, µmol/l)

Độ đáng của SPTP (BT,
μmol/l)

Mức độ thủy phân
(DH, %)

Mức độ thủy phân (DH, %)

(b)

Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến DH và BT của Flavourzyme(a) và Alcalase
(b)

Với chế phẩm Flavourzyme tỷ lệ E/S 7,2U/g cho BT của SPTP thấp nhất
15,04 µmol quinine/l nhưng DH cao nhất ở tỷ lệ E/S 10,1 U/g, giá trị DH
tăng ở tỷ lệ E/S từ 7,2 ÷ 10,1 U/g là 0,48%. Như vậy, khi sử dụng các chế
phẩm protease riêng lẻ khó có thể nhận được DH cao hơn và BT của SPTP
thấp hơn. Hơn nữa, một số nghiên cứu quá trình thủy phân trên các cơ chất
khác đã thực hiện như nghiên cứu sử dụng hỗn hợp hai hoặc nhiều chế phẩm
protease. Do đó, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn giải pháp kết hợp Alcalase và


9

Flavourzyme cho quá trình thủy phân protein bã nấm men bia. Tuy nhiên,
việc lựa chọn được điều kiện thích hợp của hỗn hợp Alcalase và Flavourzyme
đòi hỏi cần thực hiện nhiều thí nghiệm tổ hợp.
3.1.2.4.
Một số giải pháp nhằm nâng cao mức độ thủy phân và giảm
độ đắng của sản phẩm thủy phân
a. Lựa chọn phương án kết hợp chế phẩm Alcalase và Flavourzyme
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tổ hợp tỷ lệ E/S của chế phẩm
Alcalase và Flavourzyme, tỷ lệ E/S của chế phẩm Alcalase 7,5U/g cho DH
cao và BT của SPTP thấp hơn so với tỷ lệ 6,0 và 4,5 U/g. Với tỷ lệ E/S của
Alcalase 7,5U/g kết hợp với tỷ lệ E/S của Flavourzyme là 7,2 U/g cho DH
cao nhất và BT của SPTP thấp nhất lần lượt đạt là 33,79% và 19,57 µmol

quinine/l, nếu tiếp tục tăng tỷ lệ E/S của Flavourzyme chỉ số DH và BT không
đổi. Để thuận lợi cho tính toán chúng tôi chọn tỷ lệ E/S thích hợp cho hỗn
hợp Alcalase và Flavourzyme là 7,5U/g và 7,5U/g. Dựa vào tỷ lệ E/S thích
hợp đã được lựa chọn, chúng tôi tiến hành thí nghiệm lựa chọn pH và nhiệt
độ thích hợp cho quá trình thủy phân protein bã nấm men bia bằng hỗn hợp
Alcalase và Flavourzyme. Tại điều kiện nhiệt độ 52,5oC và pH 7,5 cho DH
nhất và BT của SPTP thấp nhất lần lượt đạt là 33,82% và 19,53µmol
quinine/l. Hình 3.9 là kết quả khảo sát diễn biến của DH và BT theo thời gian
ở điều kiện thủy phân thích hợp cho từng chế phẩm Alcalase, Flavourzyme
và hỗn hợp Alcalase + Flavourzyme. Kết quả cho thấy, trong khoảng 12 giờ
thủy phân, DH của cả ba thí nghiệm đều tăng, trong đó quá trình thủy phân
bằng hỗn hợp Alcalase + Flavourzyme tăng cao nhất đạt 33,81% nhưng
không tương ứng với tỷ lệ E/S sử dụng gấp đôi, tiếp đó với Alcalase (29,52%)
và cuối cùng là Flavourzyme (26,91%). Mặt khác, BT của SPTP của cả ba
thí nghiệm đều giảm, quá trình thủy phân bằng Flavourzyme giảm thấp nhất
đạt 15,21 μmol quinine/l còn hỗn hợp Alcalase + Flavourzyme đạt
17,58μmol quinine/l giảm được 7% so với dùng Alcalase riêng lẻ (19,55μmol
quinine/l). Sau 12 giờ thủy phân, giá trị DH và BT của SPTP không đổi khi
sử dụng riêng lẻ Alcalase hoặc Flavourzyme. Tuy nhiên, khi sử dụng phối
hợp Alcalase + Flavourzyme thì DH và BT của SPTP tiếp tục tăng và giảm
giá trị đạt được lần lượt là 37,64% và 17,58% tại thời gian thủy phân 15 giờ.
Mặc dù, tỷ lệ E/S được sử dụng gấp đôi, nhưng sự tăng DH ở mẫu (A+F) là
do hoạt tính exopeptidase của chế phẩm Flavourzyme thủy phân các peptide


10
50

Độ đắng của SPTP (BT,
µmol /l)

Mức độ thủy phân (DH, %)

thành các acid amin,
37,64
hoạt
tính
40
35,25
33,81
30,55
của
26,98
29,48 29,34 endopeptidase
29,52
30
23,17
24,58
phẩm
27,06 chế
19,02
26,96
26,91
17,55
20
Flavourzyme chưa
17,86
21,35
được sử dụng. Hơn
10

15,34
nữa, hoạt tính của chế
0
phẩm Flavourzyme
6
8
10
12
13
15
Thời gian thủy phân (giờ)
a
F
A
A+F
được tính bằng tổng
của exopeptidase và
21,04
40
23,71
31,04 28,14
endopeptidase, tức là
20,94
18,62
30 24,79
21,02
23,43
21,03 vẫn cần phải sử dụng
20
23,73

một
lượng
10
17,58 đủ
19,22
15,21 19,55 15,28
16,57
14,93
exopeptidase của chế
0
6
8
10
12
13
15
phẩm Flavourzyme
Thời gian thủy phân (giờ)
thì mới làm tăng được
F
A
A+F
mức độ thủy phân lên
b
37,64%. Do đó, khi
Hình 3.9. Kết quả khảo sát diễn biến của DH (a) và BT
thủy phân protein bã
(b) theo thời gian thủy phân bằng Alcalase (A),
nấm men bia bằng
Flavourzyme (F) và hỗn hợp Alcalase +

Flavourzyme (A + F)
hỗn hợp Alcalase +
Flavourzyme thì tỷ lệ E/ S tăng gấp đôi. Như vậy, bước đầu nhóm nghiên cứu
đã lựa chọn được giải pháp sử dụng hỗn hợp Alcalase + Flavourzyme với
điều kiện thích hợp nhiệt độ 52,5oC và pH 7,5, tỷ lệ E/S (của cả hai chế phẩm)
đều là 7,5 U/g trong thời gian 15 giờ. Bằng thực nghiệm, khi sử dụng hỗn
hợp hai chế phẩm Flavourzyme + Alcalase cho hiệu quả cao hơn khi sử dụng
đơn lẻ. Cụ thể, DH tăng 22% và BT của SPTP giảm 16,4 % so với mẫu chỉ
thủy phân bằng Alcalase.
b. Giải pháp 2: Lựa chọn phương pháp vật lý
Chế độ sốc nhiệt: Lần 1 thực hiện quá trình sốc nhiệt từ 1 – 3 phút ở 68oC,
sau đó ủ trong 1 giờ ở 45 – 50oC và lần 2 thực hiện quá trình sốc nhiệt từ 1 –
3 phút ở 68oC, sau đó ủ trong 1 giờ ở 52 – 55oC. Kết quả nghiên cứu trong


11

Bảng 3.2, dưới tác động của quá trình sốc nhiệt, DH tăng 2,9% (so với mẫu
không sốc nhiệt) nhưng BT và vị cảm quan của SPTP hầu như không đổi.
Bảng 3.2.
Mẫu SPTP
Không sốc nhiệt
Sốc nhiệt lần 1
Sốc nhiệt lần 2

Ảnh hưởng của quá trình sốc nhiệt đến DH, BT và ST

Độ đắng (BT) (µmol quinine/l)
16,85 ± 0,34
16,61 ± 0,63

16,44 ± 0,57

Hiệu suất (DH) (%)
33,81 ± 0,37
34,37 ± 0,38
36,68 ± 0,26

Vị cảm quan (ST)
Umami, ngọt
Umami, ngọt
Umami, ngọt

Chế độ siêu âm: Được thực hiện ở nhiệt độ 50oC, pH 5,5.
Bảng 3.3.
Thời gian siêu âm
(phút)
Không siêu âm
1
2
4
5

Ảnh hưởng của quá trình thời gian siêu âm đến DH, BT và ST
Độ đắng (BT)
(µmol quinine/l)
16,85 ± 0,34
18,81 ± 0,28
23,06 ± 0,39
23,94 ± 0,25
27,42 ± 0,44

Hiệu suất
(DH) (%)
33,81 ± 0,37
42,21 ± 0,31
49,72 ± 0,42
47,51 ± 0,34
42,33 ± 0,41

Vị cảm quan (ST)
Umami, ngọt
Vị tanh, mùi khó chịu
Vị tanh, mùi khó chịu
Vị tanh, mùi khó chịu
Vị rất tanh, khó chịu, mùi lạ

Kết quả nghiên cứu ở bảng 3.3 cho thấy, siêu âm có tác động lớn đến DH,
đặc biệt sau 2 phút siêu âm DH tăng mạnh từ 33,81% (ở mẫu không siêu âm)
lên 49,72% (tăng 16%). Thời gian siêu âm càng dài thì BT của SPTP càng
tăng, giá trị độ đắng xác định được sau thời gian siêu âm 1 phút và 5 phút lần
lượt là 18,81 µmol quinine/l và 27,42 µmol quinine/l.

(a)

(b)

(c)

Hình 3.10. Hình ảnh chụp TEM tế bào bã nấm men bia ban đầu (a), sốc nhiệt (b) và
siêu âm (2 phút) (c) sau đó thủy phân

Hình 3.10 là ảnh chụp TEM mẫu tế bào bã nấm men bia. Kết quả Hình
3.10b so với Hình 3.10a cho thấy thành tế bào nấm men bia chưa có sự thay
đổi nhiều dưới tác động của quá trình sốc nhiệt. Trong khi đó, Hình ảnh 3.10c
nhận thấy thành tế bào có sự cắt đứt (mũi tên chỉ). Tuy nhiên, vị cảm quan


12

70
60

34,97

35,16

36,85

37,94

38,25

38,29

62,31
33,81

50

46,55

40

19,67

30

16,71

20

16,68

16,62

16,53

16,41
16,40

10

10,15
16,85

0
A8H12 A10H12 A15H12 A20H12 A24H12 A36H12
Mẫu SPTP
Mức độ thủy phân (DH, %)

A24

A12

45
40
35
30
25
20
15
10
5
0

Mức độ thủy phân (DH, %)

Độ dắng của SPTP (BT, μmol/l)

của SPTP có quá trình siêu âm, có mùi tanh rất khó chịu, là yếu tố không
mong muốn cho ứng dụng của SPTP trong công nghiệp thực phẩm. Do đó,
phương pháp siêu âm không được chọn trong nghiên cứu này, nhóm nghiên
cứu lựa chọn phương pháp sốc nhiệt cần thực hiện trước quá trình thủy phân
protein bã nấm men bia.
c. Giải pháp 3: Lựa chọn thời gian tự phân thích hợp

H12

Độ đắng (BT, µmol quinine/l)

Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian tự phân đến DH và BT của SPTP

Kết quả nghiên cứu được biễu diễn ở Hình 3.11. Trong đó, ký hiệu
A8H12 là mẫu tự phân 8 giờ sau đó thủy phân 12 giờ, ký hiệu tương tự với
các mẫu còn lại. Khi bã nấm men bia được thực hiện quá trình tự phân 24
giờ, sau đó tiến hành quá trình thủy phân 12 giờ bằng hỗn hợp Flavourzyme
+ Alcalase (A24H12), DH tăng 18,6% và BT của SPTP giảm 65% so với
mẫu A24. Mặc dù, DH và BT của SPTP của mẫu A24H12 lớn hơn 4,5% và
thấp hơn 2% so với mẫu H12.

(a)
Hình 3.12.

(b)

(c)

Hình ảnh chụp TEM tế bào của (a) mẫu A24, (b) mẫu H12 và (c) mẫu
A24H12


13

Tuy nhiên, khi xem kết quả hình ảnh chụp TEM tế bào của các mẫu
(H12), (A24) và (A24H12) ở Hình 3.12. Cụ thể Hình 3.12a cho thấy, nếu chỉ
tự phân thì tế bào nấm men bia chưa có dấu hiệu của sự phá vỡ, do đó mức
độ tự phân thấp, BT của SPTP cao. Trong khi đó, Hình 3.12b là kết quả chụp
TEM mẫu (H12), tại vị trí mũi tên chỉ, tế bào đã có sự biến dạng, nhưng chưa
thấy rõ được sự phá vỡ. Hình 3.12c, tại vị trí mũi tên chỉ, tế bào bã nấm men
bia của mẫu (A24H12) đã có dấu hiệu bị phá vỡ. Do đó, để nâng cao DH và

giảm BT của SPTP nhóm nghiên cứu lựa chọn thời gian tự phân bã nấm men
bia là 24 giờ, sau đó thực hiện quá trình thủy phân bằng hỗn hợp Alcalase
và Flavourzyme.
d. Giải pháp 4: Lựa chọn phương pháp cơ học
Bảng 3.5.

Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến mức độ thủy phân và độ đắng của SPTP

Mẫu
Không khuấy
100v/p
150v/p
250v/p
300v/p
400v/p

Độ đắng của SPTP (µmol quinine/l)
26,31 ± 0,93
18,33 ± 0,47
17,46 ± 0,45
16,85 ± 0,34
16,86 ± 0,33
16,89 ± 0,26

Mức độ thủy phân (%)
21,5 ± 0,67
23,35 ± 0,42
33,66 ± 0,29
33,81 ± 0,37
34,84 ± 0,38

34,88 ± 0,47

Phương pháp cơ học được thực hiện trong nghiên này bằng khuấy, kết
quả nghiên cứu ở Bảng 3.5 cho thấy, khi có tác động khuấy, ở mẫu SPTP với
tốc độ khuấy là 100 v/p, BT của SPTP giảm xuống 18,33 µmol quinine/l và
DH tăng đạt 23,35%. Do đó, dưới tác động của của thiết bị khuấy với tốc độ
khuấy 250 v/p, DH tăng 36% và BT của SPTP giảm 35% so với không sử
dụng thiết bị khuấy. Do vậy, nhóm nghiên cứu lựa chọn phương pháp cơ học
bằng khuấy với tốc độ khuấy 250 v/p để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo
Để đáp ứng giải pháp nâng cao DH và giảm BT của SPTP. Nhóm
nghiên cứu đã lựa chọn được Phương pháp sốc nhiệt + tự phân (24 giờ, 50oC,
pH 5,5), sau đó thủy phân bằng hỗn hợp chế phẩm Alcalase và Flavourzyme
(52,5oC, pH 7,5, tỷ lệ E (Flavourzyme)/S 7,5 U/g, tỷ lệ E (Alcalase)/S 7,5
U/g) cho quá trình thủy phân protein bã nấm men bia trong 12 giờ. Như vậy,
nhóm nghiên cứu đã xác định được điều kiện và phương pháp tiến hành để
loại trừ chất đắng trong dịch thủy phân bã nấm men bia. Đã minh chứng
bằng thực nghiệm khi dùng hai hoặc nhiều chế phẩm protease cùng công


14

năng tác động lên một quá trình hoặc một cơ chất thì mức độ thủy phân cao
hơn và độ đắng của SPTP thấp hơn khi chúng tác động đơn lẻ.
3.1.3. Đánh giá hiệu quả áp dụng của các giải pháp nâng cao mức độ thủy
phân và giảm độ đắng của sản phẩm thủy phân
Mục đích của nghiên cứu: So sánh hiệu quả của các giải pháp nâng cao mức
độ thủy phân và giảm độ đắng của sản phẩm thủy phân đã lựa chọn ở mục
3.1.2 trên các hệ thống thủy phân gián đoạn, tuần hoàn liên tục và chảy tràn
liên tục.
3.1.3.1. Giải pháp sốc nhiệt và tự phân trước quá trình thủy phân.

Kết quả nhận được chỉ ra, với cả ba giải pháp thủy phân khi có quá
trình sốc nhiệt và tự phân làm tăng DH và giảm BT của SPTP, giá trị đạt
được tương ứng là 6,56% (40,37% so với 33,81%) và 2,6% (16,41 so với
16,85 µmol quinine /l) (kỹ thuật thủy phân gián đoạn), là 7,1% (46,36% so
với 39,25%) và 7% (14,82 so với 15,94 µmol quinine /l) (kỹ thuật thủy phân
chảy tràn liên tục), là 12% (53,18% so với 41,19%) và 26,9% (15,69 so với
11,47 µmol quinine /l) (kỹ thuật thủy phân tuần hoàn liên tục).
Bảng 3.6. Kết quả DH và BT của SPTP bằng kỹ thuật thủy phân gián đoạn, chảy
tràn liên tục và tuần hoàn liên tục (có và không có giải pháp sốc nhiệt + tự
phân)
Kỹ thuật thủy phân
Gián đoạn
Chảy tràn
liên tục
Tuần hoàn
liên tục

Sốc nhiệt và tự phân
Không sốc nhiệt và tự phân
Sốc nhiệt và tự phân
Không sốc nhiệt và tự phân
Sốc nhiệt và tự phân
Không sốc nhiệt và tự phân

Độ đắng của SPTP
(µmol/l)
16,41 ± 0,53
16,85 ± 0,34
14,82 ± 0,51
15,94 ± 0,48

11,47 ± 0,42
15,69 ± 0,57

Mức độ
thủy phân (%)
40,37 ± 0,72
33,81 ± 0,37
46,36 ± 1,59
39,25 ± 1,23
53,18 ± 1,63
41,19 ± 1,54

Rõ ràng, giải pháp kỹ thuật thủy phân liên tục đạt hiệu quả cao khi có
giải pháp sốc nhiệt và tự phân được thực hiện trước quá trình thủy phân, đặc
biệt giải pháp kỹ thuật thủy phân tuần hoàn liên tục cho DH cao nhất và BT
của SPTP thấp nhất. Như vậy, để tận dụng được tối đa hiệu quả của dòng liên
tục, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm trong đó quá trình tự phân
được thực hiện theo kỹ thuật chảy tràn liên tục và tuần hoàn liên tục (mục
3.1.3.2).


15

70
60
50
40
30
20
10

0

61,02

60,78
36,75

51,24

52,31

32,18
51,76
45,84
28,93
25,24
4

a
M1

6 8 9 10 11 12
Thời gian thủy phân (giờ)
M'1

M2

M'2

Độ đắng của SPTP (BT, µmol

quinine/l)

Mức độ thủy phân (DH, %)

3.1.3.2. Giải pháp thực hiện quá trình sốc nhiệt và tự phân bằng kỹ thuật
tuần hoàn liên tục và chảy tràn liên tục trước quá trình thủy phân
Kết quả nghiên cứu ở Hình 3.14 cho thấy, khi giai đoạn sốc nhiệt + tự
phân (được thực hiện bằng kỹ thuật chảy tràn liên tục hay tuần hoàn liên tục)
trước quá trình thủy phân đều có hiệu quả cho việc nâng cao DH và giảm độ
đắng của SPTP. Cụ thể, với hệ thống thủy phân chảy tràn liên tục, DH tăng
6,5% (45,84% so với 52,31%) và BT của SPTP giảm 21% (15,05 µmol
quinine /l so với 11,92 µmol quinine /l). Trong khi đó, hệ thống thủy phân
tuần hoàn liên tục có DH tăng 9,3% (51,76% so với 61,02%) và BT của SPTP
giảm 35% (11,94 µmol quinine /l so với 7,73 µmol quinine /l). Một lần nữa
khẳng định, hiệu quả của dòng liên tục có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao
DH và giảm độ đắng của SPTP. Do đó, khi thực hiện tối ưu hóa quá trình
thủy phân protein bã nấm men bia, nhóm nghiên cứu lựa chọn sốc nhiệt + tự
phân được thực hiện trước quá trình thủy phân bằng hỗn hợp Alcalase và
Flavourzyme. Trong đó, giai đoạn tự phân được thực hiện theo đúng chức
năng gián đoạn, chảy tràn liên tục và tuần hoàn liên tục của ba hệ thống thủy
phân.
25

20,67

18,44

20
15

15,05

11,94

18,65

10

17,49
11,92
12,05
7,81 7,73

5
0
4

b
M1

6 8 9 10 11 12
Thời gian thủy phân (giờ)
M'1

M2

M'2

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của giải pháp sốc nhiệt + tự phân (bằng kỹ thuật CTLT và
THLT) trước quá trình thủy phân đến DH và BT

Các kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 là những kết quả thu được ở điều kiện
thích hợp cho quá trình thủy phân protein bã nấm men bia. Để xác lập được
điều kiện thủy phân tối ưu, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn miền khảo sát của
các yếu tố có ảnh hưởng nhiều đến DH và BT của SPTP bao gồm tỷ lệ


16

Flavourzyme/Protein, pH, nhiệt độ, thời gian là các biến được lựa chọn cho
quá trình tối ưu hóa. Trong hệ thống thủy phân tuần hoàn liên tục, dòng tuần
hoàn liên tục được thực hiện bởi bơm, lựa chọn lưu lượng dòng chảy tối ưu
rất cần thiết để đạt được chế độ chảy thích hợp trong thiết bị ống lồng ống.
Do đó, bơm phải được trang bị biến tần để cài đặt % biến tần theo lưu lượng
dòng chảy, nên mức cài đặt biến tần của bơm là biến được thiết kế ở dạng tổ
hợp trong các thí nghiệm.
3.2. Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bã nấm men bia bằng hỗn
hợp 2 enzyme Flavourzyme và Alcalase
3.2.1. Tối ưu hóa quá trình thủy phân gián đoạn
Kết quả thí nghiệm tối ưu quá trình thủy phân gián đoạn có mức độ thủy
phân (DH) Y1 và độ đắng (BT) Y2, có phương trình hồi qui biểu diễn các yếu
tố như sau: Y1 = 39,95 + 1,85A – 0,45B + 0,78C + 0,85D + 0,097AB – 0,28AC +
0,016AD – 0,077BC - 0,17BD - 0,1CD – 8,84A2 – 6,49B2 – 0,85C2 – 0,11D2 (3.1)
Y2 = 17,32 – 1,41A + 0,18B – 1,12C – 0,78D + 0,14AB - 0,22AC + 0,067AD – 0,15BC
.+ 0,12BD + 0,06CD + 6,56A2 + 5,12B2 + 0,44C2 + 0,18D2
(3.2)
Bảng 3.10. Kết quả DH và BT trước và sau khi tối ưu quá trình thủy phân gián đoạn
Mẫu SPTP

Nhiệt độ

(oC)

pH

Tỷ lệ E/S
(U/g)

Thời gian
(giờ)

DH (%)

BT (µmol/l)

Kết quả tối ưu
Kiểm chứng lại
Trước tối ưu

52
52
52,5

7,5
7,5
7,5

8,5
8,5
7,5

9
9
9

40,91
40,81 ± 0,44
38,48 ± 1,46

16,29
16,37 ± 0,13
16,99 ± 0,33

Theo Bảng 3.10, DH và BT của SPTP giữa mô hình tối ưu và thí nghiệm
thực nghiệm là phù hợp, giá trị đạt lần lượt là 40,91%, 16,29 µmol quinine/l
và 40,81% và 16,37 µmol quinine/l, chênh lệch không quá 5%. Từ kết quả
thu được ở bảng 3.10, sau khi tối ưu hóa quá trình thủy phân gián đoạn protein
bã nấm men bia, DH và BT của SPTP lần lượt đạt 40,81% và 16,37 µmol
quinine/l, tương ứng tăng 1,6% và giảm 3,5% so với trước khi tối ưu. Nhưng
tỷ lệ E/S sử dụng của chế phẩm Flavourzyme tăng 12%.
3.2.2. Tối ưu hóa quá trình thủy phân chảy tràn liên tục
Kết quả thí nghiệm quá trình thủy phân chảy tràn liên tục có mức độ thủy
phân (DH) Y1 và độ đắng (BT) Y2, có phương trình hồi qui biểu diễn các yếu
tố như sau: Y1 = 57,47 + 2,33A – 0,22B + 1,72C + 1,28D – 0,12AB + 0,12AC –


17

0,038AD + 0,047BC - 0,23BD + 0,13CD – 9,22A2 – 6,17B2 + 0,98C2 + 0,18D2
(3.3)
Y2 = 10,12 – 2,11A + 0,079B – 1,15C – 1,09D + 0,28AB + 0,79AC + 0,58AD – 0,07BC

.+ 0,33BD + 0,12CD + 4,18A2 + 2,32B2 - 0,23C2 - 0,21D2
(3.4)
Bảng 3.14. Kết quả DH và BT trước và sau tối ưu quá trình thủy phân chảy tràn liên
tục
Mẫu SPTP
Kết quả tối ưu
Kiểm chứng lại
Trước tối ưu
(mục 3.1.3.3)

Nhiệt độ
(oC)

pH

Tỷ lệ E/S
(U/g)

Thời gian
(giờ)

DH (%)

BT (µmol/l)

51
51

7,5
7,5

10
10

9
9

61,91
59,62 ± 0,27

7,52
7,86 ± 0,33

52,5

7,5

7,5

9

51,24 ± 1,28

12,05 ± 0,36

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 3.14 cho thấy, DH và BT của SPTP giữa mô
hình tối ưu và thí nghiệm thực nghiệm là phù hợp, 61,91%, 7,52 µmol
quinine/l và 59,62% và 7,86 µmol quinine/l, chênh lệch không quá 5%. Sau
khi tối ưu hóa quá trình thủy chảy tràn liên tục protein bã nấm men bia, với
tỷ lệ E/S sử dụng của chế phẩm Flavourzyme tăng 33% từ 7,5 U/g (trước tối

ưu) lên 10 U/g (sau tối ưu). Giá trị DH và BT của SPTP sau tối ưu lần lượt
đạt 59,62% và 7,86 µmol quinine/l, tương ứng tăng 8,4% và giảm 34,7% so
với trước khi tối ưu. Như vậy, kết quả DH và BT của SPTP đạt được sau tối
ưu quá trình thủy phân chảy tràn liên tục protein bã nấm men bia có ý nghĩa
lớn.
Bảng 3.15. Kết quả điều kiện tối ưu của kỹ thuật thủy phân gián đoạn và chảy tràn
liên tục
Kỹ thuật thủy phân
Gián đoạn
Chảy tràn liên tục

Nhiệt
độ
(oC)
52
51

pH

Tỷ lệ E/S
(U/g)

Thời gian
(giờ)

DH (%)

BT (µmol/l)

7,5

7,5

8,5
10

9
9

40,81 ± 0,44
59,62 ± 0,27

16,37 ± 0,13
7,86 ± 0,33

Kết quả trong Bảng 3.15, ở điều kiện thủy phân tối ưu, trên hệ thống thủy
phân chảy tràn liên tục có DH cao hơn 18,8% và BT của SPTP giảm 52% so
với hệ thống thủy phân gián đoạn. Một lần nữa khẳng định, hiệu quả là cao
khi dòng bã nấm men bia được di chuyển liên tục trong quá trình thủy phân,
làm tăng khả năng tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất. Đồng thời, tác giả đã


18

minh chứng được bằng thực nghiệm quá trình thủy phân protein bã nấm men
bia trong một thiết bị có thể tích nhất định thì DH thấp hơn và độ đắng của
SPTP cao so với hệ thống nhiều thiết bị mắc nối tiếp có tổng thể tích bằng
thể tích của thiết bị đơn lẻ.
3.2.3. Tối ưu hóa quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục
Kết quả thí nghiệm quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục có mức độ
thủy phân (DH) Y1 và độ đắng (BT) Y2, có phương trình hồi qui biểu diễn

các yếu tố như sau: Y1 = 68,61 + 1,11A – 0,79B + 0,6C + 0,66D + 2,26E – 0,31AB
+ 0,03AC – 0,2AD – 0,23AE - 0,04BC - 0,54BD – 0,61BE - 0,07CD – 0,25CE –
0,31DE – 8,79A2 – 7,49B2 - 2,86C2 - 2,45D2 – 4,7E2
(3.5)
Y2 = 7,86 – 1,13A + 0,84B – 0,87C – 0,49D – 1,84E + 0,38AB - 0,26AC + 0,27AD +
0,59AE – 0,54BC .+ 0,37BD + 0,09BE - 0,11CD + 0,34CE + 0,42DE + 3,96A2 + 2,21B2
+ 1,05C2 + 0,37D2 + 1,45E2
(3.6)

(b)

(a)

Hình 3.22. Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và pH đến DH thủy phân (a) và BT của
SPTP (b) bằng kỹ thuật thủy phân tuần hoàn liên tục
Bảng 3.19. Kết quả DH và BT trước và sau tối ưu quá trình thủy phân tuần hoàn liên
tục
pH

Tỷ lệ
E/S
(U/g)

Thời
gian
(giờ)

% biến
tần
của bơm

DH (%)

BT
(µmol/l)

51

7,5

8,0

8

65

68,79

7,23

51

7,5

8,0

8

65

65,83 ± 0,56

7,47 ± 0,41

52,5

7,5

7,5

9

80

60,78 ± 1,45

9,21 ± 0,43

Mẫu SPTP

Nhiệt độ
(oC)

Kết quả tối ưu
Kiểm chứng lại
Trước tối ưu
(mục 3.1.3.3)


19

Theo kết quả nghiên cứu được biểu diễn ở Hình 3.22 và Bảng 3.19, DH
và BT của SPTP giữa mô hình tối ưu và thí nghiệm thực nghiệm là phù hợp
68,79%, 7,23 µmol quinine/l và 65,83% và 7,47 µmol quinine/l, chênh lệch
không quá 5%.Với tỷ lệ E/S sử dụng của chế phẩm Flavourzyme tăng từ 7,5
U/g (trước tối ưu) lên 8 U/g (sau tối ưu) tăng 6,6%, thời gian thủy phân giảm
11%. Giá trị DH và BT của SPTP sau tối ưu lần lượt đạt 65,83% và 7,47
µmol quinine/l, tương ứng tăng 5% và giảm 19 % so với trước khi tối ưu. So
với kết quả tối ưu quá trình thủy phân gián đoạn và chảy tràn liên tục, giải
pháp nâng cao DH và chất lượng sản phẩm thủy phân bằng kỹ thuật thủy
phân tuần hoàn liên tục đạt hiệu quả cao (Bảng 3.20).
Bảng 3.20. Kết quả điều kiện tối ưu của các kỹ thuật thủy phân
Nhiệt
độ
(oC)

Gián đoạn
Chảy tràn liên tục
Tuần hoàn liên tục

Kỹ thuật thủy phân

pH

Tỷ lệ
E/S
(U/g)

Thời
gian

(giờ)

52

7,5

8,5

51
51

7,5
7,5

10
8,0

% biến
tần
của bơm

DH (%)

BT (µmol/l)

9

40,81 ± 0,44

16,37 ± 0,13

9
8

59,62 ± 0,27
65,83 ± 0,56

7,86 ± 0,33
7,47 ± 0,41

65

Theo kết quả ở Bảng 3.20, tỷ lệ E/S của chế phẩm Flavourzyme được sử
dụng là thấp nhất trong quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục đạt giá trị 8
U/g, kế tiếp là quá trình thủy phân gián đoạn đạt 8,5 U/g, cao nhất là trong
quá trình thủy phân chảy tràn liên tục cần 10 U/g. Khi DH tăng và BT của
SPTP giảm lần lượt là 6 % và 5% (so với kỹ thuật chảy tràn liên tục), là 25
% và 54% (so với kỹ thuật gián đoạn) thì tỷ lệ E/S của Flavourzyme sử dụng
giảm 6% (so với kỹ thuật chảy tràn liên tục) và 20 % (so với kỹ thuật gián
đoạn). Như vậy, kết quả nghiên cứu của luận án đã đề xuất được qui trình
thủy phân protein bã nấm men bia thu được sản phẩm thủy phân có độ thuần
khiết cao, là quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục protein bã nấm men bia.
3.3. Tổng hợp và đánh giá kết quả phân tích chất lượng sản
phẩm thủy phân protein bã nấm men bia
3.3.1. Kết quả xác định thành phần acid amin trong các mẫu
sản phẩm thủy phân bằng phương pháp HPLC
Kết quả xác định thành phần acid amin trong mẫu SPTP trên hệ thống
thủy phân tuần hoàn liên tục có giá trị cao nhất đạt 8,95 mg/ml, kế tiếp là

20

BT (μmol/l), DH và tỷ lệ acid amin kỵ
nước (%)

7,84 mg/ml (chảy tràn liên tục) và 4,49 mg/ml (gián đoạn). Hàm lượng acid
amin kỵ nước giảm đáng kể từ 42,32% (gián đoạn) xuống 32,07% (tuần hoàn
liên tục). Tổng kết các kết quả xác định thành phần acid amin trong các mẫu
thủy phân nghiên cứu được biểu diễn ở Hình 3.24.
80
70

65,83

60,78 59,62
46,36 45,19

50
40

32,07 33,70 33,80

37,63 37,78

10

42,75
46,09

41,25

33,81
41,05

30
20

42,32

53,18 52,77

60

7,47

7,81

7,86

M1

M2

M3

11,47 11,63

41,64 42,16
19,55
14,82 15,29 16,14 16,37 16,41

40,81

40,37

0

Độ đắng của SPTP (µmol/l)

Hình 3.24.

M4
M5
M6
M7
M8
Các mẫu sản phẩm thủy phân
Mức độ thủy phân (%)

M9

M 10

M 11

Tỷ lệ acid amin kỵ nước
(%)

Kết quả DH, BT và tỷ lệ acid amin kỵ nước trong các mẫu SPTP

Chú thích: M1. Tuần hoàn liên tục - tối ưu; M2. Tuần hoàn liên tục - tự phân tuần hoàn liên

tục; M3. Chảy tràn liên tục tối ưu; M4. Tuần hoàn liên tục - tự phân gián đoạn; M5. Chảy
tràn liên tục - tự phân Chảy tràn liên tục; M6. Chảy tràn liên tục - tự phân gián đoạn; M7.
Tuần hoàn liên tục - không có giai đoạn sốc nhiệt + tự phân; M8. Chảy tràn liên tục -không
có giai đoạn sốc nhiệt + tự phân; M9. Gián đoạn tối ưu; M10. Gián đoạn - có giai đoạn sốc
nhiệt + tự phân; M11. Gián đoạn - không có giai đoạn sốc nhiệt + tự phân

Các kết quả nghiên cứu được tập hợp ở Hình 3.24, trong các mẫu sản phẩm
thủy phân, tỷ lệ acid amin kỵ nước tăng khi độ đắng tăng, có nghĩa là độ đắng
tỷ lệ thuận với tỷ lệ các acid amin kỵ nước trong SPTP. Mặt khác, kết quả
nghiên cứu cũng đưa ra được mối liên hệ giữa độ đắng của sản phẩm thủy
phân tỷ lệ nghịch với mức độ thủy phân. Từ kết quả nghiên cứu ở Hình 3.24
và Hình 3.25, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, đã xác định được vai trò của
hàm lượng acid amin kỵ nước đối với độ đắng của sản phẩm thủy phân
protein bã nấm men bia, là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu về protein và
acid amin thuộc lĩnh vực chế biến thực phẩm.
3.3.2. Kết quả phân tích chất lượng và chỉ tiêu vi sinh của sản
phẩm thủy phân
Tiến hành phân tích chất lượng và chỉ tiêu vi sinh vật của các mẫu SPTP
bằng các kỹ thuật thủy phân khác nhau được thể hiện ở bảng 3.27, với mục


21

đích đánh giá SPTP đạt chất lượng để ứng dụng trong công nghiệp thực
phẩm.
Bảng 3.27. Phân tích chất lượng và chỉ tiêu vi sinh của SPTP bằng các kỹ thuật thủy
phân
Các chỉ tiêu
Hàm lượng Nitơ
tổng

Độ ẩm
Muối NaCl

Đơn
vị
g/100g
%
g/100g

pH 2%
Tro tổng
Tổng số vi sinh vật
hiếu khí
Coliforms
Sallmonella
B. Cereous
E. Coli

g/100g
CFU/g

Gián
đoạn
6,05 ±
1,02
45
1,75 ±
0,85
7,48 ±
0,94

5,87 ±
0,86
8,5 x 103

Chảy tràn
liên tục

Tuần hoàn
Tiêu chuẩn xác định
liên tục
11,97±
10,23 ± 0,73
Kjelhdal
0,58
45
45
Theo mục 2.3.2
TCVN 4836 – 2:
1,86 ± 0,76 1,88 ± 1,14
2009
7,47 ± 0,65

7,49 ± 0,97

10,6 ± 1,13

11,5 ± 0,74 Theo mục 2.3.4

7,6 x 103

2,5 x 103

TCVN 4884: 2005

CFU/g
KPH
KPH
KPH
TCVN 6848: 2007
/25g
KPH
KPH
KPH
TCVN 4829: 2005
CFU/g
KPH
KPH
KPH
TCVN 4992: 2005
CFU/g
KPH
KPH
KPH
TCVN 7924 - 2: 2008
KPH: Không phát hiện (dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp thử)

Bảng 3.28. Đánh giá chất lượng của sản phẩm thủy phân bằng kỹ thuật tuần hoàn
liên tục với sản phẩm chiết xuất nấm men thương mại
Các thông số
Hàm lượng

protein tổng
Độ ẩm
Muối NaCl
pH 2%
Tổng số vi sinh
vật hiếu khí
Coliforms
Sallmonella
B. Cereous
E. Coli

Sản phẩm men chiết
xuất hãng Angel
Kết
Ngưỡng
Đơn vị
quả

Sản phẩm thủy phân theo kỹ thuật
tuần hoàn liên tục trong luận án
Kết quả

Đơn vị

≥ 7,0

10,99

g/100g

12,01

g/100g

30 - 35
8 - 12
5 - 6,5

32,33
9,42
5,15

%
%

45
1,95
7,02

%
%

≤ 1x104

< 10

CFU/g

2,3 x 103

CFU/g

≤ 30
KPH

< 30
KPH

MPN/100 g

KPH
KPH
KPH
KPH

CFU/g
/25 g
CFU/g
CFU/g


22

Theo Bảng 3.27, kết quả hàm lượng nitơ tổng của mẫu SPTP bằng kỹ
thuật thủy phân tuần hoàn liên tục là lớn nhất (11,97g/100g), kế tiếp là kỹ
thuật thủy phân chảy tràn liên tục (10,23 g/100g), cuối cùng là kỹ thuật thủy
phân gián đoạn (6,05g/100g). Hàm lượng tro tổng cũng giảm tương tự giống
với hàm lượng nitơ tổng. Đặc biệt, kết quả phân tích ở Bảng 3.27 cho thấy
chỉ tiêu vi sinh vật của SPTP bằng kỹ thuật thủy phân gián đoạn, chảy tràn
liên tục, tuần hoàn liên tục đều đạt chất lượng an toàn thực phẩm. Theo kết

quả Bảng 3.28 cho thấy, so với sản phẩm chiết xuất nấm men thương mại
của hãng Angel, thì kết quả phân tích của mẫu SPTP bằng kỹ thuật thủy phân
tuần hoàn liên tục đạt chất lượng an toàn thực phẩm.
Bảng 3.29. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại và VTM của SPTP bằng kỹ thuật
tuần hoàn liên tục
Hàm lượng các chỉ tiêu

Đơn vị

Tro tổng
Lipit
Cadimi
Chì
Thủy Ngân

g/100g
g/100g
mg/kg
mg/kg
mg/kg

Kết
quả
11,7
0,07
KPH
0,009
KPH

Hàm lượng các chỉ tiêu

Asen
Vitamin B2
Vitamin B6
Vitamin B1

Đơn vị

Kết quả

mg/kg
mg/100g
mg/100g
mg/100g

KPH
3,6
2,4
3,3

Hơn nữa, khi quy về cùng độ ẩm 45%, hàm lượng protein tổng của mẫu
SPTP theo kỹ thuật tuần hoàn liên tục của luận án cao hơn khoảng 25,6% so
với sản phẩm chiết xuất nấm men của hãng Angel. Ngoài ra, trong bản phân
tích chất lượng sản phẩm của luận án, chúng tôi còn xác định thêm một số
chỉ tiêu được tổng hợp ở Bảng 3.29. Kết quả Bảng 3.29 thấy rằng, hàm lượng
tro tổng cao, tức SPTP có nhiều khoáng chất. Trong đó hàm lượng kim loại
nặng trong SPTP đạt tiêu chuẩn cho phép đối với SPTP. Hàm lượng vitamin
nhóm B không nhiều, có thể trong quá trình thủy phân đã bị tổn thất.
3.4. Ứng dụng sản phẩm thủy phân trong công nghệ thực phẩm
Sau khi đã chứng minh được tính an toàn của SPTP, chúng tôi tiến
hành làm 3 mẫu bánh theo công thức làm bánh cracker của công ty cổ phần

thực phẩm Green Việt Nam. SPTP protein bã nấm men bia dùng để bổ sung
đã được cô đặc chân không đến nồng độ chất khô 55%, % SPTP bổ sung quy
về nồng độ 100% và được tính theo khối lượng bột mỳ, % SPTP là 1%. SPTP


23

được bổ sung vào giai đoạn nhào bột. Các mẫu làm bánh được biểu diễn ở
bảng 3.31.
Bảng 3.31. Kết quả phân tích số liệu đánh giá các tính chất cảm quan bánh cracker
M1

ĐTB

M4

ĐTB

M5

ĐTB

M6

ĐTB

Mtt

ĐTB

M1.B

7,3a

M4.B

7,21a

M5.B

7,37a

M6.B

7,33a

Mtt.B

7,85a

M1.C

7,21a

M4.A

6,5b

M5.A

7,01a,b

M6.A

6,28b

Mtt.A

7,27b

M1.A

6,73b

M4.C

6,25c

M5.C

6,83b

M6.C

6,17b

Mtt.C

6,75c

Chú thích: Mẫu A. Không bổ sung sản phẩm thủy phân, phủ muối; Mẫu B và mẫu C
có bổ sung sản phẩm thủy phân, tương ứng có phủ muối và phủ muối + đường.

Các sản phẩm bánh cracker được tiến hành cảm quan theo phương pháp cho
điểm thị hiếu bởi 60 người với 4 tính chất là màu vàng (M1), vị ngọt (M4),
vị mặn (M5), hậu vị (M6) và cảm quan tổng thể (Mtt). Kết quả xử lý số liệu
bằng phân tích phương sai một yếu tố trên phần mềm XLSTAT cho từng tính
chất cảm quan của bánh cracker. Mục đích của nghiên cứu này nhằm tìm ra
những tính chất cảm quan khác nhau có nghĩa giữa các mẫu bánh A, B và C.
Kết quả sau đánh giá cảm quan, mẫu bánh B (có bổ sung 1% sản phẩm thủy
phân và có phủ muối) đạt giá trị cảm quan tổng thể cao nhất (7,85) và cao
hơn giá trị cảm quan tổng thể của mẫu bánh A (7,27) (không có bổ sung sản
phẩm thủy phân). Giữa các mẫu bánh chỉ có tính chất cảm quan M4 (vị ngọt)
và M6 (hậu vị) là có sự sai khác giữa các mẫu bánh A, B, C. Với công thức
làm bánh cracker tại Công ty cổ phần thực phẩm Green Việt Nam, tính toán
được hàm lượng acid amin 0,64g/100g bánh.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Với kết quả nghiên cứu của luận án có thể rút ra một số kết luận sau:
1. Đã xác định được điều kiện xử lý bã nấm men bia để loại các chất đắng
tồn dư của hoa houblon bằng dung dịch NaOH 0,1N. Độ đắng giảm 99% so
với trước khi xử lý.
2. Đã xác lập được điều kiện sử dụng hỗn hợp hai chế phẩm Flavourzyme +
Alcalase cho hiệu quả cao hơn khi sử dụng đơn lẻ. Mẫu thủy phân bằng hỗn
hợp Flavourzyme + Alcalase có mức độ thủy phân tăng 22% và độ đắng của
sản phẩm thủy phân giảm 14,3% so với mẫu chỉ thủy phân bằng Alcalase.


24

3. Tối ưu quá trình thủy phân protein bã nấm men bia trên 3 hệ thống được
thiết kế chế tạo theo tiêu chí mức độ thủy phân cao nhất và độ đắng sản phẩm
thủy phân thấp nhất.
- Ở điều kiện tối ưu, mức độ thủy phân và độ đắng của sản phẩm thủy phân
bằng hệ thống thủy phân gián đoạn và chảy tràn liên tục đạt được lần lượt là:
40,81% ± 0,44 và 16,37 ± 0,13 μmol quinine/l và 59,62 % ± 0,27 và 7,86 ±
0,33 μmol quinine/l. Điều đó, đã minh chứng được bằng thực nghiệm quá
trình thủy phân protein bã nấm men bia trong một thiết bị đơn lẻ có thể tích
nhất định thì mức độ thủy phân thấp hơn và độ đắng của sản phẩm thủy phân
cao hơn so với hệ thống nhiều thiết bị mắc nối tiếp có tổng thể tích bằng thể
tích của thiết bị đơn lẻ.
- Hệ thống thủy phân tuần hoàn liên tục là tối ưu nhất. Điều kiện tối ưu là:
51oC, pH 7,5, tỷ lệ E/S (của Flavourzyme) 8,0 U/g, mức cài đặt biến tần của
bơm 65% và thời gian thủy phân 8 giờ. Ở điều kiện này:
 Mức độ thủy phân đạt được 65,83 % ± 0,56, tăng 6 % (so với hệ thống
thủy phân chảy tràn liên tục) và tăng 25 % (so với hệ thống thủy phân
gián đoạn).
 Độ đắng của sản phẩm thủy phân đạt được 7,47 ± 0,41 μmol quinine/l,
giảm 5% (so với hệ thống thủy phân chảy tràn liên tục) và giảm 54%
(so với hệ thống thủy phân gián đoạn).
4. Đã tìm được mối liên quan tỷ lệ thuận giữa độ đắng và tỷ lệ acid amin kỵ
nước của sản phẩm thủy phân.
5. Đã ứng dụng sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia trong sản xuất
bánh cracker mặn với tỷ lệ bổ sung 1% và kết quả đánh giá cảm quan cho
thấy chất lượng của bánh này có mức độ ưa thích cao hơn so với mẫu bánh
đối chứng.
Kiến nghị
1. Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng của sản phẩm thủy phân từ bã nấm men bia
trong chế biến snack, tương cà, sốt spagetti...
2. Ứng dụng thực tiễn hệ thống thủy phân protein bã nấm men bia ở quy mô

công nghiệp cho các nhà máy bia tại Việt Nam, nhằm nâng cao giá trị gia
tăng của bã nấm men bia và giảm thiểu tác hại đến ô nhiễm môi trường của
ngành công nghiệp sản xuất bia.