Nghiên cứu xác lập điều khiển 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THANH NGỌC

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THANH NGỌC

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
Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
Mã số: 62540101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. ĐINH VĂN THUẬN
2. PGS.TS QUẢN LÊ HÀ

Hà Nội – 2017


i
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp
ý kiến và chỉ bảo tận tình của các thầy cô, đồng nghiệp và các cơ quan.
Trước hết tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới GS. TS. Đinh Văn
Thuận, Công ty TNHH cơ nhiệt điện lạnh Bách Khoa – Tập đoàn Polyco và PGS. TS.
Quản Lê Hà, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và định hướng cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu
để hoàn thành bản luận án này.
Tôi xin cảm ơn tới các thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ
thực phẩm, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và góp ý cho tôi rất nhiều trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo Công ty TNHH cơ nhiệt điện
lạnh Bách Khoa – Tập đoàn Polyco và các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện tốt nhất cho tôi học tập và nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ là chủ tịch hội đồng, phản biện, thư
ký và ủy viên hội đồng đã dành thời gian quý báu để đọc tham gia hội đồng chấm luận án
với những góp ý cụ thể, những gợi ý bổ ích, giúp tôi hoàn thiện tốt hơn các nội dung
nghiên cứu của luận án.
Tôi cũng vô cùng cảm ơn sự khích lệ, động viên và giúp đỡ hết sức nhiệt tình của
gia đình và bè bạn, những người luôn động viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời
gian học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, ngày tháng

năm 2017

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Thanh Ngọc


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu
trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Một số số liệu đã được đăng trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trong: “ Danh mục các
công trình khoa học đã công bố có liên quan đến luận án”, đã được sự đồng ý cho phép sử
dụng các số liệu của các đồng tác giả. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện
trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng yêu cầu.
Hà Nội, ngày

Người hướng dẫn

Người hướng dẫn

khoa học

khoa học

GS. TS Đinh Văn Thuận

PGS. TS Quản Lê Hà

tháng

năm

Tác giả

Nguyễn Thị Thanh Ngọc


iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1:
1.1.

TỔNG QUAN .......................................................................................... 4

TỔNG QUAN VỀ BÃ NẤM MEN BIA ........................................................... 4

1.1.1.

Nấm men sử dụng trong sản xuất bia .................................................. 4

1.1.2.

Thành phần hóa học của bã nấm men bia............................................ 4

1.1.3.

Thành phần bất lợi của bã nấm men bia .............................................. 6

1.1.4.

Tình hình tận thu bã nấm men bia ....................................................... 7

1.2.

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẢM THỦY PHÂN PROTEIN ............................ 8

1.2.1.

Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein ......................................... 8

1.2.2.

Hàm lượng acid amin trong sản phẩm thủy phân protein ................. 10

1.2.3.

Nguyên nhân gây đắng của sản phẩm thủy phân protein .................. 11

1.3.

TÁC NHÂN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY
PHÂN PROTEIN ..................................................................................... 13

1.3.1.

Tác nhân thủy phân protein ............................................................... 13

1.3.2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân và độ đắng của sản phẩm
thủy phân ........................................................................................... 17

1.4.

MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO MỨC ĐỘ THỦY PHÂN VÀ
CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN TỪ BÃ NẤM MEN BIA.......... 22

1.4.1.

Xử lý bã nấm men bia........................................................................ 22

1.4.2.

Kỹ thuật thủy phân protein bã nấm men bia bằng chế phẩm protease

………............................................................................................................ .25
CHƯƠNG 2:
2.1.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 33

VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ............................ 33

2.1.1

Vật liệu ............................................................................................... 33

2.1.2

Chế phẩm protease.............................................................................. 33

2.1.3

Hóa chất .............................................................................................. 33

2.1.4

Thiết bị nghiên cứu ............................................................................. 33

2.2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 38

2.2.1.

Điều kiện thích hợp xử lý và thủy phân protein bã nấm men bia ...... 38

2.2.2.

Cô đặc sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia ........................ 41

2.2.3.

Thử nghiệm sản xuất bánh cracker có bổ sung sản phẩm thủy phân ở
quy mô công nghiệp .......................................................................... 41

2.3.

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ......................................................... 42

2.3.1.

Xác định tỷ lệ tế bào sống sót của bã nấm men bia ........................... 42

2.3.2.

Xác định độ ẩm bã nấm men bia và sản phẩm thủy phân sau cô đặc 42

2.3.3.

Xác định nồng độ chất khô của sản phẩm thủy phân sau cô đặc....... 42


iv
Xác định độ tro của bã nấm men bia và sản phẩm thủy phân sau cô đặc

2.3.4.

.......................................................................................................... 42
2.3.5.

Xác định chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm thủy phân sau cô đặc ........... 42

2.3.6.

Xác định độ đắng BU của bã nấm men bia sau quá trình rửa ........... 42

2.3.7.

Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Kjelhdal ................ 43

2.3.8.

Xác định hàm lượng acid amin theo phương pháp Ninhydrin .......... 43

2.3.9.

Xác định thành phần acid amin theo phương pháp sắc ký lỏng cao áp
(HPLC) ............................................................................................... 43

2.3.10.

Đánh giá hiệu quả phá vỡ tế bào bã nấm men bia ........................... 44

2.3.11.

Xác định hàm lượng acid nucleic trong các mẫu sản phẩm thủy phân
......................................................................................................... 44

2.4.

PHƯƠNG PHÁP CẢM QUAN ................................................................. 45

Đánh giá độ đắng của sản phẩm thủy phân theo phương pháp cảm quan

2.4.1.

cho điểm .......................................................................................................... 45
Đánh giá cảm quan mẫu bánh cracker ............................................... 46

2.4.2.
2.5.

PHƯƠNG PHÁP TOÁN HỌC .................................................................. 47

2.5.1.

Tính toán mức độ thủy phân .............................................................. 47

2.5.2.

Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bã nấm men bia ................... 47

2.6.

PHÂN TÍCH THỐNG KÊ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................. 48

Xử lý số liệu điểm đắng trong cảm quan độ đắng sản phẩm thủy phân

2.6.1.

........................................................................................................... 48
CHƯƠNG 3:
3.1.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 49

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ VÀ
THỦY PHÂN PROTEIN BÃ NẤM MEN BIA. .......................................... 49

3.1.1.

Xử lý bã nấm men bằng NaOH ......................................................... 49

3.1.2.

Điều kiện thích hợp để thủy phân protein bã nấm men bia ............... 51

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................................ 65

3.2.

TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN BÃ NẤM MEN BIA
BẰNG HỖN HỢP HAI CHẾ PHẨM FLAVOURZYME VÀ ALCALASE ... 68

3.2.1.

Tối ưu hóa quá trình thủy phân gián đoạn ......................................... 68

3.2.2.

Tối ưu hóa quá trình thủy phân chảy tràn liên tục ............................. 73

3.2.3.

Tối ưu hóa quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục ............................ 79

3.3.

TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG SẢN
PHẨM THỦY PHÂN PROTEIN BÃ NẤM MEN BIA .............................. 86

3.3.1.

Kết quả xác định thành phần acid amin trong các mẫu sản phẩm thủy
phân bằng phương pháp HPLC .......................................................... 86


v
3.3.2.

So sánh chất lượng sản phẩm thủy phân với một số sản phẩm nghiên
cứu khác và sản phẩm thương mại .................................................... 91

3.3.3.

Kết quả phân tích hàm lượng acid nucleic trong các mẫu sản phẩm thủy
phân nghiên cứu. ............................................................................... 95

3.4.

ỨNG DỤNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC
PHẨM..................................................................................................... 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 101
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................................. 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 104


vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Chú thích (tiếng việt)

BT

Độ đắng cảm quan qua quinine

BU

Độ đắng do axit đắng của hoa houblon gây ra

CFU/g

Số đơn vị khuẩn lạc/gam mẫu

CTLT

Chảy tràn liên tục

DH

Mức độ thủy phân

DYH

Sản phẩm thủy phân dạng khô

EBC

Tiêu chuẩn hiệp hội bia Châu Âu

GĐ

Gián đoạn

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

KNPU-S/g

Đơn vị hoạt độ protease

KPH

Không phát hiện

LAPU

Đơn vị hoạt độ protease

OPA

o-phthalaldehyde (C6H4(CHO)2

PTU

Phenylthiourea

RO

Màng lọc thẩm thấu ngược

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

THLT

Tuần hoàn liên tục

UF

Siêu lọc

v/p

Vòng/phút

v/v

Thể tích/ thể tích

w/v

trọng lượng/ thể tích

w/w

trọng lượng/ trọng lượng

WYE

Chiết xuất nấm men dạng ướt

WYH

Sản phẩm thủy phân dạng ướt


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1.
Hình 1.2.
Hình 2.1.
Hình 2.2.

Hình 2.3.
Hình 2.4.
Hình 2.5.
Hình 2.6.
Hình 3.1.
Hình 3.2.
Hình 3.3.
Hình 3.4.
Hình 3.5.
Hình 3.6.
Hình 3.7.
Hình 3.8.
Hình 3.9.
Hình 3.10.
Hình 3.11.
Hình 3.12.
Hình 3.13.
Hình 3.14.
Hình 3.15.
Hình 3.16.
Hình 3.17.
Hình 3.18.
Hình 3.19.

Sơ đồ nguyên lý quá trình thủy phân liên tục protein đậu nành ......... 26
Sơ đồ dây chuyền sản xuất sản phẩm chiết xuất nấm men quy mô công
nghiệp ................................................................................................. 27
Sơ đồ nguyên lý và thiết bị thực nghiệm thủy phân gián đoạn ........... 34
Sơ đồ nguyên lý điều khiển thủy phân chảy tràn liên tục ................... 35
Hệ thống thực nghiệm thủy phân chảy tràn liên tục ........................... 36

Sơ đồ nguyên lý điều khiển thủy phân tuần hoàn liên tục .................. 36
Hệ thống thực nghiệm thủy phân tuần hoàn liên tục .......................... 38
Đồ thị đường chuẩn của quinine ......................................................... 45
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)................................................ 49
Độ đắng của nước rửa bã nấm men bia............................................... 50
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 ............................ 52
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DH (a) và BT (b) trong quá trình thủy phân
protein bã nấm men bia bằng 3 chế phẩm protease ............................ 53
Ảnh hưởng của tỷ lệ bã nấm men bia/nước đến DH và BT của sản phẩm
thủy phân ............................................................................................ 54
Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến DH và BT của Flavourzyme (a) và
Alcalase (b) ......................................................................................... 55
Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S của hỗn hợp Alcalase + Flavourzyme đến DH
và BT .................................................................................................. 57
Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ thủy phân đến DH và BT .................. 57
Khảo sát diễn biến của DH (a) và BT (b) theo thời gian thủy phân…58
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 ............................................ 61
Ảnh hưởng của thời gian tự phân đến mức độ thủy phân và độ đắng của
SPTP ................................................................................................... 62
Hình ảnh chụp TEM tế bào của (a) mẫu A24, (b) mẫu H12 và (c) mẫu
A24H12 .............................................................................................. 63
Sự biến thiên của DH (a) và BT (b) theo thời gian bằng ba kỹ thuật thủy
phân .................................................................................................... 66
Ảnh hưởng của giải pháp sốc nhiệt + tự phân (bằng kỹ thuật CTLT và
THLT) trước quá trình thủy phân đến DH (a) và BT(b) .................... 67
Ảnh hưởng của các yếu tố đến mức độ thủy phân (a) và độ đắng của sản
phẩm thủy phân (b) bằng kỹ thuật thủy phân gián đoạn ..................... 71

Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và pH đến mức độ thủy phân gián đoạn (a)
và độ đắng của sản phẩm thủy phân (b) .............................................. 72
Mức độ đáp ứng sự mong đợi của quá trình thủy phân gián đoạn ...... 72
Ảnh hưởng của các yếu tố đến mức độ thủy phân (a) và độ đắng của
sản phẩm thủy phân (b) bằng kỹ thuật thủy phân chảy tràn liên tục ... 76
Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và pH đến DH (a) và BT của SPTP (b)


viii

Hình 3.20.
Hình 3.21.
Hình 3.22.
Hình 3.23.
Hình 3.24.
Hình 3.25.
Hình 3.26.
Hình 3.27.
Hình 3.28.
Hình 3.29.

bằng kỹ thuật thủy phân chảy tràn liên tục .......................................... 77
Mức độ đáp ứng sự mong đợi của quá trình thủy phân chảy tràn liên
tục ........................................................................................................ 77
Ảnh hưởng của các yếu tố đến DH (a) và BT của SPTP (b) bằng kỹ
thuật thủy phân tuần hoàn liên tục ....................................................... 82
Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và pH đến DH (a) và BT của SPTP (b) bằng
kỹ thuật thủy phân tuần hoàn liên tục .................................................. 82
Mức độ đáp ứng sự mong đợi của quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục
......................................................................................................... 83

Kết quả BT và tỷ lệ acid amin kỵ nước trong các mẫu sản phẩm thủy
phân ..................................................................................................... 91
Mối liên hệ giữa BT và tỷ lệ acid amin kỵ nước trong các mẫu SPTP 91
Tổng hàm lượng acid amin trong các mẫu ở bảng 3.26 (nồng độ chất khô
55% w/w) ............................................................................................. 93
Hình ảnh sản phẩm thủy phân đã được cô đặc chân không đến nồng độ
55% (trên hệ thống thủy phân tuần hoàn liên tục) ............................... 94
Hàm lượng acid nucleic trong sản phẩm thủy phân ............................. 97
Sản phẩm các mẫu bánh cracker A, B, C ........................................... 100


ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1.
Bảng 1.2.
Bảng 1.3.
Bảng 1.4.
Bảng 1.5.
Bảng 1.6.
Bảng 2.1.
Bảng 2.2.
Bảng 2.3.
Bảng 2.4.
Bảng 3.1.
Bảng 3.2.
Bảng 3.3.
Bảng 3.4.
Bảng 3.5.
Bảng 3.6.
Bảng 3.7.

Bảng 3.8.
Bảng 3.9.
Bảng 3.10.
Bảng 3.11.
Bảng 3.12.
Bảng 3.13.
Bảng 3.14.
Bảng 3.15.
Bảng 3.16.
Bảng 3.17.
Bảng 3.18.

Thành phần hóa học của bã nấm men bia ............................................. 4
Thành phần vitamin của bã nấm men bia ............................................. 5
Thành phần nguyên tố vi lượng của bã nấm men bia ........................... 5
Một số loại enzyme trong nấm men bia................................................ 6
Hàm lượng acid amin trong sản phẩm chiết xuất nấm men và so sánh
với protein........................................................................................... 10
Đánh giá vị cảm quan của các acid amin theo các mức thị hiếu khác
nhau .................................................................................................... 11
Thành phần hóa học của bã nấm men bia tại nhà máy bia Sài Gòn – Hà
Nội ...................................................................................................... 33
Chế độ chạy sắc ký ............................................................................. 44
Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố (sử dụng cho quá
trình thủy phân gián đoạn và chảy tràn liên tục) ................................ 47
Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố (sử dụng cho quá
trình thủy phân tuần hoàn liên tục) .................................................... 48
Độ đắng (BU) của nước rửa và tỷ lệ sống sót của tế bào (%) ở lần rửa 3
và 4 ..................................................................................................... 50
Ảnh hưởng của quá trình sốc nhiệt đến DH, BT và ST ...................... 60

Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến DH, BT và ST ....................... 60
Kết quả so sánh về mức độ thủy phân, độ đắng của H12 và A24 ...... 63
Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến mức độ thủy phân và độ đắng của sản
phẩm thủy phân .................................................................................. 64
Kết quả DH và BT của SPTP bằng kỹ thuật ba thủy phân (có và không
có giải pháp sốc nhiệt + tự phân) ........................................................ 65
Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa quá trình thủy phân gián đoạn ........... 69
Kết quả phân tích phương sai tối ưu tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng 70
Kết quả phân tích sự tương thích của mô hình với thực nghiệm ........ 70
Kết quả DH và BT trước và sau khi tối ưu quá trình thủy phân gián
đoạn ..................................................................................................... 73
Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa quá trình thủy phân chảy tràn liên tục 74
Kết quả phân tích phương sai tối ưu tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng cho
quá trình thủy phân chảy tràn liên tục ................................................. 75
Kết quả phân tích sự tương thích của mô hình với thực nghiệm cho quá
trình thủy phân chảy tràn liên tục ....................................................... 75
Kết quả DH và BT trước và sau khi tối ưu quá trình thủy phân chảy tràn
liên tục ................................................................................................. 78
Kết quả điều kiện tối ưu của kỹ thuật thủy phân gián đoạn và chảy tràn
liên tục ................................................................................................. 78
Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục 79
Kết quả phân tích phương sai tối ưu tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng cho
quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục ............................................... 80
Kết quả phân tích sự tương thích của mô hình với thực nghiệm cho quá


x
trình thủy phân tuần hoàn liên tục ...................................................... 81
Bảng 3.19. Kết quả DH và BT trước và sau khi tối ưu quá trình thủy phân tuần hoàn
liên tục ................................................................................................. 83

Bảng 3.20. Kết quả điều kiện tối ưu của kỹ thuật thủy phân gián đoạn, chảy tràn
liên tục và tuần hoàn liên tục .............................................................. 84
Bảng 3.21. Thành phần một số acid amin trong sản phẩm thủy phân bằng chế phẩm
protease ................................................................................................ 86
Bảng 3.22. Thành phần một số acid amin trong sản phẩm thủy phân bằng ba kỹ thuật
thủy phân ............................................................................................. 88
Bảng 3.23. Thành phần một số acid amin trong SPTP bằng kỹ thuật thủy phân LTCT
và THLT (giai đoạn tự phân gián đoạn và liên tục) ............................ 89
Bảng 3.24. Thành phần một số acid amin trong SPTP bằng ba kỹ thuật thủy phân (ở
điều kiện tối ưu) .................................................................................... 90
Bảng 3.25. So sánh kết quả xác định thành phần một số acid amin trong SPTP của
luận án và nghiên cứu tham khảo ........................................................ 92
Bảng 3.26. Kết quả phân tích thành phần của các sản phẩm thủy phân bằng các kỹ
thuật thủy phân ..................................................................................... 93
Bảng 3.27. Đánh giá chất lượng của SPTP bằng kỹ thuật tuần hoàn liên tục với sản
phẩm chiết xuất nấm men thương mại ................................................. 94
Bảng 3.28. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại và VTM của sản phẩm thủy phân
bằng kỹ thuật tuần hoàn liên tục ........................................................... 95
Bảng 3.29. Hàm lượng acid nucleic trong các mẫu sản phẩm thủy phân ............... 96
Bảng 3.30. Hàm lượng acid nucleic trong SPTP (khi bổ sung ba loại SPTP bằng các
kỹ thuật khác nhau)............................................................................... 98
Bảng 3.31. Kết quả phân tích số liệu đánh giá các tính chất cảm quan bánh cracker
......................................................................................................... 99
Bảng 3.32. Phân tích phương sai kết quả đánh giá các tính chất cảm quan của các
mẫu bánh cracker A, B, C.................................................................... 99


1

MỞ ĐẦU

Từ cuối thế kỷ 19, sản phẩm thủy phân protein được sử dụng như là thực phẩm hàng
ngày ở Châu Âu. Vào những năm 1930 – 1940, sản phẩm thủy phân được ứng dụng bổ sung
trong sản xuất sản phẩm thực phẩm như súp và các loại nước sốt. Từ năm 1950, sản phẩm
thủy phân protein được sử dụng rộng rãi như là nguồn nitơ dễ hấp thu cho nhu cầu dinh
dưỡng đặc biệt, như ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng, chức năng cho người
bệnh, người già và trẻ em... Những năm gần đây, sản phẩm thủy phân 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 sản phẩm thủy phân 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 [59]. Đặc biệt, bã nấm men bia là một nguồn nguyên liệu dồi dào giàu protein, chiếm 5158% lượng chất khô và tỷ lệ acid amin cân đối với đầy đủ các loại acid amin cần thiết. Tuy
nhiên, bã nấm men bia chưa được khai thác và sử dụng hợp lý ở nước ta, 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.
Hiện nay, với việc gia tăng dân số trên thế giới và điều kiện kinh tế phát triển, nhu
cầu sử dụng bia và các loại nước giải khát lên men tăng nhanh không chỉ ở các nước phát
triển mà cả ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam. Theo thống kê của Bộ Công
Thương, năm 2016, Việt Nam tiêu thụ hơn 3,7 tỷ lít bia. Theo quy hoạch phát triển ngành
bia, rượu, nước giải khát Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến 2035 được Bộ Công Thương
phê duyệt hồi tháng 9 năm 2016, mục tiêu đặt ra của ngành này là sản xuất được 4,1 tỷ lít
bia trong vòng 4 năm tới và sẽ tăng lên 4,6 tỷ lít bia vào năm 2025; 5,6 tỷ lít năm 2035. Như
vậy, trong 2 thập kỉ tới, lượng bia sản xuất sẽ tăng gấp rưỡi so với con số 3,7 tỷ lít năm 2016.
Với sản lượng bia như đã nêu trên, hàng năm lượng bã nấm men bia thải ra là rất lớn, ước
tính trên 45.000 tấn men ướt/năm, tương ứng khoảng trên 5.000 tấn protein/năm (với thủy
phần bã nấm men là 80%). Nếu sử dụng hợp lý, bã nấm men bia sẽ là nguồn protein có giá
trị trong công nghiệp thực phẩm, chế biến thức ăn chăn nuôi đồng thời giảm thiểu 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 thủy phân gián đoạn hay quá trình tự phân. Trong điều kiện đó, mức độ thủy phân
không cao và chất lượng sản phẩm thủy phân còn hạn chế bởi vị đắng. Để khắc phục các

nhược điểm đã nêu ở trên nhằm tăng giá trị sử dụng nguồn protein từ bã nấm men bia, tạo ra


2
sản phẩm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, thì việc nghiên cứu sử dụng công nghệ và
thiết bị hiện đại và các chế phẩm protease với hoạt độ và độ đặc hiệu cao là rất cần thiết. Do
đó, 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”.
Mục tiêu của luận án
 Mục tiêu chung
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 và độ đắng của sản phẩm thủy phân thấp nhằm
bổ sung vào một số sản phẩm thực phẩm.
 Mục tiêu cụ thể
Xác định được các thông số của quá trình tiền xử lý nguyên liệu bã nấm men bia của
Việt Nam, thiết lập hệ thống thiết bị và lựa chọn các chế phẩm protease thương mại, tối ưu
cho quá trình thủy phân bởi protease trong hệ thống thiết bị gián đoạn, chảy tràn liên tục và
tuần hoàn liên tục và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố trên lên chất lượng sản phẩm thủy
phân như mức độ thủy phân, độ đắng và hàm lượng acid nucleic, sử dụng chế phẩm protease
thương mại phổ biến trên thị trường nhằm tạo ra sản phẩm thủy phân protein bã nấm men
bia có chất lượng phù hợp với nhu cầu sử dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu của luận án
Để đạt được mục tiêu đề ra, luận án thực hiện các nội dung nghiên cứu sau đây:
 Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp để xử lý và thủy phân protein bã
nấm men bia.
- Nghiên cứu điều kiện xử lý bã nấm men bia bằng NaOH.
- 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 mức độ thủy
phân và giảm độ đắng của sản phẩm thủy phân.

- Thủy phân protein bã nấm men bia theo các kỹ thuật thủy phân gián đoạn, chảy tràn liên
tục và tuần hoàn liên tục nhằm mục đích lựa chọn điều kiện thủy phân thích hợp khi áp dụng
giai đoạn sốc nhiệt và tự phân trước quá trình thủy phân bằng chế phẩm enzyme
 Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bã nấm men bia
- Tối ưu hóa quá trình thủy phân gián đoạn
- Tối ưu hóa quá trình thủy phân chảy tràn liên tục
- Tối ưu hóa quá trình thủy phân tuần hoàn liên tục
 Đánh giá chất lượng sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia


3
 Ứng dụng sản phẩm thủy phân trong công nghệ sản xuất bánh cracker.
Ý nghĩa khoa học, những đóng góp mới và thực tiễn của luận án
 Đóng góp mới của đề tài:
- Đã 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 mức độ thủy phân thấp hơn so với hệ thống nhiều thiết
bị mắc nối tiếp có tổng thể tích bằng thể tích của thiết bị đơn lẻ.
- Đã xác định được vai trò của các công đoạn: Tách acid đắng của hoa houblon, tiền xử lý
sốc nhiệt và tự phân, sử dụng phối hợp hai loại chế phẩm protease Flavourzyme và Alcalase
và hệ thống thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả thủy phân và ảnh hưởng của các yếu tố đến
thành phần acid min, độ đắng cảm quan qua quinine (BT) và nồng độ acid nucleic trong sản
phẩm thủy phân là cơ sở để phát triển công nghệ thu nhận sản phẩm thủy phân bã nấm men
bia, làm tăng giá trị sử dụng trong công nghiệp thực phẩm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi
trường trong công nghiệp sản xuất rượu bia ở Việt Nam.
 Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả nghiên cứu đã xác định được vai trò ảnh hưởng của tỷ lệ acid amin kỵ nước đối
với độ đắng cảm quan qua quinine (BT) 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.
- 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 độ đắng
của sản phẩm thủy phân thấp hơn khi chúng tác động đơn lẻ.
 Ý nghĩa thực tiễn:
- Đã đưa ra giải pháp tối ưu thủy phân protein bã nấm men bia cho các nhà máy bia Việt
Nam, nhằm nâng cao giá trị gia tăng của bã nấm men bia và giảm thiểu tác hại gây ô nhiễm
môi trường trong ngành công nghiệp sản xuất bia.
- Đã đề xuất một giải pháp khả thi ứng dụng sản phẩm thủy phân để làm bánh mặn cracker,
mở ra khả năng có thể sử dụng vào các sản phẩm thực phẩm khác, làm tăng giá trị dinh
dưỡng và cảm quan cho sản phẩm thực phẩm.


4

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ BÃ NẤM MEN BIA
1.1.1. Nấm men sử dụng trong sản xuất bia
Nấm men sử dụng trong sản xuất bia thường được chia làm hai loại: Nấm men chìm và
nấm men nổi [9, 12, 58]. Nấm men chìm có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi
đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường này [5, 12, 15]. Nấm men chìm được sử dụng
trong sản xuất bia lager, thường là Saccharomyces pastorianus hoặc Saccharomyces
carlsbergensis, với điều kiện lên men ở nhiệt độ 8 – 150C trong các bồn hình trụ đáy côn
[32], nấm men nổi Saccharomyces cerevisiae được sử dụng trong quá trình sản xuất bia ale,
với nhiệt độ lên men 16 -250C. Trong sản xuất bia, nấm men được sử dụng đến đời thứ sáu
thì xả bỏ, được gọi là bã nấm men bia, là nguồn chất thải rắn lớn thứ hai sau bã malt. Tuy là
nguồn chất rắn thải nhưng bã nấm men bia được coi là một nguồn cung cấp protein cho
ngành công nghiệp thực phẩm [122].
1.1.2. Thành phần hóa học của bã nấm men bia

Đã có nhiều nghiên cứu phân tích thành phần hóa học của bã nấm men bia ở dạng tươi
và khô. Bã nấm men bia có thành phần chủ yếu là protein, gluxit, lipit, chất hòa tan không
chứa nitơ, chất tro (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của bã nấm men bia

Thành phần
Nước
Protein (N x 6,25)
Lipit
Chất hòa tan không
chứa nitơ
Tro tổng
Gluxit

Bã nấm men khô (%)

Bã nấm men tươi (%)

[12, 66]

[86, 139]

[12, 66]

[122]

43
1,5

75

14
0,75

92,77
14
0,8

10 - 12
51 – 58
2,0 – 3,0
30
8,1 – 9,1
9 – 11,5

8,25
5,5

2

6,35

Theo Bảng 1.1, thành phần hóa học của bã nấm men bia có thành phần chính là protein,
ngoài ra chứa lipit, gluxit và các dẫn xuất của acid nucleic như bazơ purin và pyrimidin, các
acid amin tự do đều được coi là nguồn chứa nitơ có giá trị. Theo một số nghiên cứu đã công
bố cho thấy trong thành phần protein bã nấm men bia có đầy đủ các acid amin và đặc biệt là
acid amin không thay thế [22, 71, 135, 144]. Chất béo trong bã nấm men bia có các acid
oleic, linoelic, palmitic và có tới 30 – 40 % phosphatit [ 37, 122, 144]. Thành phần tro trong
bã nấm men bia có các oxyt như (%): P2O5 25 ÷ 60; CaO – 1 ÷ 8; MgO – 4 ÷ 6; Na2O – 0,5
÷ 2; SO3 – 0,5 ÷ 6; SiO2 – 1 ÷ 2; Fe2O3 – 0,05 ÷ 0,7 [86, 139, 144]. Rõ ràng là, bã nấm men

5
bia là nguồn nguyên liệu có giá trị cho sản xuất các sản phẩm cao đạm, có khả năng ứng
dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Ngoài ra, bã nấm men bia rất giàu vitamin nhóm B, theo số liệu tổng hợp của một số
nghiên cứu ở Bảng 1.2 cho thấy hàm lượng vitamin B5 chứa nhiều nhất. Tất cả các vitamin
nhóm B là nguồn nguyên liệu giá trị cho chế biến một số sản phẩm chức năng.
Bảng 1.2. Thành phần vitamin của bã nấm men bia
Hàm lượng vitamin
Loại vitamin
Vitamin B1 (thiamin)
Vitamin B2 (riboflavin)
Vitamin B3 (axit nicotinic)
Vitamin B6 (pyridoxine)
Vitamin B5 (axit pantoneic)
Vitamin H (biotin)

Tính trong 1 g nấm men bia khô [12]

μg/g chất khô [32]

60 – 80 IU
5 - 8 IU

24 - 50
30 - 60
2 - 19
14 - 39
370 - 750
0,6 - 0,7

15 – 18 IU
30 – 757
500 - 525γ

Đồng thời, trong bã nấm men bia còn chứa các nguyên tố vi lượng là nguồn khoáng
chất đa dạng, trong đó hàm lượng Fe và Zn chiếm tỷ lệ cao (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Thành phần nguyên tố vi lượng của bã nấm men bia

Nguyên tố vi
lượng
Fe
Cu
Zn
Ca
P
Mn
Mg

Bã nấm men bia khô
[122]
[86]
215 ppm
33 ppm
49 ppm
0,16%
0,12%
1,44%
1,13%
8 ppm

0,23%
0,20%

Số liệu trong Bảng 1.4, bã nấm men bia chứa các enzyme có chức năng thủy phân
đường trong quá trình lên men bia và phần nhỏ các loại enzyme protease như protease serine,
protease aspartyl, protease metallo, là những enzyme nội bào có chức năng thủy phân hiệu
quả protein của bã nấm men bia [135] và đặc biệt ở điều kiện thích hợp ribonuclease thủy
phân các acid nucleic [78]. Hơn nữa, với cấu tạo bởi 3 lớp của tế bào bã nấm men bia, lớp
trong cùng cấu tạo từ β-glucan không tan trong kiềm, lớp giữa cấu tạo từ β-glucan hoà tan,
lớp ngoài cùng là mannan photphoryl, khoảng 30 – 40% là các mannan và mannoprotein
trong thành tế bào [120]. Giữa hai lớp màng phía ngoài có chứa các enzym invertase,
photphatase acid, β-glucosidase, protease [32]. Bởi vậy, khi sản xuất các sản phẩm cao đạm
từ bã nấm men bia, quá trình tự phân được thực hiện để tận dụng nguồn enzyme nội bào.


6
Bảng 1.4. Một số loại enzyme trong nấm men bia

Trehalase
Glucoamylase (amyloglucosidase)

Tài liệu
tham khảo

Cơ chất chuyển hoá

Enzyme
Trehaloza

Tinh bột, dextrin, -glucosit

Maltase (-glucosidase)

Maltoza, saccaroza, maltotrioza,
nitrophenyl--glucosit, melezittoza.

Isomaltose (Oligo 1,6-glucosidase)

Isomaltoza saccaroza, -methyl glucosit, pnitrophenyl--glucosit.

Invertase (-fructofuranozase)

Sacaroza, raffinoza

Melibioase (-galactosidase)

Melibianoza, raffinoza, p-nitrophenyl-galactosit

Zymase

Hệ enzym chuyển hoá đường đơn giản
thành etylic

Ribonuclease
Acid nucleic
Protease serine, protease aspartyl,
Protein
protease metallo

p-

[12]

[76]
[76, 103]

1.1.3. Thành phần bất lợi của bã nấm men bia
Với giá trị dinh dưỡng protein cao, hàm lượng vitamin nhóm B, các nguyên tố vi lượng
và loại enzyme đa dạng, nhưng bã nấm men bia còn tồn tại một số nhược điểm sau:
Thành tế bào nấm men dày, khoảng 25 nm [82, 120], chiếm khoảng 25-30% khối lượng
khô tế bào, chứa chủ yếu là β- glucan và mannan, còn lại là protein, lipid và một lượng rất
nhỏ chitin. Do đó, khi cho gia súc ăn trực tiếp, hệ số sử dụng bã nấm men bia thấp, thủy phân
tế bào nấm men bia là cần thiết nhằm nâng cao mức độ thủy phân [58].
Thứ hai, bã nấm men bia có hàm lượng acid nucleic cao, chứa khoảng 6 - 10 g/100g
protein của nấm men. Cặn của acid nucleic có thể giữ trong thận, trong khớp, bàng quang và
gây ra bệnh gút. Trong trường hợp sử dụng quá 130g nấm men/ngày, kéo dài 1 tuần, acid
uric trong máu sẽ tăng 4,8 – 8,3 mg/100g và lượng acid nucleic tăng gấp đôi trong nước tiểu.
Theo khuyến cáo, giới hạn acid nucleic cho phép 2g/người/ngày [11].
Để sản phẩm thủy phân từ bã nấm men bia được ứng dụng trong công nghệ thực
phẩm, độ đắng của bã nấm men bia là nhược điểm tồn tại cuối cùng cần phải quan tâm. Độ
đắng này là do các chất nhựa đắng trong hoa houblon bám trên bề mặt tế bào bã nấm men
bia [133]. Theo Briggs và cộng sự hoa houblon chứa 15 – 21% nhựa đắng tính theo chất khô
của hoa, trong đó có các chất nhựa mềm tan trong hexan chiếm 90%, còn lại là các chất nhựa
cứng tan trong este và methanol. Thành phần chính của nhựa mềm là các α và β-acid đắng
và các chất nhựa mềm khác. Các α và β-acid đắng có thể được coi như là các đồng phân hỗ
biến, sự chuyển từ dạng cấu trúc này sang cấu trúc khác diễn ra rất nhanh. Các acid này ít
tan trong nước. Ở 25oC độ tan của humulon là 6mg/l, của lupulon là 1,5 mg/l, độ tan tăng


7

lên theo nhiệt độ. Do đó, cần có giải pháp loại bỏ hoặc giảm đến mức tối đa độ đắng của hoa
houblon trong bã nấm men bia.
1.1.4. Tình hình tận thu bã nấm men bia
Theo điều tra của Huige, trên thế giới, bã nấm men bia được thu gom sau quá trình lên
men phụ trong sản xuất bia, khoảng 1,5 đến 3 kg bã nấm men/hl bia [18, 57, 58]. Trong khi
đó, việc ứng dụng chưa được tận dụng hiệu quả so với thành phần giá trị dinh dưỡng của
chúng [59]. Trong khi đó, tại Việt Nam, với tốc độ phát triển nhanh của ngành công nghiệp
sản xuất bia, lượng bã nấm men bia lớn. Phần lớn lượng bã nấm men bia này được bán cho
các hộ gia đình chăn nuôi làm thức ăn thô cho tôm, cá và các loại gia súc, gia cầm. Tuy
nhiên, việc sử dụng như vậy không những không tận dụng triệt để nguồn dinh dưỡng quý
giá có trong bã nấm men bia mà còn gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là các hộ nuôi tôm
cá. Nếu bã nấm men bia chưa xử lý nhiệt trước khi dùng trực tiếp để chăn nuôi tôm cá, tế
bào nấm men vẫn tiếp tục hoạt động tạo ra các sản phẩm trao đổi chất không có lợi cho môi
trường sinh sống của tôm cá. Về lâu dài, điều này sẽ ức chế sự phát triển của tôm cá đồng
thời gây ra sự ô nhiễm môi trường. Do đó, nhiều nước trên Thế giới (Đức, Pháp, Mỹ Nhật…)
đã nghiên cứu tận thu nguồn bã nấm men bia trong sản xuất thức ăn chăn nuôi như theo
Ferreira và cộng sự bã nấm men bia là nguồn dinh dưỡng (trong chăn nuôi, cho con người,
sản phẩm tự phân và thủy phân, nuôi cấy vi sinh vật); là các loại thực phẩm chức năng (trong
sản xuất các loại đồ uống lên men, các chất tăng mùi vị, β – glucan, các loại enzyme [28, 31,
50]).
1.1.4.1. Trong sản xuất thức ăn chăn nuôi
Nghiên cứu của Oliva – Teles và Rumsey cho thấy bã nấm men bia sấy khô có thể
thay thế 50% hàm lượng protein bột cá để làm thức ăn chăn nuôi. Một số sản phẩm thương
mại có bổ sung bã nấm men sấy khô trong chăn nuôi như: GroBiotic – A và GroBioticR
[87]. Ngoài ra, trong chăn nuôi cá, bã nấm men bia chứa β – glucan ở thành tế bào, acid
nucleic, oliosaccharides là những chất có khả năng tăng cường hệ miễn dịch, chống nhiễm
trùng gây ra bởi vi khuẩn Streptococcus [135]. Một số nghiên cứu sử dụng bã nấm men bia
trong công nghiệp chế biến thực phẩm và thức ăn gia súc [21].
1.1.4.2. Trong sản xuất sản phẩm chiết xuất nấm men và sản phẩm thủy phân
Chiết xuất nấm men được sản xuất bằng các phương pháp như tự phân hay thủy phân

bằng các chế phẩm protease. Một số sản phẩm chiết xuất nấm men thương mại có tỷ lệ nitơ
trong chiết xuất nấm men như sau: Meridian là 48,6%; sản phẩm Vegemite (hãng Kraft ) là
28,3% và Aussiemite là 10%. Một số công ty khác cũng tận thu bã nấm men bia để sản xuất
chiết xuất nấm men như: Công ty Nippon (Nhật) với tên thương mại là HU, HUP-2. HUAP;
Fould – Springer (Pháp); Gist – Brocades (Newzealand).
1.1.4.3. Trong sản xuất dược phẩm


8
Theo Thammakiti và Zechner – Krpan, β – glucan trong thành tế bào bã nấm men bia
được tách chiết để ứng dụng sản xuất thực phẩm chống mỡ máu. β–glucan là hỗn hợp sinh
học tự nhiên bao gồm β 1-3, 1- 6 glucan và manan oligosaccharide được chiết xuất từ thành
tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae. β–glucan giúp kích thích hệ thống miễn dịch tự
nhiên, tăng cường hoạt động của các đại thực bào và kích thích tiết nhiều cytokines (chất
hoạt hoá tế bào) nhằm tiêu diệt các mầm bệnh xâm nhập từ bên ngoài. Vì vậy, β-glucan đã
được ứng dụng để bào chế các loại thuốc chữa vết thương, thuốc chống u bướu [74]. β–
glucan giúp giảm hệ số chuyển đổi thức ăn, kích thích tiêu hoá, phòng các bệnh đường ruột,
nhiễm trùng do vi khuẩn, virut, làm giảm cholesterol trong máu. β–glucan là giải pháp thay
thế kháng sinh trong phòng trị bệnh vật nuôi an toàn và hiệu quả. β–glucan chịu được nhiệt
độ 1200C nên có thể dùng làm thức ăn ép viên. Hiện nay, trên thị trường có một số sản phẩm
từ nấm men bia như: BETA GLUCAN 25,

BETA GLUCAN 40,

sản phẩm chứa 25 % β 1 – 3 và 1 –

6 –glucan.
Bã nấm men bia còn được tận thu để sản xuất các thực phẩm bổ sung B complex. Mỗi
viên cung cấp đầy đủ 7 loại vitamin B từ tự nhiên (B1, B2, B3, B5, B6, axit folic và B12)
cần thiết cho cả phụ nữ và nam giới [58].

1.1.4.5. Một số xu hướng khác
Xu hướng hiện nay, bã nấm men bia được sử dụng để sản xuất enzyme protease, bao
gồm protease serine, protease aspartyl, metallo protease và các pectinases khác. Đề tài
nghiên cứu sản xuất pectinases từ bã nấm men bia đã được báo cáo thành công ứng dụng của
pectinases trong sản xuất nước dứa [56]. Bên cạnh đó, bã nấm men bia được thực hiện nghiên
cứu tách enzyme pectic và ứng dụng trong sản xuất nước ép đu đủ [52]. Một số nghiên cứu
khác trong nước đã thực hiện quá trình tự phân bã nấm men bia để thu nhận chế phẩm
Investase [8] hay nghiên cứu thu nhận enzyme Superoxit dismutaza theo công nghệ nghiền
tế bào nấm men [19].

1.2. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẢM THỦY PHÂN PROTEIN
1.2.1. Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein
Sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia có nhiều ứng dụng trong công nghiệp
thực phẩm, ngành dược, chăn nuôi và làm môi trường nuôi cấy. Dựa vào đặc tính chức năng
của sản phẩm thủy phân để lựa chọn cho các mục tiêu ứng dụng. Ví dụ như độ thẩm thấu
của sản phẩm thủy phân là quan trọng trong các sản phẩm công thức dinh dưỡng cho người
già và trẻ sơ sinh (chủ yếu tác dụng đường tiêu hóa), sản phẩm thực phẩm cho các vận động
viên thể thao [44, 118]. Trong khi đó, đặc tính nhũ hóa của sản phẩm thủy phân được ứng
dụng trong sản xuất sản phẩm dạng nhũ tương. Tính hòa tan của sản phẩm thủy phân lại
được ứng dụng trong công nghệ đồ uống và thực phẩm [46]. Nghiên cứu của Seo và cộng sự
đã đề cập đến việc sử dụng protease để sản xuất sản phẩm thuỷ phân protein và được ứng


9
dụng rộng rãi trong sản xuất nước giải khát, thức ăn kiêng, xì dầu, điều chế các sản phẩm
thuỷ phân ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng, chất tăng vị trong thực phẩm,
bổ sung vào thức ăn gia súc,…hoặc các sản phẩm thuỷ phân protein chứa các peptide chống
tăng huyết áp, làm giảm đau, kích thích miễn dịch, peptide tăng khả năng hấp thụ canxi. Trên
thị trường, sản phẩm thủy phân bã nấm men được xếp vào nhóm protein thủy phân thực vật,
là phụ gia được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp gia vị sau mì chính [58]. Sản phẩm

thủy phân bã nấm men có vai trò quan trọng, không những phục vụ cho mục đích nâng cao
sức khỏe của con người mà còn là nguồn nguyên liệu thiết yếu trong ngành công nghệ sinh
học và thực phẩm. Tại Nhật Bản, sản phẩm thủy phân được bổ sung vào các sản phẩm mì
ống, bánh mì, bánh nướng làm tăng hàm lượng protein trong sản phẩm hoặc được cô đặc
thành các viên đạm, sử dụng để nấu các bữa ăn nhanh hay như các chất gia vị được chế biến
sẵn có nhiều tiện ích như tiết kiệm được thời gian, tái tạo năng lượng nhanh, tránh béo phì
[18]. Do đó, trong thực tế, sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia đã có những ứng
dụng thực tiễn sau:
Trong sản xuất mì gói: Sử dụng dạng bột hoặc dạng sệt để bổ sung vào mì gói, thông thường
khoảng từ 1-10% khối lượng gói gia vị, để nước súp ngon hơn, ngọt hơn và giống vị nước
xương hơn [58, 122].
Trong sản xuất các sản phẩm của trẻ em: Các bậc cha mẹ thường rất lo lắng cho trẻ em nên
thường chọn những loại thực phẩm an toàn tự nhiên cho trẻ em. Vì vậy sản phẩm thủy phân
bã nấm men bia, chứa nhiều loại acid amin không thay thế, là lựa chọn hoàn hảo cho tất cả
sản phẩm thực phẩm dành cho trẻ em. Không những giúp trẻ ăn ngon miệng mà còn là
nguồn bổ sung thêm protein an toàn [44, 95].
Trong sản xuất các sản phẩm thịt như xúc xích, thịt ướp muối, dăm bông: Sản phẩm thủy
phân có vị ngọt, có thành phần các acid amin tương đối giống thịt bò nên khi sử dụng có thể
tăng vị ngon, giảm chi phí sản xuất, tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, nồng độ sản phẩm
thủy phân bổ sung từ 0,1 – 0,5% [58, 122].
Trong sản xuất snack: Thông thường snack phải bổ sung các vị như thịt heo, thịt gà, thịt
nướng… Sử dụng sản phẩm thủy phân bã nấm men bia có thể tạo ra vị ngọt đạm. Một số
loại sản phẩm thủy phân được bổ sung thêm vị gà, bò, heo nên có thể sử dụng được trực tiếp
để phun lên bánh snack [44, 95].
Sản xuất hạt nêm: Hạt nêm thường được bổ sung sản phẩm thủy phân với thành phần từ 15%, vị ngọt đạm sẽ tăng, sản phẩm thủy phân nấm men được nhà sản xuất đưa vào sẵn các vị
gà, heo, bò để dễ dàng sử dụng. Một số hãng sản xuất hạt nêm lớn như Knorr, Ajinomoto
đều sử dụng nhiều sản phẩm thủy phân [44, 95].
Sản xuất các loại nước sốt: Nước sốt để ướp thịt, cá, chiên, khi nướng hoặc chiên, bổ sung
sản phẩm thủy phân có mùi thơm của thịt nướng, làm tăng cường mùi vị của đồ nướng hoặc
chiên [58, 122].

10
Ứng dụng trong đồ chay: Sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia là sản phẩm từ vi sinh
vật, hoàn toàn sử dụng được cho đồ chay để tạo vị “ngọt thịt”. Không những tạo ra vị ngọt
thịt mà còn bổ sung protein rất tốt cho sức khỏe [44, 95].
Ứng dụng trong thực phẩm lên men: Khi sử dụng trong các thực phẩm lên men như dưa
muối, cà muối…, với nồng độ bổ sung sản phẩm thủy phân từ 0,5% tới 1% trong quá trình
lên men sẽ hỗ trợ các vi sinh vật phát triển mạnh hơn, tăng tốc độ lên men, đồng thời bổ sung
thêm vị ngọt đạm cho sản phẩm lên men. Sản phẩm lên men điển hình thường sử dụng sản
phẩm thủy phân bã nấm men bia và chiết xuất nấm men chính là Kimchi Hàn Quốc [58, 122]
hay trong sản xuất hoa quả lên men [109].
Bổ sung vào các sản phẩm bánh: Sản phẩm thủy phân protein bã nấm men bia có thể sử dụng
trong tất cả các loại bánh mì, bánh ngọt, bánh mặn, bánh bích quy, bánh cracker… với tỉ lệ
0,1%-0,5% tạo hiệu ứng làm tròn vị và tạo vị ngon đặc trưng của sản phẩm [58, 122].
Trong chăn nuôi: Sản phẩm thủy phân protein bã nấm men làm thức ăn cho cá trong nghiên
cứu của Ferreira và cộng sự; cho gia súc theo nghiên cứu [86, 121]. Nghiên cứu của Nguyễn
Thị Hoàng Anh và cộng sự lại đề cập đến ứng dụng sản phẩm thủy phân protein bã nấm men
bia làm nguyên liệu thức ăn chăn nuôi.
1.2.2. Hàm lượng acid amin trong sản phẩm thủy phân protein
Bảng 1.5. Hàm lượng acid amin trong sản phẩm chiết xuất nấm men và so sánh với protein
aa/WYE (g/100g)
Tài liệu tham
khảo
Acid amin
Isoleucine
Leucine
Lysine
Cysteine
Methionine

Methionine
Phenylalanine
Threonine
Tryptophan
Valine
Alanine
Arginine
Aspartic acid
Glutamic acid
Glycine
Histidine
Serine

aa/DYE
(g/100g)

aa/protein của chiết
xuất men (g/100g)

aa/protein
chuẩn

[53]

[147]

[121]

[131]

[71]

FAO/WHO

1,03
1,65
1,07
0,81
0,26
0,8
0,77
0,83
0,1
1,19
1,78
0,75
1
1,72
0,54
0,26
0,29

1,1
1,57
2,07
0,3
0,38
1
1,48
1,57

0,2
1,36
1,98
4,05
1,99
3,75
1,24
0,5
1,38

3
4,23
4,78
1,1
0,69
2,36
1,3
2,78
0,56
3,38
2,91
2,91
6,34
7,35
2,59

7,6
8
1,3
0,8

5,6
3,8
2,3
4,4
1,2
5,8
8,7
5

2,89
4,97
8,81

4
7
5,5

0,67

3,5

2,21
0,98
5,87
5,9
1,9
2,78
7,8
3,27
7,29

3,04

4
1
5

2,64

16,1
4,9
2
4,7


11
Theo nghiên cứu của Shallenberger [116], sản phẩm thủy phân protein gồm chủ yếu
là các acid amin, một số peptide khối lượng phân tử nhỏ. Có nhiều loại acid amin trong sản
phẩm thủy phân đã được công bố, Bảng 1.5 là thành phần và hàm lượng các loại acid amin
trong chiết xuất nấm men.
Theo Bảng 1.5, ở từng cột là số liệu tổng hợp từ các tài liệu tham khảo, sản phẩm
chiết xuất nấm men với có đầy đủ các loại acid amin với hàm lượng cao. So với tiêu chuẩn
của FAO/WHO là đạt. Trong đó, sản phẩm chiết xuất nấm men từ bã nấm men bia [71, 121,
138] có hàm lượng acid amin lớn hơn so với sản phẩm chiết xuất nấm men từ nấm men bánh
mì [53] hay từ Candida utilis [147].
1.2.3. Nguyên nhân gây đắng của sản phẩm thủy phân protein
Sản phẩm thủy phân protein, trong đó có sản phẩm thủy phân nấm men thường bị hạn
chế bởi vị đắng, gây ảnh hưởng đến tính cảm quan của sản phẩm thực phẩm ứng dụng. Giải
pháp kỹ thuật, cũng như công nghệ để làm giảm độ đắng của sản phẩm thủy phân là vấn đề
cần được nghiên cứu và giải quyết. Vị đắng trong sản phẩm thủy phân protein thường liên
quan tới các acid amin kỵ nước hay các peptide chứa các acid amin kỵ nước ở đầu mạch. Đa

số các acid amin dễ hòa tan trong nước và thường không màu, nhiều loại có vị ngọt
kiểu đường như glycine, alanine, valine, serine, histidine, tryptophan; một số loại có độ
đắng như isoleucine, arginine hoặc không có vị như leucine [62]. Độ đắng của sản phẩm
thủy phân phụ thuộc vào loại chế phẩm protease sử dụng [64]. Theo Adler – Nissen đa số
các sản phẩm thủy phân bằng enzyme đều có độ đắng và thay đổi theo mức độ thủy phân.
Trong khi đó, nghiên cứu của Seo và cộng sự, cho rằng sản phẩm thủy phân bằng
Flavourzyme chứa ít peptide đắng. Một số nghiên cứu khác đã công bố, độ đắng của sản
phẩm thủy phân là do sự hình thành các peptide có khối lượng phân tử nhỏ mà chứa các gốc
acid amin kỵ nước [130]. Hoặc độ đắng của sản phẩm thủy phân có thể là do tính kỵ nước,
cấu trúc không gian, khối lượng phân tử của các peptide [79, 80].
1.2.3.1. Độ đắng của sản phẩm thủy phân gây ra bởi các acid amin kỵ nước
Bảng 1.6. Đánh giá vị cảm quan của các acid amin theo các mức thị hiếu khác nhau
Acid amin

Vị của D-

Vị của D.L-

Vị của L-

Valine

Ngọt (+)

Ngọt/đắng (-)

Ngọt/đắng (-)

Methionine

Ngọt (-, S)

Ngọt (-, S)

Đắng/ngọt (-, S)

Phenylalanine

Ngọt/đắng (+)

Ngọt/đắng (-)

Đắng (-)

Leucine

Ngọt (+)

Ngọt (+)

Đắng (-)

Isoleucine

Ngọt/đắng (+)

Đắng (x)

Đắng (-)

Arginine

Ngọt/đắng (+)

Đắng/ngọt (+)

Đắng (-)


12
Tryptophan

Rất ngọt (+)

Ngọt (+)

Đắng (-)

Cysteine

Ngọt/đắng/chua (-, S) Ngọt/đắng (-, S)

Đắng/ngọt (-, S)

Histidine

Rất ngọt (+)

Ngọt (+)

Đắng (-)

Proline

Đắng/chua (-)

Đắng/ngọt/chua (-) Ngọt/đắng (+)

Glutamine

Ngọt (+)

Mặn/đắng (-)

Mặn/đắng (-)

Serine

Ngọt (+)

Ngọt/đắng (+)

Ngọt/đắng/chua (+)

Lysine

Ngọt/đắng (+)

Ngọt/đắng (-)

Ngọt/đắng (-)

Glycine

-

Ngọt (+)

-

Alanine

Ngọt (+)

Ngọt (+)

Ngọt (+)

Threonine

Ngọt (+)

Ngọt (+)

Ngọt (+)

Aspartic acid

Chua (+)

Chua (+)

Chua (+)

Glutamic acid

Chua (+)

Chua (+)

Chua (+)

Asparagine

Ngọt (+)

Ngọt (+)

Đắng/ngọt (+)

Theo Shallenberger [116]
(Các mức thị hiếu là hài lòng (+), không hài lòng (-), rất không hài lòng (x) và mùi sulfur (S)

Theo Shallenberger acid amin thường có vị chua, ngọt và đắng, tùy dạng tồn tại của
chúng ở dạng D- hoặc L-, vị của các loại acid amin, một số acid amin có vị khác nhau khi
tồn tại ở dạng D-, L- hoặc D.L-. Như leucine có vị ngọt dạng D-, nhưng lại có độ đắng khi
chúng tồn tại dạng L-; glutamine lại ngọt ở dạng D- và mặn đắng ở dạng L- (Bảng 1.6). Tuy
nhiên, cơ thể con người và động vật chủ yếu tổng hợp các acid amin có dạng đồng phân L.
Bên cạnh đó, một số nghiên cứu đã công bố độ đắng của sản phẩm thủy phân có liên quan
đến hàm lượng các acid amin kỵ nước, bao gồm isoleucine, leucine, arginine, cysteine,

methionine, phenylalanine, tryptophan và histidine [55, 75, 106, 112, 130].
1.2.3.2. Độ đắng của sản phẩm thủy phân do một số peptide.
Nghiên cứu của Alder – Nissen cho rằng, peptide đắng trong sản phẩm thủy phân không
cảm nhận được rõ bằng độ đắng của các acid amin kỵ nước. Peptide có độ đắng phụ thuộc
lớn vào trình tự sắp xếp của loại acid amin trong phân tử peptide, ví dụ như: peptide Phe –
Pro có độ đắng hơn peptide Pro – Phe và Gly – Phe – Pro có độ đắng hơn Phe – Pro – Gly.
Một số peptide có khối lượng phân tử nhỏ tồn tại trong sản phẩm thủy phân cũng gây độ
đắng, vì trong phân tử của chúng có chứa các acid amin có độ đắng hay các acid amin kỵ
nước. Một số nghiên cứu khác đã công bố độ đắng của peptide dựa vào số lượng gốc acid
amin kỵ nước, có khoảng 206 loại peptide có độ đắng, đặc biệt là những peptide có chứa từ
2 – 15 gốc acid amin kỵ nước [106, 130]. Điều này là cơ sở khẳng định với những peptide
có giá trị Q (Ney [116]) > 1400 cal/mol và khối lượng phân tử < 6kDa thì có độ đắng và các


13
peptide có giá trị Q thuộc khoảng Q < 1300 cal/mol và khối lượng phân tử > 6kDa không có
độ đắng [100, 112, 114]. Độ đắng của sản phẩm thủy phân phụ thuộc vào khối lượng phân
tử, không phụ thuộc giá trị Q [47] và do cấu trúc không gian của các peptide [79], hoặc các
peptide có vị đắng là do có acid amin kỵ nước được gắn ở vị trí liên kết cuối N – hoặc C[130].
1.2.2.3. Một số phương pháp xác định độ đắng của sản phẩm thủy phân
Độ đắng của sản phẩm thủy phân thường xác định theo phương pháp cảm quan bao
gồm phân tích vị hòa tan [89, 115] phân hạng sử dụng thang điểm [92, 102], sử dụng chất
chuẩn caffeine [47, 83], sử dụng chất chuẩn quinine [80, 87], thang đường thẳng [23]. Phân
tích vị đắng bằng cảm quan sử dụng chất chuẩn phenylthiourea bằng kỹ thuật dựa trên sự
pha loãng nối tiếp của mẫu, trong đó các ngưỡng vị tương đối của các hợp chất được xác
định [60]. Phương pháp sử dụng chất chuẩn caffeine hoặc quinine tương tự phương pháp
phân hạng sử dụng thang điểm, trong đó panelist được gán với một nồng độ caffein từ một
vài mẫu chuẩn được mô tả tốt nhất về độ đắng [70]. Trong thang đường thẳng, hội đồng đánh
giá cường độ đắng trên một thang đo điểm ngang. So sánh với sử dụng chất chuẩn caffeine
hay quinine thì phenylthiourea đã không được sử dụng do có độc tính. Đa số, các nghiên cứu

cảm quan độ đắng của sản phẩm thủy phân đều sử dụng chất chuẩn caffeine hoặc quinine.
Một số nghiên cứu khác, xác định độ đắng của sản phẩm thủy phân theo phương pháp xác
định khối lượng phân tử peptide mà độ đắng của sản phẩm thủy phân còn liên quan đến hàm
lượng acid amin kỵ nước [64, 69]. Vậy nên, nghiên cứu mối liên hệ giữa độ đắng của sản
phẩm thủy phân với hàm lượng acid amin kỵ nước là phù hợp hơn.

1.3. TÁC NHÂN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
THỦY PHÂN PROTEIN
1.3.1. Tác nhân thủy phân protein
Tác nhân được sử dụng trong quá trình thủy phân protein thường bao gồm tác nhân
hóa học và enzyme, tùy vào từng mục đích sử dụng của sản phẩm thủy phân để lựa chọn tác
nhân phù hợp.
1.3.1.1. Tác nhân hóa học
a. Tác nhân axit
Nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng dung dịch HCl nồng độ 6 – 10 N để thủy phân protein
với điều kiện thủy phân 100 – 180oC, thời gian thuỷ phân 24 – 72 giờ [48, 71, 136, 147]. Sản
phẩm thủy phân được trung hòa bằng dung dịch NaOH hoặc Na2CO3. Phương pháp này cho
mức độ thuỷ phân cao từ 85 – 90 %, sản phẩm giàu acid amin và dễ bảo quản [26, 136]. Tuy
nhiên, thủy phân bằng axit có nhiều nhược điểm do quá trình thủy phân ở nhiệt độ cao và
nồng độ axit HCl đặc, một số acid amin bị phá huỷ trong quá trình thuỷ phân. Tryptophan bị