Nghiên cứu quá trình lên men rượu khoai lang tím

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG THỊ NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN
RƯỢU KHOAI LANG TÍM

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
Mã ngành: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Thị Ngọc Yên

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Hoài Hưoĩig

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Lê Nguyễn Đoan Huy

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM, ngày 11 tháng 01
năm 2018

Thành phần hôi đồng đánh giá luân văn thac sĩ:
1.

GS. TS. Đống Thị Anh Đào

2.

TS. Nguyễn Hoài Hưong

3.

PGS. TS. Lê Nguyễn Đoan Huy

4.

PGS. TS. Phan Ngọc Hoà

5.

TS. Võ Đình Lệ Tâm

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LVvà Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận
văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập ■ Tự do ■ Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đặng Thị Như Quỳnh

MSHV: 1570438

Ngày, tháng, năm sinh: 12 - 04 -1990

Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm

Mã số : 60540101

I.

TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu quá trình lên men rượu khoai lang tím”

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

-

Xác định các thông số và đặc tính nguyên liệu

-

Khảo các thông số ảnh hưởng trong quá trình dịch hóa bằng chế phẩm enzyme

Termamyl sc

-

Khảo sát các thông số ảnh hưởng trong quá trình đường hóa bằng chế phẩm enzym
Dextrozyme GA

-

Khảo sát các thông số ảnh hưởng của quá trình lên men rượu từ khoai lang tím

-

Thiết lập quy trình lên men rượu khoai lang tím với các thông số đã chọn, đo độ cồn và
hàm lượng anthocyanin trong sản phẩm rượu khoai lang tím.

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2017

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2017

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN THỊ NGỌC YẾN

Tp. HCM, ngày.... tháng.... năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ
Thực Phẩm, Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã
truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học tập
tại trường, đặc biệt xin cảm ơn đến TS. Trần Thị Ngọc Yên đã cho em cơ hội được
nhận và trình bày luận văn.
Em cũng xin cảm ơn đến các bạn cùng lớp Cao học KI 5 Công nghệ thực
phẩm đã quan tâm giúp đỡ và chia sẻ với em trong suốt khóa học, đó sẽ là một
khoảng thời gian đẹp trong hành trình nâng cao tri thức của chúng em.
Lời cảm ơn cuối cùng xin dành cho gia đình, cho ba mẹ và những người bạn
thân đã luôn bên cạnh ủng hộ và cho em nhiều động lực trong những thời gian
qua.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn bằng tất cả sự nhiệt huyết và năng
lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, và những phần nội
dung nghiên cứu chưa sâu. Rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của Quý Thầy
Cô.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018

Đặng Thị Như Quỳnh


TÓM TẮT
Đề tài được thực hiện nhằm khảo sát xây dựng quy trình lên men rượu từ khoai lang tím.
Trong nghiên cứu có sử dụng hai chế phẩm enzyme là Termamyl sc và Dextrozyme GA góp
phần vào quá trình dịch hóa và đường hóa tinh bột, cùng với sử dụng dòng nấm men thương
mại Angel leaven chịu nhiệt để nâng cao độ cồn cho sản phẩm. Anh hưởng của nhiệt độ, pH,
thời gian và nồng độ enzyme cho quá trình thủy phân của mỗi enzyme đã được khảo sát. Khác
với các nghiên cứu trên phương pháp truyền thống khảo sát qua từng giai đoạn, đề tài áp dụng
phương pháp kết hợp đường hoá và lên men đồng thời, nhằm tận dụng nguồn cơ chất cho quá
trình lên men, giảm áp lực của nồng độ cơ chất cao đến hoạt động của nấm men, rút ngắn thời
gian lên men. Các thông số của quá trình thủy phân bột khoai lang tím sử dụng chế phẩm
Termamyl sc là: nồng độ enzyme 0,3 ml/kg nguyên liệu, nhiệt độ thủy phân 90°C và pH ban
đầu của môi trường 6. Sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae thương mại Angel Leaven
và chế phẩm Dextrozyme GA vào quá trình lên men dịch thủy phân khoai lang tím ở điều kiện
tốt nhất là: nồng độ enzyme 1 ml/kg nguyên liệu, pH ban đầu của môi trường 5 và nồng độ
chất khô hòa tan 18° Bx sẽ cho ra hàm lượng cồn cao nhất. Sản phẩm rượu sau khi áp dụng
các điều kiện đã khảo sát đều đạt chỉ tiêu hóa học hàm lượng ethanol 11,17% v/v, anthocyanin
là 27,0734 ±0,0002 mg/100ml.


ABSTRACT
This research was carried out to investigate the fermentation process of purple sweet potato
wine. In this study, two enzyme were used, Termamyl sc and Dextrozyme GA for starch
hydrolysis, combine with commercial thermal-yeast Angel Leaven to increase the alcohol
content of the wine product. The effects of temperature, pH, time and enzyme concentration
on each enzyme for hydrolysis process were investigated. Different to the fraditional
fermentation method - through each stage, this research applied the method of simultaneous
saccharification and fermentation - SSF in order to utilize the substrate for fermentation,

reduce the pressure of the high concentrate substrate to yeast activity, shorten the fermentation
time. Using Termamyl sc to hydrolyze purple sweet potato powder, with parameters of:
enzyme concentration of 0.3 ml / kg of material, hydrolysis temperature of 90 °C and pH 6.
Using commercial Saccharomyces cerevisiae yeast - Angel Leaven and Dextrozyme GA at
condition: enzyme concentration of 1 ml/kg of material, the initial pH 5 of medium and the
concentration of dry matter of 18°Bx will give the highest alcohol content in product. The
product contains 11,17% v/v of ethanol, and 27,0734 ± 0.0002 mg I 100ml anthocyanin.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa hề được sử dụng.
Tôi xin cam đoan, các thông tin được sử dụng trong luận văn này đã được ghi
rõ nguồn gốc trích dẫn.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018
Người thực hiện

Đặng Thị Như Quỳnh


Trang
1

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................... 8
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................................... 11
2.1. TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM ............................................................ 12

2.1.1. Giới thiệu về khoai lang tím ........................................................................ 13
2.1.2. Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật .............................................. 14
2.1.3. Thành phần anthocyanin trong khoai lang tím ............................................. 16
2.2. HỆ ENZYME AMYLASE ................................................................................ 21
2.3. NẤM MEN ........................................................................................................ 25
2.3.1. Đặc điểm hình thái và cấu tạo tế bào của nấm men..................................... 26
2.3.2. Đặc điểm sinh lý của nấm men ..................................................................... 27
2.4. CÁC QUÁ TRÌNH CHỦ YẾU XẢY RA TRONG SẢN XUẤT RƯỢU ......... 29
2.4.1. Quá trình dịch hóa ........................................................................................ 29
2.4.2. Quá trình đuờng hóa ..................................................................................... 30
2.4.3. Quá trình lên men ruợu ................................................................................. 30
2.5. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN................... 31
2.5.1 Nghiên cứu trong nuớc .................................................................................. 31
2.5.2 Nghiên cứu ngoài nuớc ................................................................................. 35
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG
TRONG NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 40
3.1. VẬT LIỆU .......................................................................................................... 41
3.1.1 Khoai lang tím ............................................................................................... 41
3.1.2 Chế phẩm enzyme ........................................................................................ 43
3.1.3 Nấm Men ....................................................................................................... 44
3.2. QUÁ TRÌNH THU NHẬN RUỢU KHOAI LANG TÍM TRONG PHÒNG
THÍ NGHIỆM ..................................................................................................... 45
3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 47
3.4. BỐ TRÍ THÍ NGHIÊM ....................................................................................... 48
3.4.1. Xử lý nguyên liệu ......................................................................................... 48
3.4.2. Khảo sát quá trình thủy phân bột khoai lang tím ........................................ 49


Trang
2

3.4.3. Khảo sát quá trình lên men dịch thủy phân khoai lang tím ......................... 50
3.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ......................................................................... 51
3.5.1. Phân tích độ ẩm............................................................................................ 51
3.5.2. Đo độ nhớt ................................................................................................... 51
3.5.3. Nồng độ chất khô hòa tan ............................................................................ 52
3.5.4. pH ................................................................................................................ 53
3.5.5. Hàm lượng đường khử ................................................................................. 54
3.5.6. Hàm lượng tinh bột ...................................................................................... 55
3.5.7. Hàm lượng cồn ............................................................................................ 56
3.5.8. Phương pháp đếm khuẩn lạc phát triển trên môi trường đặc ....................... 57
3.5.9. Phương pháp xác định đường cong sinh trưởng của nấm men ................... 58
3.6. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................................................. 58
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 58
4.1.

Kết quả khảo sát thành phần nguyên liệu khoai lang tím .............................. 58

4.2.

Kết quả xác định thời gian hoạt hóa nấm men ............................................... 59

4.3.

Xác định tỷ lệ bột khoai lang tím/ nước thích hợpcho dịch hóa .................... 60

4.4.

Nồng độ chế phẩm Termamyl sc thích hợp cho quá trình dịch hoá bột

khoai lang tím theo thời gian .................................................................................... 61
4.5.

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình dịch hoá bột khoai lang tím theo thời

gian ............................................................................................................................ 64
4.6.

pH thích hợp cho quá trình dịch hoá bột khoai lang tím theo thời gian ....... 66

4.7.

Nồng độ chế phẩm Termamyl sc thích hợp cho quá trình đường hoá và

lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian ........................................ 67
4.8.

Nồng độ chế phẩm Dextrozyme GA thích hợp cho quá trình đường hoá

và lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian .................................... 69
4.9.

pH thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men dịch thủy phân bột

khoai lang tím theo thời gian ..................................................................................... 73
4.10.

Nồng độ chất khô hòa tan thích hợp cho quá trình đường hoá và lên men

dịch thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian ...................................................... 75

4.11.

Kết quả đường cong sinh trưởng của nấm men Saccharomyces

cerevisiae trong thời gian lên men rượu ..................................................................... 76
4.12 Ket quả ảnh hưởng mật độ tế bào nấm men đến sự sinh trưởng của nấm
men trong quá trình đường hoá và lên men ................................................................ 77


Trang
3

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 79
5.1. Kết luận .............................................................................................................. 80
5.2. Kiến nghị............................................................................................................ 83
TÀI LỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 85
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ 89
PHỤ LỤC A: CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TRONG CHƯƠNG 4 ........................ 89
PHỤ LỤC B: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .................................................. 98
PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH ENZYME ............................... 107


Trang
4

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: So sánh một số thành phần giữa khoai lang tím và khoai lang vàng ........ 13
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật ........................................... 15
Bảng 2.3: Sự biến đổi của hàm lượng anthocyanin qua các quá trình xử lý khác
nhau của khoai lang tím .............................................................................................. 20

Bảng 3.1: Thông tin về chế phẩm Termamyl® sc ...................................................... 44
Bảng 3.2: Khả năng chịu nhiệt của a-amylase từ các nguồn thu nhận khác nhau 45
Bảng 3.3: Thông tin về chế phẩm Dextrozyme® GA................................................. 46
Bảng 4.1: Một số thành phần của khoai lang tím Nhật thu hoạch từ Sa Đéc, Đồng
Tháp ............................................................................................................................ 58
Bảng 4.2: Kết quả xác định một số chỉ tiêu của nguyên liệu bột khoai lang tím .... 58
Bảng 4.3: Tỷ lệ nấm men nảy chồi qua thới gian hoạt hóa từ nấm men dạng bột.. 59
Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ bột khoai lang tím/nước đến chất lượng dịch khoai lang
tím sau khi dịch hóa ................................................................................................... 60
Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân tại pH 6 ...................... 67
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Termamyl sc đến hàm lượng cồn sinh ra
theo thời gian .............................................................................................................. 68
Bảng 4.7: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men dịch thủy phân tại nồng độ
chế phẩm Dextrozyme GA là 1 ml/kg nguyên liệu..................................................... 71
Bảng 4.8: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai
lang tím tại pH 5 ......................................................................................................... 74
Bảng 4.9: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai
lang tím tại nồng độ chất khô hòa tan 16°Bx ............................................................. 76
Bảng 4.10: số logarit của mật độ tế bào và hàm lượng cồn theo thời gian .............. 76
Bảng 4.11: Bảng so sánh các chỉ tiêu sản phẩm rượu so với quy định ..................... 83
Bảng A.l: Độ nhớt thay đổi theo nồng độ chế phẩm Termamyl sc, khảo sát theo thời
gian.............................................................................................................................. 89
Bảng A.2: Chỉ số DE thay đổi theo nồng độ chế phẩm Termamyl sc và theo thời thời
gian.............................................................................................................................. 90
Bảng A.3: Chỉ số DE thay đổi theo nhiệt độ và theo thời gian................................... 91
Bảng A.4: Chỉ số DE thay đổi theo pH và theo thời thời gian .................................. 92
Bảng A.5: Hàm lượng cồn thay đổi theo nồng độ enzyme và thời thời gian ............ 93


Trang

5

Bảng A.6: Hàm lượng tinh bột sót thay đổi theo nồng độ enzyme và thời gian........94
Bảng A.7: Hàm lượng cồn thay đổi theo pH và theo thời thời gian ........................ 95
Bảng A.8: Hàm lượng tinh bột sót thay đổi theo pH và thời gian ........................... 96
Bảng A.9: Hàm lượng cồn thay đổi theo nồng độ chất khô hòa tan và theo thời thời
gian............................................................................................................................ 97
Bảng B.l: số liệu dựng đường chuẩn hàm lượng glucose xác định bằng phương
pháp quang phổ so màu với thuốc thử DNS ............................................................ 99
Bảng B.2: Số liệu dựng đường chuẩn nồng độ ethanol bằng phương pháp quang
phổ so màu ............................................................................................................. 104
Bảng C: Số liệu dựng đường chuẩn hàm lượng tinh bột bằng phương pháp quang
phổ so màu ............................................................................................................. 107


Trang
6

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Khoai lang tím ........................................................................................... 14
Hình 2.2: Hình chụp SEM của hạt tinh bột khoai lang tím và bột khoai lang tím sau khi
xử lý ở 77°c trong 6 giờ ............................................................................................. 16
Hình 2.3: Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím ............................. 17
Hình 2.4: cấu tạo của cyanidin (RI = H); peonidin (RI = CH3) 3-sophoroside-5glucoside (a), caffeic acid (b), ferulic acid (c), and p-hydrobenzoic acid (d)............18
Hình 2.5: Cơ chế của các enzyme amylase ............................................................... 22
Hình 2.6: Nam men Saccharomyces cerevisiae dưới kính hiển vi Die ..................... 23
Hình 3.1: Quy trình xử lý nguyên liệu ban đầu thành bột khoai lang tím ................. 50
Hình 3.2: Quy trình thu nhận rượu khoai lang tím trong phòng thí nghiệm ........... 52
Hình 4.1: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm Termamyl sc đến quá trình thủy phân bột
khoai lang tím theo thời gian qua độ nhớt ................................................................ 62

Hình 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm Termamyl sc đến quá trình thủy phân bột
khoai lang tím theo thời gian qua chỉ số DE ............................................................. 63
Hình 4.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân bột khoai lang tím theo thời
gian ............................................................................................................................ 64
Hình 4.4: Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân bột khoai lang tím theo thời gian
...................................................................................................................................66
Hình 4.5: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm Dextrozyme GA đến quá trình lên men
dịch thủy phân bột khoai lang tím ............................................................................. 70
Hình 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên hàm lượng tinh bột sót theo thời gian
...................................................................................................................................72
Hình 4.7: Ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men dịch thủy phân bột khoai lang tím
...................................................................................................................................73
Hình 4.8: Ảnh hưởng của pH lên hàm lượng tinh bột sót theo thời gian .................. 74
Hình 4.9: Ảnh hưởng của nồng độ chất khô hòa tan đến quá trình lên men dịch thủy
phân bột khoai lang tím ............................................................................................. 75
Hình 4.10: Đường cong sinh trưởng của nấm men trong thời gian lên men rượu 77
Hình B.l: Đường chuẩn hàm lượng glucose xác định bằng phương pháp quang phổ
so màu với thuốc thử DNS ...................................................................................... 100
Hình B.2: Hệ thống chưng cất rượu ........................................................................102
Hình B.3: Đường chuần hàm lượng ethanol xác định bằng phương pháp quang phổ so


Trang
7

màu ........................................................................................................................105..
Hình c.l: Đường chuần hàm lượng tinh bột xác định bằng phương pháp quang phổ so
màu ..........................................................................................................................108
Hình C.2: Kết quả kiểm tra hoạt độ hai chế phẩm enzyme đã sử dụng trong đề tài
nghiên cứu ................................................................................................................110

Trang
8

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU
Làm rượu là một nghề truyền thống có từ lâu đời trên thế giới và ở nước ta. Ngày
nay nó đã phát triển lên một ngành công nghiệp rượu với những thương hiệu nổi tiếng thế
giới. Song song đó là sự khuyến khích tìm tòi, nghiên cứu và cho ra đời các sản phẩm rượu
theo phương thức tryền thống có chất lượng tốt, giá thành phù hợp, thích hợp cho các đối
tượng tiêu dùng. Việt Nam với nền văn hóa phát triển lâu đời là nơi có đa dạng các loại
rượu truyền thống, có loại đã có từ hàng trăm năm. Nguyên liệu trong làm rượu truyền
thống hiện nay rất đa dạng, chủ yếu là từ các cây chứa hàm lượng tinh bột và đường cao
như gạo, khoai, sắn, mía,... hầu hết là các loại nông sản dễ tìm và có sản lượng thu hoạch
lón. Mỗi loại nguyên liệu sẽ cho ra những sản phẩm rượu riêng biệt với màu sắc, hương vị
đặc trưng. Trong đó, khoai lang tím là một loại nguyên liệu đang được chọn nghiên cứu
trong thời gian qua vì được trồng phổ biến, có giá thành rẻ và hàm chứa thành phần có tính
dinh dưỡng cao có lợi cho sức khoẻ, là một nguyên liệu thích hợp cho việc chế biến các
sản phẩm thực phẩm với giá trị kinh tế cao.
Đề tài luận văn “Nghiên cứu quy trình lên men rượu từ khoai lang tím” được đưa ra
như một sự góp phần mang lại những giá trị cao cho nghề sản xuất rượu trong nước.


Trang
9

Đề tài chọn lọc nguyên liệu giàu tinh bột là khoai lang tím làm đối tượng nghiên cứu,
tập trung vào vấn đề nghiên cứu trên quá trình lên men rượu khoai lang tím trong phòng

thí nghiệm, áp dụng hai chế phẩm enzyme là Termamyl sc và Dextrozyme GA thu nhận từ
vi sinh vật và một dòng nấm men thương mại vào quá trình xử lý nguyên liệu, tạo tiền chất
cho quá trình đường hoá và lên men đồng thời, nhằm giúp rút ngắn thời gian, độ cồn tăng
cao hơn, quá trình lên men triệt để hơn với hiệu suất nâng cao, hàm lượng đường sót và
tinh bột thấp, hạ giá thành sản phẩm.
Số liệu được thu thập qua thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Vi sinh và phòng thí
nghiệm Công nghệ Thực phẩm 2 của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm.
Tiến hành thí nghiệm để xác định các quá trình :
Quá trình xử lý nguyên liệu khoai lang tím với tỷ lệ cơ chất/ nước thích hợp cho dịch hóa
Thời gian hoạt hóa nấm men thích hợp cho hoạt lực cao để bổ sung vào cơ chất cho lên
men.
Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng trong quá trình dịch hóa, đường
hóa và lên men đồng thời.
Đề tài đi theo hướng nghiên cứu mới trong nghiên cứu quy trình sản xuất rượu từ
nguyên liệu giàu tinh bột như khoai lang tím ở bước kết hợp quá trình đường hoá và lên
men đồng thời. Các kết quả của đề tài đã cho thấy tác dụng hiệu quả của việc sử dụng kết
hợp hai chế phẩm enzyme cho quá trình đường hóa, dịch hóa tạo nguồn cơ chất cho nấm
men hoạt động tốt, hiệu suất lên men cao, quá trình đường hoá và lên men đồng thời cũng
làm rút ngắn thời gian lên men, tăng hiệu suất sử dụng đường trong quá trình, tăng nguồn
cơ chất cho nấm men sinh trưởng và hoạt động. Việc sử dụng sản phẩm nấm men thương
mại tinh khiết được thu nhận từ chủng thuần với nhiều đặc tính cao cho sản phẩm lên men
trong thời gian ngắn. Đề tài thúc đầy các nghiên cứu sau chuyên sâu hơn vào sự tác động
và ảnh hưởng của enzyme một cách hiệu quả, chuyển hóa triệt để tạo sản phẩm cho quá
trình lên men hiệu suất cao hơn, độ cồn cao hơn như mong muốn; đồng thời mở ra con
đường nghiên cứu trên các chế phẩm enzyme đặc chủng khác tương thích với quá trình lên
men như enzyme Rhizozyme.


Trang
10

CHƯƠNG 2

TÔNG QUAN


Trang
11

2.1. TỔNG QUAN VÈ KHOAI LANG TÍM
Khoai lang có tên khoa học là Ipomoea batatas (L.) Lam, thuộc họ Convolvulaceae.
Khoai lang là nhóm cây nông sản đứng hàng thứ bảy trên thế giới. Khoai lang chủ yếu đuợc
trồng ở các nước đang phát triển, đóng vai trò là nguồn thực phẩm cung cấp dinh dưỡng cho
người có thu nhập thấp (theo báo cáo của tổ chức Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên
Hiệp Quốc năm 2014). Cũng theo tổ chúc này, khoai lang đứng thứ ba trong nhóm thực phẩm
giàu tinh bột quan trọng trên thế giới, chỉ sau khoai mì và khoai tây.
Trong chi khoai lang, các giống khoai lang tím và khoai lang vàng là nguồn dinh dưỡng
tuyệt vời với các hợp chất tự nhiên như beta-carotenoid, polyphenol, acid ascorbic, chất xơ ăn
kiêng ... (Van Hal M. 2000). Trong đó có hợp chất màu anthocyanin có tiềm năng tiêu thụ
cao, đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu có tác dụng như một sản phẩm cải thiện sức
khỏe con người (Teow và cộng sự. 2007), (Bellail và cộng sự. 2012).
Theo Vincent và cộng sự (1997), khoai lang tím có sự vượt trội về một số thành phần
so với khoai lang vàng được thể hiện qua bảng 2.1. Các nghiên cứu trên nguồn nông sản này
ngày càng nhiều để có thể tận dụng tối đa các đặc tính hữu ích của chúng.


Trang
12

Đảng 2.1 : So sảnh một số thành phần giữa khoai lang tím và khoai lang vàng. [5]

Khoai lang tím còn có tên gọi khác là khoai lang Pêru vì nó có nguồn gốc từ Nam Mỹ,
có tên khoa học là Soỉanum andỉgenum.
Khoai lang tím thuộc loài thân thảo dạng dây leo sống lâu năm, cỏ lá mọc so le hình trái
tỉm hay xẻ thủy chân vịt. Củ hình thuôn dài, lớp vỏ nhẵn nhụi cố màu tím (cũng cỗ màu khác
là đen, nâu, trắng hay vàng) và cỗ tới hàng trăm loài khác nhau. Tùy theo giống khoai mà củ
của nó có kích thước, độ ngọt và mùi thơm khác nhau. Khoai lang tím giống Nhật Bản (còn
được gọi là Ayamurasaki), là một loại khoai lang được đưa vào sản xuất hồi viện nghiên cứu
nông nghiệp quốc gia Nhật Đản có tên là Okinawan[2], trong những năm gần đây đã được
trồng phổ biến ở nhiều quốc gia, đặc biệt là những quốc gia ở vùng khí hậu nhiệt đới.

Hình 2.1: Khoai lang tím.


Trang
13

Ở nước ta khoai lang tím chủ yếu được trồng ở cảc tỉnh miền Tây, huyện Tam Bình,
Bình Tân (Vĩnh Long) hay Sa Đéc (Đồng Tháp) là những vùng trọng điềm có diện tích trồng
khoai lớn. Riêng huyện Bình Tân có diện tích tròng khoai lang tím chiếm hơn 8000 ha, sản
lượng trên 250000 tấn cho năm 2015.
Việc sản lượng khoai lang tím tăng nhưng giá thành lại hạ, dẫn đến thức đẩy sự phát
triền trong chế biến nhằm đa dạng hóa cảc sản phẩm từ khoai lang tím, tăng giả trị sử dụng
nguồn nguyên liệu dồi dào và mang lại thu nhập cao cho người trồng khoai lang tím. Cùng
với lợi ích dinh dưỡng cao, là những lí do khiến cảc nhà khoa học ngày càng quan tâm và chú
trọng phát triển các nghiên cứu trên nguồn nguyên liệu dồi dào này.
2.1.2. Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật
• Tinh ưu việt của khoai lang tím Nhật so vởi các loại khoai lang khác
Khoai lang tím Nhật còn có những ưu điểm vượt trội so với các giống khoai lang khác.
Khoai lang tím cung cấp nhiều chất dinh dưỡng tốt cho cơ thề như tỉnh bột, protein, cảc acid

amin, vitamin A,Đ,C,E và hơn 10 loại nguyên tố vỉ lượng cần thiết khác như calcỉ, kẽm, sắt,
magìe, kali, natri, phosphor..., có giá trị cung cấp năng lượng. Những nghiên cứu gàn đây cho
thấy giống khoai lang tím cố chứa một lượng anthocyanin đảng kể với tác dụng kháng oxy
hỏa rất mạnh, cố khả năng kiềm chế sự đột biến của tế bào ung thư, ngăn ngừa ung thư, hạ
huyết áp, phòng ngừa bệnh tim mạch; giúp bảo vệ các lipoprotein tỷ trọng thấp khỏi các quá
trình oxy hóa, loại bỏ gốc tự do, cải thiện chức năng thị giác, ức chế sự tích tụ tiểu cầu và nhều
chức năng sinh lý khác (Kano và cộng sự. 2005) [6]. Chất màu trong khoai lang tím hiện đang
được một số nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu để thu nhận chất màu thực phẩm thiên
nhiên thay thế cho chất màu nhân tạo. Bao gồm các hợp chất phenol, anthocyanin,


Trang
14

carotenoid, trong đỗ khoai lang tím chứa chất chống oxy hóa tổng số nhiều nhất. Ngoài ra,
khoai lang tím là một trong những nguyên liệu chủ ỵếu để chế biến loại nước uổng chức năng.
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của khoai lang tím Nhật (tính trên lOOg nguyên liệu tươi) [7]

Thành phần

Đom vị

Nước

g
g

68
24,5

g

4

g

0,8

g

0,2

g

1,3

Ca

mg

34

p
Fe

mg
mg

49,4
1

B1

mg

0,05

B2
pp

mg
mg

0,05
0,6

c

mg
mg

23
60

Tinh bột
Đường
Protei n
Lipid
Chất xơ
Khoáng

Vitamin

Hàm lượng có trong lOOg
khoai lang tím

Anthocyanin

Khoai lang tím có hàm lượng tinh bột cao hơn các loại khoai lang khác nhưng tỉnh bột
lại có hàm lượng amylose thấp hơn, cỏ giá trị khoảng 3/4 so với các loại khoai lang khác
(amylose chiến 16,6% của tỉnh bột khoai lang tím và 21,1% ở khoai lang vàng (Widya Dwi
Rukmi Putri và cộng sự (2014) [8].
Do có khác biệt về cấu trúc, khả năng tạo liên kết hydro hay khả năng giữ nước giữa các
loại tỉnh bột trong nhóm khoai lang nên tỉnh bột khoai lang tím sau quá trình xử lý nhiệt ẩm ở
77°c frong 6 giờ có mức độ trương nở cao hơn so với khoai lang vàng, theo thí nghiệm khảo
sát sự biến đổi tính chất của tinh bột khoai lang của Widya Dwi Rukmi Putri [8]. Dưới ảnh
hưởng của nhiệt độ cao trong một thời gian nhất định sẽ ảnh hưởng đến tính chất của tinh bột
khoai lang nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa thì sự ảnh hưởng gần như không đáng
kể so với ban đầu.


Trang
15

Hình 2.2: Hình chụp SEM của hạt tinh bột khoai lang tím và bột khoai
lang tím sau khi xử lý ở 77°c trong 6 giờ. [8]
Hình chụp SEM cho thấy sau khỉ xử lý nhiệt ẩm cấu trúc của hạt tỉnh bột khoai lang tím
trương nở lên lên nhưng hình dạng vẫn chưa bị phả vỡ hoàn toàn vớì nhiệt độ xử lý 77°c và
thời gian rất dài là 6 giờ.
2.1.3. Thành phần anthocyanin trong khoai lang tím

Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó anthocyanin là sự kết hợp
giữa Anthos - nghĩa là hoa và Kysanesos - nghĩa là màu xanh. Tuy nhiên không chỉ cỗ màu
xanh, anthocyanin còn mang đến nhiều màu sắc như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung
gian. Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là các anthocyanidin hay aglycon.
Anthocyanin là hợp chất màu thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid, cỗ màu từ đỏ đến tím,
có nhiều trong rau quả như bắp cải tím, trà đỏ, quả dâu tằm, vỏ nho, đậu đen, dâu tây đỏ và
khoai lang tím. Anthocyanin là thành phần chính trong việc tạo ra màu sắc đẹp cho các loạỉ
hoa quả trong thiên nhiên mà các hợp chất màu tổng hợp không tể thay thế.
Anthocyanin là chất có nhiều đạc tính tốt nên ngày càng được chú trọng để sử dụng rộng
rãi trong công nghiệp thực phẩm. Anthocyanin không những có tác dụng giảm nguy cơ ung
thư, kìm hãm sự phát triển của tế bào gây ung thư, còn có khả năng chống oxỉ hỏa, chống
viêm, chổng lão hóa và tang cường hệ miễn dịch cho cơ thể.


Trang
16

2. _______________________________________________Z3J
Có 12 thành phần đơn chất chính đã được xác định trong nghiên cứu của Heon woong
Kim và cộng sự [10] và cyanidin - 3,5 - dỉglucosỉde là thành phần chủ yếu trong đó. Mười hai
đơn chất đó được xếp trong hai nhóm chính là cyanidin và peonỉdin.
Mười hai đơn chất được xác định trong đó đều có mang thành phần là glucose và
sophorose liên kết trong anthocyanin. Mười một đơn chát trong đó trừ cyanidin 3sophorosìde-5-glucoside đều cỏ mối liên kết với cảc chất phenolic như là caffeic acid, ferulic
acid, và p-hydroxybenzoic acid như được biểu diễn ở Hình 2.4.[10]


Trang
17

Hình 2.4: cấu tạo của cyanidin (RI = H); peonidin (RI = CH3) 3- sophoroside-5glucoside (a), caffeic acid (b), ferulic acid (c), and p-hydrobenzoic acid(d).[10]

Hai đơn chất 7 non-, mono-, hoặc di-acylated cyanidin và 5 mono- hoặc diacylated
peonỉdin lần lượt cố tỷ lệ 67% và 33% của tổng lượng anthocyanin trong khoai lang tím.
Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt đến hàm lượng anthocyanin của
khoai lang tím cho thấy khỉ quá trình nướng không ảnh hưởng gì đến hàm lượng anthocyanin
nhưng nấu dưới áp suất cao, hấp, hay sử dụng lò vi sóng đều làm giảm hàm lượng của
anthocyanin 8-16% của lượng ban đầu. Đây thực tế là một sự giảm không nhiều so với hàm
lượng của anthocyanin có trong khoai lang tím (1,4% khối lượng khô), khi so sánh vớỉ dâu
(350 mg/kg) và bắp cải (250 mg/kg).[10]
Dựa theo 2 nhóm chính của thành phần anthocyanin thì cỗ thể phân loại khoai lang thành
hai loại là loại chứa nhiều cyanỉdin (tỷ lệ của peonỉdỉn/cyanỉndin (pn/cy) <1) và loại chứa
nhiều peonidin (tỷ lệ của peonidin/cyanindin (pn/cy) > 1). Sự khác biệt này dẫn đến những
đặc tính khác nhau của màu sắc của khoai lang cũng như một số tính chất của anthocyanin.
Với loại khoai lang chứa nhiều peonỉdỉn (pn/cy >1) thường thể hỉện màu từ hồng đến đỏ ở
trạng thái tươi của thịt củ khoai. Như vậy, khi hàm lượng cyanidin cao thì màu của thịt củ sẽ
dần chuyển sang tím và tím đậm. Cyanidin có bản chất chứa nhiều các nhóm -OH nên có đặc
tính kháng oxy hóa mạnh hơn các nhóm chất peonidin. (JiantengXu và cộng sự. 2014) [11]
2.1.3.2. Tính chẩt của anthocyanin [12]
Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên
tan tốt trong dung môi phân cực (ví dụ như nước). Màu sắc của anthocyanin thay đổi phụ
thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều tố khác. Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng
benzen thì màu càng xanh đậm. Còn nếu mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzen
càng cao thì màu càng đỏ. Nếu nhóm OH ở vị trí c - 3 kết hợp với các gốc đường thì màu sắc
cũng sẽ thay đổi theo các gốc đường là gì. Các anthocyanin cũng phụ thuộc vào pH của môi
trường.
Dưới tác dụng của nhiệt sẽ có sự bẻ gãy các mối liên kết trong hợp chất anthocyanin nên
hàm lượng sẽ giảm theo thời gian xử lý. Nhưng sự ảnh hưởng này còn phụ thuộc vào bản chất
của nhóm chất anthocyanin, chính là sự khác biệt của các nhóm chức liên kết. chẳng hạn như,
mono-acylated anthocyanin có liên kết với p- hydroxybenzoic acid cho khả năng bền cao nhất
trong nhóm chất anthocyanin của khoai lang tím nghiên cứu, kế đến là liên kết với ferulic acid
và caffeic acid. Monoacylated anthocyanins thường có độ bền nhiệt cao hơn so với các di- và

non-acylated. Trong số đó, cyanidin 3-p- hydroxybenzoylsophoroside-5-glucoside có tính bền


Trang
18

nhất dưới tác dụng của nhiệt. Đó có thể là lý do mono-acylated và cyanidin-predominated
anthocyanins trong khoai lang tím nghiên cứu có khả năng bền khi xử lý nhiệt. Mặt khác cũng
có thể dưới tác dụng của nhiệt giúp giải phóng những anthocyanin ở dạng tiền chất dưới những
liên kết với các thành phần khác, nên có sự thay đổi ttong một số thành phần anthocyanin sau
quá trình xử lý nhiệt cyanidin 3-p- hydroxybenzoylsophoroside- 5- và peonidin 3-phydroxybenzoyl sophoroside-5- glucoside.
Đảng 2.3: Sự biến đổi của hàm lượng anthocyanin qua các quả trình xử lý khác nhau của
khoai lang tím (mg/100g DW [12]

Anthocyanin là chất màu tự nhiên cỏ nhiều tính chất, tác dụng quý báu, bởi vậy nó
được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp thục phẩm cũng như trong y học.
Trong sản xuất thục phẩm: cùng với các chất màu tự nhiên khác như carotenoid, clorofil,
anthocyanin giúp sản phẩm hồi phục màu tự nhiên ban đầu, tạo ra màu sắc hấp dẫn cho
mỗi sản phẩm. Đồng thời do có khả năng kháng oxy hóa nên chúng còn được dùng để làm
bền chất béo.