Khóa luận Nghiên cứu các điều kiện lên men một số loại cà phê (Coffea L.) phổ biến ở Việt Nam bằng chế phẩm biocoffee-1 nhằm thu được chất hòa tan cao
MỤC LỤC
PHẦN TRANG
Trang bìa
Lời cảm ơn i
Tóm tắt iii
Abstract iv
Mục lục v
Danh sách các chữ viết tắt xii
Danh sách các hình xiii
Danh sách các sơ đồ, đồ thị xv
Danh sách các bảng xvii
PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
2.1. Tìm hiểu cây cà phê ở trong nước và trên thế giới 4
2.1.1. Lịch sử cây cà phê 4
2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ 5
Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới 5
Sự phát triển của ngành cà phê Việt Nam 6
2.1.3. Tiêu chuẩn cho cà phê Việt Nam 9
2.1.4. Một số tiến bộ kỹ thuật mới trong nghề trồng và sử dụng cà phê trên
thế giới 10
2.1.5. Mô tả cây cà phê 11
2.1.6. Phân loại 12
2.1.6.1. Cà phê chè (Coffea arabica L.) 12
2.1.6.2. Cà phê vối (Coffea canephora pierre) 12
2.1.6.3. Cà phê mít (Coffea excelsa Chev) 13
2.1.6.4. Cà phê mít dâu da (Coffea liberia Bull. In Hirn) 13
2.2. Thành phần của cà phê nhân 14
2.2.1. Cấu tạo hạt cà phê 14
2.2.2. Thành phần hóa học trong hạt cà phê 14
2.2.3. Công dụng của cà phê 16
2.2.4. Dược tính của cà phê 16
Tác dụng dược lý của caffeine 17
2.3. Các phương pháp xử lý cà phê hiện nay 18
2.3.1. Phương pháp chế biến khô 19
2.3.2. Phương pháp chế biến ướt 20
2.3.2.1. Thu nhận 20
2.3.2.2. Xát vỏ 20
2.3.2.3. Tách lớp nhầy (lên men) 21
a. Lên men tự nhiên 22
b. Biện pháp sinh hóa 22
c. Biện pháp hóa học 22
d. Nước ấm 22
e. Ma sát 23
2.3.2.4. Rửa 23
2.3.2.5. Phơi / Sấy 23
a. Sấy tự nhiên 23
b. Sấy nhân tạo 23
c. Sấy kết hợp 24
2.3.2.6. Tách vỏ 24
2.3.2.7. Các công đoạn khác 24
2.3.3. Bảo quản và vận chuyển cà phê nhân 24
2.4. Pectin 26
2.4.1. Định nghĩa 26
2.4.2. Cấu trúc 27
2.4.3. Phân loại 27
2.5. Cellulose 27
2.5.1. Định nghĩa 28
2.5.2. Cấu trúc 28
2.5.3. Tính chất 28
2.5.4. Vị trí 29
2.6. Enzyme 30
2.7. Pectinase 32
2.7.1. Định nghĩa 32
2.7.2. Ứng dụng 32
2.7.3. Phân loại 32
2.7.4. Chức năng 33
2.7.5. Các vi sinh vật tổng hợp pectinase 33
2.8. Cellulase 34
2.8.1. Định nghĩa 34
2.8.2. Tính chất 34
2.8.3. Ứng dụng 34
2.8.4. Phân loại 35
2.8.5. Chức năng 35
2.8.6. Hệ vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme cellulase 36
2.9. Nấm sợi (nấm mốc) 39
2.10. Aspergillus niger 42
2.11. Trichoderma reesei 43
PHẦN 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
3.1. Thời gian và địa điểm 46
3.1.1. Thời gian 46
3.1.2. Địa điểm 46
3.2. Vật liệu 46
3.2.1. Cà phê nhân 46
3.2.1.1. Giống 46
3.2.1.2. Nguồn gốc 46
3.2.2. Nấm sợi 46
3.2.3. Cơ chất 46
3.2.4. Môi trường sử dụng 47
3.2.4.1. Môi trường nuôi cấy nấm mốc 47
3.2.4.2. Môi trường nhân giống 47
3.2.4.3. Môi trường giữ giống 47
3.2.5. Hóa chất 47
3.2.5.1. Hóa chất sử dụng cho môi trường 47
3.2.5.2. Hóa chất sử dụng cho phương pháp xác định hoạt tính 47
3.2.5.3. Hóa chất sử dụng cho các phương pháp xác định thành phần 47
3.2.6. Thiết bị – dụng cụ 48
Thiết bị 48
Dụng cụ 49
3.3. Phương pháp nghiên cứu 49
3.3.1. Phương pháp vi sinh vật 49
3.3.1.1. Phương pháp cấy chuyền và giữ giống 49
a. Phương pháp cấy chuyền 49
b. Phương pháp giữ giống 49
3.3.1.2. Phương pháp nhân giống 50
3.3.1.3. Phương pháp cấy giống từ môi trường nhân giống sang môi trường
chế phẩm 50
3.3.1.4. Phương pháp lên men 50
3.3.2. Phương pháp hóa lý 50
3.3.2.1. Phương pháp xác định độ ẩm 50
3.3.2.2. Phương pháp trích chất hòa tan 52
3.3.2.3. Phương pháp đo kích thước 52
3.3.2.4. Phương pháp nghiền 53
3.3.2.5. Phương pháp ray 53
3.3.2.6. Phương pháp đếm 53
3.3.2.7. Phương pháp ngâm 53
3.3.3. Phương pháp hóa sinh 53
3.3.3.1. Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme 53
a. Xác định hoạt tính cellulase 53
b. Xác định hoạt tính pectinase 57
3.3.3.2. Các phương pháp xác định thành phần chủ yếu trong cà phê 58
a. Xác định hàm lượng cellulose 58
b. Xác định hàm lượng pectin 60
c. Xác định hàm lượng đường tổng số hòa tan 61
d. Xác định hàm lượng đường khử 64
e. Xác định hàm lượng tinh bột 65
f. Xác định hàm lượng nitơ tổng và protein thô 66
g. Xác định hàm lượng tro và tổng hữu cơ 68
3.3.4. Phương pháp ly trích enzyme 69
3.3.5. Phương pháp thiết kế thí nghiệm 69
3.3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến
quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 69
a. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase 70
b. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 70
3.3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường
chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 70
a. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase 71
b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 71
3.3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men 71
a. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê 72
b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan của cà phê lên men 72
c. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan
trích từ cà phê lên men 72
3.3.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 72
a. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly 72
b. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng tăng
độ hòa tan chất trích cà phê 73
c. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch
chất tan trích từ cà phê lên men 73
3.3.5.5. Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng
trích ly chất hòa tan 73
3.3.5.6. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau lên men 73
3.3.5.7. Khảo sát nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 73
3.3.6. Phương pháp xử lý số liệu 73
PHẦN 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74
4.1. Kết quả khảo sát một số đặc điểm của ba loại cà phê 75
4.1.1. Hình dạng hạt 75
4.1.2. Số hạt cà phê trong 100 g 75
4.1.3. Số hạt đen, hỏng trong 100 g 75
4.1.4. Kích thước trung bình hạt 75
4.1.4.1. Chiều ngang trung bình 75
4.1.4.2. Chiều dài trung bình 75
4.1.4.3. Bề dày trung bình 75
4.2. Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân 77
4.3. Xác định môi trường chế phẩm tối ưu cho sinh tổng hợp pectinase
và cellulase 78
4.3.1. Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình
sinh tổng hợp pectinase và cellulase 78
4.3.1.1. Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase 78
4.3.1.2. Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 79
4.3.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường
chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 80
4.3.2.1. Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase 81
4.3.2.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 82
4.4. Xác định ảnh hưởng của thời gian lên men 85
4.4.1. Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê 85
4.4.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan 87
4.4.3. Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan
trích từ cà phê lên men 90
4.5. Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 92
4.5.1. Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly 93
4.5.2. Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ hòa tan 95
4.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch
chất tan trích từ cà phê lên men 97
4.6. Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng
trích ly chất hòa tan 100
4.6.1. Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên khả năng trích ly 101
4.6.2. Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên độ hòa tan 102
4.6.3. Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên pH của dung dịch chất tan 103
4.7. Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau khi lên men 104
4.7.1. Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê theo thời gian lên men 104
4.7.2. Xác định sự thay đổi trọng lượng khối ủ theo hàm lượng chế phẩm 107
4.8. Xác định nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 109
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 111
PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 112
PHẦN 7: PHỤ LỤC 116
Phụ lục 1: Thành phần môi trường sử dụng 117
Phụ lục 1.1: Môi trường thạch malt (nuôi cấy nấm mốc) 117
Phụ lục 1.2: Môi trường PGA (giữ giống) 117
Phụ lục 1.3: Môi trường cám gạo (nhân giống) 117
Phụ lục 2: Các đường chuẩn 117
Phụ lục 2.1: Đường chuẩn glucose trong xác định hoạt tính cellulase 117
Phụ lục 2.2: Đường chuẩn glucose trong xác định đường tổng số của cà phê 118
Phụ lục 2.3: Đường chuẩn glucose trong xác định đường khử của cà phê 120
Phụ lục 3: Các số liệu từ thực nghiệm 121
Phụ lục 3.1: Các số liệu trong xác định hàm lượng cellulose 121
Phụ lục 3.2: Các số liệu trong xác định hàm lượng pectin 121
Phụ lục 3.3: Các số liệu trong xác định hàm lượng đường tổng số 121
Phụ lục 3.4: Các số liệu trong xác định hàm lượng đường khử 122
Phụ lục 3.5: Các số liệu trong xác định hàm lượng tro 122
Phụ lục 3.6: Độ ẩm của nguyên liệu cà phê 122
Phụ lục 3.7: Độ ẩm của vật liệu 123
Phụ lục 4: Độ ẩm yêu cầu cho sự phát triển tối ưu của nấm mốc 123
Phụ lục 5: Thành phần chế phẩm khi khảo sát tỉ lệ tinh bột tối ưu 123
NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ (Coffea L.) PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHẾ PHẨM BIOCOFFEE-1 NHẰM THU ĐƯỢC CHẤT HÒA TAN CAO
18 trang |
Chia sẻ: maiphuongtl | Lượt xem: 1832 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Khóa luận Nghiên cứu các điều kiện lên men một số loại cà phê (Coffea L.) phổ biến ở Việt Nam bằng chế phẩm biocoffee-1 nhằm thu được chất hòa tan cao, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI CẢM ƠN
Để có được thành quả ngày hôm nay, trước tiên, con xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để con có thể yên tâm học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn này.
Xin gởi món quà này đến vong linh em song sinh Đỗ Nguyên Minh.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ sinh học, các thầy cô của Bộ môn cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt bốn năm Đại học vừa qua.
Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Đức Lượng và thầy Lê Hồng Phú đã đưa tôi đến với đề tài, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện.
Để có thể hoàn thành khóa luận này, tôi trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ sinh học cùng cô Lê Thị Thủy Tiên, cô Huỳnh Ngọc Oanh, chị Võ Nguyễn Lam Uyên, chị Bùi Thanh Huyền và anh Nguyễn Quang Sơn – Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã hết lòng giúp đỡ và chỉ dẫn cho tôi những kinh nghiệm quý báu.
Xin chân thành cảm ơn
Thầy Nguyễn Tiến Thắng, cô Đỗ Thị Tuyến, anh Trần Thạnh Phong, chị Diệp Quỳnh Như, chị Nguyễn Thị Phương Thảo – Viện sinh học nhiệt đới thành phố Hồ Chí Minh.
Thầy Trần Cát Đông, cô Nguyễn Đinh Nga, cô Lê Thị Ngọc Huệ – Bộ môn Vi sinh – Kí sinh thuộc khoa Dược trường Đại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh.
Anh Ngô Đại Nghiệp – Bộ môn Sinh hóa trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh.
Cô Nguyễn Thị Nguyên – Bộ môn Công nghệ thực phẩm trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Các thầy cô, anh chị của Thư viện trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Thư viện trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã hết lòng giúp đỡ tôi vượt qua những bước đầu khó khăn trong quá trình nghiên cứu tài liệu.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn chị Trương Phước Thiên Hoàng – Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh và chị Trần Phương Ngọc – Văn phòng đại diện Nông trường sông Hậu đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong giai đoạn tìm nguyên vật liệu.
Xin gởi lời cảm ơn đến các bạn lớp Công nghệ sinh học 27 đã quan tâm và chia sẻ cùng tôi quãng đời sinh viên nhiều kỷ niệm.
Xin gởi lời cảm ơn đến bạn Nguyễn Thị Minh Trinh – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, và các bạn cùng phòng thí nghiệm đã đồng hành với tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Tôi xin cảm ơn bạn Trác Ngọc Lâm, người đã luôn động viên và chia sẻ những buồn vui cùng tôi trong suốt thời gian qua.
Một lần nữa, xin gởi đến tất cả các thầy cô, các anh chị, các bạn và tất cả những người thân yêu đã luôn bên cạnh và giúp đỡ tôi lòng biết ơn chân thành nhất.
TÓM TẮT
ĐỖ ĐẠI NGHĨA, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: từ 1 – 3 đến 1 – 8 năm 2005.
Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.
“NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ (Coffea L.) PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHẾ PHẨM BIOCOFFEE-1 NHẰM THU ĐƯỢC CHẤT HÒA TAN CAO ”
Hội đồng hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG
Th.S. LÊ HỒNG PHÚ
Cà phê là một loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao và sản phẩm là một loại thức uống quen thuộc mỗi ngày của hàng trăm triệu người trên thế giới. Sự có mặt của pectin và cellulose trong cà phê gây cản trở khả năng trích ly tối đa các thành phần hòa tan trong hạt. Từ thực tiễn này, chúng tôi đặt ra vấn đề sử dụng pectinase và cellulase trong lên men một số loại cà phê phổ biến nhằm thu được chất hòa tan cao.
Trước tiên, chúng tôi xác định các thành phần chủ yếu có trong cà phê nhân. Sau đó tạo chế phẩm sinh học Biocoffee-1 có hoạt tính pectinase, cellulase cao nhất và ứng dụng chế phẩm này trong lên men cà phê nhân. Bước tiếp theo, chúng tôi khảo sát và xác định một số điều kiện lên men tối ưu để thu được chất hòa tan cao nhất. Chúng tôi nghiên cứu độ ẩm hạt trước khi lên men, thời gian lên men, tỉ lệ chế phẩm dựa trên hai yếu tố là hàm lượng chất tan và độ hòa tan của cà phê.
Những kết quả đạt được
Các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
Tỉ lệ cơ chất tối ưu cho Biocoffee-1 để hoạt tính pectinase và cellulase cao nhất
Thời gian ủ chế phẩm để tối ưu quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase
Thời gian lên men tối ưu cho hiệu suất trích ly của cà phê
Tỉ lệ chế phẩm sử dụng để thu được chất hòa tan cao nhất
Độ ẩm thích hợp cho hạt cà phê trước khi lên men
Ngoài ra chúng tôi còn khảo sát sự thay đổi trọng lượng khối lên men, nhiệt độ của khối ủ và pH của dịch trích chất tan.
ABSTRACT
ĐỖ ĐẠI NGHĨA, Nông Lâm University, Hồ Chí Minh City.
Time: from 1st March to 1st August – 2005.
The Biotechnology laboratory of Technical University, Hồ Chí Minh City.
“RESEARCHING THE FERMENTED CONDITIONS OF SOME KINDS OF POPULAR COFFEE (Coffea L.) IN VIET NAM BY BIOCOFFE-1 (BIOPRODUCT) FOR HIGHLY DISSOLVED SUBSTANCES”
Board of scientific instruction: Prof.Dr. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG
MSc. LÊ HỒNG PHÚ
Coffee is a kind of industrial trees, which is worth in economy. Every day, there are many people all over the world use its products as habitual drinks. Pectin and cellulose in coffee bean obstruct the ability of maximum extraction. From this reality, we study on using enzyme pectinase and cellulase from bioproduct to make an effect in fermented process in order to obtain the best extraction.
Firstly, we determine the crucial ingredients in coffee bean. Then, we make Biocoffee-1 bioproduct which is the strongest activity of pectinase, cellulase and it is used for coffee bean fermentation. We research and specify some best conditions for fermented process to approach the maximum extraction. Our experiments base on the humidity of pre-fermented coffee bean, the time for process and the ratio of bioproduct.
The results
The crucial ingredients in coffee bean
The best ratio of starch in bioproduct for the strongest pectinase and cellulase
Time of incubating for the best biosynthesis of both enzymes pectinase and cellulase
Time of fermented process for the best extraction
The ratio of using Biocoffee-1 bioproduct for the maximum extraction
The best humidity for coffee bean before fermentation process
In addition, we also research the change of fermented mass (in weight, in temperature) and survey the pH of extracted liquids.
MỤC LỤC
PHẦN TRANG
Trang bìa
Lời cảm ơn i
Tóm tắt iii
Abstract iv
Mục lục v
Danh sách các chữ viết tắt xii
Danh sách các hình xiii
Danh sách các sơ đồ, đồ thị xv
Danh sách các bảng xvii
PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
Tìm hiểu cây cà phê ở trong nước và trên thế giới 4
Lịch sử cây cà phê 4
Tình hình sản xuất, tiêu thụ 5
« Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới 5
« Sự phát triển của ngành cà phê Việt Nam 6
Tiêu chuẩn cho cà phê Việt Nam 9
Một số tiến bộ kỹ thuật mới trong nghề trồng và sử dụng cà phê trên
thế giới 10
Mô tả cây cà phê 11
Phân loại 12
Cà phê chè (Coffea arabica L.) 12
Cà phê vối (Coffea canephora pierre) 12
Cà phê mít (Coffea excelsa Chev) 13
Cà phê mít dâu da (Coffea liberia Bull. In Hirn) 13
Thành phần của cà phê nhân 14
Cấu tạo hạt cà phê 14
Thành phần hóa học trong hạt cà phê 14
Công dụng của cà phê 16
Dược tính của cà phê 16
« Tác dụng dược lý của caffeine 17
Các phương pháp xử lý cà phê hiện nay 18
Phương pháp chế biến khô 19
Phương pháp chế biến ướt 20
Thu nhận 20
Xát vỏ 20
Tách lớp nhầy (lên men) 21
Lên men tự nhiên 22
Biện pháp sinh hóa 22
Biện pháp hóa học 22
Nước ấm 22
Ma sát 23
Rửa 23
Phơi / Sấy 23
Sấy tự nhiên 23
Sấy nhân tạo 23
Sấy kết hợp 24
Tách vỏ 24
Các công đoạn khác 24
Bảo quản và vận chuyển cà phê nhân 24
Pectin 26
Định nghĩa 26
Cấu trúc 27
Phân loại 27
Cellulose 27
Định nghĩa 28
Cấu trúc 28
Tính chất 28
Vị trí 29
Enzyme 30
Pectinase 32
Định nghĩa 32
Ứng dụng 32
Phân loại 32
Chức năng 33
Các vi sinh vật tổng hợp pectinase 33
Cellulase 34
Định nghĩa 34
Tính chất 34
Ứng dụng 34
Phân loại 35
Chức năng 35
Hệ vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme cellulase 36
Nấm sợi (nấm mốc) 39
Aspergillus niger 42
Trichoderma reesei 43
PHẦN 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
Thời gian và địa điểm 46
Thời gian 46
Địa điểm 46
Vật liệu 46
Cà phê nhân 46
Giống 46
Nguồn gốc 46
Nấm sợi 46
Cơ chất 46
Môi trường sử dụng 47
Môi trường nuôi cấy nấm mốc 47
Môi trường nhân giống 47
Môi trường giữ giống 47
Hóa chất 47
Hóa chất sử dụng cho môi trường 47
Hóa chất sử dụng cho phương pháp xác định hoạt tính 47
Hóa chất sử dụng cho các phương pháp xác định thành phần 47
Thiết bị – dụng cụ 48
« Thiết bị 48
« Dụng cụ 49
Phương pháp nghiên cứu 49
Phương pháp vi sinh vật 49
Phương pháp cấy chuyền và giữ giống 49
Phương pháp cấy chuyền 49
Phương pháp giữ giống 49
Phương pháp nhân giống 50
Phương pháp cấy giống từ môi trường nhân giống sang môi trường
chế phẩm 50
Phương pháp lên men 50
Phương pháp hóa lý 50
Phương pháp xác định độ ẩm 50
Phương pháp trích chất hòa tan 52
Phương pháp đo kích thước 52
Phương pháp nghiền 53
Phương pháp ray 53
Phương pháp đếm 53
Phương pháp ngâm 53
Phương pháp hóa sinh 53
Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme 53
Xác định hoạt tính cellulase 53
Xác định hoạt tính pectinase 57
Các phương pháp xác định thành phần chủ yếu trong cà phê 58
Xác định hàm lượng cellulose 58
Xác định hàm lượng pectin 60
Xác định hàm lượng đường tổng số hòa tan 61
Xác định hàm lượng đường khử 64
Xác định hàm lượng tinh bột 65
Xác định hàm lượng nitơ tổng và protein thô 66
Xác định hàm lượng tro và tổng hữu cơ 68
Phương pháp ly trích enzyme 69
Phương pháp thiết kế thí nghiệm 69
Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến
quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 69
Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase 70
Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 70
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường
chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 70
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase 71
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 71
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men 71
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê 72
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan của cà phê lên men 72
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan
trích từ cà phê lên men 72
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 72
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly 72
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng tăng
độ hòa tan chất trích cà phê 73
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch
chất tan trích từ cà phê lên men 73
Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng
trích ly chất hòa tan 73
Khảo sát sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau lên men 73
Khảo sát nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 73
Phương pháp xử lý số liệu 73
PHẦN 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74
Kết quả khảo sát một số đặc điểm của ba loại cà phê 75
Hình dạng hạt 75
Số hạt cà phê trong 100 g 75
Số hạt đen, hỏng trong 100 g 75
Kích thước trung bình hạt 75
Chiều ngang trung bình 75
Chiều dài trung bình 75
Bề dày trung bình 75
Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân 77
Xác định môi trường chế phẩm tối ưu cho sinh tổng hợp pectinase
và cellulase 78
Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình
sinh tổng hợp pectinase và cellulase 78
Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase 78
Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase 79
Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trường
chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp pectinase và cellulase 80
Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase 81
Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase 82
Xác định ảnh hưởng của thời gian lên men 85
Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê 85
Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ hòa tan 87
Xác định ảnh hưởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan
trích từ cà phê lên men 90
Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm 92
Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến khả năng trích ly 93
Xác định ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ hòa tan 95
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm đến độ pH của dung dịch
chất tan trích từ cà phê lên men 97
Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt cà phê trước khi lên men lên khả năng
trích ly chất hòa tan 100
Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên khả năng trích ly 101
Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên độ hòa tan 102
Xác định ảnh hưởng độ ẩm hạt lên pH của dung dịch chất tan 103
Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê trước và sau khi lên men 104
Xác định sự thay đổi trọng lượng khối cà phê theo thời gian lên men 104
Xác định sự thay đổi trọng lượng khối ủ theo hàm lượng chế phẩm 107
Xác định nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 109
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 111
PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 112
PHẦN 7: PHỤ LỤC 116
Phụ lục 1: Thành phần môi trường sử dụng 117
Phụ lục 1.1: Môi trường thạch malt (nuôi cấy nấm mốc) 117
Phụ lục 1.2: Môi trường PGA (giữ giống) 117
Phụ lục 1.3: Môi trường cám gạo (nhân giống) 117
Phụ lục 2: Các đường chuẩn 117
Phụ lục 2.1: Đường chuẩn glucose trong xác định hoạt tính cellulase 117
Phụ lục 2.2: Đường chuẩn glucose trong xác định đường tổng số của cà phê 118
Phụ lục 2.3: Đường chuẩn glucose trong xác định đường khử của cà phê 120
Phụ lục 3: Các số liệu từ thực nghiệm 121
Phụ lục 3.1: Các số liệu trong xác định hàm lượng cellulose 121
Phụ lục 3.2: Các số liệu trong xác định hàm lượng pectin 121
Phụ lục 3.3: Các số liệu trong xác định hàm lượng đường tổng số 121
Phụ lục 3.4: Các số liệu trong xác định hàm lượng đường khử 122
Phụ lục 3.5: Các số liệu trong xác định hàm lượng tro 122
Phụ lục 3.6: Độ ẩm của nguyên liệu cà phê 122
Phụ lục 3.7: Độ ẩm của vật liệu 123
Phụ lục 4: Độ ẩm yêu cầu cho sự phát triển tối ưu của nấm mốc 123
Phụ lục 5: Thành phần chế phẩm khi khảo sát tỉ lệ tinh bột tối ưu 123
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CMC Sodium carboxymethyl cellulose
CMCase Sodium carboxymethyl cellulase
Da Dalton – Đơn vị khối lượng nguyên tử
DNS 3,5-dinitrosalicylic acid
ĐC Đối chứng
m khối lượng
OD Optical density – Mật độ quang
PGA Potato glucose agar
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
UI/g CT Hoạt tính chuẩn quốc tế trên 1 gram canh trường
W% Phần trăm độ ẩm
∆OD Mật độ quang đã trừ đối chứng
DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRANG
Hình 2.1: Qui trình của cà phê từ khi nở hoa cho đến thành phẩm cuối cùng 3
Hình 2.2: Quả cà phê 11
Hình 2.3: Hoa cà phê 11
Hình 2.4: Cấu tạo hạt cà phê 14
Hình 2.5: Cấu trúc thành tế bào thực vật 26
Hình 2.6: Mô hình cấu trúc pectin trong thành tế bào thực vật 26
Hình 2.7: Cấu trúc hóa học của phân tử pectin 27
Hình 2.8: Cấu trúc cellulose trong tế bào thực vật 28
Hình 2.9: Hoạt động của pectinase 33
Hình 2.10: Hoạt động của cellulase 37
Hình 2.11: Mô hình sự phân hủy cellulose tinh thể 38
Hình 2.12: Aspergillus niger dưới kính hiển vi 42
Hình 2.13: Trichoderma reesei dưới kính hiển vi 43
Hình 3.1: Cà phê Bi mua từ thị trường 45
Hình 3.2: Cà phê Sẻ mua từ thị trường 45
Hình 3.3: Cà phê Mokka mua từ thị trường 45
Hình 4.1 và 4.2: Cà phê đang được lên men 74
Hình 4.3: Cà phê lên men đã được rang 74
Hình 4.4: Thành phẩm cà phê lên men đã được rang và xay thành bột 74
Hình 4.5: Đo chiều dài hạt cà phê Bi 76
Hình 4.6: Đo chiều ngang hạt cà phê Sẻ 76
Hình 4.7: Đo bề dày hạt cà phê Mokka 76
Hình 4.8: Mẫu chế phẩm tối ưu về tỉ lệ với 2 phần bột mì : 1 phần bột sắn 84
Hình 4.9: Mẫu chế phẩm tối ưu về tỉ lệ và tối ưu về thời gian nuôi cấy 84
Hình 4.10: Đo nhiệt độ khối cà phê lên men theo thời gian 109
Hình 4.11: Nhiệt độ khối cà phê lên men sau 2 giờ 109
Hình 7.1: Nấm mốc trong môi trường thạch malt 116
Hình 7.2: Nấm mốc trong môi trường giữ giống PGA 116
Hình 7.3: Nấm mốc được nuôi trong môi trường nhân giống 116
Hình 7.4: Kết quả phản ứng màu với antron khi dựng đường chuẩn glucose
trong xác định đường tổng số 118
DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ
TRANG
Sơ đồ 2.1: Sơ đồ chế biến cà phê nhân 25
Sơ đồ 2.2: Quá trình thủy phân cellulose 37
Đồ thị 4.1: Hoạt tính pectinase theo tỉ lệ bột mì : bột sắn 78
Đồ thị 4.2: Hoạt tính cellulase theo tỉ lệ bột mì : bột sắn 80
Đồ thị 4.3: Hoạt tính pectinase theo thời gian nuôi cấy 81
Đồ thị 4.4: Hoạt tính cellulase theo thời gian nuôi cấy 83
Đồ thị 4.5: Khối lượng chất tan của cà phê Bi theo thời gian lên men 85
Đồ thị 4.6: Khối lượng chất tan của cà phê Sẻ theo thời gian lên men 86
Đồ thị 4.7: Khối lượng chất tan của cà phê Mokka theo thời gian lên men 86
Đồ thị 4.8: Khối lượng chất tan 3 loại cà phê theo thời gian lên men 87
Đồ thị 4.9: Độ hòa tan của cà phê Bi theo thời gian lên men 88
Đồ thị 4.10: Độ hòa tan của cà phê Sẻ theo thời gian lên men 88
Đồ thị 4.11: Độ hòa tan của cà phê Mokka theo thời gian lên men 89
Đồ thị 4.12: Độ hòa tan của 3 loại cà phê theo thời gian lên men 89
Đồ thị 4.13: pH dung dịch chất tan trích từ cà phê Bi theo thời gian lên men 90
Đồ thị 4.14: pH dung dịch chất tan trích từ cà phê Sẻ theo thời gian lên men 91
Đồ thị 4.15: pH dịch chất tan trích từ cà phê Mokka theo thời gian lên men 91
Đồ thị 4.16: pH dung dịch chất tan trích từ 3 loại cà phê theo thời gian 92
Đồ thị 4.17: Khối lượng chất tan của cà phê Bi theo hàm lượng chế phẩm 93
Đồ thị 4.18: Khối lượng chất tan của cà phê Sẻ theo hàm lượng chế phẩm 93
Đồ thị 4.19: Khối lượng chất tan của cà phê Mokka theo hàm lượng chế phẩm 94
Đồ thị 4.20: Khối lượng chất tan của 3 loại cà phê theo hàm lượng chế phẩm 94
Đồ thị 4.21: Độ hòa tan của cà phê Bi theo hàm lượng chế phẩm 95
Đồ thị 4.22: Độ hòa tan của cà phê Sẻ theo hàm lượng chế phẩm 96
Đồ thị 4.23: Độ hòa tan của Mokka theo hàm lượng chế phẩm 96
Đồ thị 4.24: Độ hòa tan của 3 loại cà phê theo hàm lượng chế phẩm 97
Đồ thị 4.25: pH dịch chất tan trích từ cà phê Bi theo hàm lượng chế phẩm 98
Đồ thị 4.26: pH dịch chất tan trích từ cà phê Sẻ theo hàm lượng chế phẩm 98
Đồ thị 4.27: pH dung dịch chất tan trích từ Mokka theo hàm lượng chế phẩm 99
Đồ thị 4.28: pH dịch chất tan trích từ 3 loại cà phê theo hàm lượng chế phẩm 99
Đồ thị 4.29: Độ ẩm hạt theo thời gian ngâm nước 100
Đồ thị 4.30: Khối lượng chất tan 3 loại cà phê theo thời gian ngâm nước 101
Đồ thị 4.31: Độ hòa tan 3 loại cà phê theo thời gian ngâm nước 102
Đồ thị 4.32: pH dịch trích chất tan của 3 loại cà phê theo thời gian ngâm nước 103
Đồ thị 4.33: Sự thay đổi trọng lượng cà phê Bi theo thời gian lên men 104
Đồ thị 4.34: Sự thay đổi trọng lượng cà phê Sẻ theo thời gian lên men 105
Đồ thị 4.35: Sự thay đổi trọng lượng cà phê Mokka theo thời gian lên men 105
Đồ thị 4.36: Sự thay đổi trọng lượng 3 loại cà phê theo thời gian lên men 106
Đồ thị 4.37: Sự thay đổi trọng lượng của cà phê Bi theo hàm lượng chế phẩm 107
Đồ thị 4.38: Sự thay đổi trọng lượng của cà phê Sẻ theo hàm lượng chế phẩm 107
Đồ thị 4.39: Sự thay đổi trọng lượng cà phê Mokka theo hàm lượng chế phẩm 108
Đồ thị 4.40: Sự thay đổi trọng lượng 3 loại cà phê theo hàm lượng chế phẩm 108
Đồ thị 4.41: Nhiệt độ khối ủ theo thời gian lên men 110
Đồ thị 7.1: Đường chuẩn glucose trong xác định hoạt tính cellulase 118
Đồ thị 7.2: Đường chuẩn glucose trong xác định đường tổng số 119
Đồ thị 7.3: Đường chuẩn glucose trong xác định đường khử 120
DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Xuất khẩu cà phê của Việt Nam qua các vụ từ 1994 – 2002 7
Bảng 2.2: Kết quả xuất khẩu cà phê nhân sống của Việt Nam năm 2004 7
Bảng 2.3: 10 nước nhập khẩu cà phê hàng đầu của Việt Nam 8
Bảng 2.4: Diễn biến diện tích và sản lượng cà phê Việt Nam trong 9 niên vụ
từ 1992 đến 2001 9
Bảng 2.5: 5 tiêu chuẩn về cà phê do Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường
ban hành ngày 05/11/2001 10
Bảng 2.6: Thành phần hóa học hạt cà phê 15
Bảng 2.7: Phân bố hàm lượng caffeine trên cây 2 tuổi theo tỉ lệ (%) 16
Bảng 2.8: Thành phần hóa học của lớp nhầy cà phê 21
Bảng 3.1: Dựng đường chuẩn glucose 55
Bảng 3.2: Bảng thực hiện phản ứng màu với antron 63
Bảng 3.3: Nghiệm thức tỉ lệ cơ chất trong chế phẩm 70
Bảng 3.4: Nghiệm thức thời gian nuôi nấm mốc tạo chế phẩm 71
Bảng 3.5: Nghiệm thức thời gian lên men cà phê 71
Bảng 3.6: Nghiệm thức hàm lượng chế phẩm sử dụng lên men cà phê 72
Bảng 4.1: Các thành phần chủ yếu có trong cà phê nhân 77
Bảng 4.2: Mối tương quan giữa tỉ lệ bột mì : bột sắn và hoạt tính pectinase 78
Bảng 4.3: Mối tương quan giữa tỉ lệ bột mì : bột sắn và hoạt tính cellulase 79
Bảng 4.4: Mối tương quan giữa thời gian và hoạt tính pectinase 81
Bảng 4.5: Mối tương quan giữa thời gian và hoạt tính cellulase 82
Bảng 4.6: Mối tương quan giữa thời gian lên men và khối lượng chất tan 85
Bảng 4.7: Mối tương quan giữa thời gian ủ và độ hòa tan 87
Bảng 4.8: Mối tương quan giữa thời gian lên men và pH dung dịch chất tan 90
Bảng 4.9: Mối tương quan giữa hàm lượng chế phẩm và khối lượng chất tan 93
Bảng 4.10: Mối tương quan giữa hàm lượng chế phẩm và độ hòa tan 95
Bảng 4.11: Mối tương quan giữa hàm lượng chế phẩm và pH dịch chất tan 97
Bảng 4.12: Mối tương quan giữa thời gian ngâm nước và độ ẩm hạt cà phê 100
Bảng 4.13: Mối tương quan giữa thời gian ngâm nước và khối lượng chất tan 101
Bảng 4.14: Mối tương quan giữa thời gian ngâm nước và độ hòa tan 102
Bảng 4.15: Mối tương quan giữa thời gian ngâm và pH dịch trích chất tan 103
Bảng 4.16: Mối tương quan giữa thời gian lên men và trọng lượng khối cà phê
lên men 104
Bảng 4.17: Mối tương quan giữa hàm lượng chế phẩm và trọng lượng khối ủ 107
Bảng 4.18: Mối tương quan giữa thời gian lên men và nhiệt độ khối ủ 109
Bảng 7.1: Mối tương quan giữa nồng độ glucose và mật độ quang trong
xác định hoạt tính cellulase 117
Bảng 7.2: Mối tương quan giữa nồng độ glucose và mật độ quang trong
xác định đường tổng số 119
Bảng 7.3: Mối tương quan giữa nồng độ glucose và mật độ quang trong
xác định đường khử 120
Bảng 7.4: Các số liệu trong xác định hàm lượng cellulose 121
Bảng 7.5: Các số liệu trong xác định hàm lượng pectin 121
Bảng 7.6: Các số liệu mật độ quang trong xác định hàm lượng đường tổng số 121
Bảng 7.7: Các số liệu tính toán trong xác định hàm lượng đường tổng số 121
Bảng 7.8: Các số liệu mật độ quang trong xác định hàm lượng đường khử 122
Bảng 7.9: Các số liệu tính toán trong xác định hàm lượng đường khử 122
Bảng 7.10: Các số liệu trong xác định hàm lượng tro 122
Bảng 7.11: Các số liệu khi xác định độ ẩm của nguyên liệu cà phê 122
Bảng 7.12: Các số liệu khi xác định độ ẩm của các vật liệu 123
Bảng 7.13: Độ ẩm yêu cầu cho sự phát triển tối ưu của nấm mốc 123
Bảng 7.14: Thành phần chế phẩm khi khảo sát tỉ lệ tinh bột tối ưu 123