Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

DIỆP THANH XUÂN

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ
CỐ ĐỊNH NẤM MEN TRÊN CHẤT MANG DỨA VÀ
ỨNG DỤNG TRONG LÊN MEN RƯỢU VANG DỨA
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM & ĐỒ UỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN

Chữ ký: ....................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. HOÀNG KIM ANH

Chữ ký:..........................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHAN NGỌC HÒA

Chữ ký:..........................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN

VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Ngày 02 tháng 02 năm 2010


LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Văn Việt Mẫn đã
tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình nghiên
cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Kế đến, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối
với thầy cô trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm- Trường Đại
học Bách khoa đã truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báo
cho em trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ
em vượt qua những khó khăn và đóng góp ý kiến để em hoàn
thành luận văn này.

TP HCM, ngày 20 tháng 01 năm 2010
Sinh viên
DIỆP THANH XUAÂN


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong nghiên cứu này, các miếng thịt quả dứa (Ananas comosus) được sử dụng
làm chất mang để cố định tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae. Đầu tiên, sự ảnh
hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình cố định tế bào được khảo sát. Tiếp theo,
thời gian cố định và hàm lượng chất mang cần bổ sung vào huyền phù tế bào trước khi cố
định được tối ưu hóa bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhằm mục đích nâng cao
hiệu suất cố định tế bào. Sau đó, tỷ lệ giống cấy phù hợp trong lên men rượu vang dứa
cũng được xác định. Cuối cùng, tế bào nấm men cố định trên chất mang dứa được sử

dụng trong quá trình lên men rượu vang dứa. Kết quả cho thấy các đặc tính lên men của
nấm men cố định luôn cao hơn so với nấm men tự do. Ngồi ra, nấm men cố định có thể
sử dụng ít nhất cho 15 chu kỳ lên men mà khơng có sự giảm sút về hoạt tính trao đổi
chất.


LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: Diệp Thanh Xuân
Ngày, tháng, năm sinh: 08/01/1985
Nơi sinh: Vĩnh Long
Địa chỉ liên lạc: Số 159, Tổ 9, Ấp Giồng Ké, Xã Trung Ngãi,
Huyện Vũng Liêm, Tỉnh Vĩnh Long.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
- 2002-2007: Sinh viên Đại học Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh,
Khoa Cơng nghệ Hóa học, Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm.
- 2007 đến nay: Học viên Cao học Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí
Minh, Khoa Cơng nghệ Hóa học, Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm.

Q TRÌNH CƠNG TÁC
- 01/12/2009 đến nay: Vị trí application engineer tại Cơng ty Cổ phần Kỹ thuật
Toàn Thắng.


Mục lục

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU........................................................................................ 1


CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN...................................................................................... 3

2.1.

Dứa (Ananas comosus) .................................................................................. 3

2.1.1.

Giới thiệu ............................................................................................... 3

2.1.2.

Phân loại dứa ......................................................................................... 3

2.1.3.

Thành phần hoá học............................................................................... 4

2.1.4.

Tình hình trồng dứa ................................................................................ 6

2.2.

Cố định tế bào ............................................................................................... 6

2.2.1.


Giới thiệu ............................................................................................... 6

2.2.2.

Các phương pháp cố định tế bào .......................................................... 10

2.2.3.

Chất mang trái cây dùng trong cố định tế bào nấm men..................... 11

CHƯƠNG 3.
3.1.

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 18

Nguyên liệu ................................................................................................. 18

3.1.1.

Dứa ....................................................................................................... 18

3.1.2.

Nấm men.............................................................................................. 19

3.1.3.

Môi trường ........................................................................................... 20


3.2.

Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 21

3.2.1.

Mục đích và nội dung nghiên cứu ........................................................ 21

3.2.2.

Phương pháp cố định nấm men trên chất mang dứa ............................ 22

3.2.3.

Khảo sát ảnh hưởng sơ bộ của một số yếu tố đến quá trình cố định ... 24

3.2.4.

Xác định tỷ lệ giống cấy phù hợp trong lên men rượu vang dứa ......... 27

3.2.5.

So sánh động học và các chỉ tiêu hóa lý của vang non khi dùng tế bào

tự do và tế bào cố định trong sản xuất rượu vang dứa ............................................... 27
3.2.6.

Khảo sát khả năng tái sử dụng của chất mang .................................... 28

3.2.7.


Xử lý kết quả ....................................................................................... 28

CHƯƠNG 4.
4.1.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................. 35

Khảo sát và tối ưu hoá quá trình cố định nấm men trên chất mang dứa ..... 35
Trang i


Mục lục
4.1.1.

Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình cố định

nấm men trên chất mang dứa ..................................................................................... 35
4.1.2.

Tối ưu hóa quá trình cố định nấm men trên chất mang dứa ................ 49

4.1.3.

Khảo sát động học sinh trưởng của nấm men cố định trên chất mang

dứa trong quá trình ủ (theo phương pháp hấp phụ-ủ) ................................................ 52
4.2.

Xác định tỷ lệ giống cấy phù hợp trong lên men rượu vang dứa ................ 55


4.2.1.

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến động học quá trình sinh

trưởng của nấm men................................................................................................... 55
4.2.2.

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến động học quá trình sử

dụng cơ chất trong quá trình lên men......................................................................... 56
4.2.3.

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến động học quá trình sinh

tổng hợp cồn ............................................................................................................. 61
4.2.4.
men

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến sự thay đổi pH dịch lên
............................................................................................................. 64

4.3.

Khảo sát và so sánh quá trình lên men khi dùng nấm men tự do và nấm men

cố định trong sản xuất rượu vang dứa ............................................................................. 65
4.3.1.

Khảo sát động học quá trình sinh trưởng của nấm men....................... 65


4.3.2.

Khảo sát động học quá trình sử dụng cơ chất ...................................... 66

4.3.3.

Khảo sát động học quá trình tạo sản phẩm .......................................... 71

4.4.

Khảo sát quá trình tái sử dụng nấm men cố định ........................................ 76

4.4.1.
sử dụng

Tính chất của nấm men cố định trên chất mang dứa trong quá trình tái
............................................................................................................. 76

4.4.2.
CHƯƠNG 5.

Kết quả chụp SEM............................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 80

5.1.

Kết luận ....................................................................................................... 80

5.2.


Kiến nghị ..................................................................................................... 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………………………………………………………..82

Trang ii


Mục lục

MỤC LỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 . Thành phần dinh dưỡng của 100g dứa ................................................................ 5
Bảng 2.2 . Một số chất mang sử dụng để cố định tế bào vi sinh vật .................................... 7
Bảng 2.3 . Đặc tính của rượu vang được sản xuất bằng phương pháp lên men liên tục ở
những nhiệt độ khác nhau, sử dụng nấm men S.cerevisiae AXAZ-1 cố định trên chất mang
táo ....................................................................................................................................... 14
Bảng 2.4 . Hàm lượng phụ phẩm dễ bay hơi trong rượu vang được lên men bởi nấm men
cố định trên chất mang táo ................................................................................................. 15
Bảng 2.5 . So sánh hàm lượng phụ phẩm dễ bay hơi khi dùng chất mang táo và sản phẩm
lên men truyền thống.......................................................................................................... 16
Bảng 2.6 . Kết quả đánh giá cảm quan rượu vang khi dùng chất mang táo ....................... 17
Bảng 3.1 . Thành phần hóa học của môi trường lên men sau khi đã được bổ sung thêm cơ
chất ..................................................................................................................................... 20
Bảng 4.1 . Mật độ tế bào được cố định và hiệu suất cố định trên chất mang dứa khi thay
đổi mật độ tế bào trong huyền phù giống ban đầu ............................................................. 36
Bảng 4.2 . Mật độ tế bào được cố định và hiệu suất cố định trên chất mang dứa ở những
tốc độ lắc đảo khác nhau .................................................................................................... 38
Bảng 4.3 . nh hưởng pH ban đầu của huyền phù nấm men đến mật độ tế bào được cố
định và hiệu suất cố định trên chất mang dứa .................................................................... 41
Bảng 4.4 . Mật độ tế bào được cố định và hiệu suất cố định nấm men trên chất mang dứa

khi thay đổi khối lượng chất mang trong 100mL huyền phù giống .................................... 43
Bảng 4.5 . Mật độ tế bào được cố định và hiệu suất cố định nấm men trên chất mang dứa
với những kích thước chất mang khác nhau........................................................................ 45
Bảng 4.6 . Mật độ tế bào được cố định và hiệu suất cố định nấm men trên chất mang dứa
theo thời gian ...................................................................................................................... 47
Bảng 4.7 . Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố .................................... 50
Bảng 4.8 . Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất cố định tế bào ........................ 50
Bảng 4.9 . Phân tích ANOVA về sự ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm mục tiêu . 51
Bảng 4.10 . Mật độ tế bào nấm men cố định trên dứa với những thời gian uû khaùc nhau .. 53
Trang iii


Mục lục
Bảng 4.11 . nh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến thời gian lên men chính dịch dứa 220Bx 58
Bảng 4.12 . Thời gian lên men dịch dứa sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định (độ
lên men là 83.3%)............................................................................................................... 68
Bảng 4.13 . Tính chất của nấm men cố định trong 15 chu kỳ lên men .............................. 76
Bảng 4.14 . Các chỉ tiêu hoá lý cơ bản của vang non......................................................... 77
Bảng 4.15 . Hàm lượng các cấu tử hương trong vang non khi dùng nấm men tự do và nấm
men cố định......................................................................................................................... 78

Trang iv


Mục lục

MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Trái dứa ................................................................................................................ 3
Hình 2.2. Tế bào cố định trên chất mang ........................................................................... 10
Hình 2.3. Liên kết giữa các tế bào ..................................................................................... 10

Hình 2.4. Tế bào cố định trong chất mang ......................................................................... 11
Hình 2.5. Tế bào cố định bằng kỹ thuật membrane ........................................................... 11
Hình 2.6. nh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét bề mặt táo với độ phóng đại 2000lần
và 40lần .............................................................................................................................. 12
Hình 2.7. Cấu trúc bên trong táo, c: lớp cuticle, e:lớp biểu bì, s: không gian giữa các gian
bào với độ phóng đại 150lần .............................................................................................. 12
Hình 2.8. nh quan sát tế bào cố định trên táo bằng kính hiển vi điện tử......................... 13
Hình 3.1. Chất mang dứa .................................................................................................... 18
Hình 3.2. Quy trình thu nhận dịch dứa ................................................................................ 19
Hình 3.3. Nấm men ............................................................................................................ 19
Hình 3.4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 21
Hình 3.5. Quy trình cố định nấm men trên mẫu dứa theo phương pháp hấp phụ ............... 22
Hình 3.6. Quy trình cố định nấm men trên mẫu dứa theo phương pháp hấp phụ-ủ ........... 23
Hình 3.7. Mô hình tối ưu hoá theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm .......................... 26
Hình 4.1. Ảnh hưởng của mật độ tế bào trong huyền phù giống ban đầu đến mật độ tế bào
cố định trên chất mang dứa................................................................................................. 36
Hình 4.2. Ảnh hưởng của mật độ tế bào trong huyền phù giống ban đầu đến hiệu suất cố
định nấm men trên chất mang dứa ..................................................................................... 37
Hình 4.3. Ảnh hưởng của tốc độ lắc đảo đến mật độ tế bào cố định trên chất mang dứa . 39
Hình 4.4. nh hưởng của tốc độ lắc đảo đến hiệu suất cố định nấm men trên dứa .......... 40
Hình 4.5. Ảnh hưởng của pH huyền phù nấm men đến mật độ tế bào cố định trên chất
mang dứa ............................................................................................................................ 41
Hình 4.6. Ảnh hưởng của pH huyền phù nấm men đến hiệu suất cố định nấm men trên
chất mang dứa ..................................................................................................................... 42

Trang v


Mục lục
Hình 4.7. Ảnh hưởng của khối lượng chất mang trong 100mL huyền phù nấm men đến

mật độ tế bào cố định trên chất mang dứa ......................................................................... 43
Hình 4.8. Ảnh hưởng của khối lượng chất mang dứa trong 100mL huyền phù nấm men
đến hiệu suất cố định nấm men .......................................................................................... 44
Hình 4.9. Ảnh hưởng của kích thước chất mang đến mật độ tế bào cố định...................... 45
Hình 4.10. Ảnh hưởng của kích thước chất mang đến hiệu suất cố định nấm men ........... 46
Hình 4.11. Ảnh hưởng của thời gian đến mật độ tế bào cố định trên chất mang dứa ........ 47
Hình 4.12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất cố định nấm men trên chất mang dứa 48
Hình 4.13. Ảnh hưởng của thời gian cố định và khối lượng chất mang trong huyền phù tế
bào đến hiệu suất cố định nấm men trên chất mang dứa ................................................... 51
Hình 4.14. Kết quả chụp SEM của mẫu chất mang dứa .................................................... 52
Hình 4.15. Kết quả chụp SEM của mẫu chất mang dứa sau khi cố định ........................... 52
Hình 4.16. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến mật độ tế bào cố định trên chất mang dứa ..... 54
Hình 4.17. Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trong canh trường khi lên men dịch dứa
220Bx với các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau.............................................................. 55
Hình 4.18. Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong quá trình lên men chính dịch dứa 220Bx
khi sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ........................................................... 56
Hình 4.19. Sự thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men chính dịch dứa
220Bx khi sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ................................................ 57
Hình 4.20. Sự thay đổi tốc độ sử dụng đường trung bình trong quá trình lên men chính dịch
dứa 220Bx khi sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ......................................... 58
Hình 4.21. Sự thay đổi của hàm lượng nitơ amin trong quá trình lên men chính dịch dứa
220Bx khi sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ................................................ 59
Hình 4.22. Hàm lượng FAN được nấm men sử dụng trong suốt quá trình lên men chính khi
sử dụng các tỷ lệ giống cấy khác nhau............................................................................... 60
Hình 4.23. Sự thay đổi của hàm lượng cồn trong quá trình lên men chính dịch dứa 220Bx
khi sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ........................................................... 61
Hình 4.24. Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình trong quá trình lên men chính dịch dứa
220Bx khi sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ................................................ 62
Hình 4.25. Hiệu suất sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men chính dịch dứa 220Bx khi
sử dụng các tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ................................................................. 63

Trang vi


Mục lục
Hình 4.26. Sự thay đổi pH trong quá trình lên men chính dịch dứa 220Bx khi sử dụng các
tỷ lệ giống cấy ban đầu khác nhau ..................................................................................... 64
Hình 4.27. Sự thay đổi mật độ tế bào nấm men trong canh trường khi lên men dịch dứa sử
dụng nấm men tự do và nấm men cố định.......................................................................... 65
Hình 4.28. Sự thay đổi hàm lượng chất khô (0Bx) trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng
nấm men tự do và nấm men cố định................................................................................... 66
Hình 4.29. Sự thay đổi hàm lượng đường trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng nấm
men tự do và nấm men cố định........................................................................................... 67
Hình 4.30. Tốc độ sử dụng đường trung bình trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng
nấm men tự do và nấm men cố định................................................................................... 68
Hình 4.31. Sự thay đổi hàm lượng nitơ amin tự do trong quá trình lên men dịch dứa sử
dụng nấm men tự do và nấm men cố định.......................................................................... 69
Hình 4.32. Sự thay đổi hàm lượng nitơ ammonium trong quá trình lên men dịch dứa sử
dụng nấm men tự do và nấm men cố định.......................................................................... 70
Hình 4.33. Hàm lượng cồn trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng nấm men tự do và
nấm men cố định................................................................................................................. 71
Hình 4.34. Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng
nấm men tự do và nấm men cố định................................................................................... 72
Hình 4.35. Hiệu suất sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng nấm
men tự do và nấm men cố định........................................................................................... 73
Hình 4.36. Sự thay đổi pH trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng nấm men tự do và
nấm men cố định................................................................................................................. 73
Hình 4.37. Hàm lượng acid tổng trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng nấm men tự do
và nấm men cố định............................................................................................................ 74
Hình 4.38. Hàm lượng acid dễ bay hơi trong quá trình lên men dịch dứa sử dụng nấm men
tự do và nấm men cố định................................................................................................... 75

Hình 4.39. Kết quả chụp SEM của mẫu chất mang dứa sau 15 chu kỳ lên men................ 79

Trang vii


MỤC LỤC

DANH MỤC MỘT SỐ THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AF: Alcoholic Fermentation: lên men cồn
MLF: Malolactic Fermentation: lên men malolactic
CD: Nấm men cố định
TD: Nấm men tự do
: Tốc độ sinh trưởng riêng tức thời của tế bào, là tốc độ sinh trưởng tính trên một
đơn vị tế bào tại một thời điểm nhất định. Đơn vị: h-1
max: Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của tế bào, là tốc độ sinh trưởng riêng lớn
nhất trong toàn bộ quá trình lên men. Đơn vị: h-1
gS: Tốc độ sử dụng đường tức thời của nấm men, là hàm lượng đường mà nấm men
sử dụng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị: g/L/h
gSmax: Tốc độ sử dụng đường cực đại của nấm men, là tốc độ sử dụng đường lớn nhất
trong toàn bộ quá trình lên men. Đơn vị: g/L/h
S: Tốc độ sử dụng đường riêng tức thời của nấm men, là tốc độ sử dụng đường tính
trên một đơn vị tế bào tại một thời điểm nhất định. Đơn vị: g/h/1012 tế bào
Smax: Tốc độ sử dụng đường riêng cực đại của nấm men, là tốc độ sử dụng đường
riêng lớn nhất trong toàn bộ quá trình lên men. Đơn vị: g/h/1012 tế bào
: Tổng thời gian lên men, được xác định từ độ lên men. Đơn vị: h
KS: Tốc độ sử dụng đường trung bình, là hàm lượng đường trung bình được nấm men
sử dụng trong một đơn vị thời gian lên men. Đơn vị: g/L/h
gP: Tốc độ sinh tổng hợp cồn tức thời của nấm men, là hàm lượng cồn mà nấm men
sinh tổng hợp được trong một đơn vị thời gian. Đơn vị: g/L/h
gpmax: Tốc độ sinh tổng hợp cồn cực đại của nấm men, là tốc độ sinh tổng hợp cồn

lớn nhất trong toàn bộ quá trình lên men. Đơn vị: g/L/h
P: Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng tức thời của nấm men, là tốc độ sinh tổng hợp cồn
tính trên một đơn vị tế bào tại một thời điểm nhất định. Đơn vị: g/h/1012 tế bào
Pmax: Tốc độ sinh tổng hợp cồn riêng cực đại của nấm men, là tốc độ sinh tổng hợp
cồn riêng lớn nhất trong toàn bộ quá trình lên men. Đơn vị: g/h/1012 tế bào
KP: Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình, là hàm lượng cồn trung bình được nấm men
sinh tổng hợp trong một đơn vị thời gian lên men. Đơn vị: g/L/h

Trang viii


MỤC LỤC
: Hiệu suất sinh tổng hợp cồn, là số mol ethanol được tạo thành từ một mol glucose
được nấm men sử dụng. Đơn vị: mol ethanol/ mol glucose

Trang ix


Chương 1: giới thiệu

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU

Rượu vang là một thức uống được biết đến cách đây gần 5000 năm. Có truyền thuyết
cho rằng một ông vua xứ Ba Tư đã để quên chùm nho trong một vại sành, trên nắp có đề
chử “độc dược”. Một bà vợ kế của vua, vì bị ruồng bỏ, đã quyết định tự sát, bà tìm thấy
vại sành, lầm tưởng đó là độc dược và lấy nước nho ra uống và rượu vang ra đời từ đó.
Tuy không là nơi phát hiện ra rượu vang đầu tiên, nhưng ngày nay nước Pháp là nơi sản
phẩm rượu vang có chất lượng tốt và uy tín nhất.

Ngày nay, với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, không chỉ nho là nguyên liệu
duy nhất để sản xuất rượu vang mà có rất nhiều loại trái cây khác nhau đã được sử dụng
để cho ra đời các sản phẩm mang tính đặc trưng của từng quốc gia. Cùng với xu thế phát
triển của thời đại, Việt Nam cũng đã cho ra đời nhiều loại sản phẩm rượu vang như: rượu
vang dứa, vang mơ, vang dâu, vang trái cây hỗn hợp… đã được người tiêu dùng chấp nhận.
Trước đây, việc sản xuất rượu vang chủ yếu được thực hiện bằng quá trình lên men
của hệ vi sinh vật tự nhiên. Tuy nhiên, con người dần phát hiện ra rằng việc dùng hệ vi
sinh vật tự nhiên không mang lại sản lượng và chất lượng sản phẩm ổn định. Để khắêc
phục thực trạng đó, loài nấm men Saccharomyces cerevisiae đã được sử dụng. Và đến khi
khoa học phát triển, con người đã cải tiến việc dùng tế bào tự do bằng cách sử dụng vi
sinh vật cố định và điều này mang lại nhiều hiệu quả điển hình như: dễ dàng thu nhận sản
phẩm, năng suất hoạt động của bình lên men tăng đáng kể, hoạt tính trao đổi chất của
nấm men ổn định hơn, thời gian sử dụng nấm men dài hơn, chi phí sản xuất tính trên một
đơn vị sản phẩm giảm đáng kể, và có khả năng tái sử dụng nấm men trong lên men tónh
hoặc ứng dụng trong lên men liên tục.
Ngày nay có rất nhiều loại chất mang được sử dụng để cố định tế bào nấm men
trong sản xuất rượu vang như: alginate, microfiltration membrane, gluten, agar,
carrageenan… Ngoài ra có một số tác giả đã nghiên cứu việc cố định tế bào trên chất
mang mẫu trái cây như: táo, lê, sung khô, nho khô, quả mộc qua, mía… cũng đã thu được
một số kết quả khả quan.
Ngoài nguồn nguyên liệu phổ biến là nho, một số quốc gia dùng một số loại trái cây
như dứa, táo và một số loại trái cây để sản xuất rượu vang. Trong đó rượu vang dứa được
sản xuất từ dịch ép dứa cũng khá phổ biến. Quá trình lên men được thực hiện trong bồn
lên men có điều khiển nhiệt độ. Quá trình lên men sẽ kết thúc khi nấm men sử dụng gần
hết lượng đường có trong canh trường. Sản phẩm rượu vang dứa dịu, không ngọt và có
hương trái cây. Rượu vang dứa có nguồn gốc từ Hawaii và được gọi là “Maui Blanc”.

Trang 1



Chương 1: giới thiệu
Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới, nên cây dứa được trồng khá phổ biến và cho
trái quanh năm. Ngoài ra, thành phần xơ trong dứa khá cao (xơ không tan 1.49%, xơ tiêu
hóa 2.12%) và cấu trúc trái có nhiều lỗ xốp nên dứa có thể được là một chất mang khá
phù hợp để cố định tế bào nấm men. Thêm vào đó, khi dùng tế bào cố định trên dứa để
sản xuất rượu vang dứa thì không có ảnh hưởng của mùi vị chất mang đến chất lượng sản
phẩm. Theo kết quả tổng quan tài liệu của nhóm chúng tôi thì đến nay chưa có công trình
nào trên thế giới công bố về việc sử dụng dứa làm chất mang để cố định tế bào vi sinh
vật.
Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu: “Cố định nấm men trên chất
mang dứa và ứng dụng trong lên men rượu vang dứa”.

Trang 2


CHƯƠNG 2: tổng quan

CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN

2.1. Dứa (Ananas comosus)
2.1.1. Giới thiệu
Tại một số quốc gia trên thế giới, trái dứa là biểu tượng của sự hân hoan đón tiếp và
lòng hiếu khách. Dứa là trái cây của miền nhiệt đới, có nguồn gốc từ các quốc gia Brazil,
Paraguay ở Trung và Nam Mỹ. Khi Christopher Columbus (1451-1506) thám hiểm Châu
Mỹ, thấy dứa trồng ở quần đảo Guadeloup rất ngon, mang về triều cống nữ hoàng Tây
Ban Nha Isabella Đệ nhất. Từ đó, dứa được đem trồng ở các thuộc địa của Tây Ban Nha,
nhất là các quốc gia thuộc khu vực Thái Bình Dương, (Nguyễn Minh Châu và cộng sự,
2002).

Các nhà thám hiểm Tây Ban Nha thấy trái dứa nom giống như cái chóp quả thông,
bèn đặt tên là “Pina”. Người Anh thêm chữ “Apple” để nói rõ hơn về tính cách ngọt dịu,
ăn được của trái này. Tiếng Việt còn gọi dứa là trái thơm, có lẽ vì hương thơm dìu dịu
thoát ra từ trái dứa vừa chín tới, (Nguyễn Minh Châu và cộng sự, 2002)

2.1.2. Phân loại dứa

Hình 2.1. Trái dứa
Đặc điểm cây dứa: thân ngắn, lá dài và cứng với gai mọc ở mép, quả có nhiều mắt,
phía trên có 1 cụm lá. Trái dứa không phải là một trái, mà là một tập hợp của cả trăm
bông hoa (sorosis) kết tụ trên một cuống mà thành, (Nguyễn Minh Châu và cộng sự,
2002).
Phân loại khoa học của dứa:
-

Giới: Plantae

-

Bộ: Poales

-

Họ: Bromeliaceae

-

Phân họ: Bromelioideae

-


Loài: Ananas
Trang 3


CHƯƠNG 2: tổng quan
Dựa vào nguồn gốc giống dứa có thể chia thành 4 nhóm cơ bản là :
-

Queen (Dứa tây, dứa hoa): lá ngắn, dày, màu xanh ửng tím và gai nhiều. Quả
nhỏ hai đầu thuôn, vỏ dày, mắt nhỏ, hố sâu, khi chín có màu vàng tươi, ruột vàng
đẹp, thơm ngon. Dứa Queen được nhập nội từ 1931, trồng nhiều ở các đồi vùng
trung du.

-

Cayenne (Dứa không gai): lá xanh to, quả lớn hình trụ, vỏ mỏng, mắt to khi chín
màu cam tươi hơi xanh, ruột màu vàng nhạt, mềm, nhiều nước, hơi chua, không
ngon bằng Queen. Loại này được trồng nhiều ở Nghệ An, Quảng Trị, Lạng Sơn.
Cây không ưa bóng.

-

Spanish (Dứa ta): lá xanh nhạt, hơi ửng đỏ. Quả hình trụ, mắt to, hố mắt sâu, vỏ
dày, quả chín có màu vàng cam, thịt vàng nhạt có nhiều xơ, nhiều nước, ngọt ít.
Đây là loại cây chịu bóng tốt, có thể trồng ở dưới tán cây khác. Trồng nhiều ở
mọi miền đất nước kể cả vùng đất khô cằn, đất phèn chua.

-


Sousvar Singapor Spanish (Dứa mật): quả to, thơm ngon, trồng nhiều ở Nghệ An,
(Nguyễn Minh Châu và cộng sự, 2002).

2.1.3. Thành phần hoá học
Dứa có quanh năm, nhưng nhiều nhất là vào tháng 3, tháng 7. Trung bình thời gian
từ lúc trồng tới lúc thu hoạch là 18 tháng. Trước khi hái, dứa được thử để ước tính lượng
đường của trái, (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004).
Thành phần hóa học của dứa thay đổi theo giống, độ chín, thời vụ thu hoạch, điều
kiện đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác… Thành phần cơ bản của dứa được nêu ra như sau:

Trang 4


CHƯƠNG 2: tổng quan
Bảng 2.1. Thành phần dinh dưỡng của 100g dứa
Thông số

Thành phần

Độ ẩm

72- 88 g

Đường

8-15.5 g

Acid hữu cơ

0.3-0.8 g


Chất xơ

0.3- 0.6 g

Nitrogen

0.038- 0.098 g

Tro

0.21- 0.49 g

Calcium

6.2- 37.2 mg

Phosphorus

6.6- 11.9 mg

Saét

0.27- 1.05 mg

Carotene

0.003- 0.055 mg

Thiamine


0.048- 0.138 mg

Riboflavin

0.011- 0.04 mg

Niacin

0.13- 0.267 mg

Thành phần đường trong dứa chủ yếu là saccharose (70 %), còn lại là glucose và
fructose. Riêng acid hữu cơ trong dứa chủ yếu là acid citric.
Dứa còn có enzyme bromelin, một loại enzyme thủy phân protein giống như papain
của đu đủ, có tác dụng làm mềm thịt và cho thịt vị thơm ngon. Dùng chung với kháng sinh
như amoxicillin, tetracycline, chloramphenicol, bromelin có thể gia tăng sự hấp thụ các
kháng sinh này. Ngoài ra, trong dứa còn có Br hay gây ra dị ứng da. Một vài báo cáo khoa
học cho thấy trên mắt vỏ dứa có một hóa chất không tốt cho sức khỏe. Vì thế, tốt nhất là
nên tránh ăn mắt dứa.
Chỉ tiêu chất lượng quan trọng của dứa là thành phần nước ép dứa gồm: hàm lượng
chất khô, hàm lượng đường, acid, chất khoáng nhất là khi dùng dứa là nguyên liệu sản
xuất nước dứa (tự nhiên hay cô đặc) và rượu vang dứa, (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự,
2004).

Trang 5


CHƯƠNG 2: tổng quan

2.1.4. Tình hình trồng dứa

Nông trại trồng dứa quy mô lớn đầu tiên trên thế giới được thiết lập ở Hawaii vào
năm 1885. Quần đảo này dẫn đầu về sản xuất dứa trên thế giới cho tới năm 1960. Sau đó,
Philippin là nước trồng nhiều và xuất khẩu nhiều nhất. Các quốc gia khác ở Đông Nam Á
cũng sản xuất một khối lượng dứa khá lớn, (Phạm Thị Trân Châu và cộng sự, 1987).
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, rất thích hợp cho cây dứa phát triển.
Dứa thuộc họ Bromeliaceae là một trong những loại quả hàng đầu rất được ưa chuộng ở
Phương Tây và là loại quả đặc sản được xem là có tiềm năng lớn của Việt Nam, và đang
phát triển với tốc độ khá nhanh trong những năm gần đây, (Phạm Thị Trân Châu và cộng
sự, 1987).
Đến nay diện tích trồng dứa của cả nước đạt 37800 ha, sản lượng đạt 292000 tấn
(tăng gấp 2 lần cả về diện tích lẫn sản lượng so với năm 1976 và tăng gấp 1.5 lần so với
năm 1998). Tuy nhiên, so với các nước trong khu vực ASEAN, sản lượng dứa nước ta còn
thấp: Thái Lan: 1.9 triệu tấn, Philippin: 1.7 triệu tấn…
Các tỉnh trồng nhiều dứa là Kiên Giang: 7710 ha, Tiền Giang: 6830 ha, Quảng Nam:
2320 ha, Thanh Hoá: 1600 ha, Ninh Bình: 1572 ha. Đặc biệt ở Tiền Giang, dứa được trồng
tập trung chủ yếu tại huyện Tân Phước (Queen: 90% diện tích, Cayenne: 10% diện tích),
một ít ở huyện Cai Lậy (ven huyện Tân Phước).
Hiện nay giống Queen là giống chủ lực. Queen cho năng suất thấp, bình quân chỉ
đạt 10-12 tấn/ha nhưng có mùi thơm và độ ngọt cao nên vẫn được trồng phổ biến (Phạm
Thị Trân Châu và cộng sự, 1987).

2.2. Cố định tế bào
2.2.1. Giới thiệu
Cố định tế bào là kỹ thuật được sử dụng nhằm giới hạn phạm vi chuyển động của tế
bào trong bình phản ứng sinh học.
Những yêu cầu của việc cố định tế bào gồm:








Hoạt tính tế bào sau quá trình cố định không bị giảm đi.
Hạn chế càng thấp càng tốt hiện tượng rò rỉ, thoát bào.
Quy trình cố định phải đơn giản, dễ dàng áp dụng cho quy mô công nghiệp.
Hoạt tính tế bào trong quá trình sử dụng phải ổn định.
Chi phí cố định tế bào thấp.
Quan trọng nhất là quá trình truyền khối trong tế bào cố định phải tương tự
như tế bào tự do (Kourkoutas và cộng sự, 2004).

Trang 6


AF

S. cerevisiae

Kissiris

Chất mang hữu
cơ

Lên men phụ

S. cerevisiae

Thủy tinh

Trang 7

S. cerevisiae Lên
men
+S. cerevisiae (Secondary
f.r. bayanus
Alcoholic
Fermentation)
S. cerevisiae+ AF
Candida
shehatae

Alginate

Agar

AF

AF

S. cerevisiae

- alumina

Chất mang vô cơ

Thép không gỉ Z. mobilis
phủ Al2O3

Loại lên men

Vi sinh vật


Chất mang

phụ

Cơ chất/ sản Tác giả
phẩm

Yamauchi
cùng cộng
sự, 1995

Wine/
sparkling wine

109tb
cố
định/lít rượu
vang, 12-140C

Bình phản ứng Glucose,
có 2 buồng, xylose/
lên men từng ethanol
mẻ, 300C

Sucrose/levan,
ethanol

Lebeau
cùng cộng

sự, 1997

Fumi cùng
cộng sự,
1994

Bekers
cùng cộng
sự, 2000

Glucose, dịch Kana cùng
trích
nho cộng sự,
1989
khô/ethanol

Lên men theo
mẻ,
70ml,
0
30 C

Lên men tónh
theo
mẻ,
0
300ml, 30 C

Quy mô pilot, Bia non/bia
PBR, 500L, 0600C


Lên men tónh Glucose, dịch Kana cùng
theo
mẻ, trích
nho cộng sự,
0
110ml, 30 C
khô/ethanol
1989

Quá trình lên
men

CHƯƠNG 2: tổng quan
Bảng 2.2. Một số chất mang sử dụng để cố định tế bào vi sinh vật


Chất mang hữu cơ

Chất mang

Trang 8
AF

AF

Cacium pectate, - S. cerevisiae
carrageenan,
DEAE-cellulose


Gluten

S. cerevisiae

AF

AF

S. cerevisiae

cerevisiae+ AF
phủ S.
Candida brassicae

AF

S. cerevisiae

S. cerevisiae
Acrylamidesodium
acrylate
copolymer
hydrogels

Tấm gỗ

Xơ mướp
chitosan

DCM (Delignified

Cellulosic
Material)

Loại
lên
men

Vi sinh vật

Cơ chất/ sản phẩm

Tác giả

Dịch nha/ bia

Lên men liên tục Dịch nha/ bia
trong GLR (gas lift
reactor), 482ml,
150C

Lên men tónh theo
mẻ, 400ml, 0-300C

Ogbonna
cùng
cộng sự, 1994

Smogrovicova và
Domeny, 1998


Bardi cùng cộng
sự, 1997

Oztop cùng cộng
sự, 2003

Hỗn hợp glucose, Guenette
và
Duvnjak, 1996
fructose/ethanol;
syrup
giàu
fructose

Glucose/ethanol

Lên men theo mẻ Glucose,
molasses/ethanol
có lắc đảo, 300C

PBR đặt đứng,
liên tục, 100ml,
330C

PBR, liên tục,
1500ml, 300C

Lên men tónh theo Glucose/ethanol;
Bardi và Koutinas,
mẻ, PBR(Packed dịch

nho/rượu 1996
Bed
Reactor), vang
500ml, 0-300C

Quá trình lên men

CHƯƠNG 2: tổng quan


AF

AF ở nhiệt
độ thấp

AF

S. cerevisiae

S. cerevisiae

Miếng mộc qua

Miếng ổi

AF

S. cerevisiae

Miếng táo


S. cerevisiae

AF

S. cerevisiae

Vỏ nho

Chất mang trái cây

Dịch
vang

Trang 9

Dịch
vang

nho/rượu

Lên men theo Dịch nho
mẻ, 400ml, 15300C

PBR, liên tục,
700ml, 5-300C

PBR, theo mẻ, Glucose/ethanol,
600-1000ml, 3- dịch nha/ bia
300C


nho/rượu

Reddy
cùng cộng
sự, 2006

Kourkoutas
cùng cộng
sự, 2003

Bekatorou
cùng cộng
sự, 2002

Kourkoutas
cùng cộng
sự, 2001

Mallouchos
cùng cộng
sự, 2002

sản Tác giả

nho/rượu

Cơ chất/
phẩm


PBR, theo mẻ, Dịch
300ml, 1-250C vang

Lên men theo
mẻ, 800ml, 5250C

lên Quá trình lên
men

Quả sung khô

Loại
men

Vi sinh vật

Chất mang

CHƯƠNG 2: tổng quan


CHƯƠNG 2: tổng quan

2.2.2. Các phương pháp cố định tế bào
2.2.2.1. Phương pháp cố định tế bào trên chất mang

Hình 2.2. Tế bào cố định trên chất mang
Kiểu tương tác thường gặp là:










Liên kết hóa học.
Tương tác ion.
Tương tác tónh điện.
Lực Vall der Valce.
Hiệu ứng solvat, lực mao quản.
Keo tụ.
Tương tác kỵ nước.
Hấp phụ sinh học đặc hiệu.

Chất mang thường hay sử dụng: thủy tinh, than hoạt tính, nhựa trao đổi ion…
(Kourkoutas và cộng sự, 2004).

2.2.2.2. Phương pháp tạo liên kết giữa các tế bào

Hình 2.3. Liên kết giữa các tế bào
Tương tác chủ yếu trong khối kết tụ tế bào:





Tương tác vật lý.
Tương tác hóa học.

Tương tác sinh học đặc hiệu.
Tổ hợp nhiều tương tác, (Kourkoutas và cộng sự, 2004).

Trang 10


CHƯƠNG 2: tổng quan

2.2.2.3. Cố định tế bào trong chất mang

Hình 2.4. Tế bào cố định trong chất mang
Tương tác chủ yếu của bộ khung gel:




Liên kết cộng hoá trị.
Tương tác vật lý.
Lực ion.

Chất mang thường hay sử dụng là: alginate, chitosan, carrageenan, agar- agar,
polyvinylalcohol, polyacrylamide… (Kourkoutas và cộng sự, 2004).

2.2.2.4. Cố định tế bào bằng kỹ thuật membrane

Hình 2.5. Tế bào cố định bằng kỹ thuật membrane
Dùng membrane cố định tế bào. Có thể dùng membrane dạng tấm, dạng sợi hay
microcapsule để cố định tế bào. (Kourkoutas và cộng sự, 2004).

2.2.3. Chất mang trái cây dùng trong cố định tế bào nấm men

Có rất nhiều loại trái cây được dùng làm chất mang cố định tế bào nấm men: táo
(Kourkoutas cùng cộng sự, 2002), quả sung khô-dry figs (Bekatorou cùng cộng sự, 2002),
nho khô- dry raisin berries (Tsakiris cùng cộng sự, 2004), vỏ nho- grape skins (Mallouchos
cùng cộng sự, 2002), vỏ cam- orange peel (Plessas cùng cộng sự, 2007), quả mộc quaquince (Kourkoutas cùng cộng sự, 2003), mía- sugar cane stalks (J. N. de Vasconcelos,
2004), leâ (Mallios, 2004), khoai tây (Panagiotis Kandylis and Athanasios A. Koutinas,
2008)… và đã thu được nhiều kết quả rất khả quan. Tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu về
chất mang táo.

Trang 11