Luận án: Khả năng sử dụng lúa gạo Đồng bằng sông Cửu Long sản xuất bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TẤN HÙNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG MỘT SỐ GIỐNG LÚA GẠO Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRONG SẢN XUẤT BIA LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TẤN HÙNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG MỘT SỐ GIỐNG LÚA GẠO Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRONG SẢN XUẤT BIA LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH: 954.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS. NGUYỄN CÔNG HÀ 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ TÓM TẮT Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá khả năng sử dụng một số giống lúa ở đồng bằng sông Cửu Long trong công nghệ sản xuất malt và thử nghiệm quy trình nấu và lên men hoàn từ malt lúa gạo. Năm giống lúa phổ biến được lựa chọn trong nghiên cứu là OM4900, IR50404, OM5451, OM6976 và Jasmine85. Thí nghiệm lựa chọn giống lúa phù hợp được thực hiện dựa trên việc khảo sát các điều kiện ngâm (nhiệt độ 30-50oC trong thời gian 12-72 giờ) và nẩy mầm ở 30oC trong thời gian 1-8 ngày.

Đặc tính kháng nhiệt và kháng protease trong dịch chiết malt lúa được đánh giá bằng đường kính khuếch tán đối với enzyme proteinase K trên môi trường casein agar. Với giống lúa được lựa chọn, quy trình chế biến malt vàng và malt rang được thực hiện bằng phương pháp ủ nhiệt (40-70oC) giúp thực hiện quá trình tiền dịch hóa (pre-mashing) trong malt tươi. Đồng thời, quá trình rang được khảo sát (125-200oC trong thời gian 30-120 phút) nhằm tạo ra loại malt đặc biệt từ lúa gạo. Chương trình nhiệt phù hợp cho malt lúa được thực hiện trên cơ sở đánh giá các điều kiện pH, nhiệt độ và thời gian dịch hóa thích hợp cho 2 nhóm enzyme α-amylase và glucoamylase trong malt.

Dịch nha ngọt sau thủy phân từ malt vàng và các mẫu có bổ sung malt rang (5÷15%) được tiến hành nấu hoa houblon và lên men bằng nấm men chìm Saccharomyces cereviase (1g/L) ở nhiệt độ 15oC nhằm thu được hai loại bia nhạt và bia sậm màu. Kết quả thí nghiệm cho thấy, trên 5 giống lúa khảo sát, bước đầu đánh giá được thành phần protein có đặc tính kháng nhiệt và kháng protease (có vai trò quan trọng trong việc hình thành và ổn định bọt bia) đều cơ bản đáp ứng được yêu cầu trong sản xuất bia và kết quả đánh giá gần như tương đồng với malt đại mạch. Qua đó, giống lúa IR50404 được sử dụng là đại diện cho nghiên cứu sâu về quá trình làm malt và bia. Lúa được ngâm trong nước ở nhiệt độ 30oC trong 24 giờ, sau đó cho nẩy mầm ở nhiệt độ 30oC trong 4 ngày giúp cải thiện thành phần acid amin hòa tan và đường khử lên 2 lần và 8 lần, tương ứng so với lúa nguyên liệu.

Hoạt tính của enzyme amylase tăng lên 32 lần từ 1,76 U/gCK lên 56,39U/gCK và hoạt tính enzyme protease tăng lên hơn 2 lần so với lúa nguyên liệu từ 0,07 U/gCK lên 1,44 U/gCK. Nhiệt độ và thời gian đường hóa (ủ nhiệt) ảnh hưởng lớn đến thành phần dinh dưỡng của malt lúa. Ở nhiệt độ 50oC trong 60 phút giúp gia tăng lượng đường khử và acid amin hòa tan (FAN) so với malt tươi (188,71 mg/g và 9,08 mg/g), tương ứng với sự gia tăng của hoạt độ enzyme amylase và protease. Mặt khác quá trình ủ nhiệt cũng giúp gia tăng thành phần polyphenol tổng (TPC) trong malt đạt 4,26 (mgGAE/gCK) gấp gần 2 lần so với nguyên liệu.

Malt được rang ở nhiệt độ cao giúp cải thiện màu sắc, TPC, hoạt tính chống oxi hóa và sự sụt giảm thành phần FAN, đường khử cũng được ghi Ngành Công nghệ thực phẩm i Khoa Nông nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ nhận. Sự thay đổi của các thành phần hóa học thể hiện khác nhau có ý nghĩa thống kê theo nhiệt độ rang và không có ý nghĩa theo thời gian rang. Mặt khác, sự thay đổi thành phần các acid amin cũng được nhận thấy trong suốt quá trình xử lý và chế biến malt. Điều kiện rang malt thích hợp là 150oC trong 45 phút đối với malt rang từ malt non và 125oC trong 75 phút đối với malt rang từ malt đã qua ủ nhiệt.

Trong quá trình nấu bia, thời gian dịch hóa có tác động rõ rệt đến hàm lượng đường khử và FAN sản sinh đối với từng mức nhiệt độ khảo sát. Đối với nhiệt độ 52,2±0,5oC là 40 phút (tối đa cho hoạt tính enzyme glucoamylase) và 50 phút ở 70±0,5oC cho hoạt tính α-amylase. Thêm vào đó, việc sử dụng malt lót từ malt vàng (5%) bổ sung vào nồi nấu sau khi tiến hành hồ hóa tinh bột (85±0,5oC trong 30 phút) của quá trình dịch hóa trong 60 phút làm tăng hàm lượng đường khử và FAN phục vụ cho quá trình lên men. Dịch nha sau khi nấu sôi 60 phút với hoa houblon có sự sụt giảm về hàm lượng FAN và đường khử nhưng gia tăng về hàm lượng TPC và màu sắc.

Quá trình lên men chìm bởi Saccharomyces cereviase ở nhiệt độ 15oC sau 4 ngày cho thấy dịch bia non đạt độ cồn 5%V và thể hiện sự sụt giảm về hàm lượng TPC, và màu sắc trong suốt quá trình lên men. Kết quả thu được từ phân đoạn protein (SDS- PAGE) chỉ ra rằng hầu hết protein trong dịch nha và bia là các protein có trọng lượng phân tử thấp (~14 kDa). Đối với các protein bền nhiệt, quá trình chuyển đổi từ malt đến bia kèm theo những thay đổi trong các mẫu protein của gel SDS- page, đặc biệt là trong khoảng 14,4–25,5 và 35–66,2 kDa. Kích thước protein 47 kDa chỉ được tìm thấy trong dịch nha trước và sau đun sôi và không có trong mẫu bia.

Do đó, các protein bền nhiệt của malt lúa là những chỉ số tốt cho thấy các chất được thu hồi trong bia. Bên cạnh đó, mẫu bia lúa được nấu với 5 và 10% malt rang cho chất lượng cảm quan ban đầu khá. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khả năng sản xuất malt và bia hoàn toàn từ lúa gạo của một số giống lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long là khả thi bằng việc kiểm soát các yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến malt và nấu bia. Từ khóa: bia gạo, kháng nhiệt, kháng protease, IR50404, SDS-page.

Ngành Công nghệ thực phẩm ii Khoa Nông nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ ABSTRACT This study aimed to evaluate the applicability of several rice varieties grown in the Mekong Delta for malt production, and investigate the brewing and fermentation processes of these rice-derived malts. The selected rice varieties included OM4900, IR50404, OM5451, OM6976 and Jasmine85. The experiment on the selection of suitable rice varieties was conducted by investigating soaking conditions at temperatures of 30-50oC for 12-72 h and germination conditions at 30oC for 1-8 days. Heat resistance and protease resistance in rice-derived malt extracts were analyzed by measuring the zone inhibition diameter resulting from proteinase K activities on casein agar medium.

With the selected rice variety, the processing of yellow malt and the caramel malt (roasted) was performed by the tempering method (40-70oC) to enable the mashing in green malts. At the same time, roasting process was investigated (125-200oC for 30-120 min) to produce special group of rice- derived malt. A suitable brewing process of rice-derived malt was chosen on the basis of optimizing pH and temperature conditions, and saccharification time suitable for the two groups of enzymes α-amylase and glucoamylase in the malt. The wort, which was obtained from saccharification of yellow malt and was added with 5-15% roasted malt, was fermented by Saccharomyces cereviase (submerged fermentation yeast) at a temperature of 15oC to obtain light beer and dark beer.

The results showed that, among the 5 rice varieties investigated, initial evaluation on the protein composition which has heat resistance and protease resistance characteristics (important roles in the formation and stabilization of beer foam) basically met the requirements in beer production, and the evaluation results are almost identical to those of barley malt. The rice variety IR50404 was selected as a representative variety for further investigation on the malt production and beer making. The rice was soaked in water at 30oC for 24 h, then germinated at 30oC for 4 days to increase amount of free amino acids (FAN) and reducing sugars by 2 and 8 times, respectively as compared to initial raw rice. α-amylase enzyme activity was increased by 32 times from 1.39U/gCK, and protease activity was increased by more than 2 times compared to initial raw rice from 0.

The temperature and time of saccharification (tempering) greatly affected the nutritional composition of rice-derived malt. At 50oC for 60 min, there was an increased amount of reducing sugar and FAN compared to fresh malt (188.08 mg/g, respectively), corresponding to an increased activity of amylase and protease. On the other hand, the tempering process increased the total content of total Ngành Công nghệ thực phẩm iii Khoa Nông nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ phenolic compounds (TPC) in malt to 4.26 (mgGAE/g), nearly double to those in green malt. Malt was roasted at high temperature to improve color, TPC, antioxidant activity and the decrease of FAN and reducing sugar content.

The changes in chemical compositions exhibited a statistically significant difference in the roasting temperature, but insignificant at the roasting time. On the other hand, the changes in the composition of FAN was also observed in malt during treatment and processing. The suitable roasting conditions was at 150°C for 45 min for roasted malt obtained from green malt and 125°C for 75 min for roasted malt obtained from tempered malt. The saccharification time had a significant effect on the content of reducing sugar and acid amins produced at each temperature investigated.

For a temperature of 52.5oC, it was 40 min (maximum for glucoamylase activity), and 50 min at 70±0.5oC for α-amylase activity. In addition, the addition of 5% yellow malt to the cooking pot after starch gelatinization (85±0.5oC for 30 min) of the saccharification process for 60 min increased the content of the reducing sugar and FAN which is necessary for fermentation. There was a decrease of FAN and reducing sugars content, and an increase of TPC content in the saccharification fluid obtained after boiled for 60 min with houblon flowers. Fermentation (submerged fermentation) by Saccharomyces cereviase at 15°C for 4 days showed that the beer liquor reached 5%V alcohol content, and exhibited a decrease in the TPC content and color during fermentation.

For thermostable proteins, the malt-to-beer transition was accompanied by changes in the protein samples of the SDS-page gel, especially between 14. Protein size 47 kDa was found only in wort before and after boiling, and not in beer samples. Therefore, the heat stable proteins of rice malt are good indicators of the recovered substances in beer. Rice beers brewed with 5 and 10% roasted malt had high sensory quality.