Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng sử dụng một số giống lúa gạo ở Đồng bằng sông Cửu Long trong sản xuất bia

Tác giả: Nguyễn Tấn Hùng, Khóa: 2016

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm; Mã số: 62540101. Nhóm ngành: Công nghệ sản xuất và chế biến

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Công Hà - Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án:

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu chính 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 gồm 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 30-50^oC trong thời gian 12-72 giờ) và nẩy mầm ở 30^oC 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 (40-70^oC) giúp thực hiện quá trình tiền dịch hóa (pre-mashing) trong malt tươi. Đồng thời, quá trình rang được khảo sát (125-200^oC trong thời gian 30-120 phút) nhằm tạo ra nhóm malt đặc biệt từ lúa gạo. Chương trình nhiệt phù hợp cho malt lúa được thực hiện trên cơ sở tối ưu hóa 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 15^oC 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 30^oC trong 24 giờ, sau đó cho nẩy mầm ở nhiệt độ 30^oC 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/g lên 56,39U/g và hoạt tính enzyme protease tăng lên hơn 2 lần so với lúa nguyên liệu từ 0,07 U/g lên 1,44 U/g. Nhiệt độ và thời gian đường hóa (ủ nhiệt) ảnh hưởng lớn đến thành phần dinh dưỡng của malt lúa. Ở nhiệt độ 50^oC 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), 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/g) 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. Sự thay đổi của các thành phẩn hóa học thể hiện khác nhau có ý nghĩa thống kê theo nhiệt độ rang và sự khác biệt này là không có ý nghĩa ở các mức thời gian rang. Mặt khác, sự thay đổi thành phần các acid amin cũng được nhận thấy ở malt trong suốt quá trình xử lý và chế biến. Điều kiện rang malt thích hợp là 150^oC trong 45 phút đối với malt rang từ malt non và 125^oC trong 75 phút đối với malt rang từ malt đã qua ủ nhiệt. 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±0,5^oC là 40 phút (tối đa cho hoạt tính enzyme glucoamylase) và 50 phút ở 70±0,5^oC 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±0,5^oC 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. Quá trình lên men chìm bởi Saccharomyces cereviase ở nhiệt độ 15^oC 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 wort 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.

2. Những kết quả mới của luận án:

- Khẳng định được khả năng sử dụng hoàn toàn lúa gạo cho sản xuất malt để thay thế malt đại mạch trong sản xuất bia.

- Tuyển lựa được giống lúa được trồng phổ biến ở ĐBSCL, có giá thành thấp làm nguyên liệu để sản xuất bia.

- Đánh giá được đặc tính quan trọng của giống lúa có ảnh hưởng đến hiệu quả và chất lượng bia lúa gạo là khả năng sinh tổng hợp protein mạch ngắn chịu nhiệt như LTP, khó bị thủy phân bởi hệ enzyme protease có trong malt – hay vai trò và sự tồn tại của protein bền nhiệt và kháng protein.

- Xây dựng các điều kiện nảy mầm và chế biến malt lúa gạo phù hợp.

- Đề xuất các thông số kỹ thuật cho quy trình sản xuất bia từ malt lúa gạo giống IR50404.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

Việc lựa chọn giống lúa phù hợp được trồng phổ biến ở ĐBSCL có khả năng chế biến malt phù hợp sẽ giúp tạo được bia hoàn toàn từ lúa gạo. Từ đó ứng dụng vào chuyển giao quy trình chế biến sản phẩm đảm bảo tiêu chuẩn Việt Nam. Những thông tin, phương pháp, kết quả và tiềm năng ứng dụng của sản phẩm nghiên cứu sẽ giúp bổ sung kiến thức cho sinh viên ngành công nghệ thực phẩm.

Kết quả của đề tài góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế của mặt hàng lúa gạo ở ĐBSCL. Bên cạnh đó, từ giống lúa được chọn sẽ sản xuất được một loại bia hoàn toàn từ malt lúa, từng bước thay thế nguồn malt đại mạch nhập khẩu, góp phần hạ giá thành sản phẩm bia và giúp người tiêu dùng có cơ hội tiếp cận một loại bia mới.

Tuy nhiên, cần thực hiện một số khảo sát làm cơ sở cho việc phát triển sản phẩm với quy mô công nghiệp, cụ thể như sau:

- Đánh giá ảnh hưởng nồng độ chất khô (độ Brix) hay độ Plato của dịch nha ban đầu đến hiệu suất và chất lượng dịch bia.

- Đánh giá sự thay đổi thành phần protein chức năng bằng kỹ thuật điện di hai chiều và định danh bằng khối phổ.  

- Đánh giá các thành phần chất bay hơi có tác động đến các đặc tính cảm quan của bia từ malt lúa (Vicinal diketones, rượu cao phân tử, ester, acid hữu cơ và hợp chất carbonyl).

Thesis title: Research for using of some rice varieties in Mekong Delta in beer production.

Major: Food Technology                                        Code: 62.54.01.01

PhD student: Nguyen Tan Hung

Scientific advisor: Assoc. Dr. Nguyen Cong Ha

Training Institute: Can Tho University

1. Abstract:

The study was conducted 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 30-50^oC for 12-72 h and germination conditions at 30^oC 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 (40-70^oC) to enable the mashing in green malts. At the same time, roasting process was investigated (125-200^oC 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 15^oC 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 malt production and beer making. The rice was soaked in water at 30^oC for 24 h, then germinated at 30^oC 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 1.76 U/g to 56.39U/g, and protease activity was increased by more than 2 times compared to initial raw rice from 0.07 U/g to 1.44 U/g. The temperature and time of saccharification (tempering) greatly affected the nutritional composition of rice-derived malt. At 50^oC for 60 min, there was an increased amount of reducing sugar and FAN compared to fresh malt (188.71 mg/g and 9.08 mg/g, respectively), corresponding to increased activity of amylase and protease. On the other hand, the tempering process increased the total content of total 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 52.2±0.5^oC, it was 40 min (maximum for glucoamylase activity), and 50 min at 70±0.5^oC for α-amylase activity. In addition, the addition of 5% yellow malt to the cooking pot after starch gelatinization (85±0.5^oC 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. Protein fractions (SDS-PAGE) indicated that most boiled protein and low molecular weight rice beer (~14 kDa). For thermostable proteins, the malt-to-beer transition was accompanied by changes in the protein samples of the SDS-page gel, especially between 14.4–25.5 and 35–66.2 kDa. 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. The overall results show that it is completely feasible to  produce the malt and beer from some rice varieties grown in Mekong Delta by controlling the key factors in malt production and brewing.

2. New points:

- Affirm the ability to completely use rice, produce malt to replace barley malt in beer production.

- Selection of rice varieties commonly grown in the Mekong Delta with low cost as raw materials for beer production.

- Evaluating the important characteristics of rice varieties that affect the efficiency and quality of rice beer is the ability to biosynthesize heat-resistant short-chain proteins such as LTP, which is difficult to be hydrolyzed by the protease enzyme system present in malt - or the role and existence of thermostable and resistant protease.

- Develop suitable conditions for germination and processing of rice malt.

- Proposing technical parameters for beer production process from rice malt variety IR50404.

3. Application/applicability in practice and further studies:

The selection of suitable rice varieties, which are widely grown in the Mekong Delta, have the ability to process suitable malt and make all rice beer. From there, it is applied to transfer biological product processing processes and products that meet Vietnamese standards. The information, methods, results and potential applications of research products will help supplement knowledge for students of food technology.

The results of the project contribute to improving the economic efficiency of rice in the Mekong Delta. In addition, from the selected rice variety, a beer made entirely from rice malt will be produced, gradually replacing the imported barley malt source, contributing to lowering the cost of beer products and helping consumers have the opportunity to continue to approaching a new beer.

However, some surveys should be conducted as a basis for the development of products that processed on an industrial scale, as follows:

- Evaluation of the effect of dry matter concentration (Brix degree) or Plato degree of initial wort on the performance and quality of beer.

- Evaluation of changes in functional protein composition by two-dimensional electrophoresis and identification by mass spectrometry.

- Evaluation of volatile matter components that affect the sensory properties of beer from rice malt (Vicinal diketones, high molecular alcohols, esters, organic acids and carbonyl compounds).

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)