Tài liệu ứng dụng enzyme flaourzyme để tăng hiệu suất trích ly protein và chất xơ hòa tan trong bột nấm mèo

3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NẤM MÈO 1.1.1 Vài nét về ngành nấm 1.1.1.1 Khát quát về nấm [8] Nấm là một loại sinh vật nhân thật không có chất diệp lục, dị dưỡng. Sở dĩ xếp nấm thành một giới riêng mà không xếp vào giới thực vật vì nấm không có lục lạp, không có sắc tố quang hợp, không có đời sống tự dưỡng như thực vật, không có sự phân hóa thành rễ, thân, lá, không có hoa, phần lớn không chứa xenluloza (cellulose) trong thành tế bào, nấm cũng không có một chu trình phát triển chung như các loài thực vật,… Bao gồm nấm men (thường đơn bào, sinh sôi nảy nở bằng lối nảy chồi), nấm sợi và nấm bậc cao (nấm có quả thể - mũ nấm). Đây không phải là sự phân loại mang tính khoa học bởi vì nếu căn cứ vào đặc điểm sinh sản, cấu trúc của acid nucleic thì nấm men, nấm sợi hoặc nấm bậc cao có thể có lúc cùng chung một ngành, một ngành phụ hoặc một lớp như nhau. Tế bào nấm có những đặc trưng riêng, khác biệt với tế bào thực vật, động vật. Trước hết là thành phần của thành tế bào. Dưới kính hiển vi điện tử có thể quan sát thấy thành tế bào cấu tạo bởi nhiều lớp. Nấm không có khả năng quang hợp như cây xanh do đó chúng không có đời sống tự dưỡng (autotroph) mà chỉ có đời sống dị dưỡng (heterotroph), nghĩa là phải sống nhờ các chất hữu cơ có sẵn. Các nấm sống trên chất hữu cơ chết (xác động thực vật phân hủy tạo ra) thì được gọi là nấm hoại sinh (saprophytic fungi). Các nấm chỉ sống trên các cơ thể sống gọi là nấm ký sinh (parasitic fungi). Các loại nấm ăn đều thuộc nhóm nấm hoại sinh. Nấm mèo là một mặt hàng xuất khẩu có giá trị cao, đứng hàng thứ 7 trong số các loại nấm ăn được buôn bán trên thế giới. Nước ta có nhiều tiềm năng để phát triển nghề trồng nấm. Trong những tháng đầu năm 2010, xuất khẩu nấm các loại tiếp tục tăng trưởng mạnh. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải Quan, trong năm tháng 4 đầu năm 2010 kim ngạch xuất khẩu nấm mèo đạt khá và tăng trưởng cao, đạt 117,6 nghìn USD tăng 156% so cùng kỳ 2009. Ở nước ta, mốt số vùng phát triển nghề trồng nấm mèo mạnh và tương đối ổn định như: Đồng Nai (Long Khánh), sản lượng trung bình 1000 ÷ 1200 tấn nấm khô/năm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh ( Hóc Môn, Thủ Đức, Củ Chi,..), sản lượng khoảng 100 ÷ 150 tấn nấm khô/năm,… Các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long (Cần Thơ, Ðồng Tháp, Vĩnh Long, Tiền Giang, Trà Vinh,...), sản lượng đạt khoảng 100 tấn nấm khô/nấm. Như vậy, nếu tính cả số nấm nuôi trồng rãi rác ở các tỉnh khác của phía Nam, bao gồm một vài tỉnh miền Trung, thì tổng sản lượng nấm mèo nuôi trồng hiện nay khoảng 1500 tấn nấm khô/năm (so với tổng sản lượng nấm trên thế giới chiếm khoảng 11%). 1.1.1.2 Giá trị dinh dƣỡng của nấm ăn [8], [1] Nấm ăn có đặc điểm dinh dưỡng là chứa nhiều đạm, ít mỡ, ít calo, ngoài ra nó còn có các chất có ích cho cơ thể con người như đa đường, khoáng và sinh tố. Nấm là món ăn quý không chỉ vì thơm ngon mà còn có giá trị dinh dưỡng cao. Hàm lượng protein cao hơn bất cứ một loại rau nào, về protein của nấm ăn, các nhà khoa học đã phân tích thấy đó là loại protein có chứa đầy đủ 9 loại acid amin (amino acid) không thay thế (cơ thể người và động vật không tự tổng hợp được). Hàm lượng protein trong nấm chiếm 30 ÷ 50% (trọng lượng khô) hay 3 ÷ 5% (trọng lượng tươi), gấp 2 lần rau cải, 4 lần quýt, 12 lần táo. Ngoài ra nấm ăn có chứa khá nhiều các nguyên tố khoáng (K, Na, Ca, Al, Mg, Cu, Zn, S, P,...). Lượng chất khoáng trong nấm ăn thường vào khoảng 7% tính theo nấm khô. 5 Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong một số loài nấm ăn (% trên tổng lượng nấm khô) [8] Tên nấm Protein (%) Lipid Glucid Vitamin Kháng Tác dụng (%) (%) (%) sinh chữa bệnh Rơm 30,1 6,4 69,0 11,9 (C) Có Hoạt huyết, Hƣơng 13,0 1,8 54,0 8,5 (B1, B2) Có tiêu viêm, tim, Mộc nhĩ 10,6 0,2 65,5 7,0 (B2, PP) - phổi, thiếu Ngân nhĩ 10,4 0,6 78,3 2,6 (PP) - máu, huyết áp, Mỡ 3,6 31,2 7,4 (B1, PP) Có viêm,… 36,1 1.1.1.3 Giá trị làm thuốc của nấm [1], [10] Ngoài việc là nguồn thực phẩm, một số loài nấm còn có giá trị làm thuốc chữa bệnh. Những nghiên cứu gần đây cho thấy nhiều loài nấm chứa vitamin PP chữa bệnh sùi da, tăng sức đề kháng cho cơ thể, chữa huyết áp cao, giảm cholesterol. Nhiều loài nấm chứa polysaccharide giúp nâng cao khả năng ức chế khối u, phòng chống bệnh ung thư. Trong giới sinh vật có gần 7 vạn loài nấm nhưng chỉ có hơn 100 loài có thể ăn hoặc dùng làm thuốc, thông dụng nhất là nấm mèo đen, ngân nhĩ, nấm hương, nấm mỡ, nấm rơm, nấm kim châm lai. Một số các giá trị dược lý của nấm như:  Tác dụng chống khối u Nấm có giá trị chữa bệnh do hầu hết đều có chứa chất đa đường. Chất đa đường leninan ở quả thể thể nấm hương có tác dụng chống ung thư rất mạnh. Nấm rơm, nấm kim châm có chứa các chất Protein Cardiotoxic, volvatoxins, flammutoxin có tác dụng ức chế hoạt động của tế bào U Ehrlich chất PS – K chiết suất từ nấm vân chi là chất protein đa đường chống ung thư đã được ứng dụng trên lâm sàng.  Tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể Tăng cường sức miễn dịch của tế bào: các chất đa đường chiết xuất từ nấm có tác dụng khôi phục và tăng khả năng hoạt động của tế bào lympho. Dịch chiết linh chi có tác dụng làm tăng hoạt lực của tế bào thực bào của các bạch cầu. Các dịch chiết 6 từ bào tử nấm còn có tác dụng tăng chức năng của lympho T chống lại các virus và tăng cường sức đề kháng của cơ thể. Tăng cường tác dụng miễn dịch của cơ thể. Nấm hương và nấm vân chi có tác dụng kích hoạt cho bổ thể. Bổ thể là một nhóm protein huyết thanh cực kỳ phức tạp. Chất đa đường ở nấm hương có tác dụng kích thích bổ thể C3a và C3b làm hoạt hóa các tế bào đại thực bào. Nấm linh chi, nấm hương còn xúc tiến sự hình thành các hemaprotein miễn dịch loại IgG, IgA, IgM trong các phản ứng miễn dịch đề kháng bệnh của cơ thể.  Tác dụng phòng trị bệnh tim, mạch Điều tiết chức năng của tim: sử dụng quả thể nấm mộc nhĩ trắng, mộc nhĩ đen có tác dụng chữa bệnh đau nhói, đau thắt tim, dùng lâu sẽ khỏi bệnh. Linh chi và nấm hương có tác dụng hạ hàm lượng mỡ và cholesterol trong máu.  Tác dụng giải độc bổ gan, bổ dạ dày Sử dụng chất đa đường chiết xuất từ nấm linh chi, nấm hương có tác dụng bổ gan, khống chế có hiệu quả đối với viêm gan mãn do vi rút. Thành phần sinh hóa của nấm đầu khi có tác dụng bổ ngũ tạng, giúp tiêu hóa tốt, chống viêm loét dạ dày. Nấm sò các loại có hoạt tính bình khí, sát trùng bởi trong nấm có nhiều acid amin, mannose có tác dụng phòng trị với chứng viêm gan, loét dạ dày, sỏi niệu đạo và sỏi túi mật.  Tác dụng chống phóng xạ, khử gốc hữu cơ tự do và chống lão hóa Khi điều trị khối u bằng phẩu thuật hoặc chạy tia phóng xạ, dùng nấm ăn như nấm hương, linh chi, nấm mèo trắng có tác dụng bổ trợ cho cơ thể, giảm đau và kéo dài tuổi thọ cho người bệnh. Các loại nấm ăn - nấm dược liệu đều chứa nhiều axit amin, ít chất béo, ít calo và có các hoạt tính rất tốt cho tuổi già. Các chất đa đường của nấm mèo trắng, nấm mèo đen đều có tác dụng làm giảm sắc tố gây sạm da ở người già. 7 1.1.2 Nấm mèo đen 1.1.2.1 Khát quát chung về nấm mèo [8] Mộc nhĩ là tên chung để chỉ các loài nấm ăn được thuộc: Giới : Fungi Ngành : Basidiomycota Lớp : Agaricomycetes Bộ : Auriculariales Họ : Auricularaceae Chi : Auricularia Loài : Auricularia auriula-judae Hình 1.1. Nấm mèo đen (Auricularia auricula) Nấm mèo là nấm nhiệt đới, thích hợp với diều kiện khí hậu ở nuớc ta, đồng thời nấm được bảo quản chủ yếu bằng cách phơi khô, nên từ lâu nấm mèo được trồng ở nhiều nơi, hình thành những làng chuyên canh loại nấm này. Có cả thảy 20 loài, nhưng chỉ có 6 loài mộc nhĩ thông dụng, hai loài đầu thường được nuôi trồng với số lượng lớn :  Nấm mèo đen (Hắc mộc nhĩ, Wood Ear, Jew’s Ear), tên khoa học: Auricularia auricula (L.ex Hook.) Underw.  Nấm mèo lông (Mao mộc nhĩ, Hairy Jew’s Ear), tên khoa học: Auricularia polytricha (Mort) Sacc.  Nấm mèo sừng (Giác chất mộc nhĩ, Corneus Wood Ear), tên khoa học: Auricularia cornea (Ehrenb.ex Fr.) Spreng.  Nấm mèo nhăn (Sô mộc nhĩ, Sô nhĩ, Wrinkle Wood Ear), tên khoa học: Auricularia delicata (Fr.) Henn.  Nấm mèo hình khiên (Thuẫn hình mộc nhĩ, Mộc nhĩ da, Pelt Ear fungus), tên khoa học: Auricularia peltala Lloyd. 8  Nấm mèo vàng nâu (Hạt hoàng mộc nhĩ, Purple Wood Ear, Fuscous Ear) tên khoa học: Aricularia fuscosuccinea (Mont.) Farl. 1. Nấm mèo sừng 2. Nấm mèo lông (Auricularia cornea) (Auricularia polytricha) 3. Nấm mèo nhăn (Auricularia delicata) Hình 1.2. Một số hình ảnh nấm mèo Nấm mèo đen Quả thể hình đĩa tròn, hình tai, đuờng kính khoảng 2 – 12 cm. Màu nâu đỏ đến nâu gụ, sau khi khô có màu nâu thẫm hay nâu đen, có lông ngắn. Kích thước bào tử: 9 – (16) 17,5 x 5 – 7,5 µm Vừa là nấm ăn vừa là nấm dược liệu. 1.1.2.2 Ðặc điểm hình thái và chu trình sống [8] Cắt ngang một phiến nấm mèo và quan sát duới kính hiển vi thấy có các cấu trúc sau:  Lớp lông mềm (Zona pilosa): dày không quá 85 ÷ 100 µm  Lớp sợi dày (Zona compacta): dày 65 ÷ 75 µm  Lớp thượng tầng dưới lớp sợi dày (Zona subcompacta inferioris): dày 115 – 130 µm  Lớp thượng tầng xốp (laxa superioris)  Lớp tủy (medulla)  Lớp hạ tầng xốp (laxa inferioris) 9  Lớp trung tầng (zona intermedie)  Lớp hạ tầng dưới lớp sợi dày (zona subcompacta inferioris), dày 100 – 120 µm  Lớp bào tử (hymerium), dày khoảng 150 µm  Lớp thượng tầng xốp, lớp tủy, lớp hạ tầng xốp, lớp trung tầng được gọi chung là tầng trung gian, tầng này dày khoảng 285 – 300 µm. Tất cả cấu trúc trên đều ở dạng sợi nấm (khuẩn ty) liên kết lại. Sợi nấm có kích thước bề ngang khác nhau ở các lớp. Sợi nấm ở lớp lông mềm có kích thước từ 3 ÷ 5 µm, ở lớp thượng tầng dưới lớp sợi dày từ 3 ÷ 7 µm, ở lớp thượng tầng xốp từ 3 ÷ 8 µm, lớp tủy từ 6 ÷ 10 µm, tầng trung gian từ 5 ÷ 10 µm. Bào tử đảm (Basidiospore) và bào tử đính (Conidia) ở nấm mèo đều có thể nảy mầm để tạo thành sợi nấm. Sợi nấm có hai loại: loại (+) và loại (-). Hai loại sợi này có thể liên kết lại và sau đó xảy ra quá trình phối chất (Plasmogamy), khi tạo đảm sẽ xảy ra thời gian kéo dài tế bào sợi nấm mang hai nhân. Quá trình song nhân hoá (Dikaryotization) xảy ra sau khi phối chất. Các sợi nấm nối với nhau bởi các móc (clamp) sau quá trình liên kết tạo móc (clamp connection). Đảm nhân đơn sẽ phân cắt giảm nhiều lần để tạo ra những thể đơn bội đơn nhân. Các đảm sẽ mọc ra các cuốn trên đó mang bào tử đảm. Bào tử đảm có thể thực hiện nảy mầm tạo ra sợi nấm hoặc sinh ra bào tử đính (Conidia). Về sau bào tử đính sẽ nảy mầm để tạo ra sợi nấm (Mycedium). Hình thái quả thể Tai nấm có dạng một vành tai, thường không cuống, mềm mại khi còn tươi và cứng dòn khi phơi khô. Mặt trên mũ có lông dày, mỏng hoặc không lông. Màu sắc biến đổi từ trắng, cam, nâu, tím và đen. Tai nấm mèo phát triển qua bốn giai đoạn và được gọi tên theo hình dạng quả thể. Chu trình sống Từ lúc xuất hiện nụ nấm đến khi tai nấm trưởng thành trải qua nhiều giai đoạn, dựa theo hình dạng ở mỗi giai đọan để gọi tên cho dễ phân biệt: nụ nấm (hay hạch nấm), hình tách, hình chén, hình đĩa, trưởng thành. 10 Nụ nấm Tách Chén Đĩa Trưởng thành Hình 1.3. Các giai đoạn phát triển của quả thể nấm mèo 1.1.2.3 Thành phần dinh dƣỡng của nấm mèo đen [8] Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng của nấm mèo [8] Dƣỡng chất Năng lượng Hàm lƣợng g/100g nấm mèo khô 306 Kcal Nước 10,9 Protein 10,6 Lipid 0,2 Glucid 65,5 Cellulose 7,0 Khoáng 5,8 Ca 0,357 P 0,201 Fe 0,185 Carotene Vitamin B1 Vitamin B2 Vitamin B3 0,03 × 10-3 0,15 × 10-3 0,55 × 10-3 2,70 × 10-3 11 1.2 Tình nghiên cứu ngoài và trong nƣớc [1] 1.2.1 Tình hình ngoài nƣớc Ngành sản xuất nấm ăn đã hình thành và phát triển trên thế giới từ hàng trăm năm. Hiện nay người ta đã biết có khoảng 2000 loài nấm ăn được, trong đó có 80 loài nấm ăn ngon và được nghiên cứu nuôi trồng nhân tạo. Việc nghiên cứu và sản xuất nấm ăn trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ, nó đã trở thành một ngành công nghiệp thực phẩm thực thụ. Một số nghiên cứu ngoài nước:  Yang Da-Yi, Liu Wen-Yu, 2005: Research for Auricularia-auricula fermented Wine.  Zhaocheng Ma, Kan Ding, 2010: Evaluation of watersoluble β-d-glucan from Auricularia auricular-judae as potential anti-tumor agent.  Lisheng Fan, Li Ma, 2006: Evaluation of antioxidant property and quality of breads containing Auricularia auricula polysaccharide four. 1.2.2 Tình hình trong nƣớc Trong nước, ngành trồng nấm mèo được phát triển nhiều, nhưng những sản phẩm làm ra từ nấm mèo chưa được nghiên cứu. 1.3 Enzyme [6], [7] 1.3.1 Cơ chế tác dụng của enzyme 1.3.1.1 Ý nghĩa quá trình xúc tác trong tế bào sinh vật Làm giảm năng lượng hoạt hóa phản ứng. Enzyme tham gia vào các phản ứng sinh hóa thường làm tăng tốc độ phản ứng. 1.3.1.2 Cơ chế tác dụng của enzyme Bản chất của các phản ứng enzyme là khi có sự tham gia xúc tác của các enzyme, các cơ chất sẽ được hoạt hóa mạnh, từ đó làm thay đổi tính chất hóa học của cơ chất, kết quả sau phản ứng sẽ tạo ra những sản phẩm của phản ứng. Quá trình xúc tác của enzyme xảy ra ở 3 giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất: enzyme sẽ kết hợp với cơ chất bằng những liên kết yếu, nhờ đó sẽ tạo ra phức hệ enzyme - cơ chất. 12 Giai đoạn thứ hai: khi cơ chất tạo phức với enzyme sẽ bị thay đổi cả cấu hình không gian, cả về mức độ bền vững của các liên kết. Kết quả là các liên kết bị phá vỡ và tạo ra sản phẩm. Giai đoạn thứ ba: sản phẩm quá trình phản ứng được tạo thành và tách ra khỏi enzyme. 1.3.2 HỆ ENZYME PROTEASE 1.3.2.1 Giới thiệu chung [7] Protease là loại enzyme tham gia phân giải protein để tạo thành các peptid ngắn và cuối cùng tạo thành các acid amin và NH3. Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất. Cũng do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thủy phân triệt để và đa dạng. Protease nhóm 1: nhóm này bao gồm các loại protease có xerin trong trung tâm hoạt động (bao gồm các loại enzyme tripsin, kimotripsin, elastase, subtilizi, các enzyme xúc tác làm đông máu, acrozin). Protease nhóm 2: bao gồm các protease có nhóm SH trong trung tâm hoạt động (bao gồm bromelin, papain, fixin). Protease nhóm 3: bao gồm các protease có kim loại trong trung tâm hoạt động và trực tiếp tham gia các quá trình xúc tác (bao gồm các protease trung tính của Bacillus hoặc Colagenase). Protease nhóm 4: Bao gồm các protease có nhóm  - cacboxil trong trung tâm hoạt động. 1.3.2. 2 Enzyme Flavourzyme Flavourzyme là loại phức hợp exopeptidase/endoprotease. pH tối ưu 5,5 – 7,5, thu nhận từ Aspergillus. Endoprotease: cắt các liên kết peptide bên trong các chuỗi polypeptide. Exopeptidase: chủ yếu phân cắt liên kết peptide ở hai đầu mạch 13 1.3.2.3 Ứng dụng của enzyme protease Protease được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công ngệ thực phẩm, công nghiệp nhẹ, công nghệ dược phẩm và nông nghiệp. Các enzyme protease acid và trung tính được ứng dụng để sản xuất bia và công nghiệp bánh kẹo. Enzyme protease trung tính sử dụng trong sản xuất bánh mì nhằm làm giảm độ nhớt của bột nhào do gluten gây ra, làm tăng hệ số tiêu hóa của protease trung tính. Enzyme protease làm trong và ổn định chất lượng nước quả và rượu vang. Các enzyme protease kiềm được ứng dụng trong công nghiệp thuộc da. 1.4 SƠ LƢỢC QUÁ TRÌNH SẤY [11] 1.4.1 Động lực của quá trình sấy Sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (rắn) dưới tác dụng của nhiệt. Động lực của quá trình: chênh lệch ẩm tại vùng tâm vật liệu và bề mặt vật liệu, chênh lệch áp suất của hơi nước trên bề mặt vật liệu với tác nhân sấy. Quá trình ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai đoạn: Giai đoạn một: Ẩm trên bề mặt vật liệu bay hơi từ môi trường chung quanh, tốc độ của quá trình phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và tốc độ chuyển động của môi trường. Giai đoạn hai: Khi ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn ẩm độ bên trong vật liệu, nước sẽ khuếch tán từ trong ra bề mặt vật liệu nhờ sự chênh lệch ẩm. Khi nhiệt độ trong vật liệu khác nhau thì nước sẽ di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Tóm lại, quá trình bay hơi từ vật liệu ẩm gồm có hai giai đoạn là giai đoạn khuếch tán từ bề mặt vào nguyên liệu vào môi trường xung quanh. Giai đoạn khuếch tán bên trong vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của vật liệu, dạng liên kết của nước với vật liệu. Giai đoạn khuếch tán bên ngoài vật liệu phụ thuộc vào trạng thái của môi trường chung quanh. Do đó, tốc độ của hai giai đoạn này thường không bằng nhau và ảnh hưởng đến tốc độ sấy. Tốc độ sấy được biểu diễn bằng lượng ẩm (kg) hay bay hơi trên 1m2 bề mặt vật liệu sấy 14 trong một đơn vị thời gian (giờ). Tốc độ sấy biến đổi theo thời gian sấy, giảm dần theo mức độ giảm hàm ẩm trong vật liệu sấy. 1.4.2 Bản chất đặc trƣng của quá trình sấy Quá trình sấy được thực hiện do sự chênh lệch áp suất hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt của sản phẩm ẩm (Psf). Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện. Psf > Pxq Psf – Pxq = ∆P Trị số ∆P càng lớn thì độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh. Trị số Psf phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm. Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm. Do vậy, sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong. Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng đều của sản phẩm. Trong sản phẩm sự vận chuyển nước từ nơi có độ ẩm cao sang nơi có độ ẩm thấp. Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuếch tán bên trong khi sấy. Sự thay đổi về phân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của nguyên liệu làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp. Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khí lò (t), giảm độ ẩm tương đối của không khí (φ), tăng vận tốc không khí (v) nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường. Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước môi trường xung quanh càng nhiều, tức là Pxq càng tăng và độ ẩm của sản phẩm ngày càng giảm đến một lúc nào đó đạt chỉ số cân bằng. Khi đó Pxq = Pxf và độ ẩm đó gọi là độ ẩm cân bằng. Tại độ ẩm cân bằng trị số ∆P = 0, quá trình sấy ngừng lại. 15 Độ ẩm sấy sản phẩm (%) Hình 1.4. Biểu diễn bản chất đặc trưng của quá trình sấy khô sản phẩm Để thể hiện quá trình sấy, người ta dùng đồ thị biểu diễn: + Đường cong sấy, thể hiện quan hệ biến đổi của độ ẩm sản phẩm với thời gian sấy. + Đường cong vận tốc sấy thể hiện quan hệ biến đổi giữa vận tốc sấy với độ ẩm sản phẩm. Qua đồ thị hình 1.4 ta thấy: Đường biểu diễn đường cong sấy: chia làm 3 phần (A) (hình1.4) Giai đoạn hun nóng sản phẩm, đưa từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao có thể bay hơi được. Giai đoạn thể hiện sự bay hơi đều đặn của sản phẩm sấy. Giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào môi trường thoát ẩm. Nếu thoát ẩm tốt thì quá trình sấy sẽ nhanh. Giai đoạn thể hiệ n hơi nước của sản phẩm bay ra chậm dần và cuối cùng đường biểu diễn song song với trục hoành, lúc này đạt đến độ ẩm cân bằng, quá trình sấy ngừng lại. Vì vậy, trong quá trình sấy, phải rút ngắn giai đoạn đầu bằng cách tăng nhiệt độ. Ở giai đoạn sau phải tạo điều kiện cho thoát ẩm tốt. Đoạn cuối cùng tác động rút ngắn như 2 giai đoạn trên. 16 Đường cong vận tốc sấy: (V) (hình 1.4) Vận tốc sấy của sản phẩm là lượng hơi nước thoát ra trong một giờ: Vận tốc sấy = dw dt Trên đường biểu diễn của đồ thị hình 1.4 ta thấy: Ở giai đoạn đốt nóng của sản phẩm tức là tốc độ sấy tă ng dần, nhiệt độ của sản phẩm cũng tăng. Trong giai đoạn này toàn bộ nhiệt cung cấp cho quá trình đốt nóng sản phẩm. Giai đoạn tốc độ sấy không thay đổi toàn bộ nhiệt cung cấp cho sản phẩm dùng vào việc bốc hơi nước, lúc này nhiệt độ sản phẩm hầu như không thay đổi. Nhiệt độ đó bằng nhiệt độ hơi nước bốc ra. Giai đoạn sau là giai đoạn vận tốc sấy giảm dần. Nhiệt ở giai đoạn này một phần để hơi nước tiếp tục bốc hơi và một phần để sản phẩm tiếp tục nóng lên. Tốc độ sấy giảm dần cho đến lúc thủy phân sản phẩm đạt tới mức cân bằng. Muốn tốc độ sấy tăng dần trong giai đoạn đầu, ta phải tăng nhiệt độ. Khi hơi nước thoát ra đều đặn thì tốc độ thoát hơi nước không đổi, ta phải mở cửa để thoát ẩm, để phá vỡ sự cân bằng thủy phân. Giai đoạn sau là giai đoạn còn một số nước liên kết trong tế bào sản phẩm bay hơi nên ta phải tăng nhiệt độ lên. Vì giai đoạn này phải đóng cửa thoát ẩm trong lò sấy lại. 1.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc sấy [9]  Kết cấu sản phẩm, thành phần, tính chất hóa học của sản phẩm đó.  Hình dạng và kích thước của sản phẩm.  Vận tốc sấy tỉ lệ với thể tích (V) của sản phẩm sấy ( S ). Nếu V cố định, khi V S tăng thì vận tốc sấy tăng.  Độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối cùng của sản phẩm w1 và w2. Nếu w1 – w2 càng lớn thì thời gian sấy càng lâu.  Độ ẩm, nhiệt độ và vận tốc của không khí nếu ẩm độ tương đối φ của 17 không khí càng nhỏ, nhiệt độ lớn và vận tốc không khí lớn thì sấy nhanh hơn, nhưng nhiệt độ và vận tốc không khí bị khống chế bởi qui trình công nghệ của sản phẩm đó chứ không phải tăng nhiệt độ và thể tích V lên bao nhiêu lần cũng được.  Trạng thái của sản phẩm đem sấy, sản phẩm ở trạng thái động, sấy nhanh hơn trạng thái tĩnh. Vì vậy, cần phải căn cứ vào các yếu tố thúc đẩy quá trình sấy để chọn chế độ sấy thích hợp. 1.4.4 Biến đổi nguyên liệu trong quá trình sấy[2] 1.4.4.1 Biến đổi vật lý Có hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng, giảm khối lượng do lượng nước bay hơi. Có sự biến đổi nhiệt độ do tạo thành gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong nguyên liệu. Biến đổi tính chất cơ lý như sự biến dạng, hiện tượng co, hiện tượng tăng độ giòn. 1.4.4.2 Biến đổi hóa lý Khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào trong vật liệu do sự dãn nở về nhiệt. Có sự chuyển pha từ pha lỏng sang pha hơi của ẩm và có ảnh hưởng của hệ keo trong quá trình sấy, tùy tính chất vật liệu có chứa keo háo nước hoặc keo kỵ nước. Nếu keo kỵ nước thì liên kết lỏng lẻo, dễ khuếch tán và ngược lại. 1.4.4.3 Biến đổi hóa học Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng maillard là phản ứng tạo màu giữa protid và đường khử, phản ứng phân hủy protid. Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do môi trường nước bị giảm dần. Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy 1.4.4.4 Biến đổi sinh hóa Giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ vật liệu tăng dần và chậm tạo ra sự 18 hoạt động mạnh mẽ của của các hệ enzyme nhất là enzyme oxy hóa khử gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu, vì vậy thường diệt enzyme peroxydase hay polyphenoxydase trước khi sấy. Giai đoạn sấy hoạt động enzyme giảm vì nhiệt độ sấy lớn hơn nhiệt độ hoạt động của enzyme và lượng nước giảm. Giai đoạn sau khi sấy một số enzyme (nếu không bị tiêu diệt hoàn toàn) nhất là enzyme oxy hóa khử không hoàn toàn đình chỉ còn tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản tới một giai đoạn có thể phục hồi khả năng hoạt động. 1.4.4.5 Biến đổi sinh học Về cấu tạo tế bào thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và mất nước. Có thể tế bào vẫn phục hồi trạng thái ban đầu nhưng hạn chế sinh sản. Ngoài ra, còn làm biến đổi cấu trúc các mô che chở và mô dẫn. Về vi sinh vật có tác dụng làm yếu hay tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu. 1.4.4.6 Biến đổi dinh dƣỡng Sản phẩm khô thường giảm độ tiêu hóa nhưng lượng calo tăng lên do giảm độ ẩm, nên chỉ có thể chỉ sử dụng lượng ít là đủ calo. 1.4.4.7 Biến đổi cảm quan Màu sắc: mất sắc tố hay giảm sắc tố do tác dụng của nhiệt độ (giá trị tuyệt đối) nhưng tăng giá trị tương đối lên do nước mất đi, vì vậy cường độ màu tăng lên. Nói chung có màu thẫm, màu nâu do một số phản ứng tạo ra. Mùi: một số chất thơm bay theo ẩm và do nhiệt độ bị phân hủy gây tổn thất chất thơm. Do hiện tượng mất mùi tự nhiên nên sản phẩm sấy thường được bổ sung thêm các chất mùi tự nhiên hay nhân tạo. Vị: do ẩm độ giảm nên nồng độ chất vị tăng lên, cường độ vị tăng, nhất là vị ngọt và mặn. Trạng thái: sản phẩm bị co lại, sau khi sấy tăng tính giòn. 19 CHƢƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu 2.1.1 Địa điểm nghiên cứu Tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm của trường Đại Học Lạc Hồng. Tổng thời gian nghiên cứu là 6 tháng. 2.1.2 Nguyên liệu nấm mèo Nấm mèo ở dạng đã sấy khô: mua ở Xã La Ngà – Huyện Định Quán – Tỉnh Đồng Nai. 2.1.3 Các hóa chất sử dụng trong trích ly Acid citric 2.1.4 Chế phẩm enzyme sử dụng trong trích ly Flavourzyme của công ty Nam Giang Thông số của chế phẩm Flavourzyme pHopt = 6,0; Topt = 500C, hoạt lực: 500 LAPU/g 2.1.5 Thiết bị dùng trong nghiên cứu  Tủ sấy  Cân điện tử  Cân sấy hồng ngoại  Bể điều nhiệt  Thiết bị lọc chân không  Một số dụng cụ khác 20 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Nấm mèo Xử lý hỗn hợp nấm mèo bằng nước nóng Xử lý hỗn hợp nấm mèo bằng dung dịch acid Xử lý hỗn hợp nấm mèo bằng Flavournzyme Khảo sát quá trình sấy Bột nấm mèo Sơ đồ 2.1. Sơ đồ nghiên cứu Các hàm mục tiêu cần khảo sát:  Hiệu suất thu hồi chất chiết  Hàm lượng protid  Hàm lượng đường tổng  Hàm lượng phenol tổng  Hàm lượng xơ hòa tan So sánh giữa các phương pháp 21 2.2.2 Quy trình xử lý nguyên liệu nấm mèo thu dịch trích Nấm mèo Loại tạp chất Nghiền thô 0,5 mm Trích ly bằng nước nóng Trích ly bằng dung dịch acid citric Trích ly bằng enzyme Dịch trích ………………….. Sơ đồ 2.2. Quy trình trích ly một số thành phần dinh dưỡng từ nấm mèo Nguyên liệu nấm mèo được mua về sẽ được loại tạp chất, nghiền thô để tăng diện tích tiếp xúc của nấm mèo với dung dịch giúp quá trình trích ly tốt hơn. Sau đó, tiến hành trích ly nấm mèo bằng các dung dịch, enzyme và được bố trí với các khoảng thời gian và nhiệt độ nhất định, chọn ra mẫu có hiệu suất trích ly cao nhất. 2.2.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình trích ly bằng nước nóng Bố trí thí nghiệm  Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 2 nhân tố nhiệt độ (N) và thời gian (T) và 3 lần lặp lại.  Khối lượng nguyên liệu sử dụng 2 g; lượng dung môi sử dụng 40 ml  Nhiệt độ trích ly: N1: 600C N 2: 700C N 3: 800C N4:900C  Thời gian trích ly: T1: 55 phút ; T2: 70 phút ; T3: 85 phút ; T4: 100 phút; 22 T5: 115 phút  Số nghiệm thức: (4 x 5) x 3 = 60 Sơ đồ thí nghiệm Nấm mèo Tách tạp chất Nghiền thô 0,5 mm Xử lý bằng nhiệt độ Thành phẩm N 2 N1 T1 T2 T3 T4 T5 N3 nh phẩm T1 T2 T3 Tphẩm T1 T2 T3 T4 T5 4 T5 m N4 N5 T1 T2 T3 T4 T5 T1 T2 T3 T4 T5 Dịch trích .............................. Sơ đồ 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm trích ly bằng nước nóng  Chọn mẫu có hiệu suất trích ly cao nhất khảo sát các hàm mục tiêu:  Hàm lượng protid  Hàm lượng đường tổng  Hàm lượng phenol tổng  Hàm lượng xơ hòa tan