Tài liệu Nâng cao hiệu suất trích ly dịch quả từ trái quách bằng phương pháp enzyme ứng dụng trong sản xuất thức uống (limonia acidissima l.)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- PHẠM BẢO NGUYÊN NÂNG CAO HIỆU SUẤT TRÍCH LY DỊCH QUẢ TỪ TRÁI QUÁCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT THỨC UỐNG (Limonia acidissima L.) Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 605402 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đống Thị Anh Đào……………... Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. Nguyễn Thúy Hương ........................ Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Nguyễn Hữu Phúc ..................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 12 tháng 01năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. Trần Công Luận - Chủ tịch 2. PGS.TS. Nguyễn Thúy Hương - Phản biện 1 3. TS. Nguyễn Hữu Phúc - Phản biện 2 4. TS. Trần Bích Lam - Ủy viên 5. TS. Trần Thị Ngọc Yên - Ủy viên thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Bảo Nguyên MSHV:13110566 Ngày, tháng, năm sinh: 11/12/1982 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Công Nghệ thực phẩm Mã số: 60 54 02 I. TÊN ĐỀ TÀI: Nâng cao hiệu suất trích ly dịch quả từ trái quách (Limonia acidissima L.) bằng phương pháp enzyme ứng dụng trong sản xuất thức uống II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát một số thành phần trong trái quách. - Xác định tỷ lệ cellulase/pectinase và tỷ lệ pha loãng thích hợp cho quá trình thủy phân. - Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thích hợp cho quá trình thủy phân và tối ưu hóa các yếu tố này. - Đánh giá sự biến đổi của phenolic, hoạt tính chống oxi hóa từ nguyên liệu thịt quả đến sản phẩm bột quách. - Đánh giá chất lượng bột quách sấy phun: Cảm quan, dinh dưỡng, vi sinh. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 7/7/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/12/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO Tp. HCM, ngày 14 tháng 12 năm 2014. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký) Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt kết quả công trình nghiên cứu này, lời đầu tiên tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa kỹ thuật hóa học, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tạo tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị và cơ sở vật chất giúp tôi thực hiện đề tài đúng tiến độ. Cám ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã truyền đạt những kinh nghiệm quý báu trong thời gian qua, đặc biệt là cô PGS.TS Đống Thị Anh Đào đã tận tình hướng dẫn và có những định hướng tốt nhất giúp tôi giải quyết các vấn đề nghiên cứu một cách hiệu quả nhất. Bên cạnh đó tôi cũng xin cảm ơn các em sinh viên trong phòng thí nghiệm đã có những chia sẻ về những dụng cụ, thiết bị cần thiết trong thời gian thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và cơ quan công tác đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt bài luận văn này. Trân trọng cảm ơn, TP.HCM, ngày 23 tháng 12 năm 2014 Phạm Bảo Nguyên TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, các điều kiện khai thác tối ưu cho việc thu hồi chất khô từ thịt quả trái quách bằng cellulase và pectinase đã được tối ưu hóa bởi phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM). Các biến độc lập được khảo sát là pH (x1: 3.95.1), nhiệt độ (x2: 4060oC), tổng nồng độ cellulase và pectinase (x3: 0.42.0% v/dwt) (với tỷ lệ cellulase/pectinase là 1/1) và thời gian thủy phân (x4: 30180 phút). Kết quả phân tích ANOVA cho thấy rằng các biến có ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi chất khô (H (%)) của quá trình trích ly dịch quả. Các giá trị tối ưu cho quá trình thủy phân của các biến x1, x2, x3, x4 lần lượt là tại pH: 4.2, nhiệt độ: 45oC, tổng nồng độ cellulase và pectinase: 1.6% v/dwt, thời gian thủy phân: 120 phút. Khi đó H (%) theo dự đoán từ mô hình là 54.76%. Kết quả này không có sự khác biệt ý nghĩa so với giá trị thực nghiệm đạt được H (%): 54.690.12% (p < 0.05), tăng 20.89% so với quá trình trích ly không sử dụng enzyme. Bên cạnh đó hiệu suất thu hồi carbohydrate đạt 87.74%. Ngoài ra các hợp chất phenolic, hoạt tính chống oxi hóa DPPH, ABTS, carotene thu được lần lượt là 106.72.6 (mgGAE), 67.10.6 (mgTEAC), 102.10.6 (mgTEAC) và 86.615.0 (mg), tương ứng tăng 41.0%, 30.2%, 40.3% và 22.2% so với quá trình trích ly không sử dụng enzyme. Các thí nghiệm được lặp lại ba lần. Từ dịch quả thu được, tiến hành sấy phun ở 160oC, lưu lượng nạp liệu mức 6 (tương đương 5.4 ml/phút), áp lực nén 3bar, bổ sung maltodextrin vào dịch lọc quách đến 22% chất khô cho sản phẩm có độ ẩm đạt 4.670.31%, đồng thời các hợp chất phenolic, DPPH, ABTS, carotene giảm không đáng kể so với dịch quả đem sấy, sản phẩm bột thu được đạt an toàn về vi sinh vật. Đồng thời bột có màu sáng, ít dính. Dịch hoàn nguyên từ bột quách sau khi đã bổ sung 11% đường saccharose 0.1% acid citric, 0.1% acid ascorbic đáp ứng tốt được thị hiếu của người tiêu dùng là 100 sinh viên, kết quả đạt được điểm yêu thích chung 4.520.5 trên thang điểm 5. ABSTRACT In this study, the optimum conditions for the recovery of dry matter extraction in Limonia acidissima (L. acidissima) pulp from hydrolysis by the catalysis of cellulase and pectinase were optimized by response surface methodology (RSM). The independent variables were viz. pH (x1: 3.95.1), incubation temperature (x2: 40  60oC), the total concentration of cellulase and pectinase (x3: 0.42.0% v/dwt), (the ratio of cellulase/pectinase was 1/1), and hydrolysis time (x4: 30180 minutes). The results of ANOVA analysis showed that the variables affected the performance of dry matter recovery in L. acidissima pulp extraction process. The optimal conditions for the hydrolysis of the variables x1, x2, x3, x4 were derived at pH: 4.2, 45oC, 1.6% v/dwt, 120 minutes, respectively for performance in the prediction of model was 54.76%. This result was no significant difference compared with the experimental values (54.690.12%, p < 0.05), an average dry matter yield increase was 20.89% compared with the performance obtained from non-enzymatic extraction. Besides, the performance of carbohydrates recovered was 87.74%. In addition, total phenolic content, DPPH and ABTS radical scavenging activity, carotene content were found at 106.72.6 (mgGAE), 67.10.6 (mgTEAC), 102.10.6 (mgTEAC) and 86.615.0 (mg), the average increases 41.0%, 30.2%, 40.3% and 22.2% respectively compared with the process without enzymes. The samples were analyzed in triplicates. Then the juice was dried at: inlet temperature at 160oC, the feed rate of the spray drying process was 5.4 ml/minute, pressure of 3 bars, maltodextrin was added in juice with total solids of 22%. The results showed that the moisture contents of the powders were in the range of 4.455.07%. The powder product showed that it was not only better retention of phenolic, carotene content, DPPH and ABTS radical scavenging activity but also safety of microorganisms, less stickiness and bright colors. The sensory was evaluated using 5-point scale test for juice from dried powder (adding in amounts of 11% saccharose, 0.1% citric acid, 0.1% ascorbic acid) by 100 panelists who were the students, the results for the overall favorite level reached 4.52 points in comparison with the total scale of 5 MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................. i DANH MỤC BẢNG............................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... v CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 2.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................... 2 1.3 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................... 2 1.4 Nội dung nghiên cứu:.................................................................................................. 2 1.5Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ................................................................................................ 4 2.1 Tổng quan về cây quách. ............................................................................................ 4 2.1.1 Phân loại khoa học ............................................................................................... 4 2.1.2 Phân bố và đặc điểm ............................................................................................ 4 2.1.3 Thành phần của quách ........................................................................................ 5 2.1.4 Một số nghiên cứu về trái quách .......................................................................... 8 2.2 Tổng quan về enzyme ................................................................................................. 9 2.2.1 Cơ sở của việc chọn kết hợp hai enzyme làm đối tƣợng nghiên cứu để thủy phân thịt quả quách ....................................................................................................... 9 2.2.2 Cellulose và cellulase ........................................................................................... 9 2.2.3 Pectin và pectinase ............................................................................................. 16 2.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của enzyme ............................................. 21 2.3 Tổng quan maltodextrin ........................................................................................... 22 2.4 Tổng quan về sấy phun ............................................................................................. 24 2.4.1 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun ............................................................. 24 2.4.2 Ƣu điểm của quá trình sấy phun ........................................................................ 24 2.4.3 Nhƣợc điểm của quá trình sấy phun .................................................................. 25 2.4.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy phun: .................................................. 25 2.4.5 Một số nghiên cứu ứng dụng của sấy phun trong sản xuất thực phẩm: ............. 25 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 28 3.1 Nguyên vật liệu ......................................................................................................... 28 3.1.1 Nguyên liệu trái quách ....................................................................................... 28 3.1.2 Enzyme .............................................................................................................. 28 3.1.3 Maltodextrin:..................................................................................................... 28 3.1.4 Hóa chất ............................................................................................................. 28 3.2 Dụng cụ và thiết bị .................................................................................................... 29 3.2.1 Dụng cụ .............................................................................................................. 29 3.2.2 Thiết bị ............................................................................................................... 29 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 30 3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................... 30 3.3.2 Quy trình trích ly dịch quả bằng enzyme ........................................................... 31 3.3.3 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm thủy phân thịt quả quách: ................................. 33 3.3.4 Sấy phun nguyên liệu dịch lọc quách từ điều kiện thủy phân tối ƣu ................. 38 3.3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu: ................................................................................ 39 3.3.6 Các phƣơng pháp phân tích ............................................................................... 39 i CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................ 40 4.1 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng; tỷ lệ thịt quả, vỏ, hạt và xơ sợi, trong trái quách ............................................................................................................... 40 4.1.1 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng trong thịt quả quách ............. 40 4.1.2 Kết quả xác định tỷ lệ thịt quả, vỏ, hạt và xơ sợi ............................................... 41 4.2 Kết quả xác định tỷ lệ cellulase/pectinase xúc tác cho quá trình thủy phân thịt quả quách ............................................................................................................................... 42 4.3 Kết quả xác định tỷ lệ pha loãng thích hợp cho quá trình thủy phân thịt quả quách 44 4.4 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy phân thịt quả quách ...... 46 4.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH trong quá trình thủy phân đến H (%) thịt quả quách. ................................................................................................................... 46 4.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%) thịt quả .......... 47 4.4.3 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ enzyme thủy phân đến H (%) thịt quả và hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa ........................................................ 48 4.4.4 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến H (%) thịt quả, hàm lƣợng phenolic và hoạt tính chống oxi hóa ................................................................. 52 4.4.5 Kết quả tối ƣu các điều kiện thủy phân bằng cellulase và pectinase ................. 55 4.4.6 Kết quả kiểm chứng giá trị dự đoán H (%) tối ƣu từ mô hình với giá trị thực nghiệm......................................................................................................................... 58 4.5 Kết quả đánh giá chất lƣợng bột quách sấy phun ..................................................... 63 4.5.1 Kết quả khảo sát sự biến đổi hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo nhiệt độ sấy. ................................................................................................................ 63 4.5.2 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng và các chỉ tiêu vi sinh của bột quách ........................................................................................................................... 65 4.5.3 Kết quả kiểm tra vi sinh vật trong bột quách ..................................................... 66 4.5.4 Kết quả đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột quách ............................. 66 4.6 Kết quả đánh giá sự biến đổi một số thành phần dinh dƣỡng quan trọng từ nguyên liệu đến sản phẩm bột quách sấy phun............................................................................ 70 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 73 5.1 Kết luận ..................................................................................................................... 73 5.2 Kiến nghị ................................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO … .............................................................................................. 75 PHỤ LỤC............................................................................................................................ 81 Phụ lục A: Các phƣơng pháp phân tích .......................................................................... 81 Phụ lục B: Các giá trị phân tích, thực nghiệm ................................................................ 94 Phụ lục C: Các bảng thống kê. ...................................................................................... 111 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần trong 100g thịt quả và hạt quách tƣơi ............................................... 5 Bảng 2.2 Hàm lƣợng các thành phần trong thịt quả quách khô .......................................... 6 Bảng 2.3 Hàm lƣợng các aminoacid trong thịt quả ............................................................. 7 Bảng 2.4 Phân loại cellulase .............................................................................................. 11 Bảng 2.5 Hoạt tính cụ thể trên các cơ chất khác nhau của cellulase từ T.reesei ............... 14 Bảng 2.6 Thành phần các phân tử trong maltodextrin với các chỉ số DE khác nhau: ....... 23 Bảng 2.7 Tóm tắc một số công trình nghiên cứu khác về sấy phun .................................. 27 Bảng 3.1 Bảng quy hoạch cấu trúc có tâm xoay cấp hai, bốn yếu tố ................................ 36 Bảng 3.2 Giá trị tâm và bƣớc nhảy trong thí nghiệm tối ƣu quá trình thủy phân .............. 37 Bảng 4.1 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g thịt quả quách theo số liệu phân tích ........ 40 Bảng 4.2 Tỷ lệ các thành phần trong trái quách ................................................................ 41 Bảng 4.3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ enzyme sử dụng để thủy phân đến H (%) của quá trình thủy phân thịt quả quách .................................................................................................... 42 Bảng 4.4 Kết quả H (%) theo tỷ lệ pha loãng ................................................................... 44 Bảng 4.5 Kết quả H (%) theo pH ...................................................................................... 46 Bảng 4.6 Kết quả H (%) theo nhiệt độ thủy phân ............................................................. 47 Bảng 4.7 Kết quả H (%), phenolic, DPPH, ABTS theo nồng độ enzyme ......................... 48 Bảng 4.8 Kết quả H (%), phenolic, DPPH, ABTS theo thời gian thủy phân .................... 53 Bảng 4.9 Kết quả H (%) theo các yếu tố pH, nhiệt độ , nồng độ enzyme và thời gian thủy phân khi tiến hành thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm ............................................. 55 Bảng 4.10 Hệ số phƣơng trình hồi quy và độ tin cậy của các hệ số tƣơng ứng với các yếu tố của quá trình thủy phân bằng enzyme ........................................................................... 56 Bảng 4.11 H (%) từ phƣơng trình hồi quy và thực nghiệm .............................................. 58 Bảng 4.12 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g thịt quả và dịch lọc thu từ 100g thịt quả . 60 Bảng 4.13 Kết quả hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo các nhiệt độ sấy khác nhau. .......................................................................................................................... 63 Bảng 4.14 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng trong bột quách ................... 65 Bảng 4.15 Kết quả xác định một số chỉ tiêu vi sinh trong bột quách ................................ 66 Bảng 4.16 Kết quả đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột quách theo phƣơng pháp cho điểm thị hiếu . .............................................................................................................. 66 Bảng 4.17 Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu cảm quan sau khi điều chỉnh độ chua, độ ngọt ............................................................................................................................................ 68 Bảng 4.18 Khối lƣợng các thành phần carotene, phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp DPPH và ABTS trong các nguyên liệu khảo sát ......................................... 70 iii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cây quách.............................................................................................................. 7 Hình 2.2 Các liên kết (l,4)-glucoside giữa các phân tử D-glucose .................................... 10 Hình 2.3 Sự hình thành cầu nối hydro trong chuỗi ............................................................ 10 Hình 2.4 Cơ chế thủy phân cellulose ................................................................................. 12 Hình 2.5 Cơ chế enzyme thủy phân cellulose ................................................................... 13 Hình 2.6 Cấu trúc của pectin trong tế bào thực vật ........................................................... 16 Hình 2.7 Cấu tạo phân tử pectin……………………………………………………...…..17 Hình 2.8 Cơ chế tác động của pectinase vào phân tử pectin ............................................ 19 Hình 4.1 Tỷ lệ các thành phần trong trái quách ................................................................. 41 Hình 4.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ cellulase/pectinase sử dụng để thủy phân ......................... 42 Hình 4.3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ pha loãng đến H (%)thịt quả quách ................................... 45 Hình 4.4 Ảnh hƣởng của pH trong quá trình thủy phân đến H (%)thịt quả quách. ........... 46 Hình 4.5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%) từ thịt quả quách. ...................... 47 Hình 4.6 Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme thủy phân đến H (%). ..................................... 49 Hình 4.7 Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến hàm lƣợng phenolic................................. 49 Hình 4.8 Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp DPPH và ABTS. ................................................................................................................ 50 Hình 4.9 Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến H (%) từ thịt quả quách ...................... 53 Hình 4.10 Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hàm lƣợng phenolic. ......................... 53 Hình 4.11 Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp DPPH và ABTS………..……………………………………………………….….53 Hình 4.12 Ảnh hƣởng của pH và nhiệt độ thủy phân đến H (%) dịch quả trái quách ....... 57 Hình 4.13 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến H (%) dịch quả trái quách .................................................................................................................................. 58 Hình 4.14 H (%) từ phƣơng trình hồi quy và thực nghiệm ................................................ 59 Hình 4.15 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g thịt quả và dich lọc thu từ 100g thịt quả . 61 Hình 4.16 Hiệu suất thu hồi các thành phần dinh dƣỡng trong dịch trích sau thủy phân ở điều kiện tối ƣu .................................................................................................................. 61 Hình 4.17 Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến hàm lƣợng phenolic, DPPH và ABTS. ........ 64 Hình 4.18 Điểm cảm quan theo phép thử thị hiếu. ............................................................ 68 Hình 4.19 Tỷ lệ phần trăm của các mức điểm thị hiếu ứng với từng chỉ tiêu cảm quan ... 69 Hình 4.20 Sự biến đổi hàm lƣợng carotene, phenolic và hoạt tính chống oxi hóa trong 100g nguyên liệu thịt quả quách đến sản phẩm bột quách….............................................71 Hình 4.21 Trái quách và sản phẩm bột quách sấy phun ………………………………..72 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT 1 2 3 4 5 6 7 VIẾT TẮT ANOVA AOAC B. cereus CFU DPPH %v/dwt GAE/L 8 9 10 11 12 13 14 H (%) LSD mM MD ISO RSM TEAC 15 16 17 TSVSVHK TSNM-M WPI VIẾT ĐẦY ĐỦ Analysis of variance- Phân tích phƣơng sai Association of Official Analytical Chemists Bacillus cereus Colony Forming Unit - Đơn vị khuẩn lạc 2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl %volume/dry weight - % thể tích/khối lƣợng chất khô Gallic acid equivalent/Lit - Hàm lƣợng acid gallic tƣơng đƣơng/Lit Hiệu suất thu hồi chất khô Least Significance Difference – Sự khác biệt ý nghĩa mili mol/lit Maltodextrin International Organization for Standardization Response surface Modeling - Mô hình bề mặt đáp ứng Trolox Equivalent Antioxidant Capacity – Khả năng chống oxi hóa tƣơng đƣơng trolox Tổng số vi sinh vật hiếu khí Tổng số nấm men mấm mốc Whey protein isolate v CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 2.1 Đặt vấn đề Trái quách là một loại trái cây đặc sản của tỉnh Trà Vinh. Cây quách được trồng nhiều ở một số tỉnh của Đồng bằng Sông Cửu Long, nhiều nhất là ở Trà Vinh. Năng suất thu hoạch loại trái cây này rất cao. Một cây quách 10 năm tuổi có thể cho từ 200-300 trái/năm, trái to có thể nặng trên 0.5kg. Nếu như trước đây, mỗi nhà chỉ trồng một vài cây quách tạo bóng mát trước sân, nay nhiều gia đình đã trồng cây trong vườn hoặc chuyển đổi những thửa ruộng năng suất thấp sang trồng quách. So với các loại cây khác, quách dễ trồng, là loại cây thích hợp với đất giồng, trảng nắng, cây phát triển nhanh mà không cần sử dụng phân bón. Quách tuy không có hương thơm như nhiều loại trái cây khác, nhưng có vị rất đặc biệt, vừa có vị chua, lại vừa có vị ngọt tạo nên tính đặc sắc của loại trái cây này. Quách không chỉ là loại trái cây đặc sắc về hương vị mà còn có giá trị dinh dưỡng cao. Bên cạnh các thành phần dinh dưỡng cơ bản như carbohydrate, chất đạm, béo, trong trái quách còn có canxi, phôt pho, sắt và các thành phần có lợi cho sức khỏe như carotene, thiamine, vitamin C, pholiphenol, alkaloid, flavonoid, terpenoid và tannin,… [1] [2]. Dù năng suất thu hoạch rất cao và có giá trị dinh dưỡng, nhưng giá thành trái quách rất thấp. Do tập quán sử dụng trái quách chín dạng tươi, chủ yếu là dùng với đá, nên các sản phẩm từ trái quách chưa được biết đến rộng rãi. Thực trạng này là do hiện nay chưa có áp dụng công nghệ vào sản xuất để đa dạng hóa sản phẩm từ trái quách trên thị trường. Trên thế giới, nhiều công trình nghiên cứu về trái quách đã được tiến hành chủ yếu nghiên cứu về các thành phần có lợi từ trái quách. Việc sử dụng trái quách đúng mức sẽ mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe bởi sự có mặt của các chất chống oxi hóa, phenol, flavonoid [3] [4] [5] [2] [6]. Trước tình hình đó, việc triển khai đề tài “Nâng cao hóa hiệu suất trích ly trái quách (Limonia acidissima L) bằng hệ enzyme cellulase/pectinase trong sản xuất thức uống” nhằm góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ trái quách, kéo dài thời gian 1 bảo quản và tạo ra sản phẩm mới tiện dụng, dinh dưỡng. Đây là hướng nghiên cứu mới có nhiều triển vọng góp phần vào việc phát triển sản phẩm từ trái quách và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Đồng thời kết quả tối ưu các điều kiện của quá trình thủy phân sẽ mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho loại trái cây đặc sản này. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nâng cao hiệu suất trích dịch quả từ trái quách bằng enzyme. Sản xuất thử nghiệm sản phẩm bột quách sấy phun. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột quách sấy phun và sự biến đổi các hợp chất có lợi như hàm lượng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa trong tiến trình nghiên cứu. 1.3 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu này được thực hiện với quy mô phòng thí nghiệm, đối tượng nghiên cứu là trái quách được mua tại tỉnh Trà Vinh. Enzyme cellulase và pectinase sử dụng cho nghiên cứu từ hãng Novozymes Đan Mạch được mua tại công ty BrennTag Việt Nam, TP. HCM). 1.4 Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu này tập trung các nội dung sau: Tổng quan tài liệu về trái quách, enzyme dùng trong thủy phân thịt quả. Phân tích một số thành phần cơ bản trái quách, hoạt tính enzyme cellulase, pectinase. Khảo sát hiệu quả của việc kết hợp cellulase và pectinase với các tỷ lệ khác nhau trong quá trình thủy phân thịt quả từ trái quách. Khảo sát tỷ lệ pha loãng thích hợp cho quá trình thủy phân. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian đến quá trình thủy phân và tối ưu các yếu tố này. Đánh giá chất lượng bột quách sấy phun từ dịch quả của quá trình thủy phân tối ưu: thành phần dinh dưỡng, cảm quan, vi sinh. Đánh giá sự thay đổi thành phần phenolic, carotene, hoạt tính chống oxi hóa từ nguyên liệu thịt quả quách, dịch quả thủy phân đến bột quách sấy phun. 2 1.5 Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả trích ly dịch quả từ trái quách, ứng dụng cho sản xuất bột quách sấy phun. Bên cạnh đó, dịch quả thu được có thể ứng dụng để sản xuất nhiều sản phẩm khác như rượu vang, nước quách thanh trùng, mứt đông,… 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về cây quách. 2.1.1 Phân loại khoa học Cây quách có tên khoa học là: Limonia acidissima L. (Tên gọi khác là Feronia elephantum, Feronia limonia, Hesperethusa crenulat, Hesperethusa crenulata, Schinus limonia) là một loài duy nhất trong chi Limonia, họ Rutaceae. Tên tiếng Anh là wood-apple, elephant-apple, monkey fruit, and curd fruit; tên ở Ấn độ: Kaitha, Kath Bel hoặc Kabeet; Malaysia: Belingai; Ở Campuchia: Kvet và nhiều tên gọi khác. 2.1.2 Phân bố và đặc điểm Cây quách có nguồn gốc ở Bangladesh, Ấn Độ, Pakistan, Sri Lanka, Indonesia, Malaysia, là loại cây thân gỗ, cây lớn cao tới 9 mét. Quả có đường kính 5-9 cm, với lớp vỏ cứng, dày bên ngoài chứa thịt quả màu nâu dính và hạt nhỏ màu trắng bên trong. Thịt quả chưa chín có vị chát, nồng, khi chín có hương vị chua và ngọt. Trái quách đã có mặt trên đất Trà Vinh từ hơn nửa thế kỷ, nay được trồng nhiều ở huyện Cầu Kè tỉnh Trà Vinh và nhiều tỉnh khác. Quách bán nhiều ở Trà Vinh, Bạc Liêu, Bến Tre, Tiền Giang, Tây Ninh và cả ở thành phố Hồ Chí Minh. Cây trồng khoảng bảy năm thì cho trái. Cây quách lớn cho hàng trăm trái mỗi năm, mùa thu hoạch trái bắt đầu từ tháng 10 đến tháng 12 âm lịch. Quách bắt đầu chín thì tự rụng. Dù rơi từ trên cao xuống nhưng quách không giập vỡ vì vừa chớm chín, trái còn rắn và được bảo vệ bởi lớp vỏ dày và cứng. Cách ăn trái quách ăn khá đơn giản, pha trộn thành một loại đồ uống, hoặc chế biến thành mứt đông. Thịt quả có thể ăn trực tiếp hoặc trộn với đường, hoặc ngâm rượu sử dụng như một loại nước giải khát, hoặc đông lạnh như kem, sản xuất kẹo,... Ở Thái Lan, lá non được dùng như một loại salad; ở Ấn Độ thịt quả chín thường ăn với đường hoặc đường thốt nốt; ở Indonesia thịt quả chín đánh trộn với đường cọ và ăn như bữa điểm tâm. Ở Campuchia quách được trồng rất nhiều và người dân thường ăn trái non với muối. 4 Hình 2.1: Cây quách 2.1.3 Thành phần của quách Bảng 2.1 Thành phần trong 100g thịt quả và hạt quách tươi Thành phần [7] Thịt quả Hạt Hàm lượng ẩm 74.0% 4.0% Protein 8.00% 26.18% Chất béo 1.45% 27% Carbohydrate 7.45% 35.49% Tro) 5.0% 5.03% Canxi 0.17% 1.58% Phôt pho 0.08% 1.43% Sắt 0.07% 0.03% Tannin 1.03% 0.08% Acid tổng số 0.3-0.8% Vitamin C 8-10 mg/l 5 Bảng 2.2 Hàm lượng các thành phần trong thịt quả quách khô Thành phần Tỷ lệ trong bột khô (%)[1] Ẩm 6.4 Tro 5.28 Protein 13.8 Fat 4.3 Carbohydrate 70 Chất xơ 1.7 Khoáng (g/g) P 1137.35 Mg 852.5 Ca 711.8 Fe 23 Zn 23.84 Cu 23.84 Mn 3.64 Se 0.768 Vitamin (g/g) Vitamin C 180 Riboflavin 0.23 Thiamine 0.31 Beta-carotene 0.04 Bột quách sấy khô ở nhiệt độ 40oC đến khi đạt độ ẩm 6.4% cho thấy rất giàu carbohydrate (70,14%), một lượng đáng kể của protein (13,8%), trong khi hàm lượng chất xơ của nó khá cao có tác dụng phòng ngừa các rối loạn đường tiêu hóa do loạn khuẩn [8], đồng thời góp phần làm giảm cholesterol trong máu, giúp hấp thụ các kim loại nặng từ thức ăn. Chất xơ tan còn là thức ăn cho các vi khuẩn có lợi ở đường ruột tăng khả năng lên men của vi khuẩn ở ruột già, đồng thời ngăn cản sự hấp thu các độc chất có trong thức ăn thẩm thấu, gắn kết với các cholesterol 6 và thải trừ chúng ra khỏi cơ thể giúp phòng chống tăng cholesterol trong máu và phòng chống ung thư trực tràng [9]. Bột có hàm lượng chất béo thấp (4,38%) nên nó mang lại giá trị dinh dưỡng lý tưởng cho người thừa cân. Giá trị năng lượng của bột khô đã được tính toán và giá trị thu được là 375,18 kcal. Trong bột còn có canxi, magiê, sắt và kẽm chiếm tỷ lệ khá cao, một lượng phosphor có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành xương và các hoạt động trao đổi chất thiết yếu khác của cơ thể. Canxi đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo độ cứng cho bộ xương ngoài tham gia trong các chức năng thần kinh cơ, đông máu, và nhiều quá trình trao đổi chất khác. Kẽm từ bột có tác dụng chống oxi hóa giúp cải thiện tốt bệnh tiểu đường. Hàm lượng ascorbic acid (180µg/ g chất khô) khá cao có tác dụng chống oxi hóa và tăng sức đề kháng cho cơ thể. Hiệu quả kháng histamin của nó có thể giảm thiểu sự hình thành của chất gây ung thư từ chế độ ăn uống và có thể được sử dụng như thuốc thảo dược để điều trị cảm lạnh thông thường và các bệnh khác như ung thư tuyến tiền liệt. Sự hiện diện của vitamin B1 và B2 giúp cho quá trình chuyển hóa carbohydrate thành năng lượng và đây cũng là điều cần thiết cho sự tăng trưởng, sản xuất các tế bào máu đỏ, làm cho da và đôi mắt khỏe mạnh. Ngoài ra beta-carotene (tiền chất của vitamin A) cũng giúp xây dựng và duy trì răng, xương và màng nhầy [1]. Trong protein của trái quách có chứa đầy đủ các acid amin không thay thế và nhiều acid amin khác như được thể hiện trong bảng 2.3: Bảng 2.3 Hàm lượng các aminoacid trong thịt quả. Amino acid Aspartic acid Alanine Tyrosine Proline Isoleucine Phenylalanine Tryptophan Glycine Valine Leucine Histidine Hàm lƣợng (mg/100 g dwt) [3] 104.16 169.82 605.19 639.04 2870.41 984.15 1154.51 152.23 471.53 176.06 414.95 7 2.1.4 Một số nghiên cứu về trái quách Tình hình nghiên cứu trong nước: Đã có nghiên cứu về một số tính chất đặc trưng của trái quách và khả năng chế biến nước quách lên men [10]. Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Lá, vỏ và trái cây có giá trị dược liệu và sử dụng làm thuốc truyền thống trong nhiều thế kỷ do có chứa chất kháng sinh [11] [12], kháng nấm [12], chống viêm [13]. Việc sử dụng trái quách đúng mức sẽ mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe bởi sự có mặt của các chất có hoạt tính sinh học như các hợp chất chống oxi hóa, phenol và flavonoid [3] [4] [5], các hợp chất phenolic, ankaloid, coumarin, flavonoid, terpenoid, caroteneoid và vitamin C [2] [6]. Sự hiện diện của các hợp chất chống oxi hóa trong trái quách giúp làm giảm các gốc tự do trong tế bào, gốc tự do là nguyên nhân căn bản của sự lão hóa do làm hư hại các DNA, gây ra đột biến, ung thư và nhiều bệnh tật khác [14] [15]. Trong y học dân gian Ấn Độ, trái quách được sử dụng như thuốc lợi tiểu, chống viêm, hạ sốt, giảm đau và hoạt tính kháng khuẩn [3] [16], khả năng chữa bệnh kiết lỵ, tiêu chảy [17]. Bên cạnh đó cũng đã có những nghiên cứu khác về tác dụng chữa bệnh như: Khả năng làm giảm đường huyết trên chuột từ dịch chiết của trái quách; điều này có liên quan đến khả năng ức chế men aldose reductase: Men này có nhiệm vụ chuyển glucose máu thành sorbitol – một hợp chất liên quan chặt chẽ với sự tiến triển các biến chứng của đái tháo đường [18]. Tiểu đường là một bệnh mãn tính chủ yếu gây ra bởi sự cân bằng chuyển hóa glucose. Bệnh được đặc trưng bởi tăng lượng đường huyết, tăng lipid máu và suy tiết insulin nội sinh. Tình trạng này do sự sụt giảm đáng kể trong chất chống oxy hóa bẩm sinh ở bệnh nhân đái tháo đường và tăng lên đồng thời của stress oxy hóa đóng một vai trò quan trọng trong sinh bệnh học. Các gốc tự do được hình thành quá mức dẫn đến thiệt hại của các bào quan và các enzyme, tăng peroxide hóa lipid, rối loạn chức năng tế bào β, … Bệnh có hai loại: loại 1 là do rối loạn hệ thống điều hòa miễn dịch, và phương pháp điều trị cơ bản là cung cấp insulin trong khi loại 2 chủ yếu là do kháng 8