Header Page of 126 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 Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 2.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu: 1.5Ứng dụng kết nghiên cứu đề tài CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan quách 2.1.1 Phân loại khoa học 2.1.2 Phân bố đặc điểm 2.1.3 Thành phần quách 2.1.4 Một số nghiên cứu trái quách 2.2 Tổng quan enzyme 2.2.1 Cơ sở việc chọn kết hợp hai enzyme làm đối tƣợng nghiên cứu để thủy phân thịt quách 2.2.2 Cellulose cellulase 2.2.3 Pectin pectinase 16 2.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính enzyme 21 2.3 Tổng quan maltodextrin 22 2.4 Tổng quan sấy phun 24 2.4.1 Cơ sở khoa học trình sấy phun 24 2.4.2 Ƣu điểm trình sấy phun 24 2.4.3 Nhƣợc điểm trình sấy phun 25 2.4.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình sấy phun: 25 2.4.5 Một số nghiên cứu ứng dụng sấy phun 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 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 enzyme 31 3.3.3 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm thủy phân thịt 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 Footer Page of 126 i Header Page of 126 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40 4.1 Kết xác định số thành phần dinh dƣỡng; tỷ lệ thịt quả, vỏ, hạt xơ sợi, trái quách 40 4.1.1 Kết xác định số thành phần dinh dƣỡng thịt quách 40 4.1.2 Kết xác định tỷ lệ thịt quả, vỏ, hạt xơ sợi 41 4.2 Kết xác định tỷ lệ cellulase/pectinase xúc tác cho trình thủy phân thịt quách 42 4.3 Kết xác định tỷ lệ pha loãng thích hợp cho trình thủy phân thịt quách 44 4.4 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân thịt quách 46 4.4.1 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH trình thủy phân đến H (%) thịt quách 46 4.4.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ thủy phân đến H (%) thịt 47 4.4.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ enzyme thủy phân đến H (%) thịt hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa 48 4.4.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến H (%) thịt quả, hàm lƣợng phenolic hoạt tính chống oxi hóa 52 4.4.5 Kết tối ƣu điều kiện thủy phân cellulase pectinase 55 4.4.6 Kết kiểm chứng giá trị dự đoán H (%) tối ƣu từ mô hình với giá trị thực nghiệm 58 4.5 Kết đánh giá chất lƣợng bột quách sấy phun 63 4.5.1 Kết khảo sát biến đổi hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo nhiệt độ sấy 63 4.5.2 Kết xác định số thành phần dinh dƣỡng tiêu vi sinh bột quách 65 4.5.3 Kết kiểm tra vi sinh vật bột quách 66 4.5.4 Kết đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột quách 66 4.6 Kết đánh giá biến đổi số thành phần dinh dƣỡng quan trọng từ nguyên liệu đến sản phẩm bột quách sấy phun 70 CHƢƠNG 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 Footer Page of 126 ii Header Page of 126 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần 100g thịt hạt quách tƣơi Bảng 2.2 Hàm lƣợng thành phần thịt quách khô Bảng 2.3 Hàm lƣợng aminoacid thịt Bảng 2.4 Phân loại cellulase 11 Bảng 2.5 Hoạt tính cụ thể chất khác cellulase từ T.reesei 14 Bảng 2.6 Thành phần phân tử maltodextrin với số DE khác nhau: 23 Bảng 2.7 Tóm tắc số công trình nghiên cứu khác 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 bƣớc nhảy thí nghiệm tối ƣu trình thủy phân 37 Bảng 4.1 Thành phần dinh dƣỡng 100g thịt quách theo số liệu phân tích 40 Bảng 4.2 Tỷ lệ thành phần trái quách 41 Bảng 4.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ enzyme sử dụng để thủy phân đến H (%) trình thủy phân thịt quách 42 Bảng 4.4 Kết H (%) theo tỷ lệ pha loãng 44 Bảng 4.5 Kết H (%) theo pH 46 Bảng 4.6 Kết H (%) theo nhiệt độ thủy phân 47 Bảng 4.7 Kết H (%), phenolic, DPPH, ABTS theo nồng độ enzyme 48 Bảng 4.8 Kết H (%), phenolic, DPPH, ABTS theo thời gian thủy phân 53 Bảng 4.9 Kết H (%) theo yếu tố pH, nhiệt độ , nồng độ enzyme thời gian thủy phân tiến hành thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm 55 Bảng 4.10 Hệ số phƣơng trình hồi quy độ tin cậy hệ số tƣơng ứng với yếu tố trình thủy phân enzyme 56 Bảng 4.11 H (%) từ phƣơng trình hồi quy thực nghiệm 58 Bảng 4.12 Thành phần dinh dƣỡng 100g thịt dịch lọc thu từ 100g thịt 60 Bảng 4.13 Kết hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo nhiệt độ sấy khác 63 Bảng 4.14 Kết xác định số thành phần dinh dƣỡng bột quách 65 Bảng 4.15 Kết xác định số tiêu vi sinh bột quách 66 Bảng 4.16 Kết đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột quách theo phƣơng pháp cho điểm thị hiếu 66 Bảng 4.17 Kết đánh giá số tiêu cảm quan sau điều chỉnh độ chua, độ 68 Bảng 4.18 Khối lƣợng thành phần carotene, phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp DPPH ABTS nguyên liệu khảo sát 70 Footer Page of 126 iii Header Page of 126 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cây quách Hình 2.2 Các liên kết (l,4)-glucoside phân tử D-glucose 10 Hình 2.3 Sự hình thành cầu nối hydro 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 pectin tế bào thực vật 16 Hình 2.7 Cấu tạo phân tử pectin…………………………………………………… … 17 Hình 2.8 Cơ chế tác động pectinase vào phân tử pectin 19 Hình 4.1 Tỷ lệ thành phần trái quách 41 Hình 4.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ cellulase/pectinase sử dụng để thủy phân 42 Hình 4.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ pha loãng đến H (%)thịt quách 45 Hình 4.4 Ảnh hƣởng pH trình thủy phân đến H (%)thịt quách 46 Hình 4.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ thủy phân đến H (%) từ thịt quách 47 Hình 4.6 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme thủy phân đến H (%) 49 Hình 4.7 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme đến hàm lƣợng phenolic 49 Hình 4.8 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme đến hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp DPPH ABTS 50 Hình 4.9 Ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến H (%) từ thịt quách 53 Hình 4.10 Ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến hàm lƣợng phenolic 53 Hình 4.11 Ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp DPPH ABTS……… ……………………………………………………….….53 Hình 4.12 Ảnh hƣởng pH nhiệt độ thủy phân đến H (%) dịch trái quách 57 Hình 4.13 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme thời gian thủy phân đến H (%) dịch trái quách 58 Hình 4.14 H (%) từ phƣơng trình hồi quy thực nghiệm 59 Hình 4.15 Thành phần dinh dƣỡng 100g thịt dich lọc thu từ 100g thịt 61 Hình 4.16 Hiệu suất thu hồi thành phần dinh dƣỡng dịch trích sau thủy phân điều kiện tối ƣu 61 Hình 4.17 Ảnh hƣởng nhiệt độ sấy đến hàm lƣợng phenolic, DPPH ABTS 64 Hình 4.18 Điểm cảm quan theo phép thử thị hiếu 68 Hình 4.19 Tỷ lệ phần trăm mức điểm thị hiếu ứng với tiêu cảm quan 69 Hình 4.20 Sự biến đổi hàm lƣợng carotene, phenolic hoạt tính chống oxi hóa 100g nguyên liệu thịt quách đến sản phẩm bột quách… 71 Hình 4.21 Trái quách sản phẩm bột quách sấy phun ……………………………… 72 Footer Page of 126 iv Header Page of 126 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT ANOVA AOAC B cereus CFU DPPH %v/dwt GAE/L 10 11 12 13 14 H (%) LSD mM MD ISO RSM TEAC 15 16 17 TSVSVHK TSNM-M WPI Footer Page of 126 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 chống oxi hóa tƣơng đƣơng trolox Tổng số vi sinh vật hiếu khí Tổng số nấm men mấm mốc Whey protein isolate v Header Page of 126 TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, điều kiện khai thác tối ưu cho việc thu hồi chất khô từ thịt trái quách cellulase pectinase tối ưu hóa phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) Các biến độc lập khảo sát pH (x1: 3.95.1), nhiệt độ (x2: 4060oC), tổng nồng độ cellulase pectinase (x3: 0.42.0% v/dwt) (với tỷ lệ cellulase/pectinase 1/1) thời gian thủy phân (x4: 30180 phút) Kết phân tích ANOVA cho thấy biến có ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi chất khô (H (%)) trình trích ly dịch Các giá trị tối ưu cho trình thủy phân biến x1, x2, x3, x4 pH: 4.2, nhiệt độ: 45oC, tổng nồng độ cellulase pectinase: 1.6% v/dwt, thời gian thủy phân: 120 phút Khi H (%) theo dự đoán từ mô hình 54.76% Kết khác biệt ý nghĩa so với giá trị thực nghiệm đạt H (%): 54.690.12% (p < 0.05), tăng 20.89% so với trình trích ly không sử dụng enzyme Bên cạnh hiệu suất thu hồi carbohydrate đạt 87.74% Ngoài hợp chất phenolic, hoạt tính chống oxi hóa DPPH, ABTS, carotene thu 106.72.6 (mgGAE), 67.10.6 (mgTEAC), 102.10.6 (mgTEAC) 86.615.0 (mg), tương ứng tăng 41.0%, 30.2%, 40.3% 22.2% so với trình trích ly không sử dụng enzyme Các thí nghiệm lặp lại ba lần Từ dịch thu được, tiến hành sấy phun 160oC, lưu lượng nạp liệu mức (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 hợp chất phenolic, DPPH, ABTS, carotene giảm không đáng kể so với dịch đem sấy, sản phẩm bột thu đạt an toàn vi sinh vật Đồng thời bột có màu sáng, dính Dịch hoàn nguyên từ bột quách sau bổ sung 11% đường saccharose 0.1% acid citric, 0.1% acid ascorbic đáp ứng tốt thị hiếu người tiêu dùng 100 sinh viên, kết đạt điểm yêu thích chung 4.520.5 thang điểm Footer Page of 126 Header Page of 126 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 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 Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 2.1 Đặt vấn đề Trái quách loại trái đặc sản tỉnh Trà Vinh Cây quách trồng nhiều số tỉnh Đồng Sông Cửu Long, nhiều Trà Vinh Năng suất thu hoạch loại trái cao Một quách 10 năm tuổi cho từ 200-300 trái/năm, trái to nặng 0.5kg Nếu trước đây, nhà trồng vài quách tạo bóng mát trước sân, nhiều gia đình trồng vườn chuyển đổi ruộng suất thấp sang trồng quách So với loại khác, quách dễ trồng, loại thích hợp với đất giồng, trảng nắng, phát triển nhanh mà không cần sử dụng phân bón Quách hương thơm nhiều loại trái khác, có vị đặc biệt, vừa có vị chua, lại vừa có vị tạo nên tính đặc sắc loại trái Quách không loại trái đặc sắc hương vị mà có giá trị dinh dưỡng cao Bên cạnh thành phần dinh dưỡng carbohydrate, chất đạm, béo, trái quách có canxi, phôt pho, sắt thành phần có lợi cho sức khỏe carotene, thiamine, vitamin C, pholiphenol, alkaloid, flavonoid, terpenoid tannin,… [1] [2] Dù suất thu hoạch cao có giá trị dinh dưỡng, giá thành trái quách thấp Do tập quán sử dụng trái quách chín dạng tươi, chủ yếu dùng với đá, nên sản phẩm từ trái quách chưa biết đến rộng rãi Thực trạng chưa có áp dụng công nghệ vào sản xuất để đa dạng hóa sản phẩm từ trái quách thị trường Trên giới, nhiều công trình nghiên cứu trái quách tiến hành chủ yếu nghiên cứu thành phần có lợi từ trái quách Việc sử dụng trái quách mức mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe có mặt 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) hệ enzyme cellulase/pectinase sản xuất thức uống” nhằm góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ trái quách, kéo dài thời gian Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 bảo quản tạo sản phẩm tiện dụng, dinh dưỡng Đây hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng góp phần vào việc phát triển sản phẩm từ trái quách kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Đồng thời kết tối ưu điều kiện trình thủy phân mở nhiều hướng nghiên cứu cho loại trái đặc sản 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nâng cao hiệu suất trích dịch từ trái quách enzyme Sản xuất thử nghiệm sản phẩm bột quách sấy phun Đánh giá chất lượng sản phẩm bột quách sấy phun biến đổi hợp chất có lợi hàm lượng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa tiến trình nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực với quy mô phòng thí nghiệm, đối tượng nghiên cứu trái quách mua tỉnh Trà Vinh Enzyme cellulase pectinase sử dụng cho nghiên cứu từ hãng Novozymes Đan Mạch mua công ty BrennTag Việt Nam, TP HCM) 1.4 Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung nội dung sau: Tổng quan tài liệu trái quách, enzyme dùng thủy phân thịt Phân tích số thành phần trái quách, hoạt tính enzyme cellulase, pectinase Khảo sát hiệu việc kết hợp cellulase pectinase với tỷ lệ khác trình thủy phân thịt từ trái quách Khảo sát tỷ lệ pha loãng thích hợp cho trình thủy phân Khảo sát ảnh hưởng yếu tố pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian đến trình thủy phân tối ưu yếu tố Đánh giá chất lượng bột quách sấy phun từ dịch trình thủy phân tối ưu: thành phần dinh dưỡng, cảm quan, vi sinh Đánh giá thay đổi thành phần phenolic, carotene, hoạt tính chống oxi hóa từ nguyên liệu thịt quách, dịch thủy phân đến bột quách sấy phun Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 1.5 Ứng dụng kết nghiên cứu đề tài Kết nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu trích ly dịch từ trái quách, ứng dụng cho sản xuất bột quách sấy phun Bên cạnh đó, dịch thu ứng dụng để sản xuất nhiều sản phẩm khác rượu vang, nước quách trùng, mứt đông,… Footer Page 11 of 126 ... đề Trái quách loại trái đặc sản tỉnh Trà Vinh Cây quách trồng nhiều số tỉnh Đồng Sông Cửu Long, nhiều Trà Vinh Năng suất thu hoạch loại trái cao Một quách 10 năm tuổi cho từ 200-300 trái/ năm, trái. .. cho sức khỏe có mặt 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) hệ enzyme... xuất để đa dạng hóa sản phẩm từ trái quách thị trường Trên giới, nhiều công trình nghiên cứu trái quách tiến hành chủ yếu nghiên cứu thành phần có lợi từ trái quách Việc sử dụng trái quách mức mang