Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme pectinase để làm trong và tăng hiệu suất thu hồi dịch quả từ táo Malus dometica phục vụ cho lên men rượu Cider”

đề tài "Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme pectinase để làm trong và tăng hiệu suất thu hồi dịch quả từ táo Malus dometica phục vụ cho lên men rượu Cider” Hy vọng tài liệu này sẽ hữu ích cho các bạn !

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-o0o -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

“Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme pectinase để làm trong và tăng hiệu

suất thu hồi dịch quả từ táo Malus domestica phục vụ cho lên men rượu Cider”

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Hậu

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Thanh Thủy Khoa Công nghệ thực phẩm

HÀ NỘI – 2011

PHẦN THỨ NHẤT- MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Táo (tây) - một trái cây được xếp vào loại quý tại Việt Nam và phổ biến tại

các quốc gia Âu, Mỹ, có tên khoa học là Malus domestica, thuộc họ hoa hồng

Táo được biết đến như những sản phẩm tốt cho sức khỏe (ngăn ngừa và làm giảm các bệnh ung thư, tim mạch, tiểu đường, mỡ máu…), nhờ nguồn vitamin (vitamin nhóm B, C), khoáng chất phong phú (K, Mg, Ca, Na, Zn, Mn, Cu,

Fe, B, Se, Mo…) và các chất chứa hoạt tính sinh học có sẵn trong nguyên liệu (các hợp chất polyphenol chống oxy hóa).[16]

Cider – rượu từ táo Malus domestica – là loại rượu lên men dịch táo không

qua chưng cất Loại rượu này có độ cồn từ 3-120 tùy thuộc vào cách thức lên men Nó được bắt nguồn từ Mỹ, sau đó tới châu Âu, phát triển mạnh mẽ và được tiêu thụ rộng khắp Cider thu được có hương thơm của táo, là loại đồ uống giàu chất bổ dưỡng đặc biệt rất thích hợp với phái nữ Ngày nay khi xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao, trong các bữa tiệc luôn cần có rượu khai vị - Cider là một sự lựa chọn rất thích hợp

Trong tất cả những loại quả mà chúng ta ăn hàng ngày như cam, quýt, thì táo được xếp hàng đầu về hàm lượng pectin Pectin trong táo sẽ giúp điều trị các bệnh táo bón, giảm các bệnh đường ruột Lượng pectin trong táo đặc biệt tốt cho những người đang thực hiện giảm cân, giúp đẩy lượng LDL cholesterol ra khỏi cơ thể Tuy vậy, trong quá trình trích ly dịch táo để sản xuất cider thì các pectin hoà tan được giải phóng vào trong dịch quả, kết hợp với acid hữu cơ và đường tạo gel gây khó khăn cho quá trình lọc Hàm lượng pectin trong táo sẽ gây đục cho sản phẩm cider tạo thành Vì vậy việc xác định biện pháp kỹ thuật để làm trong dịch quả và tăng hiệu suất thu hồi dịch trước lên men là rất cần thiết.[18]

Trong số các biện pháp kỹ thuật đang được sử dụng nhằm tăng chất lượng sản phẩm đồ uống từ trái cây thì phương pháp sử dụng enzyme được coi là

xuất nước quả, rượu vang và nước uống không cồn Sử dụng enzyme sẽ làm tăng hiệu suất thu hồi dịch quả, trích ly được các chất màu, tanin và những chất hoà tan khác một cách triệt để hơn Mặt khác, việc sử dụng enzyme đặc hiệu cho quá trình loại bỏ pectin và các chất gây đục khác trong dịch quả sẽ góp phần giải quyết được hiện tượng đục lại của rượu, nâng cao chất lượng của cider

Hiện nay các chế phẩm enzyme thường được sử dụng đó là Pectinex Ultra SP-L, Pectinex 3XL, Pectinex AR Chế phẩm Pectinex Ultra SP-L được thêm vào quả nghiền nát dẫn đến sự tăng mạnh hiệu suất ép, sản lượng nước quả cao hơn và việc trích ly chất khô, hương vị, màu sắc là cao nhất mà vẫn

có thể giữ nguyên tất cả các hệ thống ép thông thường tức là không làm thay đổi thiết bị của hệ thống ép thông thường Chế phẩm enzyme pectinex 3XL được sử dụng để làm trong dịch quả Pectinex 3XL là dạng dung dịch sẫm mà với hương vị nhẹ, đặc trưng của sản phẩm lên men

Xuất phát từ những thực tế trên, chúng tôi đã chọn và thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme pectinase để làm trong và tăng hiệu

suất thu hồi dịch quả từ táo Malus dometica phục vụ cho lên men rượu Cider”

1.2 MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU

1.2.1 Mục đích

Xác định được các điều kiện thích hợp cho enzyme Pectinex Ultra SP-L, enzyme Pectinex 3XL hoạt động để làm trong và tăng hiệu suất trích ly dịch táo Bước đầu lên men thử nghiệm ruợu táo (cider) từ dịch táo đã xử lý enzyme

1.2.1 Yêu cầu

- Xác định được điều kiện thích hợp (nồng độ, nhiệt độ, thời gian tác

động) cho chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L hoạt động trong quá trình

trích ly dịch quả

- Xác định được điều kiện thích hợp cho chế phẩm enzyme Pectinex 3XL hoạt động trong quá trình làm trong dịch quả

- Lên men thử nghiệm được rượu táo (cider) từ dịch táo đã xử lý enzyme

- Đánh giá được chất lượng rượu thành phẩm

PHẦN HAI – TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU TÁO MALUS DOMESTICA

2.1.1 Nguồn gốc, phân loại, tình hình sản xuất và tiêu thụ táo

Ở Việt Nam táo Malus domestica đã và đang được trồng thử nghiệm ở

một số tỉnh vùng núi phía Bắc như Lạng Sơn, Lào Cai, Hà Giang…

2.1.1.2 Phân loại

Căn cứ vào đặc điểm, thành phần và công dụng của táo mà người ta

chia quả táo Malus domestica thành bốn nhóm chính:

• Nhóm táo đậu: là nhóm táo có hàm lượng acid cao, nhiều chất chát thường được sử dụng để sản xuất rượu (Cider Apples) Một

số giống táo dùng để sản xuất rượu như: Baldwin, Ben David, Cortland, Cox’s Orange Pippin, Delicious, Golden Russet, Jonathan, McIntosh, …[20]

• Nhóm táo ăn tươi: là nhóm táo có thịt quả giòn, nhiều nước, thơm và ngọt Ví dụ như: Paula Red, Empire, Ida Red…[20]

• Nhóm táo nấu (Cooking Apples): là nhóm quả táo chua, hàm lượng đường thấp, thịt quả cứng sau khi chế biến nhiệt Nhiều nước có riêng những loại táo để nấu như Pháp có loại Calvilli Blanc D’hiver; Anh có Bramley’s Seedling ; Đức có Glockenapfel

• Nhóm táo dùng chung: có thể ăn tươi hay nấu cũng được ví dụ Golden Delicious, Granny Smith thường dùng nấu ngon khi

còn non và chua, nhưng nên ăn sống khi quả chín hơn

2.1.2 Thành phần hóa học – Vai trò - Ứng dụng của táo

2.1.2.1 Thành phần hóa học của táo

Bảng 2.1 Thành phần các chất hóa học có trong 100g táo

Thông số Giống táo

Vitamin B2 (µg) 2,00 1,40 1,40 2,50 3,00 3,00 1,70 2,20 1,50 Vitamin B3 (µg) 123,0 116,0 106,0 148,0 108,0 123,0 119 161,0 75,0

Mo (µg) < 0,9 < 0,9 1,82 < 0,9 2,97 5,58 1,08 4,26 0,96

2.1.2.2 Vai trò của táo

™ Ngăn ngừa lão hóa và nguy cơung thư

Trong nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Hóa chất nông nghiệp và Thực phẩm, các nhà nghiên cứu Mỹ đã phân tích thành phần các chất hóa học có trong

vỏ táo và tìm thấy nhóm chất phytochemical được chứng minh là có khả năng chống lại ít nhất 3 loại tế bào ung thư ở người là ung thư vú, ung thư ruột kết và ung thư gan Nhiều nghiên cứu gần đây tập trung vào các chất chống ung thư được biết đến dưới cái tên phytochemical (hay còn gọi là phenolic), được tìm thấy rất nhiều trong các loại hạt, vỏ quả và các loại rau.Trong đó, táo có nguồn phenolic dồi dào nhất, gần 22% lượng phenolic mà người Mỹ hấp thụ là từ táo không gọt vỏ Táo cũng được xem là nhóm thực phẩm giàu chất chống oxy hóa nổi tiếng, các nhà khoa học đã so sánh 1500mg vitamin C với một quả táo kết quả là quả táo và hàm lượng vitamin C này có lượng chất chống ôxy hóa như nhau và các nhà khoa học cũng khẳng định rằng táo tươi có hàm lượng chất chống oxy hóa gấp 15 lần so với lượng vitamin C cần dùng mỗi ngày

™ Giảm bệnh tim mạch

Lượng magie và kali trong táo giúp điều chỉnh áp suất máu và giữ cho nhịp đập tim ở mức ổn định, chất chống oxy hoá tự nhiên bảo vệ thành mạch máu ổn định Ăn táo trong chế độ ăn hàng ngày giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch Các nghiên cứu thấy rằng những phụ nữ Nhật ăn nhiều hoa quả chứa quercetin sẽ ít

bị các bệnh tim mạch hơn đồng thời giảm lượng cholesterol

™ Táo làm giảm nguy cơ đột quỵ

Học viện Quốc gia về cây ăn quả Nhật đã công bố một công trình nghiên cứu, theo đó ăn mỗi ngày 1 - 2 quả táo (400g táo) có thể giúp hạ thấp lượng chất béo trong máu (chất này gây xơ cứng động mạch làm tăng nguy cơ đột qụy và

gây tăng huyết áp) Ngoài ra ăn táo còn làm tăng lượng vitamin C có tác dụng gia tăng sức bền thành mạch máu và sức đề kháng của cơ thể

™ Giảm nguy cơ mắc các bệnh hen suyễn ở trẻ em

Theo các nhà khoa học nghiên cứu của Viện Phổi và Tim Quốc gia Đây

là cuộc nghiên cứu mới nhất có liên quan đến táo và sức khỏe của phổi Thai phụ ăn một quả táo mỗi ngày có thể giúp đứa trẻ sinh ra ít có nguy cơ bị bệnh

suyễn và thở khò khè Theo Báo The Times of India, đó là kết quả nghiên cứu

của các nhà khoa học thuộc ĐH Aberdeen (Anh) sau khi theo dõi chế độ dinh dưỡng của 1.253 cặp mẹ con Các nhà khoa học nhận thấy con cái của những bà

mẹ ăn nhiều táo trong thời kỳ mang thai đã giảm đáng kể nguy cơ mắc bệnh suyễn và thở khò khè khi chúng lên 5 tuổi Nghiên cứu trước đây cũng cho thấy những trẻ mắc chứng thở khò khè nếu được uống nước ép từ táo đã giảm đáng

kể triệu chứng này Theo nhóm chuyên gia, các chất chống oxy hóa có nhiều trong quả táo và nước ép từ táo đã góp phần đem lại tác dụng nói trên [21]

™ Táo có tác dụng làm giảm lượng cholesterol trong máu

Làm tăng sự bài tiết dung dịch mật và acid dung dịch mật nên tránh được tình trạng lắng đọng cholesterol hình thành sỏi mật Khi ăn táo, chất cellulose trong táo có tác dụng nhuận tràng, kích thích nhu động dạ dày và ruột, làm cho việc đại tiểu tiện dễ dàng Mặt khác, mùi thơm đặc trưng của táo có tác dụng giải tỏa sự căng thẳng, làm cho tinh thần thoải mái, vui vẻ

2.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ táo trên thế giới và tại Việt Nam

Hiện nay có khoảng 7.500 giống táo được trồng trên khắp thế giới, 2.500 giống táo được trồng tại Hoa Kỳ Các nhà sản xuất táo đứng đầu thế giới là Trung Quốc, Hoa Kỳ, Thổ Nhĩ Kỳ, Ba Lan và Italy Trung Quốc là nước xuất khẩu và tiêu thụ táo tươi lớn nhất trên thế giới Trong năm 2009-2010 Trung Quốc đã xuất khẩu 1.46 triệu tấn táo tươi Đây là lần đầu

tiên xuất khẩu táo tươi của Trung Quốc vượt các nước châu Âu Xuất khẩu táo của Liên minh châu Âu (EU) có mức tăng trưởng đến 30% trong vài năm gần đây do nhu cầu đã mở rộng cho trái cây trái vụ và các bữa ăn nhanh

Bảng 2.2 Các quốc gia sản xuất táo lớn nhất trên thế giới năm 2008 [25]

Top Ten Apple Producers — 11 June 2008

People's Republic of China 27 507 000

2.2 GIỚI THIỆU VỀ RƯỢU TÁO (CIDER)

2.2.1 Lịch sử hình thành – Phân loại – Vai trò của rượu táo

Nguồn gốc của Cider được cho rằng từ công nghệ sản xuất rượu vang của người dân ở phía Bắc Tây Ban Nha Công nghệ sản xuất rượu táo lan truyền khắp nơi từ phía Bắc duyên hải Châu Âu bởi người dân Ailen Họ di chuyển từ Tây Ban Nha sang Anh và các nước khác Những người thực dân đã đem táo và công nghệ sản xuất rượu táo đến toàn thế giới

Tất cả các cider đều phải trải qua ba giai đoạn cơ bản Vào mùa thu, táo được nghiền, ép lấy dịch Dịch táo này có thể được lên men khoảng vài tuần hoặc vài tháng nhưng thường hoàn thành lên men vào cuối mùa đông và đóng chai.[17]

2.2.1.2 Phân loại rượu táo

- Dựa vào hàm lượng acid và tanin trong rượu táo, người ta phân loại rượu táo như sau:

- Các loại Cider chủ yếu

• Cider cồn cao (lên men khô)

• Cider ngọt (bổ sung đường sau lên men)

• Cider ngọt tự nhiên (điều chỉnh điểm dừng lên men)

2.2.1.3 Vai trò của rượu táo

Các nhà nghiên cứu Scotland cho biết uống một ly rượu táo mỗi ngày có thể giúp ngừa ung thư, bệnh tim và đột qụy, do trong rượu táo có nhiều hợp chất

được gọi là phenolic - một chất chống oxy hóa Theo các nhà nghiên cứu

Trường ĐH Glasgow, phenolic là thành phần chính đem lại màu và mùi đặc

trưng cho rượu táo Trong táo cũng có nhiều chất này Tuy nhiên theo nhà

nghiên cứu Serena Marks, “nghiên cứu của chúng tôi cho thấy lượng phenolic

trong rượu táo còn nhiều hơn” Để có kết luận này, nhóm đã đo nồng độ

phenolic có trong 19 loại rượu táo khác nhau của Anh và 35 loại rượu táo khác

Họ cũng phát hiện một số loại rượu táo có nhiều phenolic hơn hẳn so với các

loại khác Điều này được cho là có liên quan đến độ chín của táo, ánh sáng mặt trời, điều kiện thời tiết…

Cider chứa một loạt các vitamin, beta-carotene, pectin và khoáng chất quan trọng như kali, natri, magiê, canxi, phốt pho, clo, lưu huỳnh, sắt và flo Pectin trong cider là một chất xơ giúp giảm cholesterol và giúp điều hoà huyết

áp Cider có chất chống oxy hóa rất mạnh, ức chế sự phát triển tế bào ung thư, giảm quá trình oxy hóa lipid và cholesterol.[16]

2.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rượu táo trên thế giới và tại Việt Nam

Cider là loại đồ uống lên men làm từ nước táo Cider có độ cồn thay đổi trong khoảng 2% đến 8,5% hoặc cao hơn đối với Cider truyền thống ở Anh Cider phổ biến ở Vương quốc Anh, đặc biệt là Tây Nam nước Anh Anh

có có mức tiêu thụ đầu người cao nhất về rượu táo, và Anh cũng có các công ty sản xuất rượu táo lớn nhất trên thế giới trong đó HP Bulmer lớn nhất Vào năm

2006, Vương quốc Anh đã sản xuất ra 600.000.000 lít rượu táo mỗi năm (130.000.000 gallon) Cider cũng phổ biến và truyền thống ở Ireland, Normandy

ở Pháp Asturia (Tây Ban Nha) (Sidra), Ở Rheinland, Hessen (Frankfurt am Main) và các vùng khác của Đức (Most, Viez hoặc Apfelwein) Argentina là quốc gia sản xuất rượu táo và đồ uống đặc biệt là các tỉnh Río Negro và Mendoza Australia có vùng sản xuất rượu táo truyền thống từ lâu đời đó là đảo Tasmania Trong những năm gần đây, rượu táo đang ngày càng phổ biến trên thế giới, đặc biệt là thế hệ trẻ đang ngày càng bị đồ uống này thu hút [24]

Tại Việt Nam, rượu táo vẫn chưa được sản xuất và mới chỉ tiêu thị ở số lượng ít (nhập khẩu từ nước ngoài) Các sản phẩm của táo được sản xuất ở nước

ta chủ yếu là nước ép táo không có cồn và phổ biến nhất là nước giải khát có ga được bổ sung hương liệu táo

2.3 PECTIN VÀ ỨNG DỤNG ENZYME PECTINESE TRONG CHẾ BIẾN RƯỢU TÁO

2.3.1 Pectin và các hợp chất của pectin

Các hợp chất pectin là hợp chất carbohydrate cao phân tử (polysacharide) nhưng khối lượng phân tử của nó thấp hơn nhiều so với cellulose và hemicellulose Pectin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi nước khi chuyển hoá và trong quá trình chín của quả [8]

Pectin là một loại carbohydrate đặc biệt bởi vì thành phần chủ yếu của nó không phải là đường đơn thường thấy trong các polysacharide vẫn gặp mà là đường có tính acid-galacturonic

Phân tử pectin được trình bày một cách đơn giản:

COOCH3 COOH COOCH3 COOH

COOH COOCH3 COOH COOCH3

Trong tế bào thực vật pectin tồn tại ở hai dạng: Pectin hoà tan và pectin không hoà tan

Pectin không hoà tan (protopectin): Là hợp chất có cấu tạo rất phức tạp

và không hoà tan trong nước Protopectin có nhiều trong quả xanh tạo cho quả xanh có độ cứng nhất định và khi quả chín dưới tác dụng của enzyme protopectinase với sự tham gia của các chất hữu cơ, làm cho lực liên kết giữa các tế bào trở nên mỏng tế bào quả mềm dần Trong thành phần của protopectin

có các phân tử pectin, các phân tử cellulose, các ion Ca2+, Mg2+, các gốc phosphoric acid, acetic acid, đường Khi thuỷ phân triệt để protopectin bằng acid, nhiệt độ hoặc enzyme ta sẽ thu được pectin hoà tan và araban

Pectin hoà tan: Tồn tại chủ yếu ở dịch bào, là polysacharide cấu tạo chủ

yếu bởi các galacturonic acid trong đó có một gốc cacboxyl bị metyl hoá (phản ứng este hoá bằng methanol) tạo thành methylic este Trong pectin tự nhiên có khoảng 2/3 nhóm cacboxyl của galacturonic acid được metyl hoá Dựa vào mức

độ metyl hoá mà có các dạng pectin hoà tan khác nhau:

+ Pectin: Các chuỗi polygalacturonic acid được metyl hoá 100%

+ Pectinic acid: Các chất được metyl hoá thấp hơn 100%

+ Pectic acid: Các chuỗi polygalacturonic hoàn toàn được giải phóng khỏi nhóm metoxyl, nghĩa là trong đó chứa một nhóm cacboxyl tự do trên một đơn vị galacturonic acid

Trong rau quả protopectin là một vật liệu gắn kết các chùm sợi cellulose ở thành tế bào và nằm ở gian bào để gắn các tế bào, tạo nên sự rắn chắc của rau quả khi còn xanh Trong quá trình chín protopectin đều bị thuỷ phân thành pectin hoà tan làm cho cường độ lực liên kết giữa các tế bào bị giảm, thành tế bào trở nên mỏng và quả mềm dần

Vì vậy mỗi loại rau quả khác nhau, mỗi độ chín khác nhau thì tỉ lệ protopectin/pectin hoà tan trong rau quả là khác nhau Trong quá trình bảo quản người ta thấy rằng: Hàm lượng protopectin giảm đi và hàm lượng pectin tăng lên

Trong chế biến người ta có thể chuyển protopectin còn lại trong quả thành pectin bằng cách đun nóng Khi đó môi trường acid của trái cây sẽ tham gia vào quá trình này và ngoài pectin còn thu được araban Quá trình này làm cho quả mềm sau khi chần hay gia nhiệt ở 80-85oC [8]

2.3.1.1 Tính chất vật lý của pectin

Pectin không mùi, không vị, keo pectin nhờ có các nhóm cacboxyl tự do nên mang điện tích âm Do đó, dễ dàng kết tủa với rượu, aceton, este hoặc

benzen Pectin kết hợp với tanin tạo thành hợp chất không tan, kết tủa Khi đun nóng trong nước, pectin bị phá huỷ

Pectin không hoà tan trong nước, NH3, Na2SO3, etylendiamin và trong glycerol Các pectin đều là các chất keo háo nước, khi hydrat hoá sẽ làm tăng độ nhớt của dung dịch

Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ pectin, nhiệt độ, khối lượng và mức độ este hoá của pectin, các chất điện ly trong dung môi, độ cứng của nước

2.3.1.2 Tính chất hoá học của pectin

Pectin hoà tan khi bị tác dụng của kiềm loãng hoặc enzyme pectaza sẽ giải phóng nhóm metoxyl dưới dạng rượu metylic và polysaccharide còn lại khi đó được gọi là acid pectin tự do, nghĩa là acid polygalacturonic Pectic acid có thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do

đó được dùng để định lượng các chất pectin [6]

Pectin còn dễ dàng kết tủa bởi etanol, iso-propanol, aceton, amon sunfat, nhôm clorua, các muối đồng, muối canxi và acid Độ bền vững của pectin trước các enzyme sẽ tăng khi có mặt các cation Al3+, Fe3+

2.3.1.3 Tính chất công nghệ của pectin

giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl Kiểu liên kết này không bền do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gel này khác biệt với gel thạch hoặc gelatin

Khi chỉ số metoxyl cuả pectin thấp, cũng có nghĩa là tỉ lệ các nhóm –COOcao thì các liên kết giữa các phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hoá trị hại đặc biệt là Ca2+ Có thể tạo gel khi dùng một lượng canxi dưới 0,1% miễn là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định Khi đó gel được hình thành ngay cả khi không thêm đường và acid Ý nghĩa thực tế của các pectin có chỉ số metoxyl thấp là nó cho phép chế tạo được mứt quả đông, sữa đông mà không cần thêm đường hoặc tạo được thịt đông có độ bền ngay cả ở khí hậu nhiệt đới (khác với đông gelatin) Gel pectin có chỉ số metoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống như gel aga- aga [6]

-• Sự tạo gel đường- đường acid:

Để sản xuất loại gel này người ta dùng pectin có chỉ số metoxyl cao lấy từ nguồn quả dùng làm mứt, nước đông quả và mứt quả nghiền Ngoài yếu tố chiều dài của phân tử pectin trong nguyên liệu, cần phải xét đến nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gel được tạo thành Khi dùng một nguyên liệu có chứa một loại pectin nhất định thì các yếu tố lưu lượng pectin, lượng đường và pH môi trường góp phần tạo nên một cân bằng mà thiếu gel thì sẽ không hình thành Đối với các gel nghèo pectin, gel chỉ được tạo nên ở pH acid cao, và lượng đường cuối cùng phải khá lớn, với loại quả có hàm lượng pectin cao thì giới hạn

pH và hàm lượng đường đưa vào có thế biến đổi trong một giới hạn rộng mà vẫn cho phép tạo được gel Để tạo thành gel pectin có thể thêm đường saccarose với

tỉ lệ bão hoà đường 65-75% và tạo môi trường có pH bằng 3,1-3,5 nhờ các acid hữu cơ như citric acid [6]

Trong sản xuất nước rau quả, sự có mặt của pectin sẽ gây khó khăn cho các nhà sản xuất do các đặc điểm sau:

- Pectin hoà tan giữ dịch quả ở lại bã trong suốt quá trình ép sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi

- Pectin hoà tan có mặt trong dung dịch làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên cản trở quá trình lọc gây ảnh hưởng tới việc làm trong dịch quả

- Độ nhớt cao gây khó khăn cho việc cô đặc dịch quả

- Pectin hoà tan có thể gây ra các cấu tử bền khiến cho dịch quả bị đục trở lại, phân lớp trong quá trình bảo quản tồn trữ

2.3.2 Enzyme pectinase và ứng dụng của nó trong chế biến rượu táo

2.3.2.1 Enzyme pectinase

Cũng như mọi enzyme nói chung, enzyme pectinnase có khả năng xúc tác

và có tính đặc hiệu cao, vì vậy chúng có thể làm biến đổi rất nhanh chóng về mặt hoá học của một nguyên tử nào đó trong nguyên liệu mà không gây ảnh hưởng gì tới cấu trúc khác cũng có mặt trong nguyên liệu đó Hơn nữa, các chất

có trong rau quả (ở dạng không hoà tan) lại là cơ chất mà các enzyme này rất dễ tác dụng để chuyển hoá thành các chất hoà tan [1]

Pectinase là nhóm enzyme xúc tác sự phân tách các hợp chất pectin thành các hợp phần khác nhau Dựa vào tính đặc hiệu xúc tác, các pectinase được chia thành ba nhóm chủ yếu [1]

™ Pectinesterase(PE)

Là các enzyme xúc tác sự thuỷ phân liên kết este trong phần tử pectin hoặc acid (các chuỗi polygalacturonic acid có độ metoxyl hoá thấp) Sản phẩm tạo thành là metanol và các polygalacturnic acid Các hợp chất có độ metoxyl hoá càng cao thì ái lực của enzyme này càng lớn Sự thuỷ phân chỉ xảy ra ở liên kết este liền kề với nhóm cacboxyl tự do

Như vậy, số liên kết este trong phân tử pectin và pectic acid có thể bị thuỷ phân hoàn toàn hoặc một phần

COOH COOCH3 COOH COOCH3 COOCH3

™ Hydrolase

Là enzyme xúc tác thuỷ phân các liên kết 1-4 glucoside nằm trong phân tử pectin Tuỳ theo tính đặc hiệu cơ chất của enzyme, tuỳ theo độ metoxyl hoá mà enzyme này được chia thành hai nhóm:

Polymetyl galacturonase (PMG): Xúc tác thuỷ phân các liên kết glucoside nằm trong chuỗi mạch polygalacturonic có độ metoxyl hoá cao như protopectin

và pectin Enzyme này có ái lực với gốc galacturonic acid đã metoxyl hoá Hoạt tính của enzyme này sẽ bị giảm khi có mặt của enzyme pectinesterase (PE) trong môi trường Tuỳ thuộc vị trí liên kết bị phân cắt mà có enzyme này tiếp tục được chia thành hai nhóm nhỏ:

+ Endo – Polymetyl galacturonase: Xúc tác sự thuỷ phân các liên kết glucoside nội mạch của chuỗi polymetyl galacturonic

COOH COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOH COOCH3

+ Exo – Polymetyl galacturonase: Xúc tác sự thuỷ phân liên kết glucoside

ở đầu mạch để tách từng gốc galacturonase acid ra khỏi phân tử pectin, bắt đầu

từ đầu không khử

COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3

Polymetyl galacturonase (PG): Xúc tác thuỷ phân liên kết glucoside của chuỗi polygalacturonic có độ metoxyl hoá thấp như pectic acid và pectinic acid Enzyme này có ái lực với nhóm cacboxyl tự do Hoạt tính của enzyme này được tăng cường nếu có mặt của enzyme pectinesterase (PE) trong môi trường Tuỳ thuộc vị trí liên kết được phân cắt mà enzyme này được chia thành hai nhóm nhỏ:

+ Endo – Polygalacturonase: Xúc tác sự thuỷ phân các liên kết glucoside

ở giữa mạch của các phân tử pectic acid

COOH COOCH3 COOCH3 COOH COOH COOCH3

+ Exo – Polygalacturonase: Xúc tác sự thuỷ phân các liên kết glucoside ở đầu mạch của phân tử pectic acid hoặc pectinic acid

COOH COOH COOCH3 COOH COOH COOCH3

™ Transeliminase (TE):

Xúc tác phân cắt liên kết 1–4 glucoside của chuỗi polygalacturonic Khi liên kết bị đứt, nguyên tử hydro từ nguyên tử cacbon thứ năm (C5) của gốc galacturonic acid này được chuyển cho nguyên tử cacbon thứ nhất (C1) của gốc galacturonic acid khác Kết quả là sẽ hình thành các đơn vị galacturonic acid có chứa nối đôi Phản ứng thường xảy ra trong môi trường kiềm yếu hoặc trung tính

Dựa vào tính đặc hiệu cơ chất, vào mức độ metoxyl hoá và vào vị trí liên kết được phân cắt mà enzyme này cũng chia thành các nhóm như sau:

+ Pectintranseliminase(PTE): Có ái lực đối với đối với hợp chất pectin có độ metoxyl hoá cao Nhóm enzyme này bao gồm: Endo- PTE và Exo- PGTE + Polymetyl galacturonaselimilase (PGTE): Có ái lực đối với chất pectin có độ metoxyl hoá thấp Nhóm enzyme này bao gồm: Endo- PGTE và Exo- PGTE

Ngoài ra còn có enzyme protopectinase xúc tác sự phân giải protopectin không tan thành pectin hoà tan

Các enzyme thuỷ phân pectin có tính bền nhiệt và pH hoạt động tối ưu khác nhau Nhiệt độ tối ưu của enzyme này nằm trong khoảng 35-520C

2.3.2.2 Ứng dụng của enzyme trong chế biến rượu táo

Trong sản xuất thực phẩm, người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dưới dạng tinh khiết Người ta không dùng chế phẩm dưới dạng canh trường nấm mốc sấy khô để tránh sản phẩm có mùi vị lạ có tác dụng xấu, pectinase thường được sử dụng trong công nghiệp đồ uống và công nghiệp rau quả [8]

Trong sản xuất rượu cũng như trong sản xuất rượu táo, nước quả và đồ uống không cồn đều có sử dụng enzyme pectinase một cách có hiệu quả Nhờ có tác dụng của pectinase mà các quá trình ép, lọc và làm trong dịch quả rất dễ dàng do đó làm tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm Theo các nhà nghiên cứu, đưa enzyme pectinese vào khâu nghiền dịch quả sẽ làm tăng hiệu suất ép lên 15÷25% Điều đó được giải thích: Trong khối quả nghiền chứa pectin làm cho

nó có trạng thái keo do đó khi ép dịch quả không thoát ra được, nhưng nhờ enzyme pectinase đã phân hủy hợp chất pectin làm giảm mối liên kết giữa các tế bào, giảm độ keo của nguyên liệu, tạo điều kiện cho dịch bào thoát ra một cách

dễ dàng Bên cạnh đó, cũng nhờ tác dụng của enzyme pectinase mà quá trình lọc tiến hành dễ dàng và dịch quả không bị đục trở lại trong quá trình bảo quản Không những thế enzyme pectinase còn góp phần chiết rút được chất màu, tanin

và những chất hòa tan do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm[1]

Trong sản xuất rượu, việc dùng pectinase không những cho phép tăng hiệu suất thu hồi dịch quả, tốc độ lọc, rút ngắn chu kì sản xuất mà rượu thành phẩm có mùi thơm hơn, trong và màu sắc đẹp hơn

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới tác dụng của enzyme pectinase

2.3.3.1 Ảnh hưởng của đường và acid

Đường và acid trong quả tạo với pectin thành gel, làm độ nhớt của dung dịch pectin tăng lên Người ta xác định được là L-malic acid có tác dụng ức chế mạnh với enzyme polygalacturonase Đồng thời nghiên cứu cũng cho thấy các chế phẩm pectinase làm giảm độ nhớt của nước quả do ảnh hưởng của đường (chủ yếu là glucose, fructose, một ít saccarose) và acid (chủ yếu là citric acid, malic, tartric) trong quả

Độ nhớt của nước quả ngoài phụ thuộc vào số lượng và chất lượng của pectin còn phụ thuộc vào dạng đường trong nguyên liệu và số lượng các đường

đó Độ nhớt của chúng sau khi xử lý bằng các chế phẩm enzyme thì hầu như bằng nhau Do đó sự khác nhau về độ nhớt ban đầu (tùy thuộc vào sự có mặt của các dạng đường khác nhau trong nước rau quả) không ảnh hưởng tới sự có mặt của enzyme pectinase

Người ta đã chứng minh được rằng, với nồng độ ion H+ như nhau trong dung dịch pectin, citric acid ức chế của các acid là yếu tố rất quan trọng, nhiều khi là yếu tố quyết định để ứng dụng các chế phẩm enzyme pectinase nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi nước quả [3]

2.3.3.2 Ảnh hưởng của pH môi trường

Các enzyme pectinase từ các nguồn khác nhau có pH tối thích khác nhau Như các enzyme khác, hoạt tính của enzyme pectinase cũng phụ thuộc vào pH Enzyme này có khoảng hoạt động khá rộng và hoạt tính của nó phụ thuộc vào nguồn gốc, chủng loại enzyme Hầu hết, dịch quả đều có tính acid Giá trị pH tối

ưu của enzyme pectinase nằm trong khoảng 4-4.5 Khi pH môi trường lớn hơn 4.5 mặc dù pectin vẫn bị thủy phân nhưng quá trình làm trong không thực hiện được, ở đó protein mang điện tích âm dẫn đến quá trình kết khối protein-pectin không xảy ra [3]

2.3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian

Cũng như các phản ứng hóa học, vận tốc xúc tác của các enzyme tăng khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên, bản chất của enzyme là protein nên chúng không bền dưới tác dụng của nhiệt Khi nhiệt độ tăng thì hoạt tính của enzyme tăng, song nếu vượt quá một giới hạn nào đó thì hoạt tính của enzyme giảm dần và khi nhiệt độ lớn hơn 70°C thì enzyme pectinase hoàn toàn bị mất hoạt tính Nhiệt độ

ở đó enzyme có hoạt tính lớn nhất là nhiệt độ tối thích, nhiệt độ này không phải

là một hằng số mà phụ thuộc vào những yếu tố khác nhau Mặt khác, thời gian kéo dài làm cho chất lượng rau quả bị giảm sút và trong nhiều trường hợp, sản phẩm có thể bị hỏng do kết quả của quá trình oxihoá và nhiễm tạp vi sinh vật Ngoài ra, nhiệt độ tối ưu của enzyme còn phụ thuộc vào nồng độ enzyme và dạng tồn tại của enzyme [3]

2.3.3.4 Ảnh hưởng của chất lượng pectin

Chất lượng pectin ảnh hưởng nhiều tới khả năng tạo độ nhớt và khả năng xúc tác của enzyme Hoạt tính của từng loại enzyme pectinase sẽ tăng nếu gặp cơ chất thích hợp Đã có những số liệu chứng minh rằng dưới tác dụng của enzyme polygalacturonase, pectic acid bị phân giải nhanh gấp 17 lần so với pectin đã este hóa một phần, còn pectin đã este hóa hoàn toàn chỉ bị phân giải rất ít [3]

2.3.3.5 Ảnh hưởng của thành phần chất khoáng trong rau quả

Các ion K+, Na+, Mg+ có ảnh hưởng tới hiệu quả tác dụng của các enzyme pectinase Người ta thấy rằng: Muối Ca+, Mg+ làm tăng hoạt độ của các enzyme

do chúng có thể tham gia vào trung tâm hoạt động của enzyme Đã có nghiên cứu xác định được rằng các ion Ca+, Mg+ gây tác dụng kích thích các enzyme pectolitic khi bổ sung muối CaS4, MgSO4 còn các ion Na+, K+ gây tác dụng kích thích khi bổ sung Na3PO4, K2CO3 Ngoài ra, ion K+ ở nồng độ cao sẽ gây ức chế mạnh đối với enzyme pectinase [3]

2.3.3.6 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase

Căn cứ vào độ phân giải pectin chung của enzyme, người ta tính toán được lượng chế phẩm enzyme pectinase cần đưa vào nguyên liệu rau quả và nước rau quả Khi sử dụng các chế phẩm enzyme nhằm mục đích tăng hiệu suất thu hồi và làm trong nước quả, hiệu quả tác dụng của chế phẩm có thể hiển thị chính xác hơn bằng các phương pháp dựa trên sự xác định mức giảm độ nhớt của các dung dịch pectin Khi lựa chọn nồng độ chế phẩm ezyme, nên chọn nồng độ tối thiểu mà vẫn đảm bảo được các biến đổi cần thiết, với thời gian mà công nghệ của dạng nước quả cho phép Nếu enzyme được bổ sung ở nồng độ nhỏ thì lượng enzyme sẽ không đủ để phá vỡ hết mô tế bào khiến cho các chất dinh dưỡng cũng như các sắc tố, các chất thơm trong quả không thoát ra được nhiều dẫn đến hiều suất thu hồi thấp; ngoài ra, do nồng độ enzyme nhỏ nên phải kéo dài thời gian chế biến khiến cho sản phẩm dễ bị nhiễm tạp VSV và sẽ dễ hỏng trong quá trình bảo quản Nếu nồng độ lớn thì có thể tăng được hiều suất thu hồi và chất lượng dịch rau quả song vị giá thành của enzyme rất cao nên giá thành của sản phẩm cũng sẽ cao

2.3.4 Các chế phẩm enzyme được sử dụng

2.3.4.1 Chế phẩm enzyme pectinex Ultra SP-L

Chế phẩm enzyme được sử dụng trong đề tài này là chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L Đây là chế phẩm enzyme pectinase hoạt tính cao được dùng

để xử lý quả nghiền Chế phẩm enzyme này được sản xuất từ một chủng chọn lọc

của nấm mốc Aspergillus niger Chế phẩm enzyme này chứa chủ yếu pectinase và

enzyme hemicellulase (có khả năng phân huỷ màng tế bào thực vật)

Pectinex Ultra SP-L ở dạng dung dịch sẫm màu, có mùi thơm nhẹ đặc trưng của sản phẩm lên men và có pH = 4,5 Hoạt tính của enzyme này là 26000 PG/ml (pH = 3,5) Mức độ hoạt động của nó được xác định bằng cách đo sự giảm độ nhớt của sự hoà tan một số pectic acid ở pH = 3,5 và 200C Dung dịch

enzyme có thế có cặn nhưng nó không ảnh hưởng đến hoạt tính hay bản chất enzyme Khi pectinex Ultra SP-L được bảo quản ở 200C thì hoạt tính bị giảm đi

ít nhất sau ba tháng Khi thời gian bảo quản kéo dài hơn, hoạt tính có thể mất đi 1-2% mỗi tháng Khi bảo quản ở 5-10oC, hoạt tính bị giảm đi trong vòng ít nhất một năm

Pectinex Ultra SP-L được sử dụng để xử lý rau quả nghiền và ngâm mô tế bào thực vật Pectin hoà tan và không hoà tan cũng như polysacharide làm đục đều bị phân huỷ Chế phẩm được bổ sung vào mô quả nghiền nát nhằm mục đích tăng hiệu suất ép, sản lượng nước rau quả mà không cần thay đổi thiết bị của hệ thống ép thông thường

Araban là một thành phần tự nhiên của quả và có thể tìm thấy trong nước quả ép khi đạt được sản lượng nước ép cao Vì vậy, dạng công nghệ bất kì được

sử dụng để làm tăng sản lượng nước quả ép cũng có thể là nguyên nhân gây nên

sự vẩn đục

Pectinex 3XL có dạng dung dịch màu nâu sẫm với hương vị nhẹ đặc trưng của sản phẩm lên men [1] [3]

2.3.5 Sử dụng chế phẩm enzyme trong quá trình chuẩn bị dịch lên men

2.3.5.1 Sử dụng enzyme trong quá trình trích ly dịch quả

Trong ngành sản xuất nước quả cũng như sản xuất rượu, ép là một khâu

kỹ thuật rất quan trọng, vì chỉ qua công đoạn ép mới thu được dịch quả Hàm lượng nước quả thu được khi ép phụ thuộc vào cấu tạo của mô quả, quá trình xử

lý sơ bộ, hàm lượng pectin hòa tan trong quả…[3]

Để nâng cao hiệu suất ép người ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý trước khi ép: nghiền cơ học, làm lạnh đông, xử lý bằng dòng điện, dùng sóng siêu âm… Tuy nhiên hiện nay do yêu cầu của ngành sản xuất công nghiệp hiện đại cùng với những tiến bộ của công nghệ sinh học, xu hướng sử dụng các chế phẩm enzyme pectinase để xử lý khối quả nghiền đang ngày càng phổ biến trên thế giới[5]

Dùng chế phẩm enzyme có thể làm phân hủy các chất protopectin, pectin, cellulose, tinh bột… làm giảm độ keo của khối thịt quả và tạo điều kiện cho dịch bào thoát ra dễ dàng Hơn nữa, do sự phá vỡ mô quả bằng enzyme nên các chất màu, tanin và các chất hòa tan khác được chiết rút một cách triệt để, nhờ đó mà tăng them chất lượng thành phẩm Phương pháp trích ly dịch quả sử dụng chế phẩm enzyme làm tăng đáng kể năng suất và hiệu suất trích ly, tránh được các biến đổi xấu cho dịch quả và cho hiệu quả kinh tế cao[15]

Dịch quả trước khi sử dụng chế phẩm enzyme cũng phải nghiền nhỏ, sau khi xử lý enzyme được ép hoặc ly tâm để thu dịch quả Hiệu suất quá trình ép dịch quả sử dụng enzyme phụ thuộc vào lượng enzyme, nhiệt độ, thời gian hoạt động cuả enzyme[7] Tuy nhiên, với mỗi loại quả khác nhau cần xác định các điều kiện này bằng thực nghiệm để hiệu suất thu hồi dịch quả khi ép cao nhất

2.3.5.2 Sử dụng enzyme trong quá trình làm trong dịch quả

Dịch quả là một dung dịch gồm đường, acid, muối, protein, chất chát, chất màu và các cấu tử, thành phần hóa học khác của nguyên liệu Dịch quả sau khi

ép ra tồn tại ở dạng phân tán, gồm những phân tử lơ lửng có kích thước khác nhu từ 0,001µm đến vài trăm µm[6]

Để có nước quả trong suốt cần phải loại bỏ các phần tử trông thấy bằng mắt thường Dịch quả là một hệ keo nên rất khó khăn trong việc tách các chất lơ lửng Do vậy, phải phá vỡ hệ keo mới có thể tách được hết chúng và làm trong dịch quả

Trước khi phương pháp enzyme ra đời, tùy theo mứcđộ yêu cầu của thành phẩm mà người ta thường sử dụng một số phương pháp làm trong dịch quả như: