Nghiên cứu ứng dụng enzym trong chế biến tiêu sọ tại các làng nghề

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1- Biểu đồ thu hoạch tiêu trên thế giới 6 Bảng 2-Kết quả san xuất hồ tiêu niên vụ 2007-2008 của 6 tỉnh trọng điểm 7 Bảng 5-Thành phần sinh hóa của vỏ hạt tiêu đen,

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

PHÂN VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TẠI TPHCM

Y Z

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NCKH & PTCN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CHẾ BIẾN TIÊU SỌ TẠI CÁC LÀNG NGHỀ

Chủ nhiệm đề tài: ThS Lưu Thị Lệ Thủy

7846

07/4/2010

Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2009

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

PHÂN VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TẠI TPHCM

Y Z

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NCKH & PTCN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CHẾ BIẾN TIÊU SỌ TẠI CÁC LÀNG NGHỀ

Thực hiện theo Hợp đồng số 035.09 RD/HĐ-KHCN ngày 25/02/2009

giữa Bộ Công Thương và Viện Công Nghiệp Thực Phẩm

Chủ nhiệm đề tài: ThS Lưu Thị Lệ Thủy Cộng tác viên: CN Tô Lan Phương

KS Nguyễn Anh Quân

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1- Biểu đồ thu hoạch tiêu trên thế giới 6 Bảng 2-Kết quả san xuất hồ tiêu niên vụ 2007-2008 của 6 tỉnh trọng điểm 7

Bảng 5-Thành phần sinh hóa của vỏ hạt tiêu đen, sọ tiêu và tiêu đen nguyên

Bảng 6-Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến khả năng làm mềm vỏ tiêu xanh 25

Bảng 7-Ảnh hưởng của thời gian chần đến khả năng làm mềm vỏ tiêu xanh 25

Bảng 8-Khả năng phân hủy lớp vỏ lụa sọ tiêu với các loại enzym khác nhau 26

Bảng 9-Ảnh hưởng của pH lên mức độ bóc tách vỏ lụa của sọ tiêu 27

Bảng 10-Ảnh hưởng của tỷ lệ Peelzym trong việcbóc tách vỏ lụa của sọ tiêu 28

Bảng 11-Ảnh hưởng của thời gian thủy phân lên mức độ bóc tách vỏ lụa của sọ

Bảng 12-Ảnh hưởng của tỷ lệ nước ngâm đến khả năng trương nước của vỏ

Bảng 13-Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến khả năng trương nở của vỏ

Bảng 14-Ảnh hưởng của các loại enzym khác nhau đến hiệu suất bóc vỏ 31

Bảng 15-Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất bóc vỏ của tiêu đen 32

Bảng 16-Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến hiệu suất bóc vỏ của tiêu đen 33

Bảng 17-Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất bóc vỏ của tiêu đen 34

Bảng 18-Ảnh hưởng của pH đến độ sáng màu của sọ tiêu 35

Bảng 19-Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến độ sáng màu của sọ tiêu 36

Bảng 20-Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ sáng màu của sọ tiêu 36

Bảng 21-Ảnh hưởng của chế độ sấy đến độ ẩm của sọ tiêu 39

Bảng 22-Sự biến đổi chất lượng tiêu sọ theo thời gian bảo quản 40

Bảng 23-Định mức tiêu hao nguyên, nhiên liệu và điện nước trong quá trình

Bảng 24-Chất lượng sản phẩm tiêu trắng sản xuất bằng phương pháp enzym 45

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ

Biểu đồ 1-Sản lượng tiêu của các nước sản xuất chính 6

Biểu đồ 2- Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh 25

Biểu đồ 3- Ảnh hưởng của thời gian chần đến hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh 26

Biểu đồ 4- Hiệu suất bóc vỏ tiêu đen của các loại enzym khác nhau 32

Biểu đồ 5- Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất bóc vỏ hạt tiêu đen của enzym

Biểu đồ 6- Ảnh hưởng tỷ lệ E/S đến hiệu suất bóc vỏ hạt tiêu đen 34

Đồ thị 1-Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất bóc vỏ hạt tiêu đen 35

Đồ thị 2-Ảnh hưởng của chế độ sấy đến chất lượng tiêu sọ 39

Sơ đồ 1- Quy trình công nghệ chế biến hạt tiêu trắng từ tiêu xanh (tiêu tươi) 29

Sơ đồ 2- Quy trình công nghệ chế biến hạt tiêu trắng từ tiêu đen 37

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Giới thiệu sơ liệu về cây tiêu 5

1.1.1 Đặc tính sinh học [8, 15] 5

1.1.2 Mùa vụ và vùng trồng 5

1.2 Cấu trúc và cơ chế thủy phân vách tế bào thực vật bằng enzym 7

1.2.1 Cấu trúc và cơ chế thủy phân cellulose 8

1.2.2 Cấu trúc và cơ chế thủy phân pectin 9

1.2.3 Cấu trúc và cơ chế thủy phân xylan 11

1.3 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chế biến tiêu trắng (tiêu sọ) 12

1.3.1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chế biến tiêu trắng trên thế giới 12

1.3.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chế biến tiêu trắng tại Việt Nam 15

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 19

2.1 Nguyên, vật liệu và hoá chất 19

2.1.1 Nguyên liệu 19

2.1.2 Hoá chất 19

2.1.3 Enzym 19

2.2 Thiết bị, dụng cụ 19

2.3 Phương pháp nghiên cứu 20

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 22

3.1 Khảo sát thành phần hóa lý và xây dựng tiêu chuẩn của nguyên liệu 22

3.1.1 Xây dựng tiêu chuẩn nguyên liệu 22

3.1.2 Thành phần hóa lý của vỏ hạt tiêu đen, sọ tiêu và tiêu đen nguyên hạt 23 3.2 Khảo sát các yếu tố công nghệ liên quan tới khả năng bóc vỏ hạt tiêu xanh (tiêu tươi) bằng enzym 24

3.2.1 Xử lý nguyên liệu 24

3.2.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến việc làm mềm vỏ tiêu xanh 24

3.2.1.2 Ảnh hưởng của thời gian chần trong việc làm mềm vỏ tiêu xanh 25

3.2.2 Khảo sát khả năng phân hủy lớp vỏ lụa sọ tiêu với các loại enzym khác nhau 26

3.2.3 Khảo sát các yếu tố công nghệ liên quan tới khả năng bóc vỏ hạt tiêu tươi (tiêu xanh) bằng Peelzym 27

3.2.3.1 Ảnh hưởng của pH 27

3.2.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S (% v/w) 27

3.2.3.3 Khảo sát thời gian thủy phân 28

3.3 Khảo sát các yếu tố công nghệ liên quan tới khả năng bóc vỏ hạt tiêu đen bằng enzym 30

3.3.1 Xử lý nguyên liệu 30

3.3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước ngâm đến khả năng trương nước của vỏ tiêu và chất lượng tiêu sọ 30

3.3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến khả năng trương nở của lớp vỏ tiêu và hiệu suất bóc vỏ 30

3.3.2 Khảo sát khả năng bóc vỏ tiêu đen của các loại enzym khác nhau 31

3.3.3 Khảo sát các yếu tố công nghệ liên quan tới khả năng bóc vỏ hạt tiêu đen bằng Peelzym 32

3.3.3.1 Ảnh hưởng của pH 32

3.3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S 33

3.3.3.3 Khảo sát thời gian thủy phân 34

3.3.3.4 Ảnh hưởng của pH đến độ sáng màu của sọ tiêu 35

3.3.3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S (% v/w) 36

3.3.3.6 Khảo sát thời gian thủy phân 36

3.4 Nghiên cứu chế độ sấy tiêu sọ 39

3.5 Nghiên cứu bảo quản tiêu trắng 40

3.6 Thử nghiệm sản xuất tiêu sọ và đánh giá hiệu quả kinh tế 41

3.6.1 Hướng dẫn thực hành chế biến tiêu sọ 42

3.6.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế 43

3.6.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm tiêu sọ 44

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

4.1 Kết luận 46

4.2 Kiến nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC 50

MỞ ĐẦU

Tiêu là loại gia vị rất hấp dẫn được sử dụng ở nhiều nước nhưng là sản phẩm xuất khẩu quan trọng của một số nước có điều kiện trồng tiêu như Việt Nam, Indonesia, Ấn Độ và Brazil

Trên thị trường thế giới có nhiều sản phẩm của tiêu nhưng chủ yếu là tiêu đen, tiêu trắng và một lượng nhỏ là nhựa dầu hồ tiêu Tiêu đen được tiêu thụ chủ yếu ở các nước đang và kém phát triển với giá thấp Tiêu trắng được thị trường các nước phát triển ở Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Á ưa chuộng do có màu sắc hấp dẫn, mùi thơm nồng và ít tạp nhiễm vi sinh vật Vì thế, tiêu trắng được sử dụng ngày càng rộng rãi trong chế biến thực phẩm ở nhiều nước

Việt Nam là nước đứng đầu về sản lượng tiêu nhưng Indonesia lại là nước sản xuất tiêu trắng đứng đầu (tới 80% sản lượng tiêu được chế biến thành tiêu trắng) nhờ phát triển tốt mạng lưới chế biến ở qui mô trang trại

Ở nước ta, tiêu trắng được sản xuất với sản lượng thấp hơn rất nhiều so với tiêu đen trong khi ở các nước xu hướng chung là phát triển sản xuất và chế biến tiêu trắng Theo số liệu của Hiệp Hội Hồ tiêu: năm 2008, Việt Nam xuất khẩu 90.000 tấn, chiếm khoảng 35% sản lượng tiêu của thế giới nhưng chủ yếu là tiêu đen (90%) và một lượng nhỏ tiêu trắng (khoảng 10%) nên giá trị kinh tế không cao Thị trường xuất khẩu tiêu của Việt Nam có trên 30 nước chủ yếu là ở Châu

Âu, Châu Á, Châu Mỹ và Châu Phi Tiêu trắng được xuất khẩu với giá 5.112 USD/tấn cao xấp xỉ 1,6 lần tiêu đen (3.235USD/tấn) Đây là sự thiệt thòi lớn cho người nông dân và nền kinh tế đất nước

Hiện nay, việc sản xuất tiêu trắng chủ yếu là sản xuất thủ công và bán công nghiệp đi từ tiêu xanh và tiêu đen theo phương pháp ngâm nước Quá trình ngâm dài ngày và thay nước nhiều lần đến khi vỏ tiêu thối mũn mới đem xát vỏ, vì vậy sau khi xát vỏ tiêu thường sậm màu, mùi thối rất khó chịu và phải khử màu khử mùi bằng hoá chất

Việc phân rã vỏ tiêu chủ yếu là phân rã tự nhiên, chỉ tiêu vi sinh của tiêu trắng thường không đạt tiêu chuẩn, do vậy phải sấy tiêu ở nhiệt độ cao trong thời gian dài để khử khuẩn gây tổn thất các hợp chất thơm bay hơi, làm giảm chất lượng sản phẩm Hơn nữa, quá trình ngâm ủ và thay nước dài ngày tiêu tốn rất nhiều nước, gây ô nhiễm môi trường

Trong điều kiện của Việt Nam hiện nay, muốn đẩy mạnh việc xuất khẩu

tiêu trắng cần thiết phải xây dựng mô hình chế biến ngay tại vùng nguyên liệu

Vì vậy, cần phải có qui trình công nghệ và thiết bị sản xuất tiêu trắng (từ tiêu xanh, tiêu đen) phù hợp với qui mô của các hộ gia đình và các trang trại, nhằm giảm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu xuất khẩu

và gia tăng giá trị

Với mong muốn nâng cao chất lượng tiêu trắng đáp ứng nhu cầu tiêu dùng

và xuất khẩu, giải quyết các vấn đề còn tồn tại của các phương pháp sản xuất

hiện nay, nhóm đề tài đã tiến hành “Nghiên cứu ứng dụng enzym trong chế biến

tiêu sọ tại các làng nghề” với mục tiêu là xây dựng quy trình công nghệ sản xuất

tiêu sọ tại các làng nghề bằng phương pháp sử dụng enzym

Sản xuất tiêu trắng bằng phương pháp enzym là xu thế tất yếu do có các ưu điểm như: thời gian ngâm ủ ngắn và tiết kiệm nước, hạn chế sự tổn thất các hợp chất thơm, chất lượng sản phẩm đồng đều và tốt hơn, kỹ thuật đơn giản, dễ áp dụng tại vùng nguyên liệu, hạn chế sự ô nhiễm mùi và ô nhiễm nước thải tại nơi sản xuất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu sơ liệu về cây tiêu

1.1.1 Đặc tính sinh học [8, 15]

Cây tiêu có tên khoa học là Piper nigrum L., thuộc họ Hồ tiêu Piperaceae,

có nguồn gốc từ Tây Nam Ấn Độ, đã du nhập vào Việt Nam khá lâu, mang nhiều đặc trưng của cây trồng miền nhiệt đới

Cây tiêu thích hợp với khí hậu vùng xích đạo và nhiệt đới, nhiệt độ trung bình 22 - 280C, lượng mưa cần thiết từ 2.000 - 3.000mm/năm, phân bổ đều trong tháng 7 và 8, sau đó là 3 - 5 tháng không mưa ở giai đoạn ra hoa và thu hoạch

Hồ tiêu có thể trồng được trên nhiều vùng đất nhưng đất thích hợp phải là đất tơi xốp, nhiều mùn, pH 5,5 - 7, thoát nước tốt Ở Việt Nam các vùng đất nâu

đỏ bazan rất phù hợp cho việc trồng tiêu Mật độ trồng thích hợp nhất của hồ tiêu từ 2.000 – 2.500 nọc/ha Đất dốc cần bố trí hàng tiêu theo đường đồng mức

để giảm bớt rửa trôi dinh dưỡng và xói mòn đất

Cây hồ tiêu có nguồn gốc từ tán rừng thưa nên ánh sáng tán xạ nhẹ phù hợp với yêu cầu sinh lý của cây tiêu hơn là trực xạ Trồng tiêu trên cây trụ sống vừa

tạo được độ che bóng cho vườn tiêu vừa đảm bảo trụ cho tiêu leo bám [8]

Theo y học cổ truyền, tiêu có vị cay, tính nóng, có tác dụng kích thích tiêu hóa nên thường được dùng làm gia vị Ngoài ra, tiêu còn có công dụng giảm đau, chống nôn Hạt tiêu còn được dùng để chữa hen (Trung Quốc) hay chữa dịch tả (Ấn Độ)

1.1.2 Mùa vụ và vùng trồng

Mùa thu hoạch tiêu khác nhau ở từng nước, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu So với các quốc gia khác thì Sri Lanka, Ấn Độ và Thái Lan là các nước có thời gian thu hoạch tiêu lâu nhất Tại Ấn Độ, thời điểm thu hoạch tiêu bắt đầu từ tháng 11 và kéo dài cho đến tháng 3 năm sau Ở Indonesia, thời gian thu hoạch

từ tháng 7 đến tháng 10 Ở Brasil, thời gian thu hoạch kéo dài từ tháng 8 đến tháng 10 Ở Việt Nam, thu hoạch tiêu bắt đầu từ tháng 3 và kết thúc vào tháng 5 Tháng 3/2005 Hiệp hội Hồ tiêu Việt Nam được kết nạp vào Hiệp hội hồ tiêu quốc tế (IPC) gồm có 6 nước thành viên là các quốc gia sản xuất, xuất khẩu

hồ tiêu hàng đầu thế giới như: Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Sri Lanka, Brasil và Việt Nam Các quốc gia này chiếm trên 80% sản lượng và số lượng xuất khẩu,

là nhân tố chủ yếu chi phối điều tiết thị trường giá cả hạt tiêu toàn cầu

Bảng 1: Biểu đồ thu hoạch tiêu trên thế giới

Biểu đồ 1: Sản lượng tiêu của các nước sản xuất chính

Từ năm 2001 đến nay, Việt Nam luôn chiếm ngôi số 1 thế giới về số lượng

hồ tiêu xuất khẩu, bình quân 70.600 tấn/năm (chiếm 31,2% thị phần thế giới Từ năm 2003 đến nay, sản lượng trồng hồ tiêu Việt Nam luôn dẫn đầu thế giới, bình quân khoảng 77.500 tấn/năm chiếm khoảng 30% sản lượng tiêu toàn cầu

Ở Việt Nam, do vị trí địa lý thuận lợi, điều kiện thiên nhiên ưu đãi, cây Hồ tiêu đã được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau từ Quảng trị đến Kiên Giang, nhưng tập trung trọng điểm ở 6 tỉnh

Các tỉnh trồng tiêu trọng điểm chiếm gần 80% diện tích và 75% sản lượng tiêu cả nước Đây là vùng nguyên liệu tập trung có lợi thế đặc biệt cho quá trình

sản xuất và chuyên môn hóa, phát triển cơ sở hạ tầng cho thu mua, chế biến, tại

vùng nguyên liệu, giảm chi phí cho xuất khẩu

Bảng 2- Kết quả sản xuất hồ tiêu niên vụ 2007 - 2008 của 6 tỉnh trọng điểm

Tỉnh Diện tích

trồng (ha)

Diện tích thu hoạch (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (tấn)

1.2 Cấu trúc và cơ chế thủy phân vách tế bào thực vật bằng enzym

Vách tế bào thực vật là cấu trúc bao quanh màng tế bào có vai trò bảo vệ và

cố định hình dạng tế bào Vách tế bào thực vật còn non và đang trong quá trình

tăng trưởng được gọi là vách sơ cấp Vách tế bào sơ cấp bao gồm cellulose,

pectine, hemicellulose, một lượng nhỏ glycoprotein và các hợp chất phenolic

Cellulose là thành phần cấu trúc chính trong vách tế bào thực vật Các

chuỗi cellulose liên kết với nhau tạo thành cấu trúc vi sợi

Hemicellulose cũng là thành phần rất quan trọng của vách tế bào, có vai trò

như các cầu nối liên kết các chuỗi cellulsose và làm tăng sức căng của cellulose

Hemicellulose là polymer của xylose, glucose và mannose hoặc mannose với

glucose bởi các liên kết β-1,4 và β-1,3 glucozit Các loại hemicellulose chủ yếu

là xylan, lichenin, β−D glucan và laminarin

Khi tế bào trưởng thành hoặc chết, vách tế bào sơ cấp được phát triển thành

vách thứ cấp Ngoài thành phần chính là cellulose và hemicellulose, trong vách

thứ cấp còn có thêm lignin – được hình thành bởi quá trình đồng phân hóa các

dẫn xuất phenylpropan như cumaryl alcohol, coniferyl alcohol và sinapyl

alcohol

Hình 1: Cấu trúc vách tế bào thực vật [23]

1.2.1 Cấu trúc và cơ chế thủy phân cellulose

Cấu trúc của cellulose [2, 23]

Cellulose là thành phần polysaccharit chủ yếu trong cấu trúc của vách tế bào thực vật, được cấu tạo bởi các đơn phân β-D-gluco pyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glucozit Mỗi đơn phân glucose xoay một góc 180o với phân tử liền kề tạo thành cấu trúc dạng chuỗi từ 2.000-25.000 đơn phân

Trong tự nhiên, các chuỗi cellulose liên kết với nhau bởi liên kết hydro và Vanderwal tạo nên cấu trúc vi sợi và thường có 2 vùng:

- Vùng kết tinh: có cấu trúc trật tự rất cao, không thấm nước và lực căng rất lớn, có khả năng chống lại sự phân hủy hóa học và sinh học cao

- Vùng vô định hình: có cấu trúc không chặt do đó kém bền hơn Vùng này có thể hấp thu nước và trương lên

Hemicellulose Cellulose

Pectin Màng

tế bào

Vách

sơ cấp

Cơ chế thủy phân cellulose bởi hệ enzym cellulase [29]

Quá trình phân hủy cellulose tự nhiên nhờ phức hệ enzym cellulase, bao gồm chủ yếu là enzym C1, CX và β-1,4-glucosidase Erikson và cộng tác viên (1974) đã đưa ra cơ chế tác động phối hợp của C1, CX và glucosidase như sau:

- Những vùng có mức độ kết tinh thấp trong sợi cellulose bị các enzym endoglucanase tấn công tạo ra các đầu tự do

- Các enzym exoglucanase phân cắt từ đầu tự do của các chuỗi, tạo ra các

• Enzym CX còn gọi là enzym β-1,4-glucanase Enzym này thủy phân cellulose thành cellobiose CX được chia thành 2 loại:

- Exo-β-1,4-glucanase (1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase, EC 3.2.1.91) Enzym exoglucanase phân cắt chuỗi cellulose từ đầu không khử và giải phóng cellobiose Enzym exoglucanase không thủy phân cellulose kết tinh cũng như cellulose hòa tan (carboxymethyl cellulose) nhưng có thể thủy phân được cellulose đã bị cắt ngắn mạch Vai trò chính của enzym này là giúp cho enzym endocellulase tác động được lên vùng cellulose kết tinh

- Endo-glucanase (1,4-β-D-glucanohydrolase, EC 3.2.1.4) Enzym endoglucanase thủy phân liên kết β-1,4-glucozit một cách ngẫu nhiên để giải phóng cellodextrin, cellobiose và glucose Enzym endoglucanase phân giải mạnh mẽ các cellulose vô định hình nhưng tác động rất yếu trên cellulose kết tinh và chúng không có khả năng phân giải cellobiose Chính nhờ sự phân cắt trước của endocellulase tạo ra các đầu không khử, enzym cellobiohydrolase dễ dàng thủy phân hoàn toàn cellulose kết tinh

• Enzym β-1,4-glucosidase hay cellobiase (EC 3.2.1.21): thủy phân cellobiose

và các cello-oligosaccharid mạch ngắn thành glucose Enzym glucosidase phân cắt hai loại cơ chất là cellobiose và cellohexanose (gồm 6 đơn vị glucose), enzym này thủy phân cellobiose nhanh hơn cellohexanose

β-1,4-1.2.2 Cấu trúc và cơ chế thủy phân pectin

Cấu trúc của pectin

Trong vách tế bào sơ cấp chứa một hàm lượng tương đối cao pectin (khoảng 35%) Cấu tạo của pectin chủ yếu là một mạch chính gồm các gốc axít

α-D-galacturonic, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-O-glucozit, còn gọi là axít polygalacturonic hay axít pectic Trong tự nhiên, pectin có 2 dạng chủ yếu:

- Dạng pectin hòa tan, chủ yếu ở dịch tế bào

- Dạng protopectin không tan trong nước, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào và các lớp gian bào, thường ở dạng liên kết với polysaccharit khác như arabinan, tinh bột, cellulose

Pectin giữ vai trò quan trọng trong quá trình chín của quả Khi quả còn xanh và đang phát triển, protopectin phân tán ở thành tế bào với tỷ lệ khá cao làm quả cứng Khi quả bắt đầu chín, protopectin chuyển dần sang dạng pectin hòa tan dưới tác dụng của axít hữu cơ và enzym protopectinase trong quả, quả càng chín càng mềm, pectin hòa tan tăng cao, ngược lại protopectin không tan sẽ giảm dần

Cơ chế thủy phân pectin bởi enzym pectinase

Pectinase là một nhóm enzym tham gia vào quá trình thủy phân pectin, sản phẩm tạo thành là axít galacturonic, glucose, galactose, arabinose, methanol…[3]

Enzym pectinase chứa một vùng có 8-10 vòng xoắn β kép về phía phải với

2 vòng sẽ tạo thành một khe liên kết với cơ chất Người ta nhận thấy rằng trung tâm hoạt động của enzym này có chứa 2 axít amin là aspartate và lysine và một histidine nằm gần trung tâm hoạt động sẽ ảnh hưởng đến khả năng xúc tác của enzym

• Enzym pectinesterase (PE) (E.C.3.1.1.11): xúc tác sự thủy phân liên kết ester phức tạp của pectin và protopectin PE chỉ thủy phân liên kết ester giữa các nhóm metoxyl và -COOH tự do PE có ái lực với nhóm metoxyl ở vị trí thứ 5 lớn hơn với các nhóm ở vị trí thứ 3 và 7 Như vậy, sự phân cắt nhóm metoxyl

sẽ xảy ra một cách tuần tự bắt đầu từ nhóm -COOH tự do, Kết quả là tạo thành axít pectic hoặc axít pectinic và methanol

• Enzym Polygalacturonase (PG) (E.C.3.2.1.15): tham gia quá trình thủy phân liên kết α-1,4-glucozit của axít pectic và các polygalacturonic khác, tách các gốc axít D-galacturonic thành các phân tử D-galacturonic tự do PG là một phức hợp enzym gồm nhiều cấu tử và thường có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất Có 4 kiểu PG dựa vào tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng:

- Endo-glucozidase-polymetylgalacturonase kiểu I (Endo-PMG-I): là enzym dịch hóa, pectin có mức độ metoxyl hóa càng cao thì bị thủy phân

bởi enzym này càng nhanh Enzym này phổ biến ở nấm mốc như: Asp

niger, Asp.awamori, Botrytis cinerea và Neurospora crassa

- Endo-glucosidase-polygalacturonase kiểu II (Endo-PG-II): là enzym dịch hóa, enzym này có thể thủy phân axít pectic hay axít pectinic và chỉ tác dụng khi có mặt nhóm COOH tự do Hoạt độ của Endo-PG-II sẽ tăng lên nhiều khi cơ chất được xử lý sơ bộ bằng PE Đa số vi khuẩn và nấm mốc

là những vi sinh vật tổng hợp được enzym này

- Exo-glucozidase-polymetylesterase kiểu III (Exo-PMG-III): là enzym đường hóa, enzym này có thể cắt từng axít galacturonic ra khỏi axít pectinic hoặc pectin Exo-PMG-III có ái lực cao với các gốc axít galacturonic đã được metoxyl hóa, nghĩa là phân cắt các liên kết α-1, 4-glucozit ở đầu mạch nằm giữa hai gốc axít galacturonic có nhóm COOCH3

- Exo-glucosidase-polygalacturonase kiểu IV (Exo-PG-IV): enzym này thường có ái lực mạnh đối với các liên kết glucozit ở cuối mạch của phân

tử axít pectinic hay axít pectic nhưng không có nhóm metyl

• Enzym Pectate lyase (PL): Enzym này có vai trò xúc tác liên kết glucozit, tiến tới làm mất hoạt tính nguyên tử hydro ở carbon thứ 5 tạo thành liên kết đôi giữa carbon thứ 4 và thứ 5 Dựa trên cơ chế tác dụng của PL, người ta chia thành 2 nhóm:

α-1,4 Nhóm Endoα-1,4 pectatelyase: tham gia thủy phân phân tử polygalacturonic ở chỗ khác nhau của dãy tạo nên axít galacturonic

- Nhóm Exo-pectatelyase: tham gia phân hủy thành phần mạch vòng của axít digalacturonic chưa bão hòa

1.2.3 Cấu trúc và cơ chế thủy phân xylan

Cấu trúc của xylan [23]

Xylan là polysaccharide cấu trúc chính trong vách tế bào thực vật, đứng thứ hai sau cellulose Xylan là thành phần chính của hemicellulose, một phức hợp polysaccharit gồm: xylan, xylanglucan, glucomannan, glactoglucomannan và arabinogalactan

Phức hợp này cùng với cellulose và lignin hình thành nên thành phần polymer của vách tế bào thực vật, tương tác với nhau nhờ các liên kết cộng hóa trị và không cộng hóa trị Xylan là ranh giới giữa lignin và cellulose, đây là vị trí quan trọng cho sự kết dính của chất xơ và tính toàn vẹn của vách tế bào thực vật Xylan là polymer của các đơn phân xylose liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4-glucozit Trong tự nhiên, phần lớn xylan ở dạng polysaccharit dị thể, có các nhóm thế khác nhau trong chuỗi khung sườn và chuỗi bên Các nhóm thế phổ biến là acetyl, aarabinofuranosyl và glucuronysyl Dựa vào các nhóm thế, xylan

được phân loại thành homoxylan thẳng, arabinoxylan, acetylxylan, glucuronoxylan và glucuronoarabinoxylan

Cơ chế thủy phân xylan bởi enzym [17, 24, 25, 28]

Vì tính không đồng nhất và phức tạp của xylan do đó để thủy phân hoàn toàn xylan cần một hệ enzym hoạt động phối hợp: β-1,4-endoxylanase (EC 3.2.1.8) cắt ngẫu nhiên xylan, β-D-xylosidase (EC 3.2.1.37) cắt các đơn phân xylose từ đầu không khử của xylooligosaccharide và xylobiose Việc loại bỏ nhóm bên được xúc tác bởi β-L-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55), β-D-glucuronidase (EC 3.2.1.139), acetylxylan-esterase (EC 3.1.1.72), ferulic acid esterase (EC 3.1.1.73) và ρ-coumaric acid esterase (EC 3.1.1.-)

Xylanase thủy phân xylan theo cơ chế axít - bazơ, nhờ 2 gốc glutamate: Glu

78 và Glu 172 Trong đó, Glu 78 hoạt động như chất ưa nhân và có xu thế tích điện âm, ngược lại Glu 172 có tính axít và có xu thế được proton hóa Trong cơ chế dời chỗ 2 lần của endoxylanase, Glu 172 đóng vai trò như một chất axít ở bước đầu tiên và như một chất bazơ ở bước thứ 2

Hệ xylanse được sinh tổng hợp chủ yếu bởi nấm sợi, xạ khuẩn và vi khuẩn:

Aspergillus, Trichoderma, Clostridia, Bacillus, Streptomycetes, Endoxylanase

của nấm sợi hoạt động trong khoảng pH 3,5 – 5,5 và ổn định trong khoảng pH 1,0 – 10,0 Endoxylanase của vi khuẩn hoạt động ở pH tối ưu cao hơn endoxylanase của nấm sợi và ổn định ở pH 5,0 – 7,3

1.3 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chế biến tiêu trắng (tiêu sọ)

Sản phẩm hồ tiêu thông dụng trên thị trường thế giới là tiêu đen và tiêu trắng Ngày nay nhiêu loại sản phẩm có giá trị đã được phát triển thêm từ hồ tiêu như dầu tiêu được chế biến từ tiêu lép (Ấn Độ), dầu nhựa tiêu (oleoresine), tiêu xanh ngâm muối, tiêu xanh khử nước, tiêu đỏ…

1.3.1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chế biến tiêu trắng trên thế giới

Các phương pháp sản xuất tiêu trắng:

1/ Phương pháp ngâm nước:

+ Ngâm ở sông hoặc suối: tiêu xanh sau khi tách khỏi cuống được cho vào

túi bằng cói (khoảng 20-25 kg/túi) buộc chặt rồi ngâm ở sông hoặc các dòng suối từ 2 - 3 tuần Trong quá trình ngâm nước, lớp vỏ ngoài bị phân hủy dần dần Sau thời gian ngâm, các túi tiêu được vớt lên rồi chà bằng chân và rửa bằng nước Hạt tiêu sau khi chà rửa đem phơi nắng 2-3 ngày Phương pháp này chỉ ứng dụng được ở những vùng gần sông suối, rất khó mở rộng quy mô sản xuất

và thời gian chế biến quá dài

+ Ngâm trong các bể xi măng: là phương pháp được sử dụng chủ yếu ở Ấn

Độ Theo Sudarsan (2000) việc sản xuất tiêu trắng được thực hiện theo cách

thức như sau: Tiêu xanh được ngâm nước trong các bể xi măng, thời gian phân hủy lớp vỏ mất hơn 9 ngày Hoặc tiêu xanh được ủ chín kết hợp với ngâm nước (khoảng 2-3 ngày), phương pháp này mất tổng cộng khoảng 7 ngày Hoặc tiêu đen ngâm trong nước khoảng 12 ngày Tiêu sau khi ngâm được xát vỏ bằng phương pháp cơ học, rửa sạch và phơi khô đến khi đạt độ ẩm cần thiết (khoảng 8

- 12%)

Nhược điểm của các phương pháp ngâm nước là thời gian ngâm dài (khoảng 10 - 15 ngày), nước ngâm bốc mùi hôi thối ảnh hưởng rất xấu đến môi trường xung quanh và ám vào sản phẩm rất khó loại trừ, tiêu bị sậm màu và tạp nhiễm các vi sinh vật, chất lượng sản phẩm không tốt

2/ Phương pháp chôn dưới đất ẩm: tiêu được ủ chín rồi chôn dưới đất ẩm

khoảng 5 ngày đem xát vỏ, rửa sạch rồi phơi khô Hạn chế của phương pháp này

là phải có mặt bằng rộng và sản phẩm rất dễ tạp nhiễm vi sinh vật (Verghese,

1999)

3/ Phương pháp sử dụng hóa chất: tiêu đen được ngâm nước với tỷ lệ 1:5

trong 4 ngày, sau đó đem luộc trong dung dịch NaOH 4% kết hợp với khuấy để tách vỏ Sản phẩm sau khi tách vỏ được tẩy trắng bằng dung dịch H2O2 2,5%,

rửa nước rồi phơi khô (Joshi, 1962)

Hiện nay, hầu hết các phương pháp kể trên đều ít được dùng trong sản xuất tiêu trắng vì cho sản phẩm có chất lượng không tốt, mức độ tạp nhiễm vi sinh vật cao, tiêu tốn nhiều nước và tốn chi phí nhân công Việc sản xuất tiêu trắng theo hướng sinh học là xu thế ngày càng được sử dụng do có các ưu điểm vượt trội là rút ngắn thời gian sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm

Các nghiên cứu sản xuất tiêu trắng gần đây chủ yếu là nghiên cứu sử dụng

vi khuẩn và enzym để phân hủy lớp vỏ ngoài của hạt tiêu Vi sinh vật được sử dụng để phân rã vỏ tiêu là các chủng vi khuẩn hoặc nấm mốc có các hoạt tính cellulase và pectinase

Thankamony (1999) sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis không gây bệnh

được phân lập từ đất có hoạt tính cellulase để phân hủy lớp vỏ ngoài của hạt tiêu đen Thời gian nuôi cấy mất khoảng 2 - 4 ngày trong điều kiện nuôi cấy lắc (qui

mô phòng thí nghiệm), sau đó việc bóc vỏ được hoàn tất bằng cách xát và rửa nước Phương pháp này cho phép rút ngắn thời gian bóc vỏ nhưng phải sục khí liên tục

Thankamony và Giridhar (2004) nghiên cứu bóc vỏ tiêu đen bằng cách

dùng các chủng vi khuẩn Bacillus không tạo bào tử Dịch nuôi cấy vi khuẩn

(100 ml) sau 6 giờ, bổ sung 50g tiêu đen rồi nuôi cấy lắc (tốc độ lắc 80 vòng/phút) ở 37oC Sau 4 ngày ủ, thu lấy hạt tiêu, đem xát vỏ, rửa sạch, rồi sấy

khô Hiệu suất bóc vỏ đạt 80% khi sử dụng chủng B mycoides hoặc B

licheniformic, đạt 90% khi dùng chủng B brevis Sử dụng kết hợp cả 3 chủng vi

khuẩn này gồm B mycoides, B licheniformic và B brevis để bóc vỏ hạt tiêu

đen, sau 4 ngày hiệu suất bóc vỏ đạt 95 – 98% Thử nghiệm ở qui mô lớn hơn:

bể lên men gồm 25 lít môi trường dinh dưỡng, bổ sung 3 lít dịch nuôi cấy của ba chủng vi khuẩn (tỷ lệ 1:1:1) và 10kg tiêu đen Cứ 24 giờ bổ sung 0,1% glucose, sau 10 -12 ngày, hiệu suất bóc vỏ đạt 90 - 95% Hạt tiêu thành phẩm có màu trắng kem, được bao bọc bởi lớp màng mỏng có vân Tiêu trắng sản xuất theo phương pháp này vẫn duy trì được hàm lượng các chất thơm và nhựa dầu bay hơi, các chỉ tiêu vi sinh thấp hơn so với tiêu trắng thương phẩm sản xuất theo phương pháp truyền thống

Gopinathan và Manilal (2005) sử dụng các chủng vi khuẩn Xanthomonas sp., Pseudomonas sp., và Bacillus sps phân lập từ đất có khả năng phân hủy lớp

vỏ ngoài của hạt tiêu xanh trong thời gian 3 ngày Đối với hạt tiêu đen trước khi

xử lý sinh học cần được ngâm nước khoảng 4 ngày Sau khi lên men, tách vỏ hoàn toàn nhờ máy chà quả và rửa nước, sau đó đem phơi hoặc sấy để đạt độ ẩm qui định Tỷ lệ hạt tiêu còn vỏ là 1 - 2% khi dùng nguyên liệu tiêu xanh và 2-3% khi sử dụng nguyên liệu là tiêu đen Tiêu trắng được sản xuất theo phương pháp này có sự cải thiện về màu sắc và giảm mức độ tạp nhiễm vi sinh vật Tuy nhiên cần thiết phải phân loại hạt tiêu trước khi xử lý với vi khuẩn để sản phẩm tiêu trắng có chất lượng tốt và đồng đều hơn [19]

Martin Steinhaus và Peter Shieberle (2005), thử nghiệm sản xuất tiêu trắng

từ tiêu đen theo nhiều phương pháp ngâm khác nhau và đi đến kết luận như sau:

các thành phần tạo mùi hôi trong quá trình sản xuất tiêu trắng như

3-methylindole, 4-methylphenol và axít butanoic không hình thành trong quá trình

sản xuất nếu thời gian lên men ngắn hoặc ngâm ủ kéo dài kết hợp với thay nước thường xuyên Như vậy việc rút ngắn thời gian ngâm ủ sẽ loại trừ được các thành phần tạo mùi hôi và giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường [26]

Sản xuất tiêu trắng bằng phương pháp enzym chủ yếu đi từ nguyên liệu là tiêu xanh Các enzym được dùng trong sản xuất tiêu trắng chủ yếu là các enzym

có khả năng phân hủy các thành phần cấu trúc vỏ tiêu Có thể dùng một loại hay kết hợp nhiều loại enzym trong quá trình ngâm ủ không những vừa rút ngắn thời gian sản xuất, hạn chế ô nhiễm môi trường mà còn làm giảm lượng vi sinh và cải thiện chất lượng của sản phẩm Phương pháp này đơn giản và dễ nhân rộng quá trình sản xuất

Gopinathan (2004) nghiên cứu sử dụng enzym pectinase để phân hủy lớp

vỏ ngoài của hạt tiêu Đối với hạt tiêu xanh, thời gian ngâm ủ là 24 giờ ở 37 –

40oC và pH=3,5 đạt hiệu suất là 27 – 32%; đối với tiêu đen mất khoảng 40 – 45 giờ đạt hiệu suất 67 – 73% Chất lượng sản phẩm tiêu trắng tạo ra theo phương

pháp này được cải thiện đáng kể so với các phương pháp sản xuất truyền thống, sản phẩm có màu sáng hơn và mức độ tạp nhiễm vi sinh vật thấp hơn hẳn [18]

Namiki Takashi và cộng sự (2007) sử dụng các enzym cellulase,

hemicellulase, pectinase và protopectinase để phân hủy vỏ tiêu Tiêu xanh đã tách cuống hoặc tiêu đen được ủ với enzym trong điều kiện thích hợp Sau khi ủ, tiêu trắng được chà rửa với nước, rồi phơi khô hoặc sấy bằng phương pháp sấy tang quay hoặc sấy tĩnh Tiêu trắng sản xuất bằng phương pháp enzym có chất lượng cao hơn hẳn về màu sắc và hương vị so với tiêu trắng sản xuất theo phương pháp truyền thống [27]

Thử nghiệm gần đây của công ty Novozymes (2009): tiêu xanh sau khi tách

cuống đem chần 90- 100oC rồi chà nhẹ để tăng diện tích tiếp xúc giữa enzym và

cơ chất, ngâm tiêu vào nước (tỷ lệ 1:1), điều chỉnh pH đạt 4 – 5, bổ sung

Peelzym với nồng độ 0,1 - 0,4%, ủ ở 45 - 55oC trong 18 giờ hoặc ở nhiệt độ thường trong 3 ngày Kết thúc quá trình ủ, đem xát và loại bỏ tiêu còn sót vỏ, sọ tiêu đem rửa, tẩy trắng rồi sấy khô Hiệu suất bóc vỏ đạt khoảng 30%

Các kết quả nghiên cứu thử nghiệm đã khẳng định việc sử dụng enzym

Peelzym (là hỗn hợp enzym có các hoạt tính gồm β-glucanase, xylanase,

cellulase và hemicellulase thu nhận từ chủng Asperillus aculeatus) hiệu quả cao

hơn hẳn khi dùng một loại enzym Quá trình bóc tách vỏ sau đó dễ dàng được hoàn tất nhờ công đoạn xát vỏ

Nhìn chung, phương pháp sử dụng enzym mang lại nhiều lợi ích như: rút ngắn thời gian sản xuất; giảm mức độ tạp nhiễm vi sinh vật; cải thiện chất lượng sản phẩm về màu sắc, mùi vị và cảm quan; giảm chi phí sản xuất đặc biệt là giảm lượng nước sử dụng, hạn chế sự ô nhiễm nước thải và ô nhiễm mùi hôi tại nơi sản xuất

Ngoài các nghiên cứu về phương pháp sản xuất tiêu, phương pháp bảo quản tiêu đóng vai trò rất quan trọng nhằm duy trì chất lượng sản phẩm trong suốt quá trình bảo quản và lưu thông phân phối

Catherine và cộng sự (2008) đã nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của các

phương pháp bảo quản (dùng hơi nóng hoặc chiếu xạ) đến các chỉ tiêu hóa lý và

vi sinh của tiêu đen Phương pháp dùng hơi nóng làm giảm hàm lượng piperine

và gây sậm màu của sản phẩm trong quá trình bảo quản, trong khi phương pháp chiếu xạ làm giảm đáng kể lượng vi sinh nhưng ít ảnh hưởng tới chất lượng hóa

lý Việc bảo quản tiêu thành phẩm ở nhiệt độ thấp (40C) cũng hạn chế được sự thất thoát của piperin [16]

1.3.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chế biến tiêu trắng tại Việt Nam

Phương pháp sản xuất tiêu trắng truyền thống: tiêu tươi hoặc tiêu chín già

(chùm xuất hiện trái chín đỏ) đem ủ 2 – 3 ngày đêm, bỏ vào bao đem ngâm ở

dòng nước chảy hay trong bể ngâm thay nước hàng ngày Ngâm từ 7 – 10 ngày (vào mùa lạnh thời gian ngâm lâu hơn) cho đến khi vỏ nát rời, cho vào rổ hay máy xát kỹ, sau đó đãi hết vỏ và phơi 1- 2 nắng trên nong, nia đến khi hạt có độ

ẩm 12- 13% là có thể đem bảo quản và tiêu thụ Chế biến thủ công không thể sản xuất theo dạng hàng hoá vì chất lượng sản phẩm không đồng đều Hơn nữa, thời gian kéo dài khó đáp ứng xuất khẩu

Chế biến tiêu trắng bán công nghiệp từ tiêu đen: hiện nay ở các vùng trồng

tiêu, các hộ trồng tiêu chế biến tiêu trắng từ tiêu đen, một số hộ nông dân thu gom thêm tiêu đen từ các hộ khác để chế biến tiêu trắng đã hình thành các vùng sản xuất tiêu sọ không tập trung với sản lượng tiêu sọ tùy thuộc vào nhu cầu của thị trường và các đại lý thu mua Quy trình sản xuất tại các hộ gia đình khá đơn giản, gồm các công đoạn như sau:

Chọn loại tiêu đen có dung trọng > 550g/l để chế biến tiêu trắng Tiêu đen được quạt kỹ để loại các hạt nhẹ Tiêu hạt nặng được cho vào bao rồi ngâm nước trong các bể ximăng từ 7 – 8 ngày Hai ba ngày thay nước một lần hoặc không thay nước cho đến khi vỏ hạt tiêu thối mũn, đem ra xát để bóc vỏ hạt rồi đãi sạch Hạt tiêu sau khi đãi sạch vỏ có màu nâu vàng Theo yêu cầu của thị trường, tiêu được làm trắng bằng cách ngâm trong H2O2 trong vòng 30 phút để oxi hóa các chất hữu cơ và các chất màu Tiêu sau khi tẩy trắng được phơi trên sân có lót bạt hoặc đem sấy ở 50 – 60oC trong nhiều giờ liên tục để đạt độ ẩm 12%

Với cách chế biến này, chất lượng tiêu trắng không đồng đều Ngoài ra, vấn

đề ô nhiễm môi trường xảy ra trong vùng, mùi hôi thố từ các bể ngâm tiêu bốc lên nồng nặc Các nông hộ và các cơ sở chế biến nhỏ không chú ý đến vấn đề tiêu thoát nước thải, gây ô nhiễm mùi môi trường xung quanh

Chế biến tiêu trắng xuất khẩu ở quy mô lớn: tương tự như chế biến tiêu

trắng ở quy mô bán công nghiệp nhưng công nghiệp hơn ở các công đoạn ngâm

ủ, xử lý an toàn thực phẩm, sấy và xử lý nước thải chế biến Nhiều nhà máy bên cạnh việc mua tiêu đen loại tốt để chế biến còn thu mua tiêu sọ đã qua chế biến bán thủ công của nông dân về gia công thêm khâu làm trắng, sấy và đóng bao bì đạt tiêu chuẩn xuất khẩu

Ở Việt nam, các công ty nước ngoài, công ty liên doanh và các công ty tư nhân như: Harris Preman, Vina Harris, ManSpice, Trường Lộc, Maseco, Tấn Hưng, Agexport HCM, Itimex HCM đã đầu tư dây chuyền chế biến hiện đại, chế biến tiêu sạch theo phương pháp hấp sấy bằng hơi nước, xử lý vi sinh Sản phẩm đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm

Cho đến nay, các nghiên cứu về sản xuất tiêu trắng tại Việt Nam không nhiều và chưa hoàn thiện nên rất khó để triển khai ứng dụng rộng rãi Có 2 công trình nghiên cứu sản xuất tiêu trắng chủ yếu theo phương pháp ngâm nước và ủ kín như sau:

Công trình nghiên cứu của tác giả Bùi Văn Miên (Đại học Nông Lâm Tp

Hồ Chí Minh, 2004) sử dụng tiêu đen có dung trọng 600g/L ngâm nước (tỷ lệ

1:5) trong 3 ngày để làm mềm vỏ (thay nước 2 lần/ngày) Sau khi ngâm, xả hết nước và đóng vào các bao nylon 50kg ủ kín trong 3 ngày để phân rã vỏ, sau khi

ủ dùng chân chà, hiệu suất bóc vỏ đạt 95%, tỷ lệ hạt còn dính vỏ 1%, tỷ lệ hạt vỡ 1% Hạt tiêu sau khi tách vỏ được tẩy trắng bằng dd H2O2 50% trong 20 phút, rửa sạch rồi phơi khô Với phương pháp này, tổng thời gian sản xuất là 6-7 ngày, lưu ý trong quá trình ủ kín, nhiệt độ có thể tăng đến 63oC nên cần phải thêm nước để tránh cho tiêu bị khô Tiêu trắng sản xuất theo công nghệ này đạt được các tiêu chuẩn về cảm quan, vật lý và hóa học Phương pháp này sử dụng rất nhiều nước, chỉ riêng công đoạn làm mềm vỏ trước khi ủ, lượng nước sử dụng gấp 30 lần so với lượng nguyên liệu Sử dụng nhiều nước trong quá trình sản xuất làm tăng chi phí và gây khó khăn cho việc xử lý nước thải, nên quy trình này khó triển khai rộng rãi trong thực tế sản xuất [1]

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Đức Lượng (2002 - 2005) sử dụng chế

phẩm sinh học Biovina (là chế phẩm xử lý nước thải, chất thải hữu cơ) gồm các chủng nấm mốc Asperillus, Penicillium và xạ khuẩn Actinomyces để xử lý vỏ

hạt tiêu giúp rút ngắn thời gian sản xuất còn 7 ngày: tiêu đen được phân loại qua

hệ thống xoắn ốc, chọn tiêu có dung trọng > 570g/L cho vào bao PP (50 –

100kg) đem ngâm nước trong 4 ngày, sau đó trộn với chế phẩm Biovina (6%) ủ

khoảng 3 ngày, xát vỏ bằng máy rồi rửa sạch, hiệu suất bóc vỏ đạt > 82% Tác giả sử dụng H2O2 hoặc phèn chua để tẩy trắng rồi dùng nước rửa sạch, sấy ở

80oC trong 3 giờ Có thể rút ngắn thời gian sản xuất còn 4 ngày khi dùng nguyên liệu là tiêu xanh Nguyên liệu được ngâm nước để loại bỏ hạt lép, hạt non, cuống Sau đó vớt tiêu ra trộn với chế phẩm Biovina, rồi ủ bằng bao bố hoặc đào hố để ủ Công nghệ này vẫn còn những hạn chế nhất định về mặt an toàn vệ sinh thực phẩm, thời gian ngâm nước trước khi lên men khá dài nên việc triển khai ứng dụng chưa phổ biến đại trà [7]

Nhìn chung, các nghiên cứu về sản xuất tiêu trắng chưa hoàn thiện cả về qui trình công nghệ và thiết bị sản xuất, nên việc triển khai ứng dụng trong thực tiễn chưa phổ biến Sản phẩm tiêu trắng có chất lượng cảm quan không đồng đều, kém hấp dẫn nên tỷ trọng tiêu trắng xuất khẩu còn thấp, chủ yếu là tiêu thụ nội địa

Vì vậy, nhóm nghiên cứu của Phân Viện Công nghiệp thực phẩm tại Tp Hồ Chí Minh (thuộc Viện Công nghiệp thực phẩm) đã và đang nghiên cứu đề tài

cấp Bộ “Nghiên cứu ứng dụng enzym trong chế biến tiêu sọ tại các làng nghề”

với mục tiêu chính là: xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tiêu sọ tại các làng nghề bằng phương pháp sử dụng enzym

Các nội dung chính của đề tài thực hiện gồm có:

− Nghiên cứu lựa chọn các loại enzym thích hợp để phân hủy lớp vỏ ngoài hạt tiêu

− Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tiêu sọ bằng phương pháp enzym: xác định các điều kiện công nghệ sử dụng enzym

− Thử nghiệm chế phẩm trong sản xuất tiêu sọ tại làng nghề của tỉnh Bình Phước

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên, vật liệu và hoá chất

2.1.1 Nguyên liệu: được mua tại vườn của các hộ trồng tiêu thuộc ấp Vườn

Bưởi, xã Lộc Thiện, Huyện Lộc Ninh, Tỉnh Bình Phước)

- Tiêu xanh: chọn các chùm tiêu già (trên chùm tiêu xuất hiện 1 - 2 trái chín

đỏ), đem tách cuống bằng tay hoặc bằng máy

- Tiêu đen: tiêu xanh sau khi tách cuống, đem phơi nắng cho khô

2.1.2 Hoá chất:

Hoá chất tinh khiết dùng cho phân tích gồm: toluen, dietylether, etanol tinh khiết, axít acetic, xylen

Hoá chất làm môi trường kiểm tra vi khuẩn hiếu khí, nấm men và nấm mốc

2.1.3 Enzym: các enzym thương mại của Novozym

Tên thương

mại

Đặc tính Điều kiện hoạt

động tối ưu Peelzym Sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus

Hoạt tính chính: endo-1,3(4)- β-glucanase Hoạt tính phụ: xylanase, cellulase, hemicellulase

Nhiệt độ: 45 – 55oC pH: 4 – 5

Cellusoft L Sản xuất từ chủng Trichoderma viridae

Hoạt tính chính: cellulase

Nhiệt độ: 50 – 55oC pH: 4,5 – 5,5

Pectinex

300L

Sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus

Hoạt tính chính: Pectinase Hoạt tính phụ: Hemicellulase

Nhiệt độ: 50 – 55oC pH: 4 – 5

− Cân điện tử Shimazdu (Nhật Bản)

− Nồi hấp thanh trùng Tomy S325 (Nhật Bản)

− Tủ sấy Shellab (Mỹ)

− Máy lắc ổn nhiệt Stuart (Anh)

− Máy đo pH (Singapore)

− Máy đo độ trắng, độ xám của tiêu sọ (Konica Minolta CR-14)

− Máy xát vỏ tiêu, công suất động cơ 0,5HP (Việt Nam)

− Bộ chiết tinh dầu bay hơi, bộ chiết piperin, đĩa petri, bình định mức các loại, bình tam giác 100ml, 500ml; pipetman 1, 5ml; pipet và ống đong các loại…,

2.3 Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp nghiên cứu:

- Nguyên liệu tiêu xanh, tiêu đen được phân loại theo kích thước (đường kính

từ 4 - 5mm, 5 - 6mm và trên 6mm) đem phân tích thành phần hoá lý để lựa chọn loại nguyên liệu phù hợp cho chế biến tiêu trắng đáp ứng được các tiêu chuẩn của Việt nam và quốc tế Kết quả phân tích thành phần của vỏ tiêu là cơ sở để chọn lựa chế độ xử lý lớp vỏ ngoài và các loại enzym phù hợp để phân hủy lớp

vỏ ngoài của từng loại nguyên liệu

- Thử nghiệm sử dụng các enzym (đơn hoặc đa enzym) trên mỗi loại nguyên liệu khác nhau, dựa vào hiệu suất bóc vỏ để chọn loại enzym phù hợp Thay đổi các thông số như: pH (3,5 - 5,5), tỷ lệ enzym/cơ chất (0,2 - 1,5%), thời gian thủy phân (24 - 72 giờ) Căn cứ vào hiệu suất bóc vỏ và độ trắng của sọ tiêu để lựa chọn các điều kiện tối ưu Từ đó xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất tiêu sọ từ tiêu xanh/tiêu đen ở quy mô phòng thí nghiệm

- Nghiên cứu thử nghiệm các chế độ phơi hoặc sấy trong các khoảng thời gian khác nhau để sản phẩm có độ ẩm đạt yêu cầu (≤ 12%)

- Theo dõi bảo quản sản phẩm tiêu sọ trong điều kiện bao gói PE có và không hút chân không Phân tích một số chỉ tiêu hóa lý và vi sinh quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm tiêu sọ trong thời gian từ 1- 3 tháng

- Ứng dụng trong sản xuất tiêu trắng tại tỉnh Bình Phước: sản xuất thử nghiệm tiêu sọ theo quy trình công nghệ đã xây dựng tại 1 hộ ở Ấp Vườn Bưởi,

Xã Lộc Ninh, Huyện Lộc Ninh, tỉnh Bình Phước Quy mô sản xuất 10 - 20 kg nguyên liệu/mẻ Đánh giá chất lượng sản phẩm, tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm và định mức tiêu hao nguyên liệu và năng lượng

- Phương pháp tính hiệu suất bóc vỏ: Hiệu suất bóc vỏ được tính theo công thức như sau:

Σ Số hạt – Σ số hạt còn dính vỏ ngoài Hiệu suất bóc vỏ (%) =

Σ Số hạt có trong mẫu x 100% Phương pháp tính kết quả: lấy số trung bình cộng

+ Các phương pháp phân tích:

- Xác định độ ẩm, theo TCVN 7040:2002 (ISO 939:1980)

- Xác định hàm lượng tro tổng số, theo TCVN 7038:2002 (ISO 928:1997)

- Xác định chất chiết ete không bay hơi, theo TCVN 5486:2002 (ISO 1108:1992)

- Xác định hàm lượng dầu bay hơi, theo TCVN 7039:2002 (ISO 6571:1984)

- Xác định hàm lượng cellulose theo TCVN 4329 – 1993

- Xác định pectin bằng phương pháp canxipectat

- Xác định hàm lượng hydratcacbon tổng số bằng phản ứng màu với thuốc thử Antron

- Xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng phương pháp Micro- Kjeldahl

- Xác định hàm lượng piperin bằng phương pháp so màu (ISO 5564 – 1982)

- Sử dụng phương pháp đếm thạch đĩa để xác định tổng số vi khuẩn hiếu khí (VKHK), nấm men và nấm mốc

- Đánh giá độ trắng của sản phẩm tiêu sọ bằng máy so màu Konica Minolta CR-14

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN

3.1 Khảo sát thành phần hóa lý và xây dựng tiêu chuẩn của nguyên liệu

3.1.1 Xây dựng tiêu chuẩn nguyên liệu

Việc lựa chọn nguyên liệu trước khi xử lý nguyên liệu với enzym là hết sức cần thiết nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn của Việt nam và thế giới về sản phẩm tiêu trắng

Kết quả phân tích của các loại nguyên liệu tiêu xanh, tiêu đen với các kích

cỡ khác nhau được trình bày ở bảng 3 và bảng 4

Bảng 3: Các chỉ số hóa lý của trái tiêu xanh

TT Các chỉ tiêu 4 ≤ d < 5 (mm) 5 ≤ d < 6 (mm) d ≥ 6 (mm)

1 Dung trọng trái tươi (g/l) 566 + 2,2 580 + 1,5 603 + 2,1

2 Độ ẩm tương đối trái tươi

Bảng 4: Các chỉ số hóa lý của trái tiêu đen

TT Các chỉ tiêu d < 4 (mm) 4 ≤ d < 5 (mm) d ≥ 5 (mm)

1 Dung trọng trái khô (g/l) 530 + 2,3 550 + 2,5 580 + 2,1

2 Tỷ lệ sọ/trái khô (%) 54,7 + 1,9 62,3 + 1,1 74,7 + 1,3

3 Độ ẩm trái khô (%) 12,2 + 0,21 11,7 + 0,17 10,8 + 0,18

4 Piperine trái khô (%) 3,94 + 0,1 4,45 + 0,13 4,82 + 0,12

5 Dầu bay hơi trái khô (%) 2,35 + 0,09 2,67 + 0,05 2,82 + 0,1

6 Chất chiết không bay hơi

trái khô (%) 5,63 + 0,7 6,05 + 0,8 6,67 + 0,5

7 Độ ẩm sọ khô (%) 12,0 + 0,12 11,25 + 0,1 11,75 + 0,09

8 Piperine sọ khô (%) 4,34 + 0,11 4,82 + 0,09 5,07 + 0,13

9 Dầu bay hơi sọ khô (%) 1,84 + 0,14 2,03 + 0,17 2,38 + 0,21

10 Chất chiết không bay hơi

sọ khô (%) 4,82 + 1,1 5,11 + 1,05 5,75 + 0,9

So sánh với các yêu cầu của Tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế

(Hiệp hội Hồ tiêu quốc tế), để sản xuất tiêu trắng đạt yêu cầu xuất khẩu cần chọn

tiêu tươi có kích thước ≥ 6mm hoặc tiêu đen có kích thước ≥ 5mm

3.1.2 Thành phần hóa lý của vỏ hạt tiêu đen, sọ tiêu và tiêu đen nguyên hạt

Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của tiêu đen nguyên liệu, kết quả được trình bày ở bảng 5

Bảng 5: Thành phần sinh hóa của vỏ hạt tiêu đen, sọ tiêu và tiêu đen nguyên hạt

Mẫu

Chỉ tiêu hóa lý Tiêu đen Vỏ tiêu Sọ tiêu

Độ ẩm, % khối lượng 11,5 + 0,15 8,72 + 0,22 11,75 + 0,25 Dầu bay hơi, % (ml/100g) tính

theo chất khô 2,82 + 0,3 0,63 + 0,17 2,08 + 0,31 Piperine, % khối lượng tính theo

Chất chiết eter không bay hơi, %

khối lượng tính theo chất khô 6,67 + 0,5 2,53 + 0,13 5,76 + 0,5

Xơ thô, % khối lượng tính theo

Hydratcacbon, % khối lượng tính

theo chất khô 53,14 + 2,37 36,9 + 1,65 58,5 + 1,39 Pectin, (%) khối lượng tính theo

Tro tổng số, % khối lượng tính

theo chất khô 4,85 + 0,44 8,43 + 0,2 1,82 + 0,11 Nitơ tổng số, % khối lượng tính

theo chất khô 2,1 + 0,16 2,24 + 0,13 1,4 + 0,07 Kết quả phân tích thành phần hóa lý của tiêu đen cho thấy các thành phần chính tạo nên mùi thơm và hương vị đặc trưng của tiêu là piperine, dầu bay hơi

và chất chiết eter không bay hơi tập trung chủ yếu ở sọ tiêu Ở vỏ tiêu, hàm lượng chất xơ khá lớn Vì vậy, để sản xuất tiêu sọ cần thiết phải phân hủy các thành phần này Nhóm đề tài lựa chọn những enzym có khả năng phân hủy các thành phần cấu trúc vỏ ngoài như cellulase, pectinase để thử nghiệm khả năng bóc vỏ hạt tiêu

3.2 Khảo sát các yếu tố công nghệ liên quan tới khả năng bóc vỏ hạt tiêu xanh (tiêu tươi) bằng enzym

3.2.1 Xử lý nguyên liệu

3.2.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến việc làm mềm vỏ tiêu xanh

Tiêu xanh trước khi xử lý với enzym cần được xử lý để làm mềm lớp vỏ ngoài, tạo điều kiện cho enzym tiếp xúc với cơ chất dễ dàng hơn Lớp vỏ tiêu xanh lại rất dễ bị sậm màu khi tiếp xúc với không khí do hoạt động của các enzym oxi hóa Phương pháp chần với nước nóng vừa làm mềm lớp vỏ và diệt

vi sinh vật vừa hạn chế hoạt động của các enzym oxi hóa có trong lớp vỏ tiêu

tươi

Thực nghiệm: 200g tiêu xanh (d ≥ 6 mm) → chần ở các nhiệt độ khác nhau (60 – 100oC) trong thời gian 5 phút → xát vỏ bằng máy trong 10phút Đánh giá hiệu suất bóc vỏ ở các nhiệt độ chần khác nhau và hàm lượng piperin trong sọ tiêu Kết quả được trình bày ở bảng 6

Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến khả năng làm mềm vỏ tiêu xanh

Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến hiệu

suất bóc vỏ tiêu xanh

34,9

54,5

75,6 79,3 84,2

0 25 50 75 100

Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh

Nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt trong việc làm mềm vỏ tiêu xanh Trong thời gian ngắn, nhiệt độ chần càng cao hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh càng tăng, hàm lượng piperin trong sọ tiêu ít biến đổi Do vậy, chúng tôi chọn nhiệt độ chần là

100oC cho thí nghiệm tiếp theo

3.2.1.2 Ảnh hưởng của thời gian chần trong việc làm mềm vỏ tiêu xanh

Thực nghiệm: 200g tiêu xanh (d ≥ 6 mm) → chần ở 100oC → xát vỏ bằng máy trong 10 phút Tính hiệu suất bóc vỏ ở các khoảng thời gian chần khác nhau (3 – 12 phút)

Bảng 7: Ảnh hưởng của thời gian chần đến hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh

Ảnh hưởng của thời gian chần đến hiệu

suất bóc vỏ tiêu

99,5 85,3

69,1 58,5

98,2

0 25 50 75 100

Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của thời gian chần đến hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh

Thời gian chần càng dài thì hiệu suất bóc vỏ tiêu xanh càng tăng, nhưng hiệu suất bóc vỏ tăng chậm từ 10 – 12 phút Để tiết kiệm chi phí năng lượng, chúng tôi lựa chọn thời gian chần là 10 phút

Sau khi xử lý chần tiêu tươi ở 100oC trong 10 phút, lớp vỏ ngoài được xát bằng máy gần như hoàn toàn Tuy nhiên, lớp vỏ lụa bên ngoài vẫn khá dày nên

sọ tiêu có màu sậm và hơi sần Để cải thiện chất lượng cảm quan của sản phẩm, chúng tôi thử nghiệm xử lý lớp vỏ lụa sọ tiêu bằng enzym

3.2.2 Khảo sát khả năng phân hủy lớp vỏ lụa sọ tiêu với các loại enzym khác nhau

Thực nghiệm: 200g tiêu xanh (d ≥ 6 mm) → chần 100oC/10 phút → xát vỏ lần 1 trong 10 phút → bổ sung nước tỷ lệ 1: 0,5→ điều chỉnh pH phù hợp với từng loại enzym → làm nguội → bổ sung enzym nồng độ 0,5% so với nguyên liệu → ủ ở 50oC/24 giờ → xát vỏ trong 2 phút →sấy khô Xác định độ màu của

sọ tiêu so với mẫu đối chứng của Công ty Maseco

Bảng 8: Khả năng phân hủy lớp vỏ lụa sọ tiêu với các loại enzym khác nhau

W -4,1 -10,2 -6,1 -2,6

Độ màu

Y 36,1 40 34,2 29,6 Piperine, % theo

nhẵn, xám hơi vàng

Vỏ ngoài hơi nhăn, màu nâu hơi đen

Vỏ ngoài nhẵn, xám hơi vàng

Vỏ ngoài nhẵn, xám ngả vàng