Tận dụng và xử lý phế phụ liệu rượu vang từ thanh long đỏ

Việt Nam được đánh giá là một trong 4 quốc gia có trái thanh long nhiều nhất thế giới. Hiện nay ở nước ta có hai vùng trồng thanh long xuất khẩu chính của cả nước là Chợ Gạo (Tiền Giang) và Bình Thuận, trong đó Bình Thuận là tỉnh đứng đầu cả nước về trái thanh long cả về sản lượng, diện tích, năng suất và chất lượng. Tổng diện tích trồng thanh long của hai vùng này là 14 nghìn hecta, chiếm trên 90% tổng diện tích cả nước.Những năm gần đây thanh long luôn là loại trái cây có kim ngạch xuất khẩu ổn định. Thanh long là một trong 40 mặt hàng xuất khẩu lợi thế của quốc gia đã được Chính Phủ phê duyệt. Do đặc điểm khí hậu thuận lợi, thanh long ở Bình Thuận có thể đạt năng suất tới 25 tấnhecta. Chỉ tính riêng Bình Thuận, năm 2006 tổng sản lượng trái thanh long đạt 130 nghìn tấn, trong đó xuất khẩu đạt 23 nghìn tấn thu về kim ngạch gần 14 triệu USD. Hiện nay, Bình Thuận đã phát triển diện tích thanh long lên đến gần 10 nghìn hecta.Thanh long nước ta được xuất khẩu sang trên 20 thị trường trong đó các thị trường lớn là Đài Loan, Trung Quốc, Hồng Kông, Singapore, Malaysia, Thái Lan… và một số nước châu Âu. Thị trường châu Âu dù mới thâm nhập nhưng có triển vọng phát triển, nhất là ở các nước Hà Lan, Pháp, Đức, Anh. Để tăng và mở rộng cũng như xâm nhập vào nhiều thị trường hơn nữa thì Việt Nam đã xây dựng dự án GAP. Dự án thanh long GAP đang hợp tác với các hộ trồng, nhà xuất khẩu và các cơ quan nhà nước nỗ lực đạt chứng nhận EuroGAP và xây dựng chiến lược quảng bá để đẩy mạnh xuất khẩu cũng như củng cố thương hiệu thanh long chất lượng cao của Việt Nam.Nói tóm lại việc trồng cây thanh long, cùng với việc sản xuất các sản phẩm từ thanh long luôn được quan tâm, đẩy mạnh, và nghiên cứu phát triển thương hiệu cũng như đa dạng hóa các loại sản phẩm từ thanh long. Trái lại thì gần thì việc xử lý phế phụ liệu vỏ thanh long,cũng như hạt thanh long từ các quy trình xuất các sản phẩm từ thanh long chưa được quan tâm cao; và chỉ dừng lại ở mức độ với 1 vài bài nghiên cứu về tách chiếc một vài chất từ vỏ và hạt.

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCMViện Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm

  

XỬ LÝ PHẾ PHỤ LIỆUNỘI DUNG TIỂU LUẬNTẬN DỤNG VÀ XỬ LÝ PHẾ PHỤ LIỆU RƯỢU VANG TỪ THANH

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất rượu thanh long đỏ

Hình 2.2 Các dạng sản phẩm chất màu betacyanin từ củ cải đường

Hình 2.3.: Sự kìm hãm tế bào ung thư melanin B16F10 khi nuôi trong dịch trích

từ thịt và vỏ trái thanh long (a) và betanin(b)

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất bột màu bentacyanin từ vỏ thanh long

Hình 3.2: Tủ sấy dụng cụ

Hình 3.3: Bể siêu âm

Hình 3.4: Thiết bị cô quay

Hình 3.4 Quang kế UV-Vis

Hình 3.6:Cấu tạo máy sấy phun

Hình 3.7.Hệ thống sấy phun (A) hai giai đoạn; (B): Có sử dụng băng tải

Hình 3.8: Sơ đồ quy trình thu nhận chế phẩm invertase từ bã nấm men

Hình 3.9: Tank chứa bã men

Hình 3.10:Máy ly tâm lọc

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình sản xuất men khô và men tinh khiết từ bã nấm men Hình 3.12:Máy sấy thăng hoa

Hình 3.13: Sơ đồ quy trình sản xuất thức ăn gia súc

Hình 3.14.Cân và đóng bao Hình 3.15.Viên thành phẩm

Hình 3.16:Máy nghiền nhỏ giọt

Hình 3.17:Máy đảo trộn nằm ngang

Hình 3.18 :a.Thiết bị tạo viên b Thiết bị làm lạnh

Hình 3.19 Sơ đồ sản xuất dầu thực vật từ hạt thanh long

Hình 3.20: Thiết bị nghiền

Hình 3.21: Thiết bị chưng sấy

Hình 3.22: Thiết bị ép dầu

Hình 3.23: Sơ đồ quy trình sản xuất dầu

Hình 3.24 Mô hình bể thu gom

Hình 3.25 Mô hình bể điều hòa

Hình 3.26 Mô hình bể keo tụ

Hình 3.27 Mô hình bể lắng sơ cấp

Hình 3.28 Mô hình bể Aerotank

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần của vỏ thanh long

Bảng 2.2: Tính chất hóa lý của vỏ thanh long

Bảng 2 3: Thành phần các poly saccharide trong vỏ thanh long

Bảng 2.4: Thành phần hóa học của nấm men

Bảng 2.5: Thành phần acid béo ( so với tổng acid béo) trong hạt của hai loại

Hylocerreuss polyrhizus và Hylocerreuss undatus

Bảng 2 6: Thành phần tocopherol, acid phenolic và phytosterol của hạt thanh long

Bảng 2 7: Thành phần phân tích của men sấy khô

Bảng 2.8: Thành phần các vitamine trong Yeast extrac

Bảng 2.9:Thành phần chính của Yeast extract

Bảng 2.10:Thành phần các amino acid trong Yeast extract

1 TỔNG QUAN PHẾ PHỤ LIỆU TRONG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU THANH LONG ĐỎ

1.1.Tổng quan về hiện trạng xử lý, khối lượng và xu hướng tận dụng phế phụ liệu

vỏ thanh long và hạt thanh long

1.1.1 Hiện trạng xử lý

Việt Nam được đánh giá là một trong 4 quốc gia có trái thanh long nhiều nhất thếgiới Hiện nay ở nước ta có hai vùng trồng thanh long xuất khẩu chính của cả nước làChợ Gạo (Tiền Giang) và Bình Thuận, trong đó Bình Thuận là tỉnh đứng đầu cả nước

về trái thanh long cả về sản lượng, diện tích, năng suất và chất lượng Tổng diện tíchtrồng thanh long của hai vùng này là 14 nghìn hecta, chiếm trên 90% tổng diện tích cảnước

Những năm gần đây thanh long luôn là loại trái cây có kim ngạch xuất khẩu ổnđịnh Thanh long là một trong 40 mặt hàng xuất khẩu lợi thế của quốc gia đã đượcChính Phủ phê duyệt Do đặc điểm khí hậu thuận lợi, thanh long ở Bình Thuận có thểđạt năng suất tới 25 tấn/hecta Chỉ tính riêng Bình Thuận, năm 2006 tổng sản lượngtrái thanh long đạt 130 nghìn tấn, trong đó xuất khẩu đạt 23 nghìn tấn thu về kimngạch gần 14 triệu USD Hiện nay, Bình Thuận đã phát triển diện tích thanh long lênđến gần 10 nghìn hecta

Thanh long nước ta được xuất khẩu sang trên 20 thị trường trong đó các thị trườnglớn là Đài Loan, Trung Quốc, Hồng Kông, Singapore, Malaysia, Thái Lan… và một

số nước châu Âu Thị trường châu Âu dù mới thâm nhập nhưng có triển vọng pháttriển, nhất là ở các nước Hà Lan, Pháp, Đức, Anh Để tăng và mở rộng cũng như xâmnhập vào nhiều thị trường hơn nữa thì Việt Nam đã xây dựng dự án GAP Dự án thanhlong GAP đang hợp tác với các hộ trồng, nhà xuất khẩu và các cơ quan nhà nước nỗlực đạt chứng nhận EuroGAP và xây dựng chiến lược quảng bá để đẩy mạnh xuấtkhẩu cũng như củng cố thương hiệu thanh long chất lượng cao của Việt Nam

Nói tóm lại việc trồng cây thanh long, cùng với việc sản xuất các sản phẩm từthanh long luôn được quan tâm, đẩy mạnh, và nghiên cứu phát triển thương hiệu cũngnhư đa dạng hóa các loại sản phẩm từ thanh long Trái lại thì gần thì việc xử lý phếphụ liệu vỏ thanh long,cũng như hạt thanh long từ các quy trình xuất các sản phẩm từthanh long chưa được quan tâm cao; và chỉ dừng lại ở mức độ với 1 vài bài nghiêncứu về tách chiếc một vài chất từ vỏ và hạt

1.1.2 Khối lượng vỏ thanh long

Từ trái thanh long có thể thu được từ 70÷80% phần có thể ăn được Như vậy chỉtính riêng Bình Thuận, năm 2006 tổng sản lượng trái thanh long đạt 130 nghìntấn,điều này cũng tương đương với nghĩa sẽ có từ 26÷ 39 nghìn tấn vỏ được thải bỏ

ra từ trái thanh long trong năm này Sản lượng Thanh Long của Bình Thuận đến2015-2020 khoảng 390.000-400.000 tấn, việc cung cấp nguyên liệu cho chế biếnthuận lợi, như vậy sẽ có trung bình từ 79÷ 118.5 tấn vỏ (chưa tính những vùng khác

có trồng thanh long)

1.1.3 Xu hướng tận dụng phế phụ liệu

Hiện nay song song với việc phát triển các sản phẩm chế biến từ thanh long, vấn đềnghiên cứu thu hồi chất màu betacyanin có trong vỏ thanh long nhằm ứng dụng trongcông nghiệp thực phẩm là rất cần thiết; cũng như nghiên cứu trích ly đàu từ hạt thanhlong và nhiên cứu tách chiếc chất chống oxy hóa từ vỏ thanh long

1.2.Tổng quan về hiện trạng xử lý, khối lượng và xu hướng tận dụng phế phụ liệu

từ quá trình lên men

Nấm men bia thuộc loài Saccharomyces cerevisiae, có hoạt tính enzyme invertasenày thường tập trung chủ yếu trong lớp không gian chu chất của tế bào nấm men.Ngành công nghiệp sản xuất bia hàng năm thải ra một lượng rất lớn bã nấm men bia.Trung bình sản xuất 100 lít bia sẽ thu được 2 lít bã nấm men với độẩm 88% Hiện nay,

bã nấm men bia được sử dụng để sản xuất bột chiết nấm men (yeast extract) hoặc làmthức ăn gia súc Sản xuất chế phẩm invertase từ bã nấm men bia là một hướng nghiêncứu mới tại Việt Nam Trong công nghiệp thực phẩm như sản xuất nước giải khát,kẹo chế phẩm invertase thường được sử dụng để thủy phân đường sucrose tạo sảnphẩm đường nghịch đảo Dung dịch đường nghịch đảo có độ ngọt cao hơn và ít bịhiện tượng tái kết tinh đường hơn so với dịch đường sucrose

Nấm men sử dụng trong sản xuất rượu thanh long đỏ thường dùng là nấm mensaccharomyces và thường xử dụng khoảng 20g/ L dịch [14] Sau quá trình lên menchính bã nấm men và bã thanh long sẽ được tách bỏ khỏi dịch lên men Những bã mennày giàu protein , do vậy có thể nghiên cứu thu nhận chế phẩm invertase từ bã nấmmen này; hoặc có thể sản xuất men khô và men tinh khiết Hiện hiên người đangngiên cưu để thu nhận chế phẩm invertase để làm nước chấm

1.3.Tổng quan về hiện trạng xử lý, khối lượng và xu hướng tận dụng nước thải từ các nơi sản xuất bia rượu

Bia được sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy Bia Sài Gòn và nhàmáy Bia Hà Nội Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn,

rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương

và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài

Hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm Trong số đó, bia địa phương sản xuất ở

311 cơ sở (chiếm 97,18% số cơ sở) nhưng sản lượng chỉ chiếm 37,41% sản lượng bia

cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất thiết kế Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nước và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những bước phát triển khá nhanh Do mức sống tăng, mức tiêu dùng bia ngày càng cao Năm 2000 có khoảng 81 triệu người và đến năm 2005 có thể là 89 triệu người dùng bia Do vậy mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 dự kiến đạt 17 lít/người/năm (sản lượng bia đạt khoảng 1.500triệu lít, tăng gấp 2 lần so với năm 2000) Bình quân lượng bia tăng 20% mỗi năm Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường Hiện nay tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14 l nước thải/lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường Vì vậy các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả ra nguồn nước tiếp nhận

2 CÁC PHẾ PHỤ LIỆU TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU VANG THANH LONG ĐỎ

2.1 Quy trình sản xuất rượu vag thanh long đỏ

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất rượu thanh long đỏ

Thanh long

Vỏ

Xử lý sơ bộ

BãÉp

Lên men chínhNấm men

BãTách cặn

Lên men phụ

BãTách cặn

Tàng trữ, lắng

Sản phẩmĐóng chai

2.2 Các thành phần phế phụ liệu – Phân loại – Tính chất các phế phụ liệu

2.2.1 Các phế phụ liệu trong sản xuất rượu thanh long đỏ

Các phế phụ liệu trong sản xuất rượu thanh long đỏ gồm có như sau:

Vỏ thanh long trong quá trình xử lý sơ bộ

Trong quá trình tách cặn của lên men chính và lên men phụ có các phế phụ liệunhư: bã nấm men, bã trái thanh long ( thịt và hạt)

Nước thải trong sản xuất , như ở các công đoạn lên men chính và lên men phụ,công đoạn thành phẩm và các công đoạn khác…

2.2.2 Phân loại- Tính chất của các phế phụ liệu

2.2.2.1Vỏ thanh long

Nghiên cứu trên thành phần tính chất hóa lý của vỏ thanh long (Hylocerreuss

polyrhizus) của các tác giả: Jamilah, B.Shu, C.E, Kharidah, M., Dzulkifly, M.A và

Noranizan, A (2011) Kết quả là vỏ chiếm khoảng 22% so với khối lượng toàn bộ trái,được bỏ đi trong quá trình chế biến Hàm ẩm khoảng 92.7% và chứa các chất rắn hòatan, protein, tro, chất béo

Vỏ chứa hàm lượng cao sắc tố bentacyanin (150.46 mg/100g) và pectin (10.8%),phát hiện có đường glucose, maltose và fructose nhưng không phát hiện sucrose vàgalactose Vỏ chứa nhiều chất sơ hòa tan và không tan, với tỷ lệ của chất xơ không hòatan so với chất sơ hòa tan là 3.8: 1.0

Bảng 2.1 Thành phần của vỏ thanh long

Fumaric

Total acid

0.190.011.72

Bảng 2 3: Thành phần các poly saccharide trong vỏ thanh long

Bảng 2.4: Thành phần hóa học của nấm men

Tính chất của nấm men: Trong sản xuất rượu thanh long đỏ thường xử dụng nấmmen Saccharomyces Nấm men này thường có hai loại với tính chất như sau:

Nấm men nổi ( Saccharomyces cerevisies) Nấm men chìm (Saccharomyces

carlbergensis)

Tế bào nấm men mẹ và con sau nảy chồi

thường dính lại với nhau tạo thành như

chuỗi các tế bào nấm men còn hình dạng

chủ yếu hình cầu hoặc ovan với kích thước

7 – 10 μ

Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồiđứng riêng lẻ hoặc cặp đôi Hình dạng chủyếu là hình cầu

Quá trình trao đổi chất của nấm men nổi

xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp  sinh

khối thu được nhiều hơn nấm men chìm

Quá trình trao đổi chất của nấm men chìmchủ yếu xảy ra trong quá trình lên men

chỉ sử dụng được 1/3 đường raffinoza có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza

Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâuhơn và hạn chế hơn nấm men nổi

Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và

cuối quá trình lên men chính Nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khikết thúc lên men chính

Có 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của

nó là nấm men bụi và nấm men kết bông.Nấm men nổi lên men ở 14 - 250C Nấm men chìm có thể lên men 4 - 120C

S cerevisiae không chứa gen MEL do đó

không chuyển hoá được đường melibioza

Cả hai loại thanh long (Hylocerreuss polyrhizus và Hylocerreuss undatus) chứa

khoảng 50% acid béo không thay thế ( C18:2 (48%) và C18:3 (1.5%)) trong dầu trích

ly từ hạt trái thanh long Acid linoleic, acid oleic và acid panmitic là 3 thành phần chủyếu trong hạt của hai loại thanh long

Bảng 2.5: Thành phần acid béo ( so với tổng acid béo) trong hạt của hai loại

Hylocerreuss polyrhizus và Hylocerreuss undatus

Một kết quả nghiên cứu trên hạt trái thanh long của hai loài này năm 2010 sau đócủa Abdul Aziz Ariffin và cộng sự công bố thành phần của phytosterol và phenolic.Trong nhóm tocopherol -tocopherol chiếm khoảng 73% trong hạt thanh long ruột

đỏ, và khoảng 65% trong thanh long ruột trắng -tocopherol là tocopherol chính là dầuolive (~93%) Dầu hướng dương (~96%), trong khi -tcoopherol chiếm ưu thế trongdầu nành (~63%), và dầu cây cải dầu (~63%) (Degreyt, 1998) Nói chung, -tocopherolchứa hơn 60% hàm lượng vitamin E với phần lớn dầu thực vật, trừ vài ngoại lệ nhưdầu cọ

Bảng 2 6: Thành phần tocopherol, acid phenolic và phytosterol của hạt thanh

long

2.2.2.3Nước thải

Nước thải trong quy trình sản xuất rượu thanh long đỏ có thể được chia ra theo cáccông đoạn như sau:

- Ở công đoạn lên men chính và lên men, nước thải ở đây sẽ chứa nhiều bã

men-giàu protein và các chất khoáng ,vitamin, cũng như sắc tố màu đỏ của bã thanh long.

- Ở công đoạn thành phẩm: nước thải sẽ được thải ra từ các công đoạn như là lọc,chiết block, rửa chai, thanh trùng chai…Nước thải này sẽ chứa các bột trợ lọc lẫn bãmen, lẫn rượu bị chảy ra ngoài

- Ở các công đoạn khác, nước thải được thải ra từ các công đoạn phục vụ cho nhàmáy như là nước rửa bã, rửa thiết bị…

2.2.3 Hướng phát triển các sản phẩm mới tận dụng từ các phế phụ liệu trong sản xuất rượu thanh long đỏ

2.2.3.1 Đối với phế phụ liệu vỏ thanh long

Trong vỏ thanh long có hàm lượng cao sắc tố bentacyanin: 150.46 mg/100g Nó lànhóm sắc tố betalain có màu đỏ - đỏ tím

Betacyanin đơn giản nhất là betanidin được cấu tạo từ một đơn vị phân tử acidbetalamic liên kết với một phân tử cyclo-DOPA (Wyler và Dreiding, 1961)

 Tính chất vật lý và hóa học của betacyanin:

Sự tồn tại của hệ thống 6 nối đôi liên hợp trong betacyanin dẫn đến những tínhchất lý – hóa đặc trưng của hợp chất này

Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc: Các phân tử betacyanin có khả năng hấp thụ bức

xạ khả kiến trong vùng từ 534 - 554 nm, tạo nên màu đỏ đến đỏ-tím

Phản sẫm

Tính tan: Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (- OH, - COOH, - NH) , các

sắc tố betacyanin đều dễ tan trong nước hay dung dịch etanol-nước,

tục

pH < 3,5: màu tím-xanh lơ (λmax = 535 nm ở pH = 2)

pH > 7: màu tím-lơ đậm (λmax = 544 nm ở pH = 9).

Môi trường kiềm mạnh có thể làm betcyanin bị thủy phân thành betanidin (màu đỏ)hay thành betaxanthin (màu vàng) Tuy nhiên, phản ứng thủy phân betacynin có tínhthuận nghịch Khi thêm acid ascorbic, isoascorbic, metaphosphoric hoặc acidgluconic vào dung dịch betanin bị thủy phân thì betcyanin được tái tạo trở lại và dungdịch sẽ có màu sắc như ban đầu (Elbe và ctv., 1981; Bilyk và Howard, 1982)

Ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt, oxy không khí, độ ẩm:

Betacyanin bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng Nhiệt độ càng cao thì tốc độphân hủy càng mạnh Do đó, betacyanin thường chỉ dùng để tạo màu cho các thựcphẩm bảo quản lạnh như kem, sữa chua, thức uống từ sữa,…(Pasch và ctv., 1975).Betcyanin cũng rất dễ bị oxy hóa khi có mặt trong các sàn phẩm có hàm lượngnước cao hoặc chứa các ion kim loại (Ví dụ: Fe hay Cu) Các chất chống oxy hóa nhưacid ascorbic và việc bao gói các sản phẩm có chứa betacyanin một cách thích hợp cóthể làm chậm quá trình lại Tuy nhiên, betacynin không bị biến đổi khi thanh trùng sảnphẩm có chứa hàm lượng đường cao

 Hướng phát triển sản phẩm mới tận dụng từ vỏ thanh long

Làm chất màu:

Như đã biết, các betalain/betacyanin mang lại sự đa dạng, phong phú về màu sắccho hoa của nhiều loài thực vật Nhờ vậy, tạo nên sức hấp dẫn đối với các loải côntrùng, giúp cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt của thực vật được dễ dàng (Clement

và Mabry, 1996)

Nhờ có màu rất đẹp, các betalain được dụng làm chất màu trong công nghiệpthực phẩm Ở vùng Trung và Nam Mỹ từ lâu người dân địa phương từ lâu đã sử dụng

dịch chiết từ quả thanh long màu tím đỏ (Hylocereus polyrhizus) làm chất tạo màu

cho thực phẩm (Stintzing và ctv., 2002) Đặc biệt, betcyanin (chất màu có mã sốE162) được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt, xúc

xích, thịt muối, kem lạnh, yaourt, các loại nước giải khát, các loại mứt, kẹo, các sảnphẩm từ cà chua,…

Trong quá trình bảo quản, thành phần betalain/betacyanin trong các dịch chiết sẽdần dần bị phân hủy do ảnh hưởng của pH, nhiệt độ và hoạt độ nước Do đó, các thựcphẩm chứa chất màu betalain dần dần bị phai màu hay mất màu tùy theo điều kiệnbảo quản Do đó, các betalain/betacyanin có thể được thêm vào thực phẩm hay dượcphẩm để làm chỉ thị màu cho biết độ tươi hay độ mới của các sản phẩm này Khi màucủa betalain bị chuyển thành màu nâu hay mất màu có nghĩa là các sản phẩm trênđược bảo quản không đúng cách và chất lượng đã bị biến đổi

Nguồn betacyanin tự nhiên chủ yếu được khai thác thương mại hiện nay là củ

cải đường (Beta vulgaris) Dịch chiết betacyanin từ nguồn nguyên liêu này chứa

khoảng 95% betacyanin Ngoài ra, cũng có một hàm lượng nhỏ sắc tố betaxanthin(màu vàng), tuy nhiên màu này bị màu tím đỏ của betacyanin lấn át Ngoài chất màubetacyanin, dịch chiết củ cải đường còn có chứa các đường, muối hoặc các protein tựnhiên Do vậy, sau khi cô đặc, sản phẩm thô được tinh chế để loại bỏ các tạp chất này.Ngoài ra, các acid thực phẩm (ví dụ: acid citric, lactic, L-ascorbic) có thể được thêmvào làm tác nhân khống chế pH và chất ổn định Sản phẩm betacyanin thương mại cóthể ở dưới dạng dịch chiết cô đặc hay ở dạng bột khô (bằng cách trộn chất mang thíchhợp với dịch chiết cô đặc rồi sấy phun) Các sản phẩm betacyanin thô và tinh chế đã

và đang được sử dụng rộng rãi làm phụ gia tạo màu với sản lượng hàng năm ở EU cólúc lên đến gần 4000 tấn và đang có xu hướng ngày càng gia tăng

Hình 2.2 Các dạng sản phẩm chất màu betacyanin từ củ cải đường

Hiện nay cũng có một số nghiên cứu sinh tổng hợp betacyanin bằng phươngpháp nuôi cấy mô sẹo tế bào củ cải đường (Mukundan và ctv., 1998, 2001; Akita vàctv., 2002) Tuy vậy, sản phẩm chất màu thu được có giá thành quá cao nên không thểứng dụng thương mại

Do dịch chiết củ cải đường có mùi đất và nồng độ nitrite và nitrate cao nên

không hấp dẫn người tiêu dùngnên gần đây đã xuất hiện xu hướng nghiên cứu chiếtbetacyanin từ vỏ thanh long thay thế cho củ cải đường Kết quả nghiên cứu cho thấyđây cũng là nguồn betacyanin tiềm năng, có thể khai thác ứng dụng làm chất màuthực phẩm.

Làm thực phẩm chức năng ngăn ngừa ung thư, chống xơ vữa động mạch; và chất chống oxy hóa dùng cho thực phẩm.

Những nghiên cứu gần đây đã cho thấy củ cải đường là một trong 10 loại rau quả

có tác dụng oxy hóa mạnh nhất (Hanvorsen và ctv., 2002; Ou và ctv., 2002) và dịch

chiết củ cải đường có thể được sử dụng như là một phương thuốc ngăn ngừa ung thư

và chống xơ vữa động mạch Điều này được giải thích là do củ cải đường chứa một

hàm lượng khá lớn betacyanin (300-600 mg/kg) Betacyanin có tác dụng như là một

chất chống oxy hóa nhờ khả năng bắt giữ các gốc tự do có thể làm đột biến tế bào vàgây ra những rối loạn trong sự trao đổi chất Tác dụng chống oxy hóa rất tốt củabetacyanin cũng được giải thích bởi khả năng hấp thụ tốt betacyanin bởi thành ruộtnon và sự gắn kết dễ dàng của betacyanin với màng tế bào do sự có mặt của nhómđịnh chức cationic (-N+H)

Thanh long còn được chú ý đến với hàm lượng các chất chống oxy hóa và có tínhkháng sinh Kết quả nghiên cứu của Wu và cộng sự (2006) trên trái thanh long ruột đỏ

(H.polyrhizus) cho thấy:

Ở ruột và vỏ của thanh long có chứa một lượng đáng kể hợp chất phenolic, vớihàm lượng tương đương nhau Kết quả đo bằng phép thử Folin-Ciocalteu cho thấytổng hàm lượng phenolic trong thịt trái là 42.4±0.04mg đương lượng acid galic/100gkhối lượng thịt trái, và trong vỏ trái là 39.7±5.39mg đương lượng acid galic(GAE)/100g khối lượng vỏ Hàm lượng flanoid trong thịt trái và vỏ không khác nhaunhiều

Quan hệ giữa hà lượng phenolic và khả năng chống oxy hóa của chúng trong vỏ

và thịt là quan hệ tuyến tính Cơ chế chống oxy hóa của phenolic là bằng cách phảnứng với góc tự do, tạo phức với xúc tác kim loại và lấy đi đi oxi Betanin có nhómimino và nhóm hydroxyl góp phần tạo nên hoạt tính chống oxy hóa, có thể giải thíchmột phần rằng vỏ có tính chất chống oxy hóa cao hơn là vì hàm lượng mức độbetanin trong vỏ cao hơn Hơn thế betanin cũng sẽ có ảnh hưởng lên hiệu quả khángsinh

Hình 2.3.: Sự kìm hãm tế bào ung thư melanin B16F10 khi nuôi trong dịch trích

từ thịt và vỏ trái thanh long (a) và betanin(b)

Nghiên cứu sử dụng vỏ quả thanh long sản xuất mứt nhuyễn

Nhóm nghiên cứu: Võ Thanh Tòng, Ngụy Lệ Hồng, Đàm Sao Mai, Viện Côngnghệ sinh học và thực phẩm đã nghiên cứu tìm ra ứng dụng mới của vỏ quả thanhlong, vốn là phế phẩm bị loại bỏ sau khi sử dụng Nghiên cứu này sử dụng vỏ thanhlong làm nguyên liệu chính sản xuất mứt nhuyễn, vì vậy mang tính kinh tế cao Mứtquả sử dụng 0,3% enzyme pectinase, bổ sung 0,2% pectin cho kết quả cảm quan thịhiếu cao Sản phẩm hoàn toàn có thể phát triển theo quy mô công nghiệp

Nghiên cứu ứng dụng vỏ quả thanh long để sản xuất mứt nhuyễn vừa làm tănggiá trị thương phẩm của quả, vừa tạo ra một sản phẩm mới Mứt nhuyễn là sản phẩmđược nhiều người ưa chuộng Nó được chế biến từ quả tươi hoặc quả bán chế phẩmnấu với đường đến độ khô 65-70% Vỏ thanh long có hàm lượng pectin và betacyanincao rất phù hợp cho việc sản xuất mứt nhuyễn Kết quả nghiên cứu đưa ra tỉ lệ thànhphần tối ưu cho việc chế biến mứt nhuyễn từ vỏ thanh long như sau: Ezyme pectinase(0,3%) với thời gian xử lý 60 phút, nồng độ chất khô ban đầu của nguyên liệu (50-55%), thời gian cô đặc (15-20 phút), hàm lượng pectin bổ sung (0,2%) Nhìn chung,sản phẩm mứt nhuyễn vỏ thanh long chế biến theo quy trình trên đã đạt được một sốgiá trình cảm quan về màu sắc, vị và cấu trúc Điểm cảm quan thị hiếu sản phẩm nằm

ở mức tương đối thích

2.2.3.2 Đối với phế phụ liệu bã nấm men

 Sản xuất men khô

Mục đích của việc sấy khô men tươi

Để giữ men không bị biến dạng hoặc lỏng

Giữ gìn và duy trì các thành phần của men

Giúp men đặc tính có thể bảo quản lâu dài

Giúp men có thêm đặc tính dễ sử dụng

Tăng cường tính chất có thể bảo quản lâu dài và tiêu diệt các vi khuẩn có hại

Ứng dụng của men khô

Tại Nhật Bản, khoảng 1000 tấn men khô được sử dụng để làm thuốc dạng viên hoặcbột, và người ta tính ra rằng giá trị cuối cùng của 1000 tấn men khô đó là vào khoảng

từ 3 đến 4 tỷ yên Ngoài ra, men khô còn được sử dụng để làm nguyên liệu nuôi trồng, nguyên liệu chế biến thực phẩm bổ dưỡng, hay là nguyên liệu chế biến thức ăn động vật trên cạn và dưới nước

Ngoài các tác dụng về thuốc hay dinh dưỡng nói trên,màng tế bào men được cấu tạo

từ gluagon và mannan, có tác dụng như sợi thực vật, tác dụng rất hữu hiệu, và người ta

đã từng công bố trong một thí nghiệp lên động vật rằng, nhờ vào khả năng tăng cường miễn dịch , nó còn có tác dụng ngăn chặn bệnh ung thư

Do xuất hiện thông tin, khi hòa lẫn sữa chua với men của rượu này, không những không hề làm giảm lượng dinh dưỡng, người phát triển báo tốt, mà còn có tác dụng ăn kiêng Do vậy mà lượng tiêu thụ tăng hết sưc nhanh Trong năm tài chính 2001, thực phẩm dinh dưỡng là có doanh thu tăng nhanh nhất

Bảng 2 7: Thành phần phân tích của men sấy khô

(Willian Bio- Products)

 Sản xuất men chiết xuất

Men chiết xuất ngoài việc được ứng dụng làm chất dinh dưỡng, làm thuốc, chất kích thích lên men các thành tố như acid amin, giấm ăn…, thuốc chữa các loại bệnh động vật, nó còn được dùng làm gia vị tự nhiên để tăng thêm vị ngon của các món ăn Bản chất của quá trình sản xuất men chiết xuất chính là quá trình thủy phân nấm men bánh mì hay phế liệu nấm men trong rượu này thành một hỗn hợp các chất như amino

acid, nucleotide, chuỗi peptide, protein, đường vitamin và các hợp chất có vị thơm ngon.

Giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất men chiết xuất là quá trình phá

vỡ vách tế bào nấm men Có nhiều phương pháp để thực hiên như phương pháp hóa học, phương pháp sử dụng enzyme hay cho nấm men tự nhiên phân trong môi trường nước Tuy nhiên người ta nhận thấy khi kết hợp nhiều phương pháp lại với nhau thì thấy cho kết quả tốt hơn

Một số sản phẩm tiêu biểu của men chiết xuất

Yeast extract được sản xuất bằng phương pháp tự phân hủy hay hóa giải của tế bào nấm men trong rượu thanh long , tế bào nấm men bánh mì Tuy nhiên, người ta thườngsản xuất nó từ nấm men bia ( hay men trong rượu thanh long đỏ) hơn, vì nấm men bia được coi là nguyên liệu rẻ tiền hơn và có thể sản xuất với số lượng lớn Yeast extract được sản xuất từ nấm men bánh mì thường có hàm lượng carbohydrate cao hơn yeast extract từ nấm men bia, nhưng hàm lượng protein lại thấp hơn Yeast extra bao gồm các hợp chất hòa tan của tế bào nấm men như : amino acid, nucleotide, peptide,

carbonhydrate, vitamin và đặc biệt là nguồn giàu vitamine và đặc biệt là nguồn giàu vitamin B

Bảng 2.8: Thành phần các vitamine trong Yeast extrac

2.2.3.3 Đối với phế phụ liệu hạt thanh long 2.2.3.4 Đối với phế phụ liệu nước thải

Vỏ thanh long phế thải

Xử lý thích hợpDung môi: etanol 40% (v/v) + vitamin C 0,01% (w/v)Dmôi/N.Liệu: 20/1 (v/w)

Phương pháp chiết:

Siêu âm: 35 min/lần chiết; 450C ( hay: Ngâm chiết, t0phòng; 6 h/lần)Chiết 3 lần (trong tối)Chiết

3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN PHẨM TỪ CÁC PHẾ PHỤ LIỆU CỦA

QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU THANH LONG ĐỎ

3.1 Quy trình sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh long

3.1.1.Quy trình sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh long

Trộn với dung dịch maltodextrin

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất bột màu bentacyanin từ vỏ thanh long

3.1.2.Thuyết minh quy trình- Thông số kỹ thuật

Xử lý sơ bộ:

Vỏ thanh long đem cắt bỏ các phần không có màu đỏ (cuống, đầu, tai) và nạo bỏphần không màu bên trong Sau đó, cắt thành miếng nhỏ, bảo quản lạnh (- 200C) đếnkhi chiết

Thông số kỹ thuật:

- Đường kính miếng vỏ thah long: 2-3mm

- Nhiệt độ bảo quản: - 200C

Giai đoạn chiết

Khi chiết cứ 1 kg vỏ thanh long tươi thì thêm vào 20 lít etanol 40% (v/v) chứa0,01% (w/v) vitamin C Tiến hành chiết betacyanin bằng cách siêu âm trong 35 phút

ở 450C (hay ngâm ở nhiệt độ phòng trong 6 h) Sau thời gian trên, gạn lấy dịch chiết

và lặp lại quá trình trên thêm 2 lần nữa với phần bã còn lại Tất cả các thao tác trênđều thực hiện trong bóng tối

Các dịch chiết betacyanin sau đó được gộp lại, lọc hút chân không để loại bỏ các tạpchất lơ lửng

- Chiết 3 lần (trong tối)

Giai đoạn cô đặc betacyanin

Dịch chiết sau đó được đem cô đuổi dung môi bằng thiết bị cô quay dưới áp suấtthấp (tốc độ quay: 150 vòng/phút, nhiệt độ không quá 400C) để tránh sự phân hủybetacyanin Khi cô đặc chú ý giảm áp suất từ từ xuống 100 mbar, sau đó tiếp tụcgiảm dần xuống 40 mbar để tránh sự sôi trào quá mạnh của dịch chiết gây thất thoátchất màu

Sau khi đuổi dung môi, thu được dịch chiết thô chứa betacyanin cô đặc

Thông số kỹ thuật:

- Tốc độ quay: 150 vòng/phút

- Nhiệt độ không quá 400C.

- Áp suất : 100 mbar

Giai đoạn tinh chế betacyanin

Dịch chiết beacyanin cô đặc có thể được tinh chế bằng cách chiết betacyanin sangcloroform Sau đó, kết tinh betacyanin bằng cách thêm etanol 3/1 (v/v) và để ở 40Cqua đêm Gạn và rửa tinh thể betacyanin bằng etanol lạnh

Hòa tan betacyanin tinh thể trong nước và bổ sung maltodextrin (tỷ lệ thích hợp).Thông số kỹ thuật:

- Tỷ lệ thêm etanol 3/1 (v/v)

- Nhiệt độ: ở 40C, thời gian: để qua đêm

Công đoạn sấy phun

Sấy phun hỗn hợp betacyanin-maltodextrin để thu bột màu betacyanin

Tất cả các thao tác trên nên thực hiện trong bóng tối

Ứng dụng:

Cân phân tích điện tử có khả năng cân thường rất nhỏ vì vậy nó được sử dụng để

cân phân tích các mẫu có khối lượng nhỏ, độ phân giải và chính xác cao, giá trị lớn, rấtthích hợp sử dụng trong các phòng thí nghiệm , các viện nghiên cứu, cơ sở y tế, thú ý, viện nghiên cứu… cân khối lượng nhỏ độ chính xác cao

Phân loại theo độ chính xác của cân

Cân phân tích dao động tuần hoàn: nhược điểm là sự tắt dần dao động của đòn dây xảy ra rất chậm Vì vậy, cân trên loại này hay mất nhiều thười gian và rất mệt

Cân phân tích dao động tuần hoàn: hiện đại hơn, dao động không điều hòa, cân nhanh, bời vì nó có bộ phận hãm đòn cân và kim cân bằng từ

Sau này, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, loại cân dao động tuần hoàn bị loại

bỏ hoàn toàn, chỉ sử dụng cân dao động không tuần hoàn Đồng thời có một loại cân mới xuất hiện đó là cân phân tích điện tử với loại cân này có teher cân nhanh, chính xác, ít bịu ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài hơn các loại cân trên

Hướng dân sử dụng :Kỹ thuật cân trên cân phân tích điện tử gọi là kỹ thuật cân gián tiếp để tránh đưa mẫu trực tiếp lên bàn cân làm tăng tuổi thọ cho cân

Nguyên tắc cân các dạng hóa chất khác nhau:

- Kiểm tra tên hóa chất, nguyên liệu có đúng công thức cần pha chế, định lượng

- Nếu cân nhiều hóa chất trong công thức, cần có nhãn đánh dấu và ghi rõ tên,khối lượng chất đã cân để tránh nhầm lẫn

- Khi cầm các chai hóa chất, xoay nhãn vào long bàn tay(nếu chai có 1 nhãn),xoay nhãn sang 2 bên (nếu chai có 2 nhãn)

- Lấy hóa chất rắn bằng vảy mica, carton…

- Lấy hóa chất lỏng bằng đũa thủy tinh, hoặc pipet, hoặc becher

- Các hóa chất dễ chảy lỏng ( KI, phenol ), chất oxy hóa manh (iod), hoặc chấtdẻo (vaselin, lanolin ) phải cân trên mặt kính đồng hồ

- Các chất rắn cần nghiền, rây thì phải nghiền, ray trước khi cân

- Thêm bớt hóa chất nhẹ nhàng trước khi cân

Cách cân:

- Kiểm tra tình trạng cân: nguồn điện, vệ sinh

- Cắm điện kiểm tra hiển thị đơn vị khối lượng, khởi động trước 10 phút để cân ởchế độ làm việc ổn định

- Lót đĩa cân bằng giấy cân

- Bấm nút để cân trở về trạng thái zero

- Cho mẫu vào giấy cân nhẹn nhàng tránh rơi mẫu

- Kiểm tra đúng với khối lượng cần cân

- Ghi khối lượng chén cân (có thể dùng nút zero để trừ)

- Cân lần lượt các mẫu cần cân, sau mỗi lần cân đều đưa cân về trạng thái zero

- Đọc kết quả

- Đưa chén ra khỏi cân và tắt cân

Lưu ý nên vệ sinh cân và xung quanh chỗ đặt cân sau mỗi lần sử dụng cân

 Tủ sấy dụng cụ

Hình 3.2: Tủ sấy dụng cụ

Bể siêu âm Elmasonic S300H

Hình 3.3: Bể siêu âm

Các bước sử dụng bể siêu âm:

Bước thứ nhất: Trộn đúng tỉ lệ dung dịch tẩy rửa (dung môi) vào bể rửa siêu âm

Bước thứ hai: Bật nguồn, đến các phím điều khiển chọn đặt chế độ tần số, đặt nhiệt độ và thời gian tẩy rửa siêu âm

Bước thứ ba: Cho thiết bị cần tẩy rửa vào trong bể (Dùng giỏ bằng thép không rỉ, hoặc khay tùy chọn) và nhấn nút bắt đầu (Như nút Start hay Play)

Bước thứ tư: Đợi kết thúc thời gian, tắt máy và lấy vật tẩy rửa ra khỏi bể rửa siêu âm

Thiết bị cô quay

Hình 3.4: Thiết bị cô quay

Ứng dụng: Máy cô quay chân không, thiết bị tạo môi trường phản ứng chân

không, cô đặc dung dịch, tách chiết dung môi, sấy khô vật liệu nhạy với nhiệt độ (thường là thuốc bột) Máy cô quay chân không được sử dụng phổ biến trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, nghiên cứu khoa học và thực nghiệm

Quang kế UV-Vis Genesys 20

Hình 3.4 Quang kế UV-Vis

Máy sấy phun

Hệ thống sấy phun là hệ thống chuyên dùng để sấy các dạng dung dịch huyền phù Trong công nghiệp thường sử dụng hệ thống sấy phun hai giai đoạn hoặc hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải Hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải là phổ biến nhất hiệnnay

Hình 3.6:Cấu tạo máy sấy phun

1:Tháp sấy; 2: Hệ thống phun mù; 3: Bộ phận phân phối không khí nóng; 4:Quạt hút không khí; 5:Bộ lọc khí; 6: Calorife; 7: Quạt hút không khí sau khi sấy; 8: Cyclon thu hồi bụi sản phẩm sau khi sấy; 9: Bộ phận thu hồi sản phẩm

A B

Hình 3.7.Hệ thống sấy phun (A) hai giai đoạn; (B): Có sử dụng băng tải

3.2 Thu nhận chế phẩm Invertase từ bã nấm men

Trước khi thực hiện quá trình tự phân, bã nấm men dạng sệt được thu từ nhà máy đêm phối trộn với nước vô khuẩn theo tỉ lệ nấm men/nước là 1/3 (w/w), rồi để lắng trong 1 giờ và gạn bỏ phần nước bên trên

Tiếp tục trộn sinh khối nấm men với dung dịch nước muối NaCl (0,5%) theo tỉ lệ 1/3 (w/w)

Sau 1 giờ, gạn nước và tiến hành ly tâm (3000 vòng /phút) để thu nhận sinh khối nấm men Tiếp theo, sinh khối nấm men được phối trộn với dung dịch đệm với tỉ lệ nấm mem/dung môi: 1/6 (w/w), nhiệt độ tự phân 450C, pH ban đầu 5,5 và thời gian tự phân là 50 giờ để thực hiện quá trình tự phân

Sau quá trình tự phân, mẫu được ly tâm (7000 vòng/ phút) để tách bỏ phần không tan, phần dịch lỏng thu được là chế phẩm invertase thô

Bã nấm men

Tách cặn

Chế phẩm invertase thô

3.2.3.Thông số kỹ thuật

Phương pháp thu nhận chế phẩm invertase

Dịch chiết invertase thu nhận từ nấm men S.cerevisiae bằng phương pháp nghiền.Kết tủa enzyme bằng ethanol 96% lạnh với tỉ lệ dung dịch enzyme/ethanol là 1/3

Ly tâm, thu nhận kết tủa enzyme, pha với thể tích nước (V) nhất định và ta có dung dịch invertase (CPInver)

Lượng protein hòa tan được xác định bằng phương pháp Lowry

Phương pháp xác định hoạt tính invertase cho vào erlen 4 ml dung dịch đệm acetate

pH 4.5, 4,6ml nước cất và 0,4ml dịch chứa enzyme Thêm vào 1ml dung dịch đường sucrose nồng độ 20g/l Cho phản ứng enzyme xảy ra chính xác trong 15 phút Sau đó xác định lượng đường khử tạo thành bằng phương pháp DNS, từ đó suy ra số mol sucrose đã bị thủy phân

Một đơn vị hoạt tính invertase là lượng enzyme cần thiết để thủy phân 1 micromol đường sucrose trong 1 phút ở điều kiện pH 4.5 và ở nhiệt độ 300C

3.2.4.Ứng dụng của chế phẩm invertase

Trong công nghệ sản xuất nước giải khát, bánh, kẹo chế phẩm invertase thường được sử dụng để thủy phân đường sucrose tạo sản phẩm đường nghịch đảo (dung dịchđường nghịch đảo có độ ngọt cao và ít bị hiện tượng tái kết tinh đường hơn so với dịchđường sucrose)

3.2.5.Thiết bị sử dụng

Các tank chứa bã men

Hình 3.9: Tank chứa bã men