ứng dụng enzyme pectinase trong quá trình trích ly chuối

Chọn nguyên liệu sử dụng, xử lý nguyên liệu nguyênliệu xử lý là chuối Musaparadisiaca L Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình xử lýpuree chuối sau khi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM VÀ ENZYME PECTINASE TRONG QUÁ TRÌNH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Lê Văn Việt Mẫn, côTrần Thị Hồng Hạnh, người đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình cũng như giúp đỡ em rất nhiều

để em có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn này

Em cũng xin cám ơn các các thầy cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm, trườngđại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã hết lòng truyền đạt những kiến thức thật bổ íchtrong bốn năm học vừa qua, cũng như đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể thựchiện luận văn

Em cũng xin cám ơn các anh, chị và các bạn làm việc tại phòng thí nghiệm đãđồng hành và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, con xin cám ơn mẹ, người đã sinh ra con, cảm ơn gia đình mình, luônluôn ở bên cạnh khi con bị vấp ngã, chia sẻ mọi khó khăn mà con gặp phải trong cuộcsống

Xin gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất

TP Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Tuyết Phương

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

TÓM TẮT LUẬN VĂN Mục tiêu đề tài

Chuối là một loại trái cây rất phổ biến ở Việt Nam được sử dụng để ăn tươi và xuấtkhẩu Chính vì vậy vào cuối năm 2013 tại các hộ nông dân ồ ạt trồng thêm chuối để đápứng nhu cầu xuất khẩu Tuy nhiên thị trường tiêu thụ chuối thì không ổn định, tình trạngchuối tươi dư thừa do bị trả về vì không đạt chất lượng xuất khẩu

Đề tài này là một hướng sử dụng mới cho chuối- sản xuất nước ép chuối, góp phầnlàm đa dạng phong phú hơn cho thị trường nước giải khát có nguồn gốc tự từ thiên nhiêncũng như giải quyết được vấn đề về nguồn nguyên liệu ở Việt Nam

Nội dung bao gồm:

Tổng quan về nguyên liệu Chọn nguyên liệu sử dụng, xử lý nguyên liệu (nguyênliệu xử lý là chuối Musaparadisiaca L)

Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình xử lýpuree chuối sau khi nghiền để xác định các điều kiện thích hợp nhằm đạt hiệu suất thu hồichất chiết, hàm lượng đường tổng, hàm lượng đường khử, hợp chất phenolic và hàmlượng vitamin C với hai giải pháp:

- Xử lý puree chuối bằng chế phẩm enzyme Pectinx Ultra SP-L

- Xử lý puree chuối bằng sóng siêu âm

- Xử lý puree chuối bằng chế phẩm enzyme Pectinx Ultra SP-L kết hợp với sóngsiêu âm

Với những kết quả đạt được trong thí nghiệm này hi vọng góp phần cung cấp thêmthông tin cho việc ứng dụng kỹ thuật siêu âm kết hợp chế phẩm enzyme trong ngành côngnghệ chế biến thực phẩm ở Việt Nam

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

Nhận thức về vấn đề sức khỏe ngày càng được nâng cao dẫn đến việc tiêu thụ cácsản phẩm tự nhiên ngày càng tăng Các nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng kết hợp cácloại trái cây tươi và rau củ hằng ngày giúp giảm nguy cơ một số bệnh mạn tính như bệnhtim mạch vành, bệnh tim mạch, ung thư, lão hóa, xơ vữa động mạch bệnh thoái hóa thần

kinh (như Parkinson và Alzheimer), và viêm (Dillard và Đức, 2000) Chuối là một loại

trái cây giá rẻ, được trồng rất nhiều ở Việt Nam nên có mức giá bán ra thấp, không có thulại nhiều hiệu quả kinh tế Bên cạnh đó thị trường tiêu thụ chuối thì không ổn định, tìnhtrạng chuối tươi dư thừa do bị trả về vì không đạt chất lượng xuất khẩu Dù đã được sửdụng làm nhiều sản phẩm khác nhau như mứt sấy khô, mứt dẻo, kem chuối, chè chuối,bánh chuối… nhưng vẫn còn một lượng chuối lớn trờ thành chất thải gây nên ảnh hưởngđáng kể đến môi trường do việc chuối Nhiều nghiên cứu phát hiện chuối là một loại tráicây có hương vị hấp dẫn và hàm lượng dinh dưỡng cao cho nên cần các giải pháp tận thulại lượng chuối không đạt chất lượng này Hiện nay một số cở sở bán thức uống nhanh đã

có những ý tưởng sản xuất thức uống từ chuối như sinh tố chuối, soda chuối hương vịthơm ngon, tự nhiên Nước ép chuối là một hướng đi mới với một loại thức uống giàudinh dưỡng gồm các thành phần như carbohydrate, chất xơ, vitamin và khoáng chất đặc

biệt là kali (Bates et al., 2001) Đây là loại nước ép trái cây cây khá phổ biến ở các nước

phương Tây và khu vực Đông Nam Á như Thái Lan, nhưng ở Việt Nam thì tình hình sảnsuất các loại nước uống từ chuối lại chưa được quan tâm nghiên cứu Ngoài ra việc sảnxuất nước ép chuối sẽ giúp giảm việc đóng gói lưu trữ, thuận tiện cho xử lý và giảm chiphí vận chuyển

Trong ngành công nghiệp sản xuất nước ép rau quả thì quá trình khai thác hiệu quảnhất các chất chiết từ nguyên liệu là một trong những bước quan trọng nhất, do nó quyếtđịnh đến hiệu suất thu hồi tổng chất chiết cũng như khả năng chiết xuất các hợp chất cóhoạt tính sinh học cao vào dịch ép, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và chất lượngcủa các sản phẩm nước ép Tuy nhiên, một số loại trái cây nhiệt đới bao gồm chuối

thường quá mềm và nhiều pectin nên rất khó khả trong quá trình trích ly dịch chuối Mộttrong những phương pháp hiệu quả nhất để hỗ trợ cho quá trình trích ly trên các loại tráicây hiện nay là kỹ thuật hóa lỏng enzyme Phương pháp sử dụng enzyme này lại có thời

gian xử lý kéo dài (2h) (Junquera và cộng sự ,2013) chi phí năng lượng cao và phần bã sau khi ép vẫn còn chứa một hàm lượng các chất dinh dưỡng chưa thu hồi được (Barrett

và cộng sự , 2005)

Hiện nay, nhiều nghiên cứu được tiến hành để khắc phục nhược điểm của phươngpháp truyền thống dùng chế enzyme, chúng cho những kết quả rất khả quan, không nhữnggiảm chi phí sản xuất, rút ngắn thời gian mà còn cải thiện thành phần dinh dưỡng, hoạttính sinh học của thực phẩm và bảo vệ môi trường Một trong những giải pháp mới đángquan tâm nhất là phương pháp dùng sóng siêu âm UEA (Ultrasound assisted axtraction)

hỗ trợ cho quá trình trích ly do có ưu điểm là tăng hiệu suất thu hồi, giảm thời gian, chiphí,dễ vận hành và dễ tự động hóa, có thể thu được những hợp chất không bền và dễ bayhơi Sóng siêu âm với cơ chế tác dụng đặc trưng có thể phá vỡ tế bào giúp thu nhận dịchquả tốt, thu được các hợp chất dễ phân hủy và bay hơi nhưng không làm ảnh hưởng đếnhoạt tính của chúng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về chuối

Chuối là một loại cây ăn quả được trồng rộng rãi trên thế giới với trên 130 quốcgia, giàu dinh dưỡng và được trồng phổ biến ở Việt Nam

Bảng 2 1: Tình hình năng suất trồng chuối từ 2008-2012 (FAO)

Diện tích (Ha) 95000 100224 99627 99489 100000

Năng suất (Hg/Ha) 147368 142489 149532 153125 156000

Sản lượng chuối sản xuất (tấn) 1400000 1428079 1489740 1523428 1560000

Hình 2 1 Cây chuối

Trong những năm gần đây sản lượng chuối ngày càng tăng Phần lớn chuối đượcdùng để ăn tươi và xuất khẩu, một phần nhỏ được dùng để sản xuất mứt chuối, rượu chuốihay kẹo chuối Tuy nhiên mỗi năm vẫn có một lượng chuối xuất khẩu bị trả về do khôngđạt chất lượng theo yêu cầu cộng với việc tiêu thụ hết trong thị trường nội địa dẫn đếnviệc tình trạng chuối thừa và hư hỏng rất nhiều Chính vì vậy chuối cần phải được chếbiến thành các sản phẩm đa dạng hơn, trong đó nước ép từ chuối là một loại sản phẩmmới chưa có trên thị trường, một loại nước uống có nguồn gốc tự nhiên giàu năng lượng

và các vitamin tốt cho sức khỏe Được biết là một loại nước ép trái cây khá phổ biến ở cácnước phương Tây và khu vực Đông Nam Á như Thái Lan, nhưng ở Việt Nam thì tình hìnhsản suất các loại nước uống từ chuối lại chưa được quan tâm nghiên cứu

2.1.1 Nguồn gốc, phân loại

Cây chuối thuộc

Bộ Scitaminate

Họ Musaceae

Họ phụ Musoidae Chuối có thể dùng để ăn tươi thuộc nhóm Musa sapientum Chi chuối (Musa) có

nguồn gốc từ vùng Châu Á nhiệt đới và được thuần hóa rất sớm ở vùng Đông Nam Á Nhiều loài chuối hoang dại đã được tìm thấy ở Philippins, Indonesia, Malaysia Do đó cóthể cho rằng vùng Đông Nam Á là quê hương của chuối

Các giống chuối ăn được là sự lai tạo giữa hai loại chuối lưỡng bội : Musaacumminata (AA) và Musa balbisiana (BB) Có các thể lưỡng bội, tam bội hoặc các nhóm

gen tứ bội Các nhóm gen chính là AA, AB, AAA, AAB, ABB ( Bakry và cộng sự 1997,

Stover và Simmonds 1987) Hầu hết các giống chuối tráng miệng trên thế giới là AA hoặc

AAA còn nhóm chuối để nấu nướng thường là AAB, ABB hoặc BBB

Chuối sứ được trồng phổ biến ở nhiều nơi, cây to sinh trưởng khỏe, cao to, lá dàirộng, cuống lá có phấn trắng Trái to, ngắn mập, vỏ mỏng, khi chín vàng tươi, vị ngọt,kém thơm hơn so với các giống chuối khác Trung bình buồng chuối nặng 15-20 kg.

Chuối được trồng trên khắp đất nước Việt Nam do chuối sứ không kén đất, chịuđược hạn được rét nên được trồng khá phổ biến ở các vùng trung du, miền núi Tuy nhiênchất lượng và sản lượng chuối ở miền Nam có phần nào cao hơn so với miền Trung vàmiền Bắc, do điều kiện khí hậu miền Nam nóng ẩm, phù hợp với sự phát triển của câychuối

Bảng 2 2 Đặc điểm một số giống chuối tại Việt Nam (Tôn Nữ Minh Nguyệt,2008)

Loại

chuối

Khối lượng trái (g)

Độ dài trái (cm)

Đường kính trái (cm)

Tỷ lệ ruột (%)

Khối lượng buồng (Kg)

Số nải/buồn g

Số trái/nải

Bảng 2 4 Thành phần dinh dưỡng trong 100 gr chuối sứ và 100 gr chuối già

(Food category : Fruits and Fruit Juices )

Thành phần Chuối sứ Chuối già

chuối cao hơn ở thịt trái Theo ( Giami và Alu, 1994) và hàm lượng phenolic giảm dần khi

chuối chín

Bảng 2 5 So sánh thành phần hóa học của chuối và một số trái cây khác (cam, táo,

khoai tây và khoai lang) tính trên 100 g phần thịt trái (FAO)

Thành phần Đơn Cam Táo Chuối Khoai tây Khoai lang

2.1.2 Sự biến đổi trong quá trình chín của chuối

Chuối là một loại cây ăn quả có đỉnh sinh trưởng Độ chín thu hái của chuối là lúc

độ già đạt 85 - 90% Lúc đó vỏ chuối còn xanh thẫm, quả đã lớn hết cỡ, đầy đặn, hầu nhưkhông còn gờ cạnh, thịt chuối có màu trắng ngà đến vàng ngà Độ chín thu hái của chuốithường đạt được sau 115 - 120 ngày phát triển kể từ khi trổ hoa

Trên thế giới người ta đánh giá độ chín của chuối dựa vào thang màu 8 mức phânchia theo màu sắc của vỏ chuối Ngoài ra, còn có cách xác định độ chín của chuối theomột số yếu tố khác như: độ dày của vỏ, tỷ trọng của chuối, độ cứng của chuối, màu sắcthịt quả chuối, hàm lượng đường và tinh bột

Bảng 2 6 Khảo sát sự thay đổi đặc điểm của chuối trong quá trình chín của chuối

(Aurore và cộng sự, 2009)

Độ

chín Màu sắc vỏ chuối Đặc điểm

Biến đổi tinh đường Tinh bột (%) Đường (%)

chín, vỏ dày

7 Vàng chấm nâu Chín hoàn toàn, thơm, ruộtmềm, vỏ mỏng 2,51 17,519

8 Vàng mảng nâu màu vàng, thơm, vỏ mỏngQuá chín, ruột rất mềm và 1,51 18,519Chuối được thu hái khi chưa chín nhưng đã phát triển đầy đủ đó là lúc vỏ chuốicòn xanh thẫm, trái đã lớn hết cỡ, đầy đặn, hầu như không còn gờ cạnh, thịt chuối có màutrắng ngà đến vàng ngà, khi bẻ thấy tơ nhựa, vị còn chát Độ chín thu hái của chuốithường đạt được sau 115-120 ngày phát triển kể từ khi trổ hoa Chuối là trái có đỉnh sinhtrưởng, trái sẽ tiếp tục chín sau thu hoạch Độ chín của chuối được phân làm 8 cấp độ Ởcấp độ chín 1-3 thường không ăn được, vì khi đó chuối sẽ xanh, rất cứng, chát và giàu

tinh bột Cấp độ 8 thì quá chín và mềm (Aurore và cộng sự, 2009).

Hình 2 2 Các cấp độ chín của chuối

Sự cắt mạch pectin đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chín của trái Trongquá trình chín của trái có sự tham gia của các enzyme thủy phân pectin bao gồm enzymepolygalacturonase (PG) và pectin methyl esterase (PME) Kết quả nghiên cứu cho thấytrong quá trình chín hàm lượng pectin tan trong nước tăng lên, khi đó thì khối lượng phân

tử của các pectin này cũng có xu hướng giảm xuống tạo điều kiện thuận lợi cho quá trìnhtrích ly chất chiết (Duan và cộng sự, 2008) Một số enzyme tham gia trong quá trình chíncủa chuối trong khối nghiền nhão từ trái chuối ở những độ chín khác nhau là - amylase,

-amylase và glucoamylase có sẵn trong nguyên liệu tươi

Trong quá trình bảo quản chuối, các phản ứng thủy phân xảy ra chủ yếu làm tăng

hàm lượng các chất hòa tan Theo nghiên cứu của V.A.Adisa và E.N.Okey 1987, trên trái

chuối cho thấy hàm lượng protein và cellulose trong thịt trái hầu như không thay đổi,nhưng hàm lượng tinh bột giảm rõ rệt từ 34% xuống còn 10% sau 1 tuần bảo quản ở

28oC Đồng thời với hiện tượng giảm tinh bột, nồng độ đường tăng mạnh từ 8,6 đến 40%

Sự thay đổi hàm lượng các hợp chất pectin có tác dụng rất lớn đến độ cứng củachuối khi chín Khi chín các propectin có xu hướng bị thủy phân thành các pectin hòa tanlàm giảm liên kết giữa các tế bào trong mô thực vật dẫn đến trái mềm Tốc độ thủy phânprotopectine phụ thuộc vào hoạt tính hệ enzyme pectinase Do ảnh hưởng của enzymepectinase nên khả năng liên kết giữa tế bào và mô yếu đi, thành tế bào mỏng dần, các mô

bị xốp và trái bị mềm dần khi các chất giữa tế bào tan hoàn toàn, các tế bào nhu mô sẽtách rời xa nhau, đó là quá trình nhũn trái Sau khi chín dưới tác dụng của enzymepectinase, pectin sẽ bị thủy phân tạo thành rượu methylic và các chất keo đông, đó là lúccấu trúc trái bắt đầu bị phân hủy

Độ cứng không chỉ thay đổi ở vỏ mà còn ở thịt trái Khi chưa chín đến khi chín, độcứng của vỏ chuối giảm 3 lần còn thịt trái giảm 9 lần

Bảng 2 7 Sự thay đổi độ cứng của trái chuối theo các độ chín khác nhau (Yurena

hernander – 2005)

là các catechin) tác dụng với sắt (III) tạo hợp có màu xanh sẫm lá cây Đồng thời, khi chấtchát tiếp xúc với oxy không khí sẽ bị oxi hóa do tác dụng của enzyme oxidase, đây lànguyên nhân chín làm cho chuối bị sẫm màu khi chế biến.

Bảng 2 8 Hàm lượng polyphenol của chuối sứ theo độ chính (Tôn Nữ Minh

Bảng 2 9 Sự thay đổi màu của thịt và vỏ chuối ở ba cấp độ chín khác nhau

Sóng siêu âm là âm thanh lớn hơn âm thanh người nghe thấy tần số lớn hơn 20kHz

(Feng và cộng sự, 2011) Nó có những đặc tính của sóng âm như: phản xạ, nhiễu xạ, giao

thoa và có thể lan truyền qua chất khí, rắn, lỏng (M.Shafiur Rahman, 2007).

2.2.2 Phân loại

Dựa vào tần số thì sóng siêu âm chia thành 3 vùng:

- Sóng siêu âm năng lượng: 16 kHz – 100 kHz

- Sóng siêu âm tần số cao: 100 kHz – 1 MHz năng lượng thấp không gây xâm thực khí.Sóng siêu âm năng lượng cao được sử dụng để tác động đến sự phát triển của tế bào vàhoạt tính enzyme Nó được sử dụng để đồng hóa, phá vỡ tế bào, hỗ trợ và kiểm soát quá

trình kết tinh, bài khí, vô hoạt enzyme, hỗ trợ quá trình trích ly, lọc, sấy (Zeng và Sun,

2006).

- Nhưng trong thực phẩm thường sử dụng tần số từ 20 kHz – 40 kHz do các tác động cơ

học và hóa học của hiện tượng xâm thực khí (Mason 1998).

Hình 2 3 Phổ âm thanh (Feng và cộng sự, 2011).

2.2.3 Các đại lượng của sóng siêu âm

- Bước sóng: là khoảng cách giữa 2 nút liên tiếp hay 2 bụng liên tiếp, bước sóng của sóngsiêu âm trong không khí ở vận tốc âm trung bình khoảng 330m/s là < 0,015m

- Bước sóng = vận tốc/ tần số (sóng siêu âm có tần số cao thì bước sóng ngắn)

- Vân tốc: phụ thuộc vào môi trường mà sóng đi qua, đối với 1 dung dịch lỏng vận tốc sóngliên quan với tính dày đặc và modul nén của môi trường

- Cường độ: Năng lượng truyền tới chất lỏng bằng siêu âm phụ thuộc vào cường độ của âmthanh Cường độ sóng siêu âm là năng lượng đi qua 1 khu vực trong một đơn vị thời gian

2.2.4 Cơ chế tác động của sóng siêu âm

Tác động cơ sở của sóng siêu âm lên 1 môi trường lỏng liên tục là tác động 1 ápsuất âm thanh vào 1 áp suất thủy tĩnh sẵn có trong môi trường Áp suất âm thanh là sóngdạng sin phụ thuộc vào thời gian, tần số và biên độ lớn nhất của sóng

Ở cường độ (biên độ thấp) sóng áp suất tạo ra sự chuyển động và trộn lẫn bêntrong chất lỏng Ở cường độ cao hơn, áp suất cục bộ trong pha giãn nở của chu kì rơixuống dưới áp suất hơi của dung dịch hình thành nên những bong bóng nhỏ (là sự hìnhthành khí bên trong chất lỏng) Khi áp suất giảm hơn nữa, nó tạo ra áp suất tức thời âmtrong dung dịch, gia tăng sự hình thành các bong bóng và tạo ra các bong bóng mới bằng

Sóng siêu âm truyền qua vật chất gây nhiều tác động khác nhau lên vật chất đượcgiải thích bằng các cơ chế:

Sóng siêu âm được truyền đi thông qua các sóng nén và kéo dãn các phân tử trong

môi trường chúng đi qua (Mason, Riera, Vercet, & Lopez-Buesa, 2005).Chu kì nén tạo áp

suất dương lên chất lỏng đẩy các phân tử chất lỏng lại gần nhau và Các chu kỳ giãn tác

động một áp suất âm, kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau (Suslick và Flannigan, 2008)

Trong suốt chu kì giãn, 1 sóng siêu âm có cường độ đủ lớn có thể tạo ra các bongbóng Các phân tử chất lỏng được liên kết với nhau nhờ các lực hấp dẫn mà tạo ra sứcmạnh liên kết của chất lỏng Để 1 bong bóng hình thành, sóng âm phải tạo ra 1 áp suất âm

trong chu kì giãn lớn hơn các lực hấp dẫn của chất lỏng (Feng và cộng sự, 2011).

Khi 1 rãnh đầy khí bị tác động bởi 1 áp suất âm, lúc này áp suất âm trong rãnh khíđược giảm làm cho khí trong rãnh bị kéo giãn ra cho đến khi 1 bong bóng nhỏ được hìnhthành trong dung dịch

Một bong bóng trong chất lỏng thì thường không bền Nếu bong bóng lớn nó sẽ nổilên và nổ tung ở bề mặt; nếu nó nhỏ sẽ nằm lại trong chất lỏng Tuy nhiên, bong bóng sẽtiếp tục hấp thụ năng lượng từ các chu kì nén và giãn thay đổi của sóng siêu âm Điều nàylàm cho các bong bóng lớn lên và nổ tung tạo sự cân bằng giữa áp suất bên trong và bênngoài của chất lỏng

- Sự phát triển và vỡ của bong bóng:

Sự phát triển của bong bóng phụ thuộc vào cường độ của âm thanh Siêu âm cường

độ cao có thể làm giãn bong bóng quá nhanh trong suốt chu kì áp suất âm đến nổi bongbóng ko có co rút trong chu kì áp suất dương Do đó, trong quá trình này, bong bóng cóthể phát triển nhanh chóng trong một chu kì đơn âm thanh

Bong bóng phát triển cuối cùng đạt đến 1 kích thước tới hạn (phụ thộc vào tần sốsiêu âm) Ở 20 kHz, kích thước có thể có đường kính 170 µm Khi bong bóng đã đạt kíchthước tới hạn, nó không còn khả năng hấp thụ năng lượng từ sóng siêu âm nữa Khikhông có năng lượng vào trong nó, nó không thể giữ được chính nó và cuối cùng bong

bóng bóng nổ tung (Suslick,1989) Diện tích bề mặt của bọt khí tăng trong suốt chu trình

giãn nở Kết quả là kích thước của bọt khí cũng tăng lên sau mỗi chu trình Sau nhiều chutrình nén giãn, bọt khí sẽ đạt kích thước giới hạn mà năng lượng âm không còn khả nănggiữ pha hơi ở bên trong Đến chu trình nén tiếp theo, hơi bất chợt ngưng tụ và những bọt

khí sẽ vỡ (Yasui, 2002) đã chỉ ra rằng, ở áp suất 250 kPa, một bọt khí thông thường có

kích thước 0,5 μm hấp thu năng lượng có thể tăng kích thước gấp 30 lần rồi vỡ tung hìnhthành vô số các bọt khí nhỏ 0,5 μm Những phân tử xung quanh bọt khí va chạm nhaumột cách mãnh liệt tạo ra những vùng có nhiệt độ và áp suất cao cục bộ, có thể lên đến

5000oC và 1000 atm (Mason và Lorimer, 2002) Chính nhiệt độ và áp suất cao gây hiện

tượng sốc sóng được cho là nguyên nhân gây ra sự phân cắt các chuỗi polymer, phá huỷthành tế bào động vật và thực vật

Hình 2 4 Chu kì phát triển của bong bóng khí Quá trình nén, rút của các phần tử môi trường và nổ tung của các bong bóng gọi làhiện tượng xâm thực khí, tác động quan trọng nhất trong siêu âm năng lượng cao Thôngqua hiện tượng xâm thực khí, năng lượng cơ học của sóng siêu âm được biến đổi và

truyền qua dung dịch lỏng (Suslick,1989; Laborde et al , 1998) Ngoài ra, áp suất bên bên

ngoài làm tăng khả năng tạo bọt của sóng siêu âm nên giảm hình thành các bong bóng

Tuy nhiên, áp suất bên ngoài cũng làm giảm độ bền của các bong bóng (Bondy and

Sollner,1935; Suslick, 1988; Young, 1989).

2.2.4.2 Sóng dừng

Sóng dừng là kết quả của sự phản xạ sóng âm từ một bề mặt rắn hay từ bề mặt phâncách lỏng–khí trong dung dịch ở cùng thời điểm mà sóng âm được phát ra từ máy biếnnăng Tại nút sóng áp suất cực đại và tập trung nhiều bọt khí có kích thước lớn, ngược lạitại bụng sóng áp suất bằng không Do đó hình thành nên dòng chảy các bọt khí từ nútsóng đến bụng sóng

Tại điểm bụng sóng các bọt khí va chạm, kết hợp rồi vỡ tung gây hiện tượng xâm

thực khí, phá huỷ cấu trúc của bề mặt rắn nằm ở điểm bụng sóng (Feng và cộng sự,2011).

Hình 2 5 Tác động của sóng dừng (Feng và cộng sự, 2011)

2.2.4.3 Dòng chảy tạm thời

Sóng siêu âm khi truyền năng lượng đi gây ra những vùng áp suất cao và thấp tạo

dòng chảy tạm thời (Feng và cộng sự, 2011).

- Tác động nhiệt:

Khi truyền năng lượng một phần năng lượng âm bị hấp thụ thành nhiệt tùy thuộcvào điều kiện vận hành và môi trường Tuy nhiên, nhiệt độ đạt được thường thấp hơn

70oC (Villamiel & de Jong, 2000) Năng lượng được lan truyền trong môi trường hay ở bề

mặt lớp biên chỉ diễn ra trong thời gian ngắn, sau cùng đều chuyển thành nhiệt, nhiệt đôtuy tăng không nhiều nhưng ảnh hưởng lớn đến khả năng truyền khối, truyền nhiệt từ môi

trường này sang môi trường khác (Feng và cộng sự, 2011).

- Tác động hóa học:

Tác động hóa học theo cơ chế là các phân tử nước bị phá vỡ tạo các gốc tự do cóhoạt tính cao (H2O H + •OH) có thể gây phản ứng với các chất khác (Riesz & Kondo,

1992).

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình siêu âm

Công suất:

Công suất siêu âm tăng làm tăng mức năng lượng truyền vào môi trường (Mason

và Lorimer, 2002) Công suất càng cao thì lượng bong bóng khí tạo ra càng nhiều, số

lượng các vi sóng tạo thành do nổ bọt khí trong dung dịch càng lớn dẫn đến hiện tượngxâm thực và tốc độ truyền khối trong dung dịch tăng lên và tăng cường hiệu quả chiết

xuất các thành phần khác nhau từ các tế bào thực vật (Wang và Zhang, 2006, Sivakumar

và đồng sự, 2007) Siêu âm với công suất cao sẽ hình thành hiện tượng sủi bong bóng với

cường độ mạnh hơn (Zhong và cộng sự, 2010) Tuy nhiên, khi tăng công suất quá cao thì

hiệu suất trích lý tăng không đáng kể gây tổn hao nhiều năng lượng vận hành do đó côngsuất siêu âm phụ thuộc vào từng loại đối tượng sử dụng để tối ưu về mặt kinh tế

Tần số:

Tần số có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình siêu âm, ở mỗi tần số thì gây nêncác hiệu ứng khác nhau Khi tần số thấp (20 – 100 kHz) hiện tượng xâm thực khí chiếmchủ yếu, các bong bóng khí vỡ tung mạnh mẽ Khi ở tần số trung gian, hiệu ứng hóa họcxảy ra nhiều hơn khi mà các bong bóng hoạt động nhiều hơn, đồng thời xâm thực khí íthơn do đó các hiệu ứng vật lý kém hơn so với 20 kHz Khi tần số cao (>1MHz) thì các

hiệu ứng hóa học và vật lý ít xảy ra mà chủ yếu là truyền âm (Feng và cộng sự, 2011).

Ở tần số thấp năng lượng cần cho sự tạo thành bọt khí thấp Theo (Mason và

Lorimer (2002), với tần số 400 kHz để tạo ra hiện tượng sủi bọt khí cần năng lượng cao

gấp 10 lần so với ở 10 kHz

Nhiệt độ:

Nhiệt độ tác động đến áp suất hơi, sức căng bề mặt và độ nhớt của môi trường lỏng

(Muthukumaran et al., 2006.) Khi nhiệt độ được gia tăng làm gia tăng lượng bong bóng

làm sủi bọt, sự nổ tung bị giảm bớt bởi áp suất hơi cao hơn Tuy nhiên nhiệt độ siêu âmcàng cao số lượng bọt khí càng nhiều, độ nhớt càng thấp sự vỡ bọt khí diễn ra mạnh mẽhơn Vì vậy tùy vào mỗi nguyên lệu sẽ có một nhiệt độ siêu âm thích hợp do cấu trúc của

tế bào thực vật khác nhau trong thành phần hóa học và tính chất vật lý ( McLellan và

Padilla-Zakour, 2005) Do đó nhiệt độ phải được điều chỉnh để độ nhớt đủ thấp để gia

tăng độ mạnh của sự vỡ bọt khí nhưng nhiệt độ cũng phải đủ thấp để không làm giảm

cường độ vỡ bọt khí (Patist và Bates, 2008).

Độ nhớt:

Độ nhớt ảnh hưởng tới khả năng tạo bóng khí Các bong bóng khí khó hình thànhhơn trong môi trường nhớt cao Nhiệt độ được tăng làm giảm độ nhớt dẫn đến sự nổ tungmạnh mẽ hơn Khi độ nhớt cao, khả năng lan truyền giảm làm giảm hình thành bong bóng

khí Tuy nhiên lực cắt của bong bóng cao hơn môi trường nhớt thấp Theo (Mason và

Lorimer, 2002), đối với dịch chiết ngô và dung dịch tinh dầu hải ly, ở áp suất 1atm, nhiệt

độ 25oC, khi tăng độ nhớt dung dịch lên 10 lần thì để tạo bọt khí cần tăng áp suất âm lên30% Do đó quá trình siêu âm của các dung dịch khác nhau có một độ nhớt tối ưu khác

nhau (Gronroos và cộng sự, 2008).

Thời gian:

Thời gian siêu âm càng dài thì tác động của sóng siêu âm càng lớn Tuy nhiên, thờigian siêu âm phụ thuộc vào lượng nguyên liệu sử dụng, công suất và nhiệt độ siêu âm

(Wang và cộng sự, 2008; Liêu và Lê, 2010).

2.2.6 Cơ chế hỗ trợ quá trình thu nhận chất chiết từ sóng siêu âm

Sự gia tăng hiệu suất thu hồi chất chiết khi ứng dụng kỹ thuật siêu âm là do sựtruyền sóng áp suất siêu âm và dẫn tới hiện tượng sủi bong bóng

Sự truyền sóng siêu âm tạo ra lực cắt lớn làm tăng quá trình truyền khối của cấu tử

cần chiết xuất (Riera và cộng sự, 2004).

Hiện tượng vỡ bọt khí tạo ra sự khuấy động lớn, sự va chạm bên trong hạt với vậntốc lớn và sự bất ổn của những hạt vi xốp làm tăng sự khuếch tán Hơn nữa, hiện tượngsủi bọt khí gần bề mặt tiếp xúc lỏng - rắn tạo ra các vi tia đi qua những lỗ nhỏ trên bề mặtnguyên liệu Các vi tia này làm bong tróc, bào mòn và phá vỡ các phân tử ở lớp bề mặt

(Laborde và cộng sự, 1998) Tác động trên làm lộ ra lớp bề mặt mới dẫn tới làm tăng tốc

độ truyền khối

Sự khuếch tán qua thành tế bào, sự phá vỡ và xói lở của bề mặt tế bào là cácnguyên nhân làm gia tăng hiệu suất chiết xuất Siêu âm làm phân rã các nguyên liệu thựcvật, do đó làm tăng số lượng tế bào tiếp xúc trực tiếp với dung môi và sự sủi bong bóng

do siêu âm (Vinatoru, 2001).

Tuy nhiên, đối với các thực vật khác nhau thì hiệu quả của quá trình thu nhận chấtchiết khi ứng dụng kỹ thuật siêu âm thay đổi Sự thay đổi có thể là do cấu trúc, tính chấtlưu biến (độ cứng của cấu trúc hạt) hoặc sự khác biệt về thành phần nguyên liệu xử lý dẫn

tới sự thay đổi mức độ nhạy cảm với sóng siêu âm (Haizhou và cộng sự, 2004) Những

nhân tố như là sức trương của mô thực vật và sự di chuyển của những hạt như hạt tinh bộttrong tế bào chất có thể ảnh hưởng đến sự phân tán năng lượng siêu âm và hiệu quả trích

ly (Vilkhu cùng cộng sự, 2008).

2.2.7 Ứng dụng của sóng siêu âm

Bảng 2 10 Các ứng dụng của siêu âm trong công nghiệp thực phẩm (Alex Patist,

bóng)

Hiệu suất chiết xuất đượcgia tăng trong dung môinước hay hệ thống siêu

tới hạn

Nhũ hóa hay

đồng hóa Vi dòng cắt cao

Sự hình thành dung dịchđồng nhất, hiệu quả về

chi phí

Kết tinh Sự hình thành nhân và điều chỉnh Hình thành những tinh

Điều chỉnh cấu trúc thuận nghịch

và không thuận nghịch qua tácđộng vi dòng cắt cao và rung độngĐiều chỉnh về hóa học liên quanđến các liên kết ngang và việc tái

cấu trúc

Điều chỉnh không dùngchất hóa học giúp cảithiện các đặc tính chếbiến, giảm lượng phụ gia,nhiều công dụng khác

Phá bọt Sóng áp suất trong không khí gâyvỡ bong bóng

Gia tăng sản lượng, giảmlượng hóa chất phá bọt,giảm mất mát trong quátrình đóng chai

Ép đùn Chấn động cơ học, giảm ma sát Gia tăng năng suất

Vô hoạt enzyme ở nhiệt

độ thấp hơn giúp cảithiện chất lượng

Lên men Gia tăng vận chuyển cơ chất, kíchthích tế bào sống và enzyme

Gia tăng sản lượng cácchất trao đổi, làm nhanhquá trình lên men

Truyền nhiệt Cải thiện truyền nhiệt qua tác độngdòng chảy và sủi bong bóng

Gia tăng truyền nhiệt,làm nhanh sự gia nhiệt,làm lạnh và sấy sản phẩm

ở nhiệt độ thấpBảng 2 11 Các ứng dụng của siêu âm trong nghiên cứu hỗ trợ chiết xuất các thành

phần khác nhau trong thực phẩm

Nguyên liệu trích ly Đối tượng trích ly Tài liệu tham khảo Nho và phụ ngành rượu vang Tartaric và malic acid Palma & Barroso (2002)

Quả hạnh Dầu thực vật Riera Riera & cộng sự (2004)

Hạt Jatropha curcas Dầu thực vật Shah Shah & cộng sự (2005)

Hạt quả hạnh và hạt quả mơ Dầu Sharma & Gupta (2006)

Vỏ quả quit

(SatsumaMandarin) flavone glycosidePhenolic acid và Ma & cộng sự (2008a)

Penggan (C reticulata) Hesperidin Ma & cộng sự (2008b)

Herba Epimedii Epimedin A, B, C vàicariin Zhang, Yang, Li, & Wang (2008)

Lá tươi của cây Epimedium Epimedin C Zhang & cộng sự (2009)

Vỏ cam Polyphenol Khan & cộng sự (2010)

Sóng siêu âm giúp cải thiện đáng kể khả năng trích ly các hợp chất trong thực vật

và hạt Hiệu ứng cơ học của sóng siêu âm phá vỡ thành tế bào tạo điều kiện giải phóngcác chất bên trong Siêu âm làm tăng tốc sự khuếch tán đường làm cho nồng độ chất khô

và lượng đường cao hơn trong nước ép trái cây Trong nhiều trường hợp siêu âm làm tăng

hiệu quả trích ly tại nhiệt độ thấp hơn và thời gian ngắn hơn (Mason và cộng sự 1996).

Trong những năm trở lại đây đã có không ít nghiên cứu ứng dụng siêu âm để giatăng hiệu suất thu hồi chất chiết trong sản xuất nước ép

Kết quả nghiên cứu của (Lieu và Le, 2010) cho thấy so với phương pháp xử lý nho

nghiền truyền thống với enzyme, xử lý siêu âm với điều kiện nhiệt độ tối ưu 74°C và thờigian 13 phút tăng hiệu suất thu hồi 3,4% và rút ngắn thời gian hơn ba lần, kết hợp siêu âm

và enzyme với nồng độ enzyme là 0,05% (v/w) và thời gian 10 phút tăng năng suất khaithác 2%, nhưng rút ngắn thời gian hơn bốn lần Sau khi siêu âm, xử lý enzyme tăng hiệusuất khai thác 7,3% và tổng thời gian của phương pháp này vẫn còn ngắn hơn so vớiphương pháp xử lý truyền thống bằng enzyme

(Tran và Le, 2011) nghiên cứu xử lý enzyme pectinase bằng sóng siêu âm trước khi

bổ sung vào dứa nghiền Kết quả cho thấy khi pectinase có chứa 63,3 đơn vịpolygalacturonase/mL được siêu âm 60 giây với cường độ siêu âm là 225 W, hiệu quả xúctác của nó đạt tối đa Ứng dụng pectinase đã xử lý siêu âm làm tăng hiệu suất thu hồi chấtchiết 5,6% so với enzyme không xử lý siêu âm

(Nguyên, Phan và Lê 2011) nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng các thông số công

nghệ của quá trình xử lý siêu âm thịt quả dâu tằm đến hàm lượng các chất chống oxy hóa

trong nước quả, các điều kiện xử lý siêu âm được tối ưu hóa bằng phương pháp quy hoạchthực nghiệm Công suất và nhiệt độ siêu âm tối ưu lần lượt là 10,36 W/g thịt quả và 63 oC.Khi đó, hàm lượng phenolic tổng trong dịch quả dâu tằm đạt cực đại là 1363 mg đươnglượng acid gallic/L dịch quả; giá trị này cao hơn 63,3% so với mẫu đối chứng.

(Nguyen và Le, 2012) tiến hành xử lý dứa nghiền bằng sóng siêu âm tăng năng suất

khai thác 10,8% so với mẫu không xử lý siêu âm và giúp cải thiện hàm lượng đường, acidtổng, phenolic và vitamin C trong nước dứa thu được

(Dang và cộng sự, 2012) đã xử lý đồng thời sơ ri nghiền bằng siêu âm và pectinase

để chế biến nước trái cây Khi nồng độ pectinase và thời gian trong xử lý kết hợp siêu âm

là 0,12% (v/w) và 26,3 phút, hiệu suất khai thác đạt được tối đa 87,4% cao hơn khi xử lýsiêu âm và xử lý enzyme tương ứng là 3,2% và 15,5% Ngoài ra, kết hợp đồng thời siêu

âm và pectinase cải thiện đáng kể chất lượng dinh dưỡng của nước ép sơ ri

(Nguyên, Lê và Lê, 2013) đã sử dụng kết hợp sóng siêu âm và chế phẩm cellulose

trong xử lý nước ổi Ổi xử lý bằng siêu âm và chế phẩm cellulase làm giảm hàm lượngaxit ascorbic trong nước thu được nhưng khả năng chống oxy hóa của nó tăng lên 19,7%(tính bằng phương pháp acid 2,2'– azinobis – 3 – ethylbenzothiazoline – 6 – sulfonic) và11,5% (tính bằng phương pháp năng lượng chất chống oxy hóa ion sắt) so với mẫu đốichứng

(Quang , Lê và Lê 2014) đã sử dụng sóng siêu âm nhằm cải thiện hàm lượng các

chất chống ôxi hóa trong nước táo Khảo sát ảnh hưởng của công suất và thời gian siêu

âm lên acid ascorbic và hàm lượng phenolic cũng như hoạt động chất chống oxi hóa củanước táo, tối ưu hóa điều kiện siêu âm để thu được tối đa các chất chống oxi hóa Điềukiện tối ưu của công suất siêu âm là 20 W/g và 7,3 phút, hoạt tính chống oxi hóa thu đượctối đa13,18 µmol Trolox tính trên 1g chất khô (TEAC/g DW) dùng thuốc thử là 2,2’-azinobis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) Giá trị thu được cao hơn67,5% so với mẫu đối chứng không có xử lí bằng sóng siêm âm

2.3 Tổng quan về enzyme

2.3.1 Cơ chế tác dụng của enzyme

Cơ chế phản ứng có xúc tác nói chung:

Vận tốc phản ứng hóa học được xác định bởi giá trị năng lượng hoạt hóa tức làmức năng lượng các chất tham gia phản ứng phải đạt được để cắt đứt liên kết cần thiết vàhình thành các liên kết mới Năng lượng hoạt hóa càng lớn thì vận tốc càng chậm vàngược lại Do làm giảm năng lượng hoạt hóa phản ứng, các chất xúc tác có tác dụng thúcđẩy vận tốc phản ứng hóa học

Ví dụ, bột platin là một chất xúc tác hóa học được sử dụng rộng rãi Vì các chấttham gia phản ứng trên bề mặt platin đều được chuyển sang trạng thái có khả năng phảnứng cao hơn Do vậy năng lượng hoạt hóa sẽ nhỏ hơn và tốc độ phản ứng sẽ cao hơn

Như vậy, trong các phản ứng có xúc tác, chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạthóa của phản ứng hóa học, có nghĩa là nó chỉ tham gia vào các phản ứng trung gian màkhông đóng vai trò là chất tham gia phản ứng Sau phản ứng, chất xúc tác lại phục hồi vềtrạng thái ban đầu để tiếp tục xúc tác

Cơ chế của xúc tác enzyme:

Hầu như tất cả các biến đổi hóa sinh trong tế bào và cơ thể sống đều được xúc tácbới enzyme ở pH trung tính, nhiệt độ và áp suất bình thường trong khi đa số các chất xúctác hóa học khác lại chỉ xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao

2.3.2 Tổng quan enzyme Pectinase

2.3.2.1 Pectinase

Pectin trong thịt quả

Pectin là thành phần chủ yếu trong lớp kết dính giữa các thành tế bào trong cấu tạocủa mô quả Nhiều nhà khoa học cho rằng pectin như lớp xi măng để gắn kết các viên

gạch để tạo nên bức tường gạch (Barrett và cộng sự, 2004).

Về mặt hóa học, các chất pectic là các polysaccharide phức tạp với bộ khung gồmcác đơn vị acid galacturonic được liên kết với nhau bằng các liên kết α-(1,4) glycoside.Các mạch nhánh của phân tử pectin bao gồm L-rhamnose, arabinose, galactose và xylose.Nhóm carboxyl của acid galacturonic bị ester hóa một phần bởi nhóm methyl và kết hợpmột phần hay hoàn toàn với các ion của Na, K hay Al Các chất pectic được chia thành 4nhóm như sau:

- Protopectin: là các chất pectic không hòa tan trong nước có mặt ở các mô còn nguyên.Protopectin bị thủy phân hạn chế hơn so với pectin hay acid pectic

- Acid pectic: là polymer galacturonan hòa tan, chứa lượng nhỏ các nhóm methoxyl Cácmuối của acid pectic được gọi là pectate

- Acid pectinic: là chuỗi polygalacturonan có mức độ methyl hóa của các đơn vịgalacturonate từ 0-75% Các muối của acid pectinate được gọi là pectinate

- Pectin: là chuỗi polygalacturonan có các nhóm carboxyl của các đơn vị galacturonate bịester hóa với methanol lớn hơn 75% Pectin tạo tính cứng chắc khi được liên kết với

cellulose thành tế bào (Jayani, 2005)

Hệ enzyme pectinase

Pectinase được phân loại thành 3 nhóm chính:

- Nhóm protopectinase: xúc tác cho phản ứng phân giải protopectin không tan thành pectinhòa tan

- Nhóm esterase: thủy phân liên kết ester giữa gốc methoxyl và gốc carboxylic ở vị trí C6của acid galacturonic trên mạch chính của phân tử pectin Sản phẩm của phản ứng thủyphân là acid pectinic (có mức độ ester hóa thấp hơn) hoặc acid pectic và methanol

- Nhóm depolymerase: xúc tác phản ứng depolymer hóa mạch pectin, tác dụng chủ yếu lêncác hợp chất pectic, gây ra sự phân cắt và làm giảm kích thước phân tử Cơ chế xúc tác

2.3.2.2 Ứng dụng chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả

Trong công nghiệp sản xuất nước quả, người ta thường tạo ra 2 dạng sản phẩm lànước quả trong và nước quả đục Phương pháp tạo nước quả trong thường dùng để sảnxuất nước ép táo, lê, nho, dâu,… Phương pháp tạo nước quả đục được dùng để sản xuấtnước ép các loại citrus (cam, chanh, bưởi,… ), xoài, mơ, ổi, đu đủ, dứa, chuối… Mục đích

sử dụng pectinase là:

Nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết trong quá trình thu nhận dịch quả

Trích ly hoặc ép quả để thu hồi chất chiết là một trong những công đoạn quantrọng cả về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế trong công nghệ chế biến nước quả Hiệu suất thu hồichất chiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ thẩm thấu của tế bào mô quả, cấu tạo tếbào, mô thực vật và tính chất cơ lý của nguyên liệu, độ nhớt của dịch bào, độ chắc của thịtquả, thành phần, hàm lượng và sự phân bố của pectin trong rau quả, mức độ nghiềnnguyên liệu… Thông thường, hiệu suất thu hồi chất chiết từ quả đạt dưới 70%, nhưng nếu

ta bổ sung chế phẩm enzyme pectinase trong quá trình xử lý thì sẽ làm tăng hiệu suất thuhồi chất chiết lên thêm 15-25%

Làm tăng giá trị dinh dưỡng của dịch quả

Chế phẩm pectinase làm phá vỡ cấu trúc tế bào thịt quả cũng như vỏ quả, do đólàm tăng sự trích ly các hợp chất hòa tan từ bên trong tế bào chất ra bên ngoài tế bào Kếtquả là hàm lượng đường, acid amin, chất màu, mùi, cũng như các vitamin trong dịch quảthu được sẽ tăng cao hơn trường hợp không có sử dụng chế phẩm pectinase

Làm trong và cải thiện độ nhớt nước quả

Sự có mặt của pectin trong nước quả sẽ tạo độ nhớt cho sản phẩm và làm kéo dàithời gian lọc Hơn nữa, pectin trong dung dịch ở dạng keo nên dễ gây đục sản phẩm trongquá trình bảo quản Đối với nước quả trong, ta cần phải có biện pháp xử lý, phá hủy hệthống keo do pectin gây nên trong dịch rau quả Enzyme pectinase sẽ xúc tác phản ứng

thủy phân pectin làm giảm kích thước và trọng lượng phân tử Khi đó, độ trong của nướcquả sẽ tăng lên (Kashyap và cộng sự, 2001).

Hình 2 6 Cơ chế phân cắt của các enzyme pectinase

Bảng 2 12 Một số nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme để thu nhận chất chiết

từ thực vật

Nguyên

Cà rốt Pectinex Smash XXL Hiệu suất thu hồi chất

chiết đạt 64,4%

Hongmei Liao vàcộng sự, 2007

Chanh

dây Pectinex Ultra SP-L vàAmylase AG XXL Hiệu suất thu hồi chấtchiết đạt 95%

MugwizaTelesphore andQian He, 2009

Khoai tây

nghiền Pectinex Ultra SP-L vàViscozyme L Hiệu suất thu hồi chấtchiết đạt 89,7% Sathaporn và cộngsự, 2010

Nho Pectinex Ultra SP-L Hiệu suất thu hồi chấtchiết đạt 85,4% Lieu và Le, 2009

Sơ ri Pectinex Ultra SP-L Hiệu suất thu hồi chấtchiết đạt 87,4% Dang và cộng sự,2012

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nguyên liệu

3.1.2 Enzyme

Chế phẩm enzyme Pectinex Utral SP-L

Có nguồn gốc từ Aspergillus aculeatus được sản xuất bởi công ty Novo NordiskFerment (Thụy Sỹ) có pH tối ưu xấp xỉ 4,5 và nhiệt độ tối ưu là 50oC

Bảng 3 1 Đặc tính của chế phẩm

Chế phẩm enzymes

Đặc tính Nhiệt độ

bảo quản ( o C) Hoạt tính pH tối ưu

Nhiệt độ tối

ưu ( o C) Pectinex Ultra SP-L 4 9500 PGU 4,5 50

Với : PGU là Polygalacturonase Units/mL, AUG là Amyloglucosidase Units/g

Pectinex Ultra SP-L là một hỗn hợp enzyme, thành phần chủ yếu làpolygalacturonase; ngoài ra chế phẩm còn chứa một lượng nhỏ pectinlyase, hemicelluase,cellulase, protease và amylase

3.1.3 Thiết bị siêu âm

Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng thiết bị siêu âm dạng thanh do Hoa Kỳsản xuất (Misonix, Sonicator 300., Mode VC 750) với tần số cố định là 20 kHz và công

B Xử lý puree bằng sóng siêu âm

Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm Ảnh hưởng của công suất siêu âm

Ảnh hưởng của thời gian siêu âm

A Xử lý puree bằng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L

Ảnh hưởng của thời gian xử lý Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L

C.Xử lý puree bằng sóng siêu âm và kết hợp chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L

Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L

suất siêu âm tối đa là 750 W, đường kính đầu phát sóng siêu âm là 12 cm Chúng tôi cóthể thay đổi giá trị công suất trên thiết bị này

Hình 3 1 Thiết bị siêu âm dạng thanhBảng 3.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị siêu âm

Công suất tối đa 750 W

Điện thế 230 VAC ≈ 50/60 Hz

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu sẽ được trình bày trong hình

Hình 3 2 Sơ đồ nghiên cứu tổng quátHàm mục tiêu trong các phần A, B, C là hiệu suất thu hồi chất chiết, hàm lượngđường khử, hàm lượng đường tổng, hàm lượng phenolic tổng, hàm lượng vitamin C.

Trong bài luận văn này chúng tôi trình bày thí nghiệm A, B.

3.3 Quy trình thu nhận dịch chuối trong phòng thí nghiệm

enzyme Sau đó, bán thành phẩm thu được sẽ được làm nguội về nhiệt độ phòng rồi đemlọc chân không để tách bã và cặn dịch sau cùng sẽ được dung để xác định hiệu suất thuhồi chất chiết và hàm lượng một số chất dinh dưỡng.

3.4 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu

3.4.1 Khảo sát quá trình xử lý chuối bằng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L

Mẫu đối chứng: mẫu không qua xử lý siêu âm và enzyme

3.4.1.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý

Thông số khảo sát: thời gian xử lý: 0; 60; 75; 90; 105; 120 (phút)Thông số cố định: