Nghiên cứu sản xuất rượu vang giàu chất chống oxy hóa từ quả thanh long hylocereus polyrhizus bằng nấm men saccharomyces cerevisiae

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Phân tích một số thành phần dinh dưỡng trong trái thanh long ruột đỏ Bình Thuận - Khảo sát và tối ưu hóa quá trình thủy phân với các yếu tố tỷ lệ pha loãng, pH, t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG HỮU UYÊN THY

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT RƯỢU VANG GIÀU CHẤT CHỐNG OXY HÓA TỪ QUẢ THANH LONG

Hylocereus polyrhizus BẰNG NẨM MEN Saccharomyces cerevisiae

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

Mã số: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : GS.TS Đống Thị Anh Đào

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Nguyễn Đoan Duy

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lại Quốc Đạt

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 01 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRƯƠNG HỮU UYÊN THY MSHV: 7141017

Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1991 Nơi sinh: Bình Thuận

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số : 60540101

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sản xuất rượu vang giàu chất chống oxy hóa từ quả thanh long

Hylocereus polyrhizus bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Phân tích một số thành phần dinh dưỡng trong trái thanh long ruột đỏ Bình Thuận

- Khảo sát và tối ưu hóa quá trình thủy phân với các yếu tố tỷ lệ pha loãng, pH, tỷ lệ enzyme pectinase/cellulase, hàm lượng enzyme tổng, nhiệt độ và thời gian thủy phân nhằm thu được hiệu suất thu hồi chất khô cực đại

- Khảo sát và tối ưu hóa quá trình lên men chính với các yếu tố hàm lượng chất khô hòa tan ban đầu, hàm lượng men, nhiệt độ và thời gian lên men nhằm thu được đồng thời hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa cực đại

- Khảo sát quá trình lên men phụ với 2 yếu tố nhiệt độ và thời gian

- Đánh giá sự thay đổi hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa qua từng quá trình

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/12/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : GS.TS Đống Thị Anh Đào

Tp HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2016

CÁN BỘ HƯƠNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

> Quý thầy cô phản biện và trong hội đồng chấm luận vãn đã đọc, nhận xét, góp ý cho bài luận văn này hoàn thiện hơn và cũng giúp em trưởng thành hơn trong nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn

> Cô Nguyễn Thị Nguyên, các bạn học cùng khóa và các em khóa K12 đã luôn gắn bó,

hỗ trợ, giúp đỡ em trong thời gian làm luận văn

> Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người thân trong gia đình đã luôn bên cạnh động viên em, cổ vũ em trong những lúc khó khăn

Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2016

Trương Hữu Uyên Thy

TÓM TẮT

Thanh long Hylocereus polyrhizus có thịt quả màu hồng đỏ, được trồng phổ biến ở Tỉnh

Bình Thuận và một số Tỉnh miền Nam, có hàm lượng dinh dưỡng cao và chứa các hoạt chất sinh học tốt cho sức khỏe Các số liệu trong nghiên cứu được xử lý theo phân tích phương sai ANOVA với a = 0,05 và sử dụng mô hình bề mặt đáp ứng (RSM) để tìm điểm tối ưu Nghiên cứu này xác định điều kiện tối ưu quá trình thủy phân thịt quả thanh long đỏ, sử dụng kết hợp enzyme pectinase và cellulase để thu được dịch quả có hiệu suất thu hồi chất khô cao nhất, hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa cao Quá trình được thực hiện khi cố định tỉ lệ thịt quả/nước là 1/0,5 (w/w), điểm tối ưu đạt tại pH Z1 = 4,47, hàm lượng enzyme tổng Z2 = 3,74%v/dwt (tỉ lệ pectinase/cellulase là 1/1), nhiệt độ Z3 = 54,8°c, thời gian Z4 = 42,2 phút Kết quả thu được 91,1% chất khô so với nguyên liệu ban đầu, dịch thủy phân có hàm lượng phenolic tổng 338,3mg GAE/L,và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 244,2mg TEAC/L Tương tự khi xác

định điều kiện tối ưu quá trình lên men chính bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae để thu

được đồng thời hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất Điểm tối ưu đạt được với hàm lượng chất khô hòa tan ban đầu Z1 = 21,7Bx, hàm lượng men Z2 = 0,044% (w/dwt), nhiệt độ Z3 = 20,6°C, thời gian Z4 = 6,6 ngày, sản phẩm có hàm lượng phenolic tổng

là 285,2mgGAE/L và hoạt tính chống oxy hóa 189,5mgTEAC/L Quá trình lên men phụ cũng được khảo sát với nhiệt độ 15°c trong 20 ngày sẽ thu được hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất Sản phẩm rượu thanh long thu được có hàm lượng ethanol 9,20%v/v, hàm lượng đường sót 9,lBx, hàm lượng phenolic tổng 267,0mgGAE/L và hoạt tính chống oxy hóa là 175,6mgTEAC/L Sản phẩm đã được bảo ôn ừong 1 tháng ở điều kiện thường

và chất lượng không có sự khác biệt đáng kể Trong suốt quy trình sản xuất rượu thanh long, tổn thất hàm lượng phenlic tổng và hoạt tính chống oxy cao nhất ở quá trình lên men chính (cụ thể là 14,4% và 21,5% so với nguyên liệu tươi)

ABSTRACT

Red dragon fruit Hylocereus polyrhizus are widely planted in Binh Thuan province and

some southern provinces in Viet Nam, known as a kind of fruit which contains high nutrient and bioactive compounds good for health The data is processed by the analysis of variance (ANOVA) with a = 0,05 and using the Response Surface Methodology (RSM) model to find the optimum point This study determines the optimal conditions for hydrolysis of red flesh dragon fruit when using in conjunction with pectinase and cellulase to obtain the highest dry matter recovery, total phenolic content and antioxidant activity The optimum point is at pH Z1

= 4,47, enzyme concentration Z2 = 3,74%v/dwt, (the ratio of pectinase and cellulase is 1/1), temperature Z3 = 54,8°c, time Z4 = 42,2mins when the flesh/water ratio is 1/0,5 (w/w) The total phenolic content is 338,3mgGAE/L, DPPH antioxidant activity is 244,2mgTEAC/L Then this study also determined the optimal conditions for fermentation to obtain the highest total phenolic content and antioxidant activity The optimum point is at dissolved dry matter content Z1 = 21,7Bx, yeast content Z2 = 0,044% (w/dwt), temperature Z3 = 20,6°C, time Z4 = 6,6 days, total phenolic content 285,2mgGAE/L and DPPH antioxidant activitiy 189,5mgTEAC/L Secondary fermentation stage should be performed at 15°c for 20 days to obtain the highest dry matter recovery, total phenolic content and antioxidant activity Red dragon fruit wine obtained the content of ethanol 9,20%v/v, residual sugar 9,lBx, the total phenolic 267,0mgGAE/L and antioxidant activity 175,6mgTEAC/L There was insignificantly different the sample stored 1-month long at room temperature In all our process, fermentation stage suffers a large amount

of total phenolic and antioxidant activity respectively 14,4% and 21,5% in compared with raw material

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và được sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Đống Thị Anh Đào Các nội dung nghiên cứu, số liệu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những bảng biểu, hình ảnh, thông tin trích dẫn phục vụ cho đề tài này được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ ửong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2016

Trương Hữu Uyên Thy

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Thanh long 1

1.1.1 Giới thiệu về thanh long 1

1.1.1.1 Tổng quan 1

1.1.1.2 Phân loại 4

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long trong và ngoài nước 5

1.1.2.1 Các nguồn cung cấp thanh long trong cả nước 5

1.1.2.2 Một số sản phẩm khác từ thanh long có mặt trên thị trường ố 1.1.3 Kết luận 8

1.2 Chất màu betalain 8

1.2.1 Giới thiệu 8

1.2.2 Các biến đổi của betalain 10

1.2.3 Tác dụng của betalain 11

1.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 12

1.4 Enzyme pectinase 13

1.4.1 Giới thiệu 13

1.4.2 Enzyme poly galacturonase (PG) 15

1.5 Enzyme cellulase 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC 19

2.1

Các nghiên cứu ở Việt Nam 19

ii

2.2 Các nghiên cứu ở nước ngoài 20

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Quy trình sản xuất 23

3.1.1 Quy trình thủy phân thanh long 23

3.1.2 Quy trình sản xuất rượu vang thanh long 24

3.2 Nguyên liệu và hóa chất 27

3.3 Phương pháp xác định 30

3.3.1 Xác định hiệu suất thu hồi chất khô 30

3.3.2 Xác định hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH từ thịt quả thanh long 30

3.3.3 Các phương pháp xác định khác 33

3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu và tối ưu hóa 33

3.4 Sơ đồ nghiên cứu 35

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39

4.1 Quá trình thủy phân 39

4.1.1 Khảo sát tỷ lệ pha loãng thịt quả/nước (w/w) 39

4.1.2 Khảo sát pH 40

4.1.3 Khảo sát tỷ lệ enzyme Pectinase/Cellulase (v/v) 42

4.1.4 Khảo sát hàm lượng enzyme tổng (%v/dwt) 43

4.1.5 Khảo sát nhiệt độ thủy phân 45

4.1.6 Khảo sát thời gian thủy phân 47

4.1.7 Tổng kết các thí nghiệm khảo sát và tối ưu hóaquá trình thủy phân49 4.2 Quá trình lên men chính 55

4.2.1 Khảo sát hàm lượng chất khô hòa tan ban đầu 55

4.2.2 Khảo sát hàm lượng men 56

4.2.3 Khảo sát nhiệt độ lên men chính 58

iii

4.2.4 Khảo sát thời gian lên men chính 60

4.2.4 Tổng kết các thí nghiệm khảo sát và tối ưu hóa quá trình lên men chính 62 4.3 Quá trình lên men phụ 70

4.3.1 Khảo sát nhiệt độ lên men phụ 70

4.3.2 Khảo sát thời gian 71

4.3.3 Tổng kết các thí nghiệm khảo sát 72

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

5.1 Kết luận 76

5.2 Kiến nghị 76

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 85

A Xây dựng đường chuẩn 85

B Xử lý số liệu các thí nghiệm khảo sát quá trình thủy phân 87

c Xử lý số liệu các thí nghiệm khảo sát lên men chính 99

D Ảnh hưởng của các thông số đến hàm lượng phenolic tổng (quá trình lên men phụ) 109 E Phưomg pháp xác định các thành phần nguyên liệu 112

F Kiểm tra hoạt độ enzyme 117

G Phưomg pháp đếm tế bào bằng buồng đếm hồng cầu 120

H Kết quả kiểm tra mẫu gửi tại trung tâm 122

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hylocereus polyrhizus (giống ruột đỏ, vỏ hồng hoặc đỏ) 1

Hình 1.2 Hylocereus undatus (giống ruột trắng, vỏ hồng hoặc đỏ) 1

Hình 1.3 Hylocereus megalanthus (giống ruột trắng, vỏ vàng) 2

Hình 1.4 Giống thanh long ruột tím hồng LĐ 5 2

Hình 1.5 Diện tích và sản lượng thanh long Bình Thuận từ năm 2009-2013 5

Hình 1.6 Sản phẩm rượu thanh long của công ty CNTP Nhật Hồng ố Hình 1.7 Sản phẩm nước thanh long ép của công ty Rồng Xanh ố Hình 1.8 Sản phẩm thạch rau câu thanh long + nha đam của công ty Rồng Xanh 7

Hình 1.9 Sản phẩm thanh long sấy dẻo của công ty Feva 7

Hình 1.10 Sản phẩm bổ sung vitamin c chống oxy hóa của Àsanté 7

Hình 1.11 Sản phẩm mứt jam thanh long của Madamsun 7

Hình 1.12 Sản phẩm bánh thanh long và mật ong chống táo bón của Herbal (A) và sản phẩm nước chống oxy hóa từ thanh long của Bai5 (B) 7

Hình 1.13 Cấu trúc phân tử của acid betalamic (a), betacyanin (b) với R1 = R2 = H là betanin và betaxanthin (c) với R3 là nhóm aminoacid hoặc amin 9

Hình 1.14 Cấu trúc vòng cyclo-DOPA 9

Hình 1.15 Sơ đồ biến đổi của nhóm betalain 10

Hình 1.16 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 13

Hình 1.17 Vị trí tác động của các enzyme pectinase 14

Hình 1.18 Tác động phân hủy của polygalacturonase 16

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thu nhận dịch thủy phân thanh long 23

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất rượu vang thanh long 24

Hình 3.3 Cơ chế tác dụng của cấu tử phenolic và thuốc thử Folin - Ciocalteu 31

Hình 3.4 Cơ chế thay đổi màu sắc của DPPH 32

v Hình 3.5 Sơ đồ nghiên cứu rượu vang thanh long 35 Hình 4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng thịt quả/nước đến hiệu suất thu hồi chất khô

39 Hình 4.2 Anh của của tỷ lệ pha loãng thịt quả/nước đến hàm lượng phenolic tổng và

hoạt tính chống oxy hóa DPPH 39

Hình 4.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi chất khô 41 Hình 4.4 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 41 Hình 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme pectinase/cellulase đến hiệu suất thu hồi chất khô 42 Hình 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme pectinase/cellulase đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 42 Hình 4.7 Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme đến hiệu suất thu hồi chất khô 44 Hình 4.8 Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 44 Hình 4.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất thu hồi chất khô 46 Hình 4.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 46 Hình 4.11 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi chất khô 48 Hình 4.12 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 48 Hình 4.13 Đồ thị hình chiếu hiệu suất thu hồi chất khô phụ thuộc vào hàm lượng enzyme và

pH (A), thời gian và nhiệt độ (B) 54 Hình 4.14 Đồ thị bề mặt đáp ứng biểu diễn hiệu suất thu hồi chất khô phụ thuộc vào hàm lượng enzyme và pH (A), thời gian và nhiệt độ (B) 54 Hình 4.15 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô hòa tan ban đầu đến hàm lượng phenolic tổng

và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 56 Hình 4.16 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô hòa tan ban đầu đến hàm lượng ethanol 56 Hình 4.17 Ảnh hưởng của hàm lượng men đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính

chống oxy hóa DPPH 57 Hình 4.18 Ảnh hưởng của hàm lượng men đến hàm lượng ethanol 57 Hình 4.19 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 59 Hình 4.20 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến hàm lượng ethanol 59

vi Hình 4.21 Ảnh hưởng của thời gian lên men chính đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 61 Hình 4.22 Ảnh hưởng của thòi gian lên men chính đến hàm lượng ethanol 61 Hình 4.23 Đồ thị hình chiếu biểu diễn hàm lượng phenolic tổng phụ thuộc vào hàm lượng men

và hàm lượng chất khô (A), thời gian và nhiệt độ (B) 68 Hình 4.24 Đồ thị bề mặt đáp ứng biểu diễn hàm lượng phenolic tổng phụ thuộc vào hàm lượng men và hàm lượng chất khô (A), thời gian và nhiệt độ (B) 69 Hình 4.25 Đồ thị hình chiếu biểu diễn hoạt tính chống oxy hóa DPPH phụ thuộc vào hàm lượng men và hàm lượng chất khô (A), thời gian và nhiệt độ (B) 69 Hình 4.26 Đồ thị bề mặt đáp ứng biểu diễn hoạt tính chống oxy hóa DPPH phụ thuộc vào hàm lượng men và hàm lượng chất khô (A), thời gian và nhiệt độ (B) 70 Hình 4.27 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 70 Hình 4.28 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 71

7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong lOOg thịt quả thanh long đỏ tươi 3

Bảng 1.2 Diện tích và sản lượng thanh long Bình Thuận từ năm 2009 -ỉ- 2013 5

Bảng 3.1 Thành phần có trong lOOg thịt quả thanh long đỏ Bình Thuận (đã loại bỏ hạt) (phụ lục H.2, H.3) 27

Bảng 3.2 Các yếu tố cần xác định và phương pháp xác định 33

Bảng 3.3 Bảng quy hoạch cấu trúc theo mô hình bậc hai tâm xoay, 4 yếu tố khảo sát 33

Bảng 3.4 Bố trí thí nghiệm khảo sát quá trình thủy phân 36

Bảng 3.5 Bố trí thí nghiệm khảo sát quá trình lên men chính 37

Bảng 3.6 Bố trí thí nghiệm khảo sát quá trình lên men phụ 38

Bảng 4.1 Tổng kết các kết quả thu được từ các thí nghiệm khảo sát cho quá trình thủy phân49 Bảng 4.2 Thiết kế thí nghiệm tối ưu hóa theo mô hình ccc 50

Bảng 4.3 Bố trí thí nghiệm và kết quả tối ưu quá trình thủy phân 51

Bảng 4.4 Hệ số phương trình hồi quy và độ tin cậy của các hệ số tương ứng với các yếu tố của quá trình thủy phân 52

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm kiểm chứng quá trình lên men 53

Bảng 4.6 Tổng kết các kết quả thu được từ các thí nghiệm khảo sát cho quá trình lên men chính 62

Bảng 4.7 Thiết kế thí nghiệm tối ưu hóa theo mô hình ccc 63

Bảng 4.8 Bố trí thí nghiệm và kết quả tối ưu quá trình lên men chính 63

Bảng 4.9 Hệ số phương trình hồi quy và độ tin cậy của các hệ số tương ứng với các yếu tố của quá trình lên men chính, với hàm mục tiêu là hàm lượng phenolic tổng 64 Bảng 4.10 Hệ số phương trình hồi quy và độ tin cậy của các hệ số tương ứng với các yếu tố của quá trình lên men chính, với hàm mục tiêu là hoạt tính chống oxy hóa 66 Bảng 4.11 Kết quả kiểm chứng mô hình tối ưu quá trình lên men chính theo hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH 68

Bảng 4.12 Diễn biến giá trị hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa DPPH qua từng quá trình 73

8 Bảng 4.13 Hàm lượng phenolic tổng trong rượu thanh long và các loại rượu vang đỏ

74

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Thanh long

1.1.1 Giới thiệu về thanh long

1.1.1.1 Tổng quan

Thanh long (Dragon fruit hay Pitaya) [1], [2]:

- Loài: Hylocereus polyrhizus (giống ruột đỏ, vỏ hồng hoặc đỏ), hoặc

Hylocereus undatus (giống ruột trắng, vỏ hồng hoặc đỏ) hoặc Hylocereus megalanthus (giống ruột trắng, vỏ vàng)

- Chi: Hylocereus

- Họ: Cactaceae

- Bộ: Caryophyllales

- Giới: Plantae

Hình 1.1 Hylocereus polyrhizus (giống ruột đỏ, vỏ hồng hoặc đỏ)

Hình 1.2 Hylocereus undatus (giống ruột trắng, vỏ hồng hoặc đỏ) [1]

2

Hình 1.3 Hylocereus megalanthus (giống ruột trắng, vỏ vàng) [1]

Thanh long là cây cố nguồn gốc ở vùng nhiệt đới, chịu hạn giỏi nên được trồng ở những vùng nóng Một số loài chịu được nhiệt độ 50 V 55°c, nhưng không chịu được lạnh Chứng thích hợp khỉ trồng ở những vùng cố ánh sáng mạnh, ngược lại chứng sẽ ốm yếu và lâu cho quả Cây mọc được trên nhiều loại đất khác nhau như xám bạc màu (Bình Thuận), đất phèn (TP HCM), đất đỏ latosol (Long Khánh) Thanh long có 2 vụ: vụ mùa (từ tháng 3 đến tháng 8 âm lịch), và trái vụ (từ tháng 9 đến tháng 2 âm lịch năm sau, phải chong đèn cho cây ra trải)

Thanh long đã có từ rất lâu nhưng chỉ mới biết đến rộng rãi trên thị trường thế giới trong những thập niên gần đây Các giống thanh long phổ biến hiện nay là thanh long ruột trắng (nhiều nhất), ruột đỏ và gần đây nhất là ruột tím hồng Nhờ màu sắc và vị ngọt của thanh long đỏ nên chung rất được ưa chuộng tại thị trường cả trong và ngoài nước (châu Á, Mỹ) Viện Cây ăn quả Miền Nam cũng lai tạo thành công giống thanh long Long Định 5 (LĐ 5) cỏ vỏ đỏ và ruột tím hồng với nhiều tính năng ưu việt như năng suất cao, chất lượng tốt, ít nhiễm côn trùng, bệnh hại

và đặc biệt cố màu sắc đẹp Tuy nhiên đến năm 2012 giống này mới được đưa vào sản xuất [3]

Hình 1.4 Giống thanh long ruột tím hồngLĐ 5

Thanh long được tiêu thụ chủ yếu ờ dạng trái tươi Nhờ có lượng chất chống oxy hóa lycopen

và vitamin c cao, nhiều xơ, nhiều nước, thanh long được tin là có rất nhiều tác dụng tốt cho sức

3 khỏe như giúp kiểm soát đường máu (dành cho người tiểu đường), bổ gan, giảm nguy cơ cao huyết áp, chữa béo phì, chữa bệnh đường ruột Bởi vậy, thanh long ngày càng được tận dụng trong nhiều sản phẩm thương mại khác như thực phẩm dinh dưỡng, mỹ phẩm dưỡng da, dầu gội đầu, son môi, v.v Ngoài ra, thanh long cổ thể được bản dưới dạng phơi khô, nước ép, sản phẩm tinh luyện, bột, kẹo jelly, rượu hay các sản phẩm dinh dưỡng khác

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng cổ trong lOOg thịt quả thanh long đỏ tươi [4]

Đặc điểm thanh long đỏ Bình Thuận:

• Trái thanh long có dạng hơi tròn, dày vỏ 1 -i- 2,5cm, gai nở to, vò cỏ màu đẹp

• Tỷ lệ thịt quả: 57 -ỉ- 72%w/w

• Tỷ lệ hạưthịt quả: 10 4- 15%w/w

• Chắc thịt, vị ngọt hơi chua

• Độ Brix: 14 4-17%

4

• Độ chua pH = 4,3 4- 4,7

I.I.I.2 Phân loại

Thông thường thanh long được phân loại dựa vào kinh nghiêm, chủ yếu dựa vào hình dáng, màu sắc, kích cỡ, độ tươi, độ ngọt để đánh giá chất lượng Trong đó, hình dáng bên ngoài

và kích cỡ là hai yếu tố quan trọng nhất

Có 3 mức độ phân loại chính:

(1) Loại đạt mức độ xuất khẩu: quả nặng khoảng từ 300g 4- lkg, trái đều, tươi, căng tròn, bóng đẹp, còn đủ gai, màu đỏ đều, không bị xù xì, không bị sâu Tùy theo nước xuất khẩu

mà yêu cầu về trọng lượng khác nhau:

- Các nước châu Á: phần lớn chuộng trái lớn (500g 4- 700g) Riêng Singapore yêu cầu về

trọng lượng lớn/nhỏ là 50/50

- Các nước châu Âu: thường nhập trái nhỏ hơn 700g (nhiều nhất là 300g 4- 500g) Giá xuất

trung bình cao nhất so với các khu vực khác

(2) Loại tốt nội địa:

- Hà Nội: quả to trên 500g, tươi, còn đủ gai, màu đỏ đều, hoặc hai da (hai màu hồng, xanh)

- Sài Gòn: nhỏ hơn 300g bao gồm thanh long nhãn (hồng đậm, ttái nhỏ bằng nắm tay người lớn) Các yêu cầu khác giống như loại ở Hà Nội Giá bán thấp hơn khu vực Hà Nội

(3) Loại dạt: là những quả còn lại, hoặc nhỏ dưới 300g, hoặc lớn nhưng không đạt thẩm mỹ (mất gai, không tươi ) Giá bán sỉ từ 1000 4-1500 đồng/kg (vào vụ mùa) và khoảng

3000 4- 7000 đồng/kg (ừái vụ)

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long trong và ngoài nước

I.I.2.I Các nguồn cung cấp thanh long trong cả nước

Trong những năm gần đây, thanh long xuất khẩu ra nhiều nước trên thế giới với số lượng ngày càng tăng đã thúc đẩy nhanh việc phát triển sản xuất và tiêu thụ thanh long hên cả nước Sản lượng thanh long của Việt Nam tăng lên qua từng năm, trong đó, Bình Thuận đứng đầu (76,9%), kế đến là Tiền Giang (10,9%) và sau cùng là Long An (8,1%) Ngoài ra, Tây Ninh, Đồng Nai, Cà Mau, và một số tỉnh phía Bắc như Hà Nội và các tỉnh miền núi phía Bắc cũng đã

5 trồng thanh long nhưng quy mô nhỏ, chưa nhiều Ở Đồng bằng sông Cửu Long, thanh long xếp thứ 8 trong 11 loại trái cây chủ lực được Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn quy hoạch phát triển bền vững đến năm 2020 [5],

Hình 1.5 Diện tích và sản lượng thanh long Bình Thuận từ năm 2009-2013 [6]

Diện tích đất trồng và thu hoạch thanh long ở tỉnh Bình Thuận tăng theo từng năm, cụ thể trong 5 năm từ năm 2009 đến 2013, diện tích trồng thanh long tăng gấp đôi Tính đến đầu năm

2015, diện tích đất trồng thanh long cả nước là 28.700 ha, diện tích thu hoạch là 23.820 ha, sản lượng thanh long cả nước ước tính là 520.000 tấn/năm Riêng tỉnh Bình Thuận diện tích trồng 21.000 ha, ước tính sản lượng là 400.000 tấn/năm

Ở Bình Thuận cũng đã tiến hành quy hoạch sản xuất và đóng gói thanh long sạch, xây dựng bảo vệ thương hiệu và hướng đến phát triển thị trường bền vững Đồng thời, ở đây cũng áp dụng

6 các tiêu chuẩn VietGAP, Global Gap và EurepGAP

Giá cả thanh long cũng phụ thuộc rất nhiều vào thị trường xuất khẩu Có những thị trường tìm đến để mua được nhiều thanh long ví dụ như thị trường Trung Quốc, bù lại giá thường rẻ hơn nhiều đặc biệt vào đúng vụ; có thị trường, tuy lượng bán còn khiêm tốn, nhưng giá cả lại tốt hơn, đồng thời để khẳng định “đẳng cấp” của sản phẩm và doanh nghiệp, từ đó có điều kiện cạnh tranh tốt hơn Ngoài ra, giá của thanh long còn phụ thuộc vào uy tín và thương hiệu của doanh nghiệp cung cấp

I.I.2.2 Một số sản phẩm khác từ thanh long có mặt trên thị trường

Hình 1.6 Sản phấm rượu thanh long của công ty CNTP Nhật Hồng

Hình 1.7 Sản phấm nước thanh long ép của công ty Rồng Xanh

7

Hình 1.8 Sản phẩm thạch rau câu thanh long + nha đam của công ty Rồng Xanh

Hĩnh 1.9 Sản phẩm thanh long sẩy dẻo của công ty Feva

Hĩnh 1.10 Sản phẩm bổ sung vitamin c chổng oxy hóa của Ầsanté

V

Hình 1.11 Sản phấm mứt jam thanh long của Madamsun

Hình 1.12 Sản phấm bánh thanh long và mật ong chổng táo bón của Herbal (A) và

sản phấm nước chong oxy hóa từ thanh long của Bai5 (B) 1.1.3 Kấluận

Việt Nam tuy là nước xuất khẩu thanh long hàng đầu hên thế giới, có nhiều tiềm năng cũng

8 như lợi thế hơn một số nước khác, nhưng với diện tích trồng trọt và sản lượng hiện nay cho thấy lượng cung vẫn còn lớn hơn nhiều so với lượng cầu Thêm vào đó, chất lượng và giá cả thanh long Việt Nam vẫn là trở ngại của nhiều nông dân do tại thời điểm thanh long xuống giá, người nông dân không đủ chi phí để trả công cắt và chi phí phân bón, nước Thậm chí, số thanh long này được làm thức ăn cho bò

Thanh long loại “hàng dạt”, tức trái nhỏ hoặc gãy tai hoặc có vết nứt bề mặt không đạt chất lượng của thanh long xuất khẩu, tuy nhiên chất lượng trái vẫn tương đương với hàng tốt Theo nông dân, số lượng thanh long “hàng dạt” tại vườn trung bình chiếm khoảng 50% số thanh long thu hoạch, lúc này thanh long đủ tiêu chuẩn sẽ được các vựa (thương lái) thu mua về Sau đó, thanh long lại tiếp tục được tuyển lựa lại lần nữa trước khi xuất khẩu, lúc này, tỷ lệ “hàng dạt” thanh long trắng khoảng 10 V 20%, nhưng với thanh long đỏ thì tỷ lệ này là 40 V 50% do trái thanh long đỏ mềm, gai yếu và mau héo hơn thanh long trắng “Hàng dạt” được bán với giá cũng tương đối thấp (bằng 20 V 40% giá thanh long tốt) Thêm vào đó, số lượng thanh long “hàng dạt” lại chiếm một số lượng khá lớn

1.2 Chất màu betalain

1.2.1 Giới Ihiệu

Betalain là nhóm chất màu có chứa nitơ, tan trong nước, được chia thành 2 nhóm chính [7], [8], [9], [10]:

• Betacyanin (màu đỏ tím): gồm betanin, isobetanin, probetanin và neobetanin

• Betaxanthin (màu vàng cam): gồm miraxanthin, portulaxanthin, indicaxanthin và vulgaxanthin

9

Hình 1.13 Cấu true phân tử của acid betalamic (a), betacyanin (b) với R1 = R2 = H là betanin

và betaxanthin (c) với R3 là nhổm amỉnoacid hoặc amin [11]

Betalain có mặt trong rễ, quả và hoa các loài cây [11], nguồn betalain chủ yếu frong củ dền,

quả xương rồng (cactus pear), thanh long (Hylocereus) và chúng thường được nghiên cứu để

sản xuất chất màu thực phẩm [12] Độ hấp thu của betalain nằm trong vùng bước sóng từ 476 V 600nm, trong đó hấp thu cực đại tại 537nm ở pH 5,0 [9]

Betalain được tổng hợp từ tyrosine bằng cách ngưng tụ acid betalamic (trung tâm của betalain) với một dẫn xuất của dihydroxyphenylalanine (DOPA), hình thành betacyanin có màu

từ đỏ đến tím Bên cạnh đỏ, sự ngưng tự của acid betalamỉc với một aminoacỉd (ví dụ Ser, Val, Leu, Iso và Phe) hoặc dẫn xuất của aminoacid (ví dụ 3-methoxytyramine) sẽ tạo nên betaxanthin

10 Enzyme tyrosinase hay polyphenoloxidase (monophenol, o-diphenol: oxy oxidoreductase;

EC 1.14.18.1) xúc tác đồng thời hai phản ứng khác nhau Chứng không chỉ tham gia vào quá trình hình thành lõi của acid betalamic (chuyển tyrosine thành DOPA) nhờ hoạt động của monophenolase, mà chung còn oxy hóa DOPA tạo thành dopaquinone (nhờ hoạt động của dìphenolase), gốp phần sinh tổng hợp các cyclo-DOPA, và khi các cyclo-DOPA kết hợp với acid betalamic sẽ tạo nên nhóm màu betacyanin, betanidin [7]

1,2,2, Các biến đểi của betalain

Sự ổn định của betalain trong các sản phẩm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bên ngoài như: hàm lượng sắc tố, khả năng glycosyl hỏa hoặc acyl hóa, thành phần chất nền, tác nhân kìm hãm, chất chổng oxy hốa, nhiệt độ, pH, oxy, ánh sáng, hoạt độ nước và nỉtơ không khí Để đảm bảo duy trì màu sắc và nhóm sắc tố tốt nhất, cảc điều kiện nhiệt độ, thời gian đặc biệt trong quá trình sản xuất phải kiểm soát cẩn thận [7]

Nhiều nghiên cứu cho thấy khi tăng nhiệt độ thì quá trình phân hủy betalain cũng tăng [9], Trong quá trình gia nhiệt, betanin bị phân hủy do các quá trình đồng phân hóa (isomerisation),

4**-1-OC11> li* (co4oriM»]

Hình 1 ỉ 5 Sơ đồ biến đồi của nhổm betalain [9]

11 decarboxyl hóa (decarboxylation) hoặc cắt mạch (cleavage) do nhiệt độ, acid như hình 1.15, chính các quá trình này làm cho màu đỏ của betacyanin giảm và xuất hiện màu nâu sáng [14], [15],

1.2.3 Tác dụng của betaỉaìn

Các phytochemical (betacyanin và betaxanthin) có 1 nhóm phenolic và 1 nhóm amin mạch

hở, chúng dễ dàng cho điện tử và trở thành trạng thái ổn định [16], Tính chất này đã được kiểm

ưa dựa vào tính oxy hóa khử của chúng với các gốc tự do DPPH (1,1 -diphenyl-2-picrylhydrazyl) tíong môi trường con [ 17] và tính phá hủy của 2,20-azino-bis(3-ethylbenzthizanoline-ố-sulphonic acid) (ABTS) tíong môi trường nước cũng được nghiên cứu [18],

Một thí nghiệm khác chứng minh rang betalain có khả năng ngăn chặn oxy hoạt động và quá trình oxy hóa các gốc tự do của các phân tử sinh học [16], [19], Các thí nghiệm sau đó cũng cho thấy hoạt tính chống oxy hóa của chúng tíong một số môi trường lipid sinh học tíong phòng thí nghiệm, từ lipoprotein tỷ tíọng thấp (low density lipoprotein - LDL) đến màng tế bào [16], [18], [19],

Các nghiên cứu gần đây cho thấy betalain là tiền chất của các chất chống lại các rối loạn do quá trình oxy hóa có liên quan đến stíess Đặc biệt là nghiền cứu về tác dụng chống oxy hóa của betalain ở người đã được thực nghiệm với 8 tình nguyện viên sử dụng thịt quả xương rồng (cactus pear) cho thấy có sự kết hợp của betalain (betanin và indicaxanthin) với LDL và ngăn chặn quá trình oxy hóa LDL, chúng đã ảnh hưởng tích cực đến cân bằng oxy hóa khử của cơ thể

và làm giảm quá trình oxy hóa chất béo [20] Một nghiên cứu khác lại cho rang betalain liên kết với LDL và ức chế sự oxy hóa LDL là do tác dụng của betanidin và betanin (với nồng độ IC50 dưới 2,5pM) [16], tác dụng này mạnh hơn cả vitamin E và chúng có thể kết hợp với vitamin E

để cùng ức chế quá trình này [19],

Một ảnh hưởng khác của betalain là chúng có khả năng phản ứng với peroxynitrate ) [21] và do ONOO- là một trong những chất oxy hóa trong quá trình nitrosyl hóa và có thể phá hủy cấu trúc DNA Kết quả thu được betalain (chủ yếu là betanin và isobetanin) làm giảm quá trình phá hủy này ở nồng độ IC50 là 19,2pM, tương đương với anthocyanin của blueberry (13,8 JJ.M) và cao hơn vitamin c (79,6 jxM)[21]

(ONOO-Betalain là nhóm chất màu tự nhiên dùng cho thực phẩm (E162), chúng tan được trong nước

12

và ổn định trong môi trường pH từ 3 đến 7 [22], phù hợp với thực phẩm acid thấp, tuy nhiên chúng lại ít được sử dụng hơn anthocyanin và carotenoid Nguồn betalain được dùng trong sản xuất chất màu hiện nay là củ dền (Beta vulgaris spp vulgaris) Hiện nay ở các nước Châu Âu

và Hoa Kỳ cũng đã cho phép sử dụng betalain như chất màu dùng trong thực phẩm

1.3 Nấm men Saccharomyces cerevỉsỉae

Trước đây, các sản phẩm lên men chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp lên men tự nhiên, trong đó có cả rượu vang và nước lên men Hệ vi sinh vật trong quá trình lên men ethanol

có nguồn gốc chủ yếu từ bản thân nguyên liệu, các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong quá trình sản xuất Phương pháp lên men tự nhiên hiện nay vẫn còn được sử dụng ở quy mô nhỏ, tuy nhiên chúng có nhược điểm thời gian dài và chất lượng không ổn định, không thích hợp cho sản xuất công nghiệp Hiện nay, người ta bổ sung các chế phẩm nấm men vào môi trường dịch quả để quá trình lên men thực hiện ttong thời gian ngắn và chất lượng ổn định, phương pháp này thường được sử dụng ttong công nghiệp [23],

Nhiều nghiên cứu cũng đã cho thấy rằng, sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae để

lên men rượu vang là thích hợp [24], Hơn nữa, chủng nấm men này dạng thương mại cũng rất phổ biến, dễ dàng tìm được nhà cung cấp và dễ sử dụng

Thực tế cũng cho thấy, khi tiến hành thử nghiệm mẫu lên men tự nhiên từ thanh long và

định danh các vi sinh vật có ttong mẫu nước này thì có các loài Saccharomyces cerevisiae,

Saccharomyces bay anus, Saccharomyces sp., Bacillus sp., Lactobacillus sp., Acetobacter sp

(phụ lục H.4)

Hình 1.16 Nấm men Saccharomyces cerevisiae [25]

13 Nấm men thường cố dạng hình cầu, hình oval, hình trứng hoặc hình ellipse Kích thước tế bào có thể thay đổi và tùy thuộc vào thành phần môi trường, điều kiện nuôi cấy và độ tuổi nấm

men Kích thước trung bình của tế bào Saccharomyces cerevỉsỉae chiều ngang là 3,5 V 8,0|im

và chiều cao là 5,0 V 1 l,o^im [23]

Trước đây, các nhà máy sản xuất phải tự nhân giống nấm men để phục vụ cho quá trình lên men, tuy nhiên ngày nay các chế phẩm nấm men khô hoạt động (Active Dry Yeast) lại được dùng rất phổ biến Việc sử dụng chế phẩm nấm men khô hoạt động giúp cho quá trình lên men diễn ra nhanh chống và chất lượng sản phẩm ồn định Chế phẩm nấm men khô hoạt động thường

cố hàm ẩm không lớn hơn 6% và trước khỉ sử dụng phải hydrate hốa theo hướng dẫn của nhà sản xuất [23]

Một số nghiên cứu khác cũng đã sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisỉae để lên men

rượu từ nhiều nền khác nhau như nho [26], xoài [27], cà chua [28], phụ phẩm từ thanh long [29], thanh long ưắng [30]

1.4 Enzyme pectinase

1.4.1 Giới thiệu

Pectin là hợp chất polyme của acid galacturonic, ester methyl và một số thành phần nhỏ khác chỉ tồn tại Ưong tế bào thực vật Carbohydrate tồn tại cùng pectin bao gồm: araban, arabinoxylan, gaclactan Pectin chia ra làm hai loại: loại tan trong nước và loại không tan trong nước Loại không tan trong nước được gọi là protopectin và chủng thường liên kết với cellulose

để tạo thành pectinocellulose [31]

Tồn tại ba nhóm enzyme pectinase phân giải pectin [31]:

• Pectin methyl esterase (EC.3.1.1.11) viết tắt là PME:

Enzyme này còn có tên khác là pectinesterase (PE) Chúng tham gia phân giải pectin thành acid pectic và methanol Hiệu suất thủy phân pectin của enzyme này rất cao, có thể đạt tới 98% Pectinesterase của nấm sợi hoạt động mạnh ở pH 3 V 5

Cả 2 loại pectinase này bị biến tính ở nhiệt độ 80°C

Enzyme pectin methyl esterase tham gia tác động vào nhóm -COO-CH3 theo cơ chế như

14 hình 1.17

• Depolymease

Enzyme này cố trong tế bào thực vật, tuy nhiên hiện này người ta sản xuất enzyme này theo quy mô công nghiệp từ nấm sợi và từ vỉ khuẩn

Các enzyme này thường phân cắt liên kết glucoside Ưong cấu tạo của dextrin

Hình 1.17 Vị tri tác động của cấc enzyme pectinase [32]

Tùy theo nguồn thu nhận enzyme depolymease mà chứng có pH tối ưu khác nhau, trong đỏ

enzyme endo - PG tìĩ Aspergillus sp có pH tối ưu từ 3,7 4- 4,8

Exoenzyme pectinase

1.4.2 Enzyme poly galacturonase (PG)

Enzyme pectinase PG có mã số 3.2.1.15 (endo-polygalacturonase) và 3.2.1.67

(exo-polygalacturonase), nguồn gốc từ Aspergillus sp., là enzyme ngoại bào, sản lượng > 1 tấn/năm,

thường được sử dụng trong công nghiệp đồ uống [33], Enzyme pectinase là enzyme xúc tác sự phân hủy của các polymer pectin mà sự phân hủy này trong tự nhiên thường xảy ra khi trái cây chín Enzyme pectinase được ứng dụng nhiều để làm trong nước quả và điều chỉnh độ nhớt của sản phẩm [33],

Polygalacturonase còn có tên gọi là poly a-l,4-galaturoniglucanohydrolase, xúc tác sự phân cắt các mối liên kết a-l,4-glycoside Các exo-PG (exo-poly 1,4-a-D- galacturonide) galacturonohydrolase (EC 3.2.1.67) phân cắt từ các đầu không khử, và endo-PG (endo-poly 1,4-

15 a-D-galacturonide) glycanohydrolase (EC 3.2.1.15) tấn công ngẫu nhiên vào giữa mạch cơ chất Polygalacturonase ít gặp trong thực vật nhưng có chủ yếu ở một số nấm mốc và vi khuẩn Polygalacturonase là một phức hệ enzyme gồm nhiều cấu tử và thường có tính đặc hiệu cao với

cơ chất Dựa vào tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng với cơ chất, enzyme polygalacturonase được chia thành [33]:

• Polymethylgalacturonase (PMG) hay còn gọi là a-l,4-galacturonite- methylesglucanohydrolase, tác dụng trên polygalacturonic acid đã được methyl hóa (pectin) Enzyme này lại được phân tách thành hai nhóm nhỏ phụ thuộc vào khả năng phân cắt liên kết ở ttong hay cuối mạch ừong phân tử pectin, đó là endo-glucosidase-polymethyl galacturonase kiểu I và exo- glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu III

• Polygalacturonase, enzyme tác dụng trên pectic acid hoặc pectinic, cũng được chia thành hai nhóm nhỏ là endo-glucosidase-polygalacturonase kiểu II và exo-glucosidase-polygalacturonase kiểu IV

Enzyme endo-glucosidase-polymethyl-galacturonase kiểu I là enzyme polymethylgalacturonase dịch hóa pectin ở mức độ methyl hóa càng cao thì bị thủy phân bởi enzyme này càng nhanh và càng có hiệu quả Trong dung dịch, khi có mặt

16 của enzyme pectinesterase (PE) thì hoạt độ của enzyme này thường bị giảm Enzyme này rất

phổ biến trong các vi sinh vật, đặc biệt là nấm mốc A niger, A awamori [33]

Cơ chế và kiều tác dụng: Exo-PG thủy phân các đầu không khử của chuỗi polygalacturonỉc, tạo ra acid galacturonỉc là sản phẩm thủy phân chiếm ưu thế (hình 1.18) Sụ phân hủy polymer này bị gián đoạn bởi sụ tồn tại của mạch nhánh trong cơ chất Khỉ exo-enyzme hoạt động, sự tạo thành nhóm khử tăng nhanh và độ nhớt của dung dịch cơ chất giảm chậm Vì vậy, enzyme pectinase được ứng dụng chủ yếu để phá vỡ thành tế bào của quả nhằm giải phống các chất cố trong tế bào của quả ra ngoài [31]

Hình 1.18 Tác động phân hủy của polygalacturonase [33]

Các endo-PƠ phân hủy pectic acid từ bên trong mạch, làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch cơ chất Tính đặc hiệu và kiều tác dụng của endo-enzyme được xác định bởi trạng thái của điềm hoạt động Mức độ thủy phân của endo-PG giảm khỉ độ dài mạch cơ chất giảm [33] Phản ứng enzyme tiêu hao năng lượng rất ít, frong khỉ các phản ứng hốa học phải tổn rất nhiều năng lượng bời các chất xức tác hóa học Vì vậy, nhờ cố hoạt động xức tác của enzyme, các phản úng sinh hốa xảy ra trong đỉều kiện năng lượng ôn hòa [33]

Theo A R Nur Aliaa và cộng sự [34], việc sử dụng enzyme Pectinex CLEAR với hàm lượng 0,01 4- 0,1% trong khoảng thời gian từ 20 -ỉ-100 phút ở 30 -ỉ- 50°C giúp hiệu suất ép tăng lên đáng kề, đồng thời cho ra sản phẩm cố hàm lượng chất chống oxy hóa cao hơn 7% khi không qua xử lý enzyme Quá trình vô hoạt enzyme được thực hiện ở 90°C trong 5 phút và sau đó làm lạnh xuống 2°c

Theo Nguyễn Nhật Minh Phương và cộng sự [27], xử lý pectinase với nồng độ 0,15%, pH dịch 4,5 và nhiệt độ 40°C trong thời gian 20 phút sẽ thu được lượng dịch lớn nhất là 75ml/100g Với tỷ lệ pha loãng thịt quả và nước là 1/1, hàm lượng nấm men bổ sung là 0,3g/l, thực hiện quá trình lên men chính ở 20°C, pH 4,5 trong 12 ngày cho ra sản phẩm rượu vang có độ cồn 10 4-11%

17 Việc ứng dụng pectinase để thu nhận nước quả được áp dụng từ năm 1930 và cho đến nay việc áp dụng enzyme này trở nên rất phổ biến Ở đây ta sử dụng enzyme polygalacturonase (PG)

để thủy phân thịt quả thanh long [31], Tương tự một số nghiên cứu khác cũng sử dụng enzyme pectinase thủy phân thịt quả của các loại trái cây như: xoài [27], ổi [35], táo [36], cam [37] 1.5 Enzyme cellulase

Cellulase là một phức hợp enzyme gồm nhiều enzyme tham gia những phản ứng kế tiếp nhau khi phân hủy cellulose, để cuối cùng tạo ra đường glucose [31], Theo Wood và Mc Cral (1997) hệ enzyme phân hủy cellulose chủ yếu gồm 3 loại enzyme:

• Exocellulase hay exobiohydrolase (EC.3.2.1.91)

Enzyme này còn được gọi là enzyme Cl hay hoạt tính Cl (Cl - activity) hay 1,4- 0-D-glucan cellobiohydrolase Chúng chuyển hóa cellobiose từ đầu không khử của chuỗi glucan và từ cellodextrin

Enzyme này được tổng hợp nhiều ở Trichoderma sp và Aspergillus sp

• Endocellulase hay endoglucanase (EC.3.2.1.4)

Enzyme này có tên gọi khá là hoạt tính Cx (Cx-activity) hay l,4-0-D-glucan-4- glucomohydrolase

• 0-glucosidase hay cellobiase (EC.3.2.1.21)

Enzyme này còn được gọi là P-D-glucoside glucohydrolase, chúng tham gia thủy phân cellobiose, cellodextrin tạo thành glucose Chúng không có khả năng phân giải cellulose hay cellodextrin bậc cao Hiện nay cellulase được ứng dụng rất nhiều ttong những lĩnh vực trong đó

có xử lý chất thải hữu cơ chứa cellulose

Enzyme cellulase có mã số 3.2.1.4, nguồn gốc từ Trichodema sp., là enzyme ngoại bào, sản

lượng < 1 tấn/năm, thường được sử dụng ửong công nghiệp thực phẩm và xử lý chất thải [33], Các nghiên cứu cũng cho thấy tác dụng của cellulase hong công nghệ sản xuất nước ép và lọc trong bia nhờ khả năng phá hủy thành tế bào từ đó làm tăng hiệu suất ép cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm do các cấu tử phenolic được giải phóng ra khỏi dịch ép [38], [39], [40], Đồng thời các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc kết hợp hai enzyme cho hiệu suất thu hồi

18 chất khô cao hơn [39], [40], [41],

19

CHƯƠNG 2 Cơ SỞ KHOA HỌC

2.1 Các nghiên cứu ở Việt Nam

• Nghiên cứu sử dụng trái thanh long (Hylocereus undatus) để chế biến nước uống lên

men Thực hiện: Lê Thị Kiều Oanh, Luận văn Thạc Sĩ, trường Đại học Sư Phạm TP.HCM 2005 [30]

Kết quả: Sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae LT2 lên men ở nhiệt độ 30 4- 35°c,

pH ban đầu 3,5, tỷ lệ giống cấy 5% thể tích, hàm lượng chất khô ban đầu là 20°Bx, hàm lượng hỗn hợp (NH4)2SŨ4 và vitamin Bl là 10mg/l Thời gian lên men hiếu khí 5 giờ với chế độ lắc thông khí 150v/p (ở 30°C) Thời gian lên men kỵ khí 5 giờ (ở 30°C) và lên men phụ 5 4-6 giờ (ở 10°C) Sản phẩm có độ cồn 0,9, hàm lượng chất khô 74,5g/l

Nhận xét: Thời gian lên men rất ngắn nên sản phẩm có độ cồn rất thấp, cần khảo sát thêm thời gian lên men và độ cồn sản phẩm

• Nghiên cứu quy trình sản xuất nước thanh long lên men từ phụ phẩm bằng Saccharomyces cerevisiae Thực hiện: Phạm Minh Nhựt, Bùi Vũ Thùy Dương, Đàm

Thị Hà, Khoa Công nghệ Sinh Học - Thực Phẩm - Môi trường, trường Đại học Công Nghệ TP.HCM (HUTECH), được trình bày trong Hội nghị Công nghệ Sinh học Toàn quốc Khu vực phía nam lần thứ m năm 2013 [29],

Kết quả: Tỷ lệ phối ttộn thanh long ttắng và đỏ là 5/1, hàm lượng chất khô ban đầu 22°Bx,

pH ban đầu 4,0, tỷ lệ giống Saccharomyces cerevisiae 5%, thời gian kết thúc quá trình lên men

chính là 48 giờ Sản phẩm có độ cồn 2° và hàm lượng chất khô 18°Bx

Nhận xét: Phối ttộn thanh long ttắng và đỏ với tỷ lệ 5/1 cho màu đỏ nhạt hơi cam, màu sắc không bắt mắt, hơn nữa thanh long ruột ttắng lại cho vị hơi nhạt Thời gian lên men còn khá ngắn, độ cồn rất thấp, không có giai đoạn lên men phụ nên sản phẩm không có giai đoạn ổn định

để hoàn thiện sản phẩm và dễ bị lắng cặn

• Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu thanh long ruột đỏ Thực

hiện: Nguyễn Phước Minh, được đăng từ bài báo “Various factors influencing to red

dragon fruit (Hylocereus polyhrizus) wine fermentation”, trong tạp chi International

Journal of Multidisciplinary Research and Development, 2014, vol 1, No 5, pp 94-98

20 [24],

Ket quả: Các thông số kỹ thuật chính ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu bao gồm tỷ lệ phối trộn thịt quả thanh long/nho: 9/1; hàm lượng chất khô hòa tan 22°Bx; pH quá trình lên men

4,0; tỷ lệ nấm men Saccharomyces cerevisiae 8%; số lượng nấm men 2,1.107 (tế bào/ml); thời gian lên men 10 ngày, hàm lượng ethanol 12,77%

Nhận xét: Đưa ra được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

• Khảo sát ảnh hưởng của một số chủng nấm men trong sản xuất rượu vang thanh long

Thực hiện: Đàm Sao Mai, Trần Thị Thanh Thủy, Trần Minh Tâm, được đăng trong tạp chí Khoa Học và Phát Triển, 2009, tập 7, số 4, hang 500- 506 [42],

Kết quả: Sử dụng phối hợp 50% nấm men Saccharomyces oriformis và 50% nấm men

Saccharomyces vini, tỷ lệ nấm men bổ sung 10% so với thịt quả, thời gian lên men 30 ngày, lên

men chính 7 ngày ở nhiệt độ 31 4- 32,5°c, lên men phụ 23 ngày ở 13 4- 16°c Sản phẩm thu được có độ cồn 12%, pH 3,48, nồng độ chất khô ố,27°Bx Hiệu suất thu hồi 75,25% (100kg thanh long cho ra 75 lít rượu)

Nhận xét: Sản phẩm đạt được độ cồn của rượu vang, hiệu suất thu hồi còn khá thấp 2.2 Các nghiên cứu ở nước ngoài

• Nghiên cứu sản xuất yoghurt trái cây sử dụng trái thanh long Thực hiện: Oshadi J.,

Sumali F., Vijith J and Deepika H., được đăng từ bài báo “Production of a novel

fruit-yoghurt using dragon fruit (Hylocereus undatus L.y, trong tạp chi European Scientific

Journal, 2015, vol 11, No 3, pp 208- 215 Nghiên cứu trên thanh long được trồng tại Sri Lanka [43],

Kết quả: Thành phần bao gồm 10% nước ép thanh long, 10% đường và 0,8% gelatin Thành phẩm có tổng hàm lượng chất khô là 23,58%, chất khô không béo 9,64% và 3,2% béo Yoghurt thanh long được bảo quản ở 4°c trong 15 ngày

Nhận xét: Tuy đây là một sản phẩm mới từ thanh long nhưng hàm lượng thanh long cho vào rất thấp (10%) nên vẫn chưa giải quyết được vấn đề cấp bách cho số lượng thanh long dạt

• Nghiên cứu sử dụng enzyme pectinase thưong mại lên nước thanh long ép Thực hiện:

21

A R Nur Aliaa, M K Siti Mazlina and F s Taip năm 2009, được đăng từ bài báo

“Effects of commercial pectinases application on selected properties of red pitaya juice”, trong tạp chi Journal of Food Process Engineering, tập 34, số 2001, trang 1523-1534 [34],

Kết quả: Quá trình sử dựng enzym Pectinase CLEAR làm tăng hiệu suất thủy phân protein

từ 0,23% - 2,20% khối lượng so với không sử dụng enzyme, hàm lượng phenolic tổng tăng lên 7% tuy nhiên, hàm lượng vitamin c giảm nhẹ do gia nhiệt Nhờ vậy, nước ép thanh long có sử dụng enzyme làm tăng hiệu quả chống oxy hóa hơn không sử dụng enzyme

Nhận xét: Khảo sát sự thay đổi của một số thành phần dinh dưỡng khi có sử dụng enyme pectinase

• Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa và chất màu của các dịch trích từ hạt thanh long

đỏ Thực hiện: Liana Adan, Azizah Osman and Azizah Abdul Hamid, năm 2011, được

đăng từ bài báo “Antioxidant activity of different extracts of red pitaya (Hylocereus

polyrhyzus) seed”, trong tạp chí International Journal of Food Properties, so 14, trang

1171-1181 [44],

Kết quả: Thành phần chất màu chủ yếu có trong thanh long đỏ là betacyanin (thuộc nhóm betalain) đang được nghiên cứu để thay thế chất màu tổng hợp Dịch trích từ ethanol (hàm lượng lOOOpg/ml) có hoạt tính chống oxy hóa cao (74,76% gốc tự do DPPH) và các tác nhân chống oxy hóa này chủ yếu ở trong vỏ và thịt quả Hàm lượng các cấu tử phenolic của hạt thanh long

đỏ là 13,56mg/g hạt khô (nhỏ hơn so với hạt nho 27,35mg/g), hàm lượng acid ascorbic khoảng 0,36mg/g hạt khô, hàm lượng catechin (thuộc nhóm flavonoid) 3,6mg/g khối lượng khô Nhận xét: Khảo sát thành phần và hàm lượng các chất có hoạt tính chống oxy hóa trong hạt thanh long đỏ

• Nghiên cứu hoạt tính chống vi sinh vật của dịch trích vỏ và thịt quả thanh long đỏ, thanh long trắng, đu đủ bằng methanol Thực hiện: Mold Adzim Khalili R., Che Abdullah AB., Abdul Manaf A năm 2012, được đăng từ bài báo “Antibacterial activity

of flesh and peel methanol fractions of red pitaya, white pitaya and papaya onn selected food microorganisms”, trong tạp chi International Journal of Pharmacy and

22 Pharmaceutical Sciences, tập 4, hang 185-190 [45],

Kết quả: Hoạt tính kháng khuẩn của thịt quả thanh long đỏ tốt nhất (ở nồng độ 6,25mg/ml tiêu diệt được tất cả 10 vi khuẩn), kế đến là vỏ quả thanh long đỏ (ở nồng độ 25mg/ml tiêu diệt được 3 vi khuẩn Gram dương và 3 vi khuẩn Gram âm), sau đó đến thanh long trắng (tiêu diệt được 3 vi khuẩn Gram dương ở nồng độ 25mg/ml đối với thịt quả và 100mg/ml đối với vỏ quả), cuối cùng là đu đủ ở nồng độ 100mg/ml (tiêu diệt được 3 vi khuẩn Gram dương đối với thịt quả

và 1 vi khuẩn Gram dương đối với vỏ quả)

Nhận xét: Nghiên cứu cho thấy hoạt tính kháng khuẩn của thịt quả thanh long đỏ là tốt nhất,

có khả năng kháng cao và với nồng độ thấp

23

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu

3.1 Quy trình sản xuất

3.1.1 Qụy trình thụy phân thanh long

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thu nhận dịch thủy phân thanh long