Nghiên cứu thủy phân cà rốt (daucus carota l ) bằng enzyme cellulase và pectinase để sản xuất bột cà rốt ăn liền

Từ dịch cà rốt thu được từ quá trình thủy phân, được đem đi sấy phun ở 1300C, vận tốc nhập liệu 14 vòng/phút, áp suất 3 bar, bổ sung maltodextrin vào dịch cà rốt đến 15% chất khô, sản ph

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN DUY KHANH

NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN CÀ RỐT (DAUCUS CAROTA L.)

BẰNG ENZYME CELLULASE VÀ PECTINASE ĐỂ SẢN XUẤT

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 Phi Nga

2 Phản biện 1: PGS.TS Lê Phi Nga

3 Phản biện 2: TS Phan Ngọc Hòa

4 Ủy viên: TS Trịnh Khánh Sơn

5 Ủy viên, thư kí: TS Trần Thị Ngọc Yên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp HCM, ngày ………tháng ……… năm 2016

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Phản biện 1: PGS.TS Lê Phi Nga

Phản biện 2: TS Phan Ngọc Hòa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Mã số: 60 54 02

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thủy phân cà rốt (Daucus carota L.) bằng enzyme

cellulase và pectinase để sản xuất bột cà rốt ăn liền

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Khảo sát nhiệt độ sấy phun cho dịch cà rốt đã được thủy phân

- Đánh giá chất lượng bột cà rốt sấy phun: Cảm quan, dinh dưỡng, vi sinh

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/07/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2015

Tp.HCM, ngày 21 tháng 12 năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(chữ ký và họ tên) (chữ ký và họ tên) (chữ ký và họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành công trình nghiên cứu này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

Bộ môn Công nghệ thực phẩm, thuộc Khoa kỹ thuật hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã trang bị những cơ sở vật chất đầy đủ tạo điều kiện giúp tôi có thể hoàn thành đề tài đúng tiến độ

Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong Bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu giúp tôi tránh được nhiều sai sót trong quá trình thực hiện đề tài Đặc biệt, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến

cô GS.TS Đống Thị Anh Đào đã luôn luôn tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tôi để tôi có thể giải quyết các khó khăn một cách tốt nhất

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn ủng hộ, cảm ơn cơ quan công tác

đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia làm đề tài và hoàn thành tốt nghiên cứu của mình

Trân trọng

Tp.HCM, ngày 21 tháng 12 năm 2015

Nguyễn Duy Khanh

ABSTRACT

In this study, we focused on finding the optimal conditions for the recovery of dry

matter and carotenoid content in carrots (Daucus carota L.) from hydrolysis by

combining two enzyme cellulase and pectinase by response surface methodology (RSM) This survey was conducted on carrots were blanched and steamed through the process Results showed that carrots were steamed gave efficiency higher than the blanched one and carotenoid extraction was also less damaged than the blanching process The optimum conditions, the independent variables were including total concentration of cellulase and pectinase (x1: 0,2 ÷ 1,2% v/dwt) (the ratio of cellulase/pectinase was 1/1), incubation temperature (x2: 40 ÷ 600C) and hydrolysis time (x3: 30 ÷ 180 minutes) The results of ANOVA analysis showed that these variables affected the performance of dry matter and carotene content in carrots

(Daucus carota L.) pulp extraction process The optimal condition for the hydrolysis of

the variables x1, x2, x3 were derived at 1,0 % v/dwt, 550C, 90 minutes, respectively for the performance in the prediction of model was 57,81 % and 14,61 mg/100g This result is no significant difference compared with the experimental value (57,49 ± 0,41% and 14,42 ± 0,42 mg/100g, p<0,05) Besides, when hydrolyzed in the same optimal conditions, storage of raw materials recovery yield obtained higher than fresh raw materials was 15,27%, while carotenoids, phenolic and DPPH content of them were also higher than fresh one was 26,07%, 11,14% and 29,07% Then, puree carrot was dried at: inlet temperature at 1300C, the feed rate of the spray drying process was

14 circles/minute, pressure of 3 bars, maltodextrin was added in puree with total solids 15% The results showed that the moisture contents of the powder was 3,5 ± 0,02% and carotenoids, phenolic, DPPH contents of product was high The powder product was also safety of microorganisms, less stickness and bright colors The sensory was evaluated using 5 point scale test for soup which add 40% carrot powder by 50 panellists who were the students, the results for the overall favorite level reached 4 ± 0,83 points in comparison with the total scale of 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu cho

việc thu hồi chất khô và hàm lượng carotene trong củ cà rốt (Daucus carota L.) bằng

quá trình thủy phân bởi hai enzyme kết hợp là cellulase và pectinase theo phương pháp

bề mặt đáp ứng (RSM) Khảo sát này được thực hiện trên cà rốt đã qua quá trình chần

và hấp Kết quả cho thấy rằng, cà rốt đã qua quá trình hấp có hiệu suất thu hồi chất khô cao hơn, đồng thời quá trình trích ly carotenoid ở pH trung tính cũng ít tổn thất hơn so với quá trình chần Quá trình khảo sát điều kiện tối ưu, các biến độc lập được khảo sát bao gồm: tổng nồng độ cellulase và pectinase (x1: 0,2 ÷ 1,2% v/dwt) (với tỉ lệ cellulase/pectinase là 1/1), nhiệt độ (x2: 40 ÷ 600C), và thời gian thủy phân (x3: 30 ÷

180 phút) Kết quả phân tích ANOVA cho thấy rằng các biến này có ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi chất khô và hàm lượng carotenoid từ dịch củ cà rốt Các giá trị tối ưu cho quá trình thủy phân của các biến x1, x2, x3 lần lượt là tại nhiệt độ: 550C, tổng nồng

độ enzyme cellulase và pectinase: 1% v/dwt, thời gian thủy phân: 90 phút Khi đó H (%) và hàm lượng carotenoid theo dự đoán từ mô hình lần lượt là 57,81% và 14,61mg/100g Kết quả này không có sự khác biệt có ý nghĩa so với giá trị thu được từ thực nghiệm H (%) đạt được là 57,49 ± 0,41%, hàm lượng carotenoid là 14,42 ± 0,42 mg/100g Ngoài ra, khi thủy phân ở cùng điều kiện tối ưu, nguyên liệu trữ đông thu được hiệu suất thu hồi chất khô cao hơn 15,27 %, đồng thời hàm lượng carotenoid, các hợp chất phenolic và DPPH cũng cao hơn lần lượt là 26,07%, 11,14% và 29,07% so với mẫu nguyên liệu tươi Từ dịch cà rốt thu được từ quá trình thủy phân, được đem đi sấy phun ở 1300C, vận tốc nhập liệu 14 vòng/phút, áp suất 3 bar, bổ sung maltodextrin vào dịch cà rốt đến 15% chất khô, sản phẩm có độ ẩm đạt 3,5 ± 0,02%, đồng thời các hợp chất carotenoid, phenolic và DPPH của sản phẩm tuy có tổn thất nhưng vẫn đạt được giá trị cao Sản phẩm bột có màu sáng, ít bị dính Bột sấy phun được bổ sung trong súp (40%) đáp ứng tốt thị hiếu người tiêu dùng là 50 sinh viên, đạt được điểm yêu thích chung 4 ± 0,83 trên thang điểm 5

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu

đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu

Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Khanh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

ABSTRACT ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

1.5 Tính mới của đề tài 3

1.6 Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan cà rốt 4

2.1.1 Nguồn gốc, đặc điểm và phân loại 4

2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ 6

2.1.3 Thành phần của củ cà rốt 7

2.1.4 Công dụng của cà rốt 9

2.1.5 Bảo quản cà rốt 9

2.1.5.1 Bảo quản cà rốt trong kho ở nhiệt độ thường 10

2.1.5.2 Bảo quản trong kho lạnh 10

2.1.5.3 Bảo quản bằng hóa chất 10

2.2 Tổng quan về enzyme 11

2.2.1 Cơ sở của việc chọn kết hợp hai enzyme làm đối tượng nghiên cứu để thủy phân cà rốt 11

2.2.2 Pectin và pectinase 12

2.2.2.1 Pectin 12

2.2.2.2 Pectinase 13

2.2.2.3 Một số nghiên cứu về ứng dụng của pectinase 16

2.2.3 Cellulose và cellulase 18

2.2.3.1 Cellulose 18

2.2.3.2 Cellulase 19

2.2.3.3 Một số nghiên cứu ứng dụng cellulase trong sản xuất 23

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme 23

2.3 Tổng quan Maltodextrin 25

2.4 Tổng quan về sấy phun 26

2.4.1 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun 26

2.4.2 Nguyên lý của phương pháp sấy phun 26

2.4.3 Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sấy phun 27

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun 27

2.4.5 Một số nghiên cứu về sấy phun trong sản xuất thực phẩm 28

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

3.1 Nguyên vật liệu 30

3.1.1 Cà rốt 30

3.1.2 Enzym 30

3.1.3 Maltodextrin 30

3.1.4 Hóa chất sử dụng 30

3.2 Thiết bị 31

3.3 Phương pháp nghiên cứu 31

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 31

3.3.2 Quy trình trích ly dịch cà rốt bằng enzym quy mô phòng thí nghiệm 33

3.3.3 Thuyết minh quy trình 34

3.3.3.1 Lựa chọn nguyên liệu 34

3.3.3.2 Cắt cuống 34

3.3.3.3 Rửa 34

3.3.3.4 Cắt lát 34

3.3.3.5 Xử lý nhiệt 34

3.3.3.6 Xay nghiền 34

3.3.3.7 Pha loãng 35

3.3.3.8 Thủy phân 35

3.3.3.9 Vô hoạt enzyme 35

3.3.3.10 Lọc 35

3.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm thủy phân cà rốt 35

3.3.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát chế độ xử lý nhiệt 36

3.3.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân 36

3.3.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát tỷ lệ enzyme cellulase/ pectinase xúc tác cho quá trình thủy phân 36

3.3.4.4 Thí nghiệm 4: Xác định tỉ lệ pha loãng thích hợp cho quá trình thủy phân 37

3.3.4.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình thủy phân 37

3.3.4.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân 38 3.3.4.7 Thí nghiệm 7: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân 38

3.3.4.8 Thí nghiệm 8: Tối ưu hóa các điều kiện thủy phân cà rốt 38

3.3.4.9 Thí nghiệm 9: Kiểm chứng giá trị tối ưu từ lý thuyết có được từ Mode 5.0 bằng thực nghiệm 41

3.3.5 Sấy phun dịch cà rốt từ điều kiện thủy phân tối ưu 41

đổi độ ẩm, hàm lượng carotenoid, phenolic, DPPH và FRAP 41

3.3.5.2 Thí nghiệm 11: Đánh giá sản phẩm bột cà rốt 41

3.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 42

3.3.7 Các phương pháp phân tích 42

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43

4.1 Kết quả xác định một số thành phần trong nguyên liệu cà rốt 43

4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của phương pháp xử lý nhiệt (chần – hấp) cho nguyên liệu đến H% và hàm lượng carotenoid 44

4.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân cà rốt 49

4.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme cellulase/pectinase đến quá trình thủy phân cà rốt 53

4.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ pha loãng đến quá trình thủy phân cà rốt 55

4.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme đến quá trình thủy phân cà rốt 56

4.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân cà rốt 57

4.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân cà rốt 58

4.9 Kết quả tối ưu hóa các điều kiện thủy phân bằng hệ enzyme cellulase và Pectinase 60

4.10 Kết quả kiểm chứng giá trị dự đoán H (%) và hàm lượng carotenoid (mg/100g) tối ưu từ mô hình Mode 5.0 so với giá trị thực nghiệm 67

4.11 Kết quả đánh giá bột cà rốt sấy phun 68

4.11.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng các chất trong dịch thủy phân cà rốt 68

4.11.2 Kết quả xác định một số thành phần dinh dưỡng và các chỉ tiêu vi sinh của bột cà rốt 70

4.12 Kết quả đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột cà rốt 72

4.13 Kết quả đánh giá ảnh hưởng nguyên liệu đến quá trình thủy phân 74

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

5.1 Kết luận 77

5.2 Kiến nghị 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 87

Phụ lục A: Các phương pháp phân tích 87

Phụ lục B: Kết quả thí nghiệm 101

Phụ lục C: Các bảng thống kê 105

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 112

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần của củ cà rốt 7

Bảng 2.2 Hàm lượng thành phần khoáng trong cà rốt 7

Bảng 2.3 Hàm lượng các vitamin trong củ cà rốt 8

Bảng 2.4 So sánh hàm lượng β-carotene của một số loại rau củ 8

Bảng 2.5 Các tính chất của sản phẩm maltodextrin 25

Bảng 3.1 Bảng quy hoạch thực nghiệm mô hình trực giao CCD với 3 yếu tố khảo sát 39

Bảng 3.2 Giá trị tâm và bước nhảy trong thí nghiệm tối ưu quá trình thủy phân 40

Bảng 4.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g nguyên liệu cà rốt 43

Bảng 4.2 Ma trận quy hoạch thực nghiệm sử dụng phần mềm Mode 5.0 và kết quả 60

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất thu hồi chất khô H (%) của dịch thủy phân cà rốt 61

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng carotenoid của dịch thủy phân cà rốt 62

Bảng 4.5 H (%) và hàm lượng carotenoid từ phương trình hồi quy và thực nghiệm 68

Bảng 4.6 Kết quả xác định một số thành phần dinh dưỡng trong bột cà rốt 71

Bảng 4.7 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vi sinh trong bột cà rốt 71

Bảng 4.8 Kết quả đánh giá súp bổ sung cà rốt (40%) theo phương pháp cho điểm thị hiếu 73

Bảng 4.9 Ảnh hưởng của nguyên liệu đến các thành phần trong dịch thủy phân 75

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Thân, lá và củ cà rốt 4

Hình 2.2 Cấu trúc của pectin trong tế bào thực vật 13

Hình 2.3 Cơ chế tác động của pectinase vào phân tử pectin 15

Hình 2.4 Cấu tạo phân tử β-D-glucose 19

Hình 2.5 Chuỗi mạch thẳng của cellulose trong không gian 19

Hình 2.6 Cơ chế hoạt động của exoglucanase 20

Hình 2.7 Cơ chế hoạt động của endoglucanase 21

Hình 2.8 Cơ chế hoạt động của β-glucosidase 21

Hình 2.9 Cơ chế thủy phân cellulose 22

Hình 4.1 Ảnh hưởng của thời gian chần đến H (%) 44

Hình 4.2 Ảnh hưởng của thời gian chần đến hàm lượng carotenoid 45

Hình 4.3 Ảnh hưởng của thời gian hấp đến H (%) 45

Hình 4.4 Ảnh hưởng của thời gian hấp đến hàm lượng carotenoid 46

Hình 4.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi chất khô H (%) 49

Hình 4.6 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng carotenoid 50

Hình 4.7 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng DPPH 50

Hình 4.8 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng phenolic 51

Hình 4.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến H (%) 53

Hình 4.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng đến H (%) 55

Hình 4.11 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến H (%) 56

Hình 4.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%) 58

Hình 4.13 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến H (%) 59

Hình 4.14 Đồ thị đáp ứng bề mặt ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến H (%), hàm lượng carotenoid (mg/100g) trên không gian hai chiều (a) và ba chiều (b) 65 Hình 4.15 Đồ thị đáp ứng bề mặt ảnh hưởng của nồng độ enzyme và nhiệt độ

hai chiều (a) và ba chiều (b) 66

Hình 4.16 Đồ thị đáp ứng bề mặt ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân đến H (%), hàm lượng carotenoid (mg/100g chất khô) trên không gian hai chiều (a) và ba chiều (b) 67

Hình 4.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến độ ẩm và hàm lượng carotenoid 68

Hình 4.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến hàm lượng DPPH và phenolic 69

Hình 4.19 Sản phẩm bột cà rốt sấy phun 72

Hình 4.20 Súp bổ sung bột cà rốt 72

Hình 4.21 Điểm cảm quan theo phép thử thị hiếu 73

Hình 4.22 Ảnh hưởng của nguyên liệu đến H (%) và hàm lượng carotenoid 75

Hình 4.23 Ảnh hưởng của nguyên liệu đến hàm lượng DPPH và phenolic 75

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ANOVA : Analysis Of Variance – Phân tích phương sai

DPPH : 2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl

GAE : Gallic acid equivalent – Hàm lượng phenol tổng tính theo đương lượng

acid gallic

%v/dwt : % volume/dry weight – % thể tích/khối lượng chất khô

H (%) : Hiệu suất thu hồi chất khô

RSM : Response surface Modeling – Mô hình bề mặt đáp ứng

TEAC : Trolox Equivalent Antioxidant Capacity – Khả năng chống oxy hóa tương đương trolox

PGU : Polygalacturonase Unit – Hoạt tính pectinase phân tích thông qua cơ chất pectin

EGU : Exoglucanase Unit – Hoạt tính cellulase phân tích thông qua cơ chất cellulose

CFU : Colony Forming Unit – Đơn vị khuẩn lạc

TVSVHK : Tổng vi sinh vật hiếu khí

ISO : International Organization for Standardization

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Cà rốt (Daucus carota L.) là một loại cây có củ, thường có màu vàng cam, đỏ,

vàng, trắng hay tía Các nghiên cứu cho thấy rằng, cà rốt rất giàu dinh dưỡng, rất tốt cho sức khỏe con người Hiện tại, cà rốt được sử dụng dạng tươi để chế biến là chủ yếu Ở Việt Nam cũng đã có một số sản phẩm công nghệ từ cà rốt xuất hiện trên thị trường như: mứt cà rốt, bánh cà rốt, nước ép cà rốt… Tuy nhiên những sản phẩm này cũng chỉ nhằm đáp ứng về nhu cầu ẩm thực và đa dạng hóa sản phẩm hơn, có rất ít công trình nghiên cứu về cà rốt dạng bột hòa tan được chế biến theo quy mô công nghiệp Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cũng đã khẳng định rằng việc sử dụng cà rốt đúng mức sẽ mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe bởi sự có mặt của các chất chống oxy hóa, carotene, phenol Đặc biệt, đối với những người già, bệnh nhân sống đời thực vật, mất tri giác không thể tự chủ trong việc ăn uống thì thành phần các hợp chất chống oxy hóa, carotene trong cà rốt có tác dụng rất lớn, giúp chống lão hóa, làm lành những vết thương nhỏ, giảm nguy cơ bị bệnh tim, cao huyết áp và cải thiện sức khỏe của mắt và cung cấp một số dưỡng chất cần thiết cho cơ thể Tuy nhiên, người già và các bệnh nhân có hệ tiêu hóa rất kém, khó hấp thu tốt các chất dinh dưỡng Do vậy, cần có một loại sản phẩm từ cà rốt dễ sử dụng, dễ hấp thu nhưng vẫn giàu hàm lượng các chất chống oxy hóa và carotenoid.Trước tình hình đó, việc triển khai đề tài ―Nghiên cứu

thủy phân cà rốt (Daucus carota L.) bằng enzyme cellulase và pectinase để sản xuất

bột cà rốt ăn liền‖ nhằm góp phần đa dạng hóa thêm sản phẩm từ củ cà rốt, kéo dài thời gian bảo quản và tạo ra sản phẩm mới tiện dụng, dinh dưỡng

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân cà rốt bằng sự kết hợp của

hệ enzyme cellulase và pectinase để thu được dịch thủy phân có hiệu suất thu hồi chất khô hòa tan cao, đồng thời hạn chế sự tổn thất các thành phần dinh dưỡng có lợi khác

Thử nghiệm sấy phun dịch thủy phân từ cà rốt để tạo ra dạng bột khuyếch tán tốt trong nước

Sản phẩm bột cà rốt sấy phun được đánh giá chất lượng và sự biến đổi của các hợp chất có lợi sức khỏe như hàm lượng carotene tổng và hoạt tính chống oxy hóa trong tiến trình nghiên cứu

1.4 Nội dung nghiên cứu

Luận văn này tập trung nghiên cứu các nội dung sau đây:

- Phân tích một số thành phần hóa học của củ cà rốt

- Khảo sát quá trình xử lý nhiệt bằng hai phương pháp chần và hấp để tìm ra phương pháp thích hợp hạn chế tối đa sự tổn thất carotenoid nhưng vẫn đảm bảo được hiệu suất thu hồi chất khô hòa tan cao

- Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả thu hồi chất khô hòa tan, hàm lượng carotenoid và các hợp chất chống oxy hóa

- Khảo sát hiệu quả của việc kết hợp cellulase và pectinase với các tỷ lệ khác nhau trong quá trình thủy phân

- Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố tỷ lệ pha loãng, nồng độ, tỷ lệ enzyme, thời gian và nhiệt độ đến quá trình thủy phân

- Tối ưu hóa quá trình thủy phân để tìm được điều kiện thủy phân tốt nhất

- Khảo sát nhiệt độ sấy phun cho dịch cà rốt thu được từ quá trình thủy phân

- Đánh giá chất lượng bột cà rốt sấy phun từ dịch củ của quá trình thủy phân tối ưu: dinh dưỡng, vi sinh, cảm quan

- Đánh giá sự thay đổi thành phần carotenoid, hoạt tính chống oxy hóa, hiệu suất thu hồi chất khô của dịch thủy phân từ nguyên liệu tươi và nguyên liệu sau một thời gian trữ đông

1.5 Tính mới của đề tài

Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về cà rốt cả trong nước lẫn ngoài nước Tuy nhiên, chưa có công bố khoa học nào về việc thủy phân cà rốt bằng hai enzyme kết hợp là cellulase và pectinase, đồng thời khảo sát nhiệt độ sấy phun thích hợp để được sản phẩm bột cà rốt có hàm lượng carotenoid và các hợp chất chống oxy hóa cao

1.6 Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu suất trích ly chất khô hòa tan và hàm lượng carotenoid, ứng dụng cho sản xuất bột cà rốt sấy phun Bên cạnh đó, dịch cà rốt sau khi thủy phân cũng có thể ứng dụng để sản xuất nước ép cà rốt, mứt đông hoặc bổ sung vào thực phẩm nhằm nuôi dưỡng các bệnh nhân qua ống thông…

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan cà rốt

Loài: D.carota L Tên khác: Hồ La Bặc

Tên nước ngoài: Carrot (Anh)

Carotte (Pháp)

Cà rốt là một chi chứa khoảng loài cây thân thảo trong họ hoa tán

(apiaceae), với loài được biết đến nhiều nhất là cà rốt đã thuần dưỡng

Hình 2.1 Thân, lá và củ cà rốt

à rốt có nguồn gốc từ khu vực ắc hi, Tây Nam , và hâu u, nhưng hiện

tím và vàng, xuất hiện đầu tiên vào thế kỷ thứ X tại Iran và Bắc Arabia Sau đó cà rốt lan sang khu vực phía đông, phía tây và được biết đến trên khắp Trung Đông, ắc Phi, Châu Âu và Trung Quốc vào giữa thế kỷ thứ XV Cà rốt vàng được ưa chuộng ở Bắc

u cho đến khi xuất hiện cà rốt màu cam ở Hà Lan vào thế kỷ XVIII nhằm tôn vinh màu của quốc gia Ngoài cà rốt trắng đã được biết đến, ở châu Âu còn cà rốt đỏ được cho là có nguồn gốc từ Trung Quốc vào cùng khoảng thời gian này Cà rốt màu cam đã thay thế hầu hết các màu sắc khác ở khu vực Tây u nhưng màu tím và vàng vẫn tồn tại ở một số quốc gia như Thổ Nhĩ Kỳ, Ấn Độ, Trung Quốc và cà rốt đỏ ở Nhật Bản

Cà rốt thuộc họ thân thảo thường sống khoảng hai năm, thân đơn, mọc thẳng đứng, r ng ruột, khía dọc, phân cành, có lông mọc ngược ác lá có cuống, mọc cách, phiến lá xen lông chim lần, các ch t lá nhỏ và h p ác tán hoa mọc ở đầu cành hay nách lá, dạng k p lỏng l o ác hoa trung tâm thường vô sinh với các cánh hoa màu tía và lớn Hoa tạp tính, màu trắng hay vàng hình tim ngược với đỉnh cụp vào trong Quả hình elip, bị n n ở phần sống lưng, chứa hạt dài mm, các gân chính hình chi, các gân phụ có cánh ễ củ to, dài hình cọc, màu vàng, cam, đỏ ủ cà rốt chính là rễ củ của cây

Hiện nay các v ng trồng rau củ của nước ta đang trồng phổ biến hai loại cà rốt:

 Cà rốt đỏ được nhập trồng từ lâu, nay nông dân tự giữ giống, loại cà rốt này có củ to nhỏ không đều, l i to, nhiều xơ, hay phân nhánh, k m ngọt

 Cà rốt màu đỏ ngả sang màu da cam là cà rốt nhập từ háp sinh trưởng nhanh hơn loài trên Tỷ lệ củ trên , da nh n, l i nhỏ, ít bị phân nhánh nhưng củ hơi ngắn, mập hơn và ăn ngon được thị trường ưa chuộng

Ngoài ra cũng có thể trồng thêm vụ muộn: gieo hạt vào tháng 1 , tháng 1 để thu hoạch vào tháng 3, tháng 4

Cà rốt được trồng phổ biến với giống địa phương (chủ yếu là giống Đà Lạt) có thời gian sinh trưởng 95 – 1 ngày, kích thước 18 – 22 cm x 2,5 – cm, màu đỏ nhạt, năng suất trung bình 20 -25 tấn/ha và các giống của háp như Nantaise, Seamllienee, Tim – Tom có củ to, kích thước 22 – 25 cm x 3 – 3,5 cm, có tiềm năng mạnh sản lượng trong tương lai

2.1.2 ụ

à rốt là loại rau củ phổ biến và được nhiều người ưa chuộng, nó được trồng ở khắp mọi nơi trên thế giới, và luôn có s n quanh năm Ở nước ta hiện nay có rất nhiều nơi trồng cà rốt với trữ lượng lớn Cà rốt là một trong những cây trồng đặc trưng của

Đà Lạt và các khu vực lân cận Ở miền Bắc các tỉnh trồng nhiều cà rốt điển hình như ở

xã Đức hính tỉnh Hải ương tổng diện tích trồng cà rốt lên tới hơn ha M i vụ người dân thu hoạch được trên tấn củ tương đương trên tỷ đồng Đầu năm

Sở Nông Nghiệp và hát Triển Nông Thôn tỉnh Hải ương đã chính thức công nhận thương hiệu cà rốt Đức hính, giúp cho công việc tiêu thụ được thuận lợi hơn,

mở rộng thị trường ra khắp nơi trên toàn quốc

Bảng Hàm lượng các vitamin trong củ cà rốt (tính trên phần ăn được)

Bảng So sánh hàm lượng β-carotene của một số loại rau củ (tính trên phần ăn được)

2.1.4 ụ [6] [7]

à rốt chứa một hàm lượng lớn caroten, protit, gluxit, các chất xơ, các nguyên tố

vi lượng và các vitamin A, Nhờ đó, cà rốt không chỉ có tác dụng bồi bổ cơ thể mà còn có tác dụng chữa bệnh rất tốt

- hữa quáng gà, mỏi mắt: à rốt có hàm lượng vitamin A rất lớn, nó có tác dụng

điều trị bệnh quáng gà vào buổi tối và hiện tượng mỏi mắt

- hữa suy nhược cơ thể và tăng cường thể lực: à rốt có khả năng tăng cường sức

đề kháng cho các niêm mạc, nâng cao khả năng miễn dịch, kháng khuẩn, giải độc

và giúp cơ thể trở nên khỏe mạnh Ngoài ra, cà rốt còn thúc đẩy tuyến thượng thận tiết ra các hóc môn trị chứng nhức mỏi, không những tốt cho thận mà còn tác dụng loại bỏ áp lực, cân bằng hệ thần kinh, điều tiết cơ năng sinh l của cơ thể, chống khô da, rụng tóc

- hữa các bệnh thiếu máu, huyết áp thấp và bệnh tim mạch: itamin A của cà rốt

thúc đẩy sự tạo máu, kích thích quá trình tuần hoàn trong máu Trong khi đó, vitamin của loại củ này lại có tác dụng tiêu diệt các gốc tự do cho các tế bào Hai thành phần này hội tụ trong củ cà rốt, giúp cho người sử dụng cà rốt có khả năng chống oxy hóa cao và phòng ngừa các bệnh có nguyên nhân từ các tế bào như bệnh ung thư

2.1.5 B o qu n cà r t [8]

Từ nhiều thế kỉ qua, con người đã biết bảo quản các nguyên liệu như rau, hoa quả tươi bằng phương pháp thông thường như rẩy nước, để ch thoáng mát, vùi trong cát

ẩm, để trong hầm tối hay trong bao kín…

Nhưng những phương pháp này chỉ mang tính chất bảo quản tạm thời, thời hạn bảo quản và chất lượng nguyên liệu bảo quản không ổn định và tùy thuộc vào điều kiện khí hậu bên ngoài

Từ những năm cuối thế kỉ XX xuất hiện những nghiên cứu về biến đổi của thực vật và chế độ bảo quản tối ưu đã đem lại những thay đổi đáng kể Ngày nay đã có các

kho bảo quản lớn, sức chứa hàng tấn nguyên liệu có trang bị máy lạnh và hệ thống điều khiển tự động các thông số tối ưu của khí quyển trong phòng bảo quản

Hiện nay đang có các phương pháp bảo quản cà rốt như sau:

2.1.5.1 Bảo quản trong kho ở nhiệt độ thường

Cà rốt rất chóng bị héo, nhất là ở phần đuôi củ, nơi có diện tích riêng nhỏ nhất và

mô che chở mỏng nhất Khả năng miễn dịch của cà rốt bị giảm theo mức độ héo và nảy mầm Vì vậy cà rốt cần được bảo quản trong môi trường nhiệt độ thấp và độ ẩm cao Khi bảo quản cà rốt trong kho ở nhiệt độ thường trong vài ngày, thì cà rốt có thể được xếp trong túi polyethylen, túi giấy hoặc thùng g có lót polyethylen, khối lượng 20kg/thùng

Nếu cần bảo quản trong 2 tháng ở nhiệt độ thường, thì cà rốt có thể được rải lên giàn với độ dày 30-40cm và rải lên trên một lớp cát dày 3-4 cm

2.1.5.2 Bảo quản trong kho lạnh

Hiện nay rau quả thường được bảo quản trong các kho có điều kiện nhiệt độ, độ

ẩm không khí và chế độ thông gió phù hợp Khi bảo quản ở nhiệt độ thấp thì các phản ứng sinh hóa xảy ra chậm, sự tiêu hao chất dinh dưỡng trong rau quả sẽ giảm ức chế quá trình hô hấp

Khi bảo quản cà rốt trong kho lạnh, cà rốt được đổ thành từng khối khoảng 1tấn, cao 1,5m, duy trì nhiệt độ bảo quản 0 – 10 , độ ẩm không khí ở 90 – 95%, chế độ thông gió mở Sau 6 tháng, độ nguyên v n chiếm 93,6 Để giảm hao hụt, có thể cho

cà rốt trong các bao polyetylen 30 – 35 kg

2.1.5.3 Bảo quản bằng hóa chất

Ngoài hai phương pháp trên, ta còn có thể dùng hóa chất trong quá trình bảo quản rau quả để chống mọt, mối, mốc, thối và chống nảy mầm, kéo dài thời gian bảo quản Hóa chất thông dụng hiện nay là ozone

Cà rốt sau thu hoạch có thể được xử l như sau: cà rốt được rửa sạch, đem ngâm trong dung dịch ozone nồng độ 1400ppm, thời gian phút, sau đó vớt ra để ráo nước,

trên cà rốt các túi vải thưa có chứa bột khử ethylene (KMnO4.CaSiO3), m i túi 3g, tỷ lệ 0,1% Sau 3 tháng bảo quản, tỷ lệ hư hỏng là 4% , tỷ lệ giảm khối lượng 5% và độ brix tăng từ 10, lên đến 15,14%

2.1.6 Một s nghiên cứu về cà r t

Thomas Stoll và cộng sự ( ) đã nghiên cứu về việc thủy phân cà rốt bằng enzyme để sản xuất nước uống α và β carotene [9]

Từ thời xa xưa, cà rốt, nước ép cà rốt, trà cà rốt đã được d ng để trị bệnh ở Ấn

Độ, Hy Lạp và La Mã Theo nhà sinh vật học J Willey thì cà rốt được dùng trong y học dân gian để trị các chứng mụn loét và chứng suy gan [10]

Một nghiên cứu của J Robertson cho thấy những người ăn g cà rốt m i ngày liên tục trong ba tuần có thể hạ mức cholesterol trong máu xuống khoảng 11% [11] Nghiên cứu về công dụng của cà rốt bác sĩ Nguyễn Ý Đức cho rằng cà rốt không ngăn ngừa được cận thị hay viễn thị, nhưng khi thiếu vitamin A, mắt sẽ không nhìn rõ trong bóng tối Chỉ cần ăn một củ cà rốt nhỏ m i ngày sẽ giúp phòng tránh được bệnh quáng gà [7]

Một nghiên cứu của Th.S Phạm Thị Nga (2011) về sản xuất sản phẩm probiotic

nước cà rốt từ vi khuẩn Lactobacillus plantarum nhằm bổ sung vi khuẩn đường ruột

vào nước ép cà rốt tạo nên sản phẩm probiotic giúp cân bằng hệ vi sinh vật trong

đường ruột và giúp cho quá trình tiêu hóa được tốt hơn [12]

Enzym cellulase thu nhận từ chủng nấm mốc Trichoderma reesei là một endo

enzyme, có hiệu quả trong việc phá vỡ thành tế bào tăng hiệu suất thu hồi chất chiết [14]

Việc kết hợp hai enzyme cellulase và pectinase để tác động đến cellulose của thành tế bào và lớp kết dính pectin giữa các tế bào trong cấu trúc mô thực vật nhằm giúp cho quá trình trích ly thực hiện dễ dàng hơn, đồng thời hiệu suất trích ly cao hơn [15]

Thêm vào đó, việc sử dụng kết hợp hai enzyme cellulase và pectinase sẽ làm tăng hiệu suất trích ly carotenoid từ cà rốt Inci inar ( ) đã nghiên cứu sử dụng enzyme cellulase và pectinase để thủy phân các liên kết trong mô thực vật để làm gia tăng hiệu suất trích ly sắc tố carotenoid từ cà rốt và một số thực vật khác Khi gia tăng hàm lượng enzym cellulase và pectinase thì tốc độ thủy phân nhanh hơn [16]

Do vậy, trọng tâm của nghiên cứu này là sử dụng kết hợp hai enzyme cellulase và pectinase xúc tác thủy phân vách tế bào cà rốt trong cùng một điều kiện, sẽ làm cho quá trình trích ly dễ dàng, hiệu suất thu hồi chất khô và carotenoid sẽ thu được cao hơn

2.2.2 Pectin và pectinase

2.2.2.1 Pectin

Pectin là thành phần polisacharide cấu trúc chủ yếu kết nối các thành phần trong vách tế bào, chúng có nhiều trong quả, củ hoặc thân cây Trong thực vật pectin tồn tại dưới hai dạng: protopectin (không tan, có mặt chủ yếu trong thành tế bào) và polysaccharide araban (tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào) ưới tác dụng của acid, các protopectin chuyển sang dạng hòa tan [17]

Hình 2.2 Cấu trúc của pectin trong tế bào thực vật

Protopectin là phức của pectin với các hợp chất hóa học khác, có nhiều trong trái cây chưa chín

Acid pectic là acid polygalacturonic Là polyme của các phân tử acid galacturonic, trong đó một số gốc -COOH trong phân tử đã bị ester hóa

Pectate và pectinate là muối của acid pectic và acid pectinic Trừ protopectin, các hợp chất còn lại trong nhóm trên đều hòa tan được trong nước Người ta tìm thấy được các ion Ca2+, Mg2+, đường, acid acetic, acid phosphoric và cả phân từ cellulose trong các hợp chất pectin Phân từ lượng pectin dao động trong khoảng 20-200kDa

2.2.2.2 Pectinase

Enzyme pectinase là một nhóm enzyme thủy phân các chất pectin, sản phẩm cuối tạo thành là acid galacturonic, galactose,… Đây là nhóm enzyme thứ ba được ứng dụng rộng rãi sau amylase và protease [18]

nzyme pectinase được tìm thấy ở thực vật bậc cao và vi sinh vật Ở thực vật bậc cao, pectinase có nhiều trong lá, củ khoai tây, trong chanh, cà chua, cỏ ba lá Trong các loại cỏ khác thường chỉ có enymze pectinesterase [19]

Hệ pectinase gồm có bốn nhóm sau đây [15] [20]

a Nhóm 1: pectin methylesterase (PME)

Enzyme này xúc tác phản ứng thủy phân gốc ester trong phân tử pectin tạo ra nhóm acid carboxylic tự do và pectin trở nên tích điện âm, làm giảm mức độ ester hóa của cơ chất và giải phóng ra methanol Chế phẩm M thường được ứng dụng trong sản xuất pectin để tạo ra sản phẩm với những mức độ ester hóa khác nhau Ngoài ra, enzyme này còn được sử dụng để tách pectin ra khỏi nước trái cây nhằm làm tăng độ trong của sản phẩm

b Nhóm 2: th y phân liên kế α-1,4 glycoside trong các hợp ch t pectin

Polygalacturonase (PG) gồm có ba enzyme:

Endo PG (EC.3.2.1.15): thủy phân liên kết α-1,4 glycoside tại những vị trí ở giữa mạch của phân tử acid pectic hay pectinic, nhóm này có tác động làm giảm rõ rệt về độ nhớt

Exo PG (EC.3.2.1.67): thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu không khử của phân tử acid pectic hay acid pectinic và tạo ra sản phẩm là D-galacturonate

Exo PG (EC.3.2.1.82): thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu không khử của phân tử acid pectic hay acid pectinic và tạo ra sản phẩm là digalacturonate Hai nhóm exo không làm giảm đáng kể độ nhớt

Polymethylgalacturonase (PGM) gồm hai enzyme

Endo PGM: thủy phân liên kết α-1,4 glycoside tại những vị trí giữa mạch phân tử pectin

Exo PGM: thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu không khử của phân tử pectin và tạo ra sản phẩm là galacturonate

c Nhóm 3: Pectin transeliminase

Những enzyme này xúc tác phản ứng phân giải liên kết α-1,4 glycoside trong các hợp chất pectin nhưng không có sự tham gia của các phân tử nước Tương tự các nhóm enzyme thủy phân liên kết α-1,4 glycoside trong các hợp chất pectin, các enzyme pectin transeliminase cũng được chia làm hai nhóm sau đây

Polygalacturonatelyase (PGL) gồm hai enzyme:

ndo GL ( ): xúc tác trên cơ chất là acid pectic hay acid pectinic, liên kết bị phân hủy nằm ở những vị trí giữa mạch của phân tử cơ chất

xo GL ( ): xúc tác trên cơ chất là acid pectic hay acid pectinic, liên kết bị phân hủy nằm ở những vị trí đầu không khử của phân tử cơ chất

Các chế phẩm pectinase được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế biến rau trái để làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết từ nguyên liệu, giảm độ nhớt và tăng độ bền keo của các sản phẩm nước rau trái

Pectinase từ nấm mốc Aspergillus sp bao gồm nhóm polygalacturonase và pectin

methylesterase, nhiệt độ của nhóm này khoảng 450C ở pH 4 [21] [22] Nhóm endopolygalacturonases chỉ có trong nấm sợi và trong trái cây, nhưng không có trong nấm men và vi khuẩn Exopolygalacturonases thì có mặt trong cả thực vật, củ, quả, nấm sợi và vi khuẩn Pectinase có khoảng nhiệt độ và pH khá rộng, pH từ 2,5 ÷ 5,5, nhiệt độ từ 25 ÷ 650C [21] Đối với nhóm endopolygalacturonases từ Aspergillus sp có

nhiệt độ hoạt động ổn định trong khoảng 40÷500C [23]

Trong sản xuất thực phẩm người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dưới dạng tinh khiết Tỷ lệ pectinase trên lượng nguyên liệu sử dụng thường vào khoảng

0, 1 ectinase thường được sử dụng trong các ngành thực phẩm như: sản xuất rượu vang, nước quả và nước uống không cồn, mứt đông, cà phê hòa tan … [24]

2.2.2.3 Một s nghiên cứu về ứng dụng c a pectinase

Việc sử dụng enzyme nhằm nâng cao hiệu suất trích ly hiện đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Trong đó lượng enzyme pectinase được sản xuất chiếm khoảng 10% trong tổng thể các chế phẩm enzyme ectinolytic enzyme được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm sản xuất rượu vang và các loại nước trái cây [25] Nghiên cứu của Nilay Demir và cộng sự ( 1) đã chứng minh rằng việc sử dụng pectinase 1,5%, pH = 4,5 ở 350 làm tăng hiệu suất trích ly trung bình nước ép cà rốt

30, , đồng thời làm giảm độ nhớt và tăng hàm lượng carotenoid trích ly so với việc không sử dụng enzyme [26]

Một nghiên cứu khác của Fatma Abbès và cộng sự (2011) cũng kết luận rằng việc

sử dụng kết hợp hai enzyme pectinase và cellulase từ Aspergillus (tỷ lệ 50 U/5U) trong

việc trích ly trái chà là (tỷ lệ pha loãng thịt quả/nước là 1/3) ở pH 4,0, nhiệt độ 500C sẽ cho hiệu suất thu hồi chất khô cao nhất đạt 72,37% Đồng thời, dịch thu được có màu

sáng hơn và được nhiều người tiêu d ng đánh giá cao hơn theo thang điểm Hedomic so với việc không sử dụng enzyme [27]

Nguyên và cộng sự ( 1 ) đã sử dụng chế phẩm Pectinex Ultra SP-L để xử lý quả dâu tằm trong quy trình thu nhận dịch quả Với nồng độ chế phẩm là 0,08% (v/w)

và thời gian xử l enzyme 1 phút, hàm lượng phenolic tổng trong dịch quả dâu tằm đạt 1,6 9 mg/L và cao hơn mẫu đối chứng 51% [28]

Oszmianski và cộng sự ( 11) đã sử dụng chế phẩm Pectinex XXL và Pectinex Ultra SP-L để xử lý quả táo sau quá trình chà để thu nhận dịch quả Kết quả cho thấy, hàm lượng các hợp chất phenolic khi xử lý bằng Pectinex XXL và Pectinex Ultra SP-L lần lượt đạt 598 mg/L và 538 mg/L, những giá trị này cao hơn so với mẫu không xử lý (441 mg/L) [29]

Bagger-Jorgensen và cộng sự ( ) đã sử dụng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L để thu nhận dịch quả Blackcurrent, kết quả cho thấy chế phẩm enzyme pectinase

có thể làm tăng hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch quả 14 - 1 , cao hơn so với mẫu không xử lý enzyme [30]

Một nghiên cứu của W.C Lee và cộng sự (2005) đã sử dụng enzyme pectinase để làm giảm độ đục và độ nhớt của nước chuối ép, kết quả nghiên cứu cho thấy, ở điều kiện tối ưu để làm giảm độ đục và độ nhớt là nồng độ enzyme 0,084%, nhiệt độ ủ 43,20C và thời gian 80 phút [31]

Tương tự, một nghiên cứu A.G Liew Abdullah và cộng sự (2007) sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng ( SM) để phân tích ảnh hưởng của các điều kiện như thời gian ủ, nhiệt độ ủ và nồng độ enzyme pecinase đến độ đục, độ trong, độ nhớt và màu sắc của nước ép khế.Kết quả cho thấy nồng độ enzyme là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến các đặc tính của nước ép trái cây khế vì nó gây ảnh hưởng đáng kể nhất đến các biến phụ thuộc, nghiên cứu cũng cho thấy điều kiện tối ưu của enzyme pectinase trong nước ép khế là ở nồng độ enzym 0,10%, nhiệt độ 300C trong thời gian

20 phút [32]

Ngoài ra còn có nghiên cứu điều kiện tối ưu hóa enzyme pectinase trong nước trái cây hồng xiêm của H.N Sin và công sự (2006), nghiên cứu cho thấy, điều kiện tối ưu của enzyme pectinase là nồng độ enzyme 0,1%, nhiệt độ 400C, thời gian 120 phút [33]

2.2.3 Cellulose và cellulase

2.2.3.1 Cellulose

Cellulose là thành chủ yếu của thành tế bào thực vật ellulose thường liên kết với nhau thành chùm sợi cùng với hemicellulose, protopectin, pectin và ligin Cellulose còn được gọi là chất xơ [34]

Do trong hệ tiêu hóa của con người không có enzyme cellulase nên cellulose cùng với một số polysaccharide trở nên khó tiêu hóa trong các thực phẩm thực vật (rau, trái cây, ngũ cốc,…) Ngoài ra cellulase cũng không có ở đường tiêu hóa của nhiều loại động vật, nhưng động vật ăn thực vật có thể sử dụng cellulose Tầm quan trọng của chất xơ trong chế độ dinh dưỡng của con người chủ yếu ở nhu động ruột

Cellulose là polymer sinh học có nhiều nhất và bền vững nhất trong tự nhiên, là thành phần cấu tạo chủ yếu của thành tế bào thực vật Về cấu trúc hóa học, cellulose là một polymer mạch thẳng, gồm nhiều đơn vị β-D-glucose nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside Liên kết này không bền với acid Mức độ polymer hóa của phân tử cellulose thay đổi từ vài trăm đến vài chục ngàn đơn vị glucose

Trọng lượng phân tử của cellulose do đó cũng dao động từ 50 – 2500 kDa tùy thuộc vào nguồn gốc loài thực vật

Nhờ phương pháp phân tích bằng tia ownghen, người ta biết cellulose có cấu tạo dạng sợi Đơn vị nhỏ nhất gọi là sợi sơ cấp có đường kính khoảng 3 nm Các sợi sơ cấp kết hợp lại với nhau tạo thành vi sợi (microfibrin) Các vi sợi này lại hợp thành những

bó lớn hơn và có thể nhìn được dưới kính hiển vi quang học

Hình 2.4 Cấu tạo phân tử β-D-glucose

Hình 2.5 Chu i mạch thẳng của cellulose trong không gian Cấu trúc cellulose không đồng nhất và thường có hai vùng: vùng kết tinh với cấu trúc có độ trật tự rất cao và bền vững với tác động của điều kiện tự nhiên, enzyme cellulase chỉ có tác dụng bề ngoài hệ sợi ở v ng này ng vô định hình có cấu trúc không chặt và dễ bị tác động bởi các yếu tố bên ngoài Khi gặp nước, chúng dễ bị trương lên, do đó enym cellulase dễ tác động và làm thay đổi toàn bộ cấu trúc của chúng

2.2.3.2 Cellulase [35]

Là hệ enzyme xúc tác quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm hòa tan thông qua xúc tác thủy giải liên kết β-1,4-glucoside Hệ enzyme cellulase khá phức tạp Một mặt chúng như một enzyme cảm ứng, mặt khác chúng lại chịu tác động bởi sản phẩm cuối và chịu kiểm soát bởi cơ chế kiềm chế dị hóa

Hệ cellulase gồm 3 enzym chủ yếu [34]

a Exoglucanase (Ec.3.2.1.91): Enzym này còn có các tên gọi khác như:

exo-β-1,4-glucanase, cellulase C1, CBH1, cellobiosidase, avicelase, exo-cellobiohydrolase, exo-β-glucancecellobiohydrolase, β-1,4-glucan cellobiosidase…

Enzym này thủy phân liên kết β-1,4-glucoside từ đầu không khử của chu i cellulose để tạo thành cellobiose, không thủy phân cellulose dạng kết tinh và dạng hòa tan mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý của chúng Nhưng có thể thủy phân được cellulose đã được cắt ngắn mạch Có lẽ vai trò chính của enzyme này là giúp cho endoglucanase tác động lên cellulose kết tinh

Hình 2.6 ơ chế hoạt động của exoglucanase

b Endoglucanase (EC.3.2.1.4): còn có các tên gọi khác như:

endo-β-1,4-glucanase, endocellulase, CMCase, C x, β-1,4-glucanase, β-1,4-endoglucan hydrolase, celludextrinase, cellulosin AP, alkali cellulase, cellulase A, avicelase, pancellase SS Enzym này thủy phân liên kết β-1,4-glucoside một cách ngẫu nhiên bên trong chu i cellulose để giải phóng cellodextrin, cellobiose và glucose, nó có tác động mạnh đến cellulose vô định hình nhưng tác động yếu đến cellulose kết tinh

Hình 2.7 ơ chế hoạt động của endoglucanase

c β-glucosidase (EC.3.2.1.21): còn có các tên gọi khác như cellobiase

β-D-glucosidase, β-1,6-β-D-glucosidase, p-nitrophenyl β- β-D-glucosidase, salicilinase,… Enzym này thủy phân cellobiose và các cello-oligosaccharide mạch ngắn tạo thành glucose, β-glucosidase không tấn công cellulose hoặc các cellulodextrin khác

Hình 2.8 ơ chế hoạt động của β-glucosidase

Về cơ chế thủy phân cellulose: Thủy phân cellulose phải có sự tham gia của cả 3

loại enzyme cellulase như exoglucanase, endoglucanase và β-glucosidase Thiếu một trong 3 loại enzyme này thì không thể thủy phân cellulose đến cùng

Từ những nghiên cứu riêng rẽ đối với từng loại enzyme đến nghiên cứu tác động tổng hợp của cả ba loại enzym cellulase, nhiều tác giả đã đưa ra kết luận chung là các loại enzyme sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose Có nhiều các giải thích khác nhau về cơ chế tác động của cellulase, trong đó cách giải thích do rikson đưa ra được nhiều người công nhận hơn cả

Theo Erikson và cộng sự (19 ), cơ chế tác động hiệp đồng của C1, Cx, và glucosidase như sau: đầu tiên endoglucanase tác động vào vùng vô định hình trên bề mặt cellulose, cắt các liên kết β-1,4-glucoside và tạo ra các đầu mạch tự do Tiếp đó, exoglucanase tấn công cắt ra từng đoạn cellobiose từ các đầu mạch được tạo thành Kết

β-quả tác động của endoglucanase và exoglucanase tạo ra các cellooligosaccharide mạch ngắn, cellobiose, glucose, β-glucosidase thủy phân tiếp và tạo thành glucose [36]

Hình 2.9 ơ chế thủy phân cellulose Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase trong điều kiện tự nhiên thường bị ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh nên có loài phát triển rất mạnh, có loài lại phát triển yếu Chính vì thế, việc phân hủy cellulose trong tự nhiên được tiến hành không đồng bộ và xảy ra rất chậm

Trong điều kiện phòng thí nghiệm hay điều kiện công nghiệp, việc phân hủy cellulose bằng enzyme, ngoài các yếu tố kĩ thuật như nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất, lượng enzyme,… một yếu tố hết sức quan trọng là tính đồng bộ của hệ enzym cellulase