Nghiên cứu quy trình sản xuất bột dinh dưỡng từ rong mứt (tảo porphyra vietnamensis)

------ Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu quá trình trích ly protein từ rong mứt Porphyra bằng các dung môi là nước, dung dịch Na2CO3 và chế phẩm enzyme Pectinex Ultra

-

ĐẶNG BẢO LY

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT DINH DƯỠNG TỪ RONG MỨT ( TẢO PORPHYRAVIETNAMENSIS )

Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống

Mã số: 605402

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐẶNG BẢO LY MSHV: 09110160 Ngày, tháng, năm sinh: 27 – 08 1982 Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm & Đồ uống Mã số : 605402

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT DINH DƯỠNG TỪ RONG MỨT ( TẢO PORPHYRAVIETNAMENSIS )

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Rong mứt là nguồn cung cấp protein, chất khoáng và xơ cao Tuy nhiên cơ thể con người không có đủ các loại enzym để phá vỡ hoàn toàn thành tế bào của rong biển, do đó cơ thể sẽ hấp thu kém Ở đề tài này nghiên cứu xử lý làm phá vỡ tế bào, làm tăng khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng từ rong mứt đây là yếu tố quan trọng dẫn đến việc nghiên cứu đề tài này

Những mục tiêu nghiên cứu được thực hiện trong đề tài này là :

- Khảo sát sơ bộ thành phần hóa học của nguyên liệu rong mứt

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian, nồng độ tác chất ( Na2CO3 và Enzyme ) lên hiệu suất trích ly protein từ rong mứt

- Ứng dụng chế phẩm enzyme Pectinase và enzyme Viscoenzyme trong quá trình trích ly protein từ rong mứt

- Khảo sát quá trình sấy tạo ra bột rong mứt

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2012

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cả : Toàn thể các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm, những người đã giảng dạy và trang bị kiến thức cơ bản cần thiết cho em trong những năm tháng học cao học

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô Đống Thi Anh Đào,

hoàn thành tốt luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Nguyên đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 1

Các thầy cô, cán bộ công tác tại phòng nhận mẫu và kiểm nghiệm vi sinh thuộc trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em trong quá trình kiểm tra và đánh giá mẫu sản phẩm

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến SV Kim Thy, lớp CNH-TP đã cùng em hợp tác

và làm việc nhiệt tình trong quá trình hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã đồng hành cùng tôi trong những ngày tháng đã qua

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn và xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả mọi

- -

Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu quá trình trích ly protein từ rong mứt

(Porphyra) bằng các dung môi là nước, dung dịch Na2CO3 và chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L ở các điều kiện nhiệt độ, nồng độ và thời gian trích ly khác nhau nhằm khảo sát đánh giá dung môi và điều kiện trích ly protein tối ưu Hỗn hợp rong mứt sau khi trích

ly protein được đem sấy để khảo sát thời gian và nhiệt độ sấy thích hợp nhằm đảm bảo giữ lại hàm lượng protein nhiều nhất Kết quả thí nghiệm thu được như sau:

- Quá trình trích ly protein cho kết quả tối ưu khi sử dụng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L ở nồng độ enzyme 1% (v/v), nhiệt độ 50ºC và thời gian trích ly là 75 phút

- Nhiệt độ và thời gian sấy thích hợp cho hỗn hợp rong mứt sau khi trích ly là 70ºC trong 6,25 giờ, độ ẩm cuối của sản phẩm là 5,62%

ABSTRACT

In this thesis, we studied the process of extracting protein from nori (Porphyra) with the solvent

is water, Na2CO3 solution and Pectinex enzyme preparations Ultra SP-L in the temperature, the concentration ofand various extraction time to survey assessment solvent and extraction conditions optimal protein Nori mixture after protein extraction was brought to examine the drying time and drying temperature appropriate to ensure to keep the most protein The experimental results are as follows:

minutes.

6.25 h, the end of the product moisture is 5.62%.

-

Tôi tên : ĐẶNG BẢO LY

Ngày sinh : 27/08/1982

HKTT : 18/3 đường 8, phường Linh Chiểu, quận Thủ Đức, Tp.HCM

Tôi xin cam đoan rằng những nghiên cứu trong đề tài luận văn thạc sĩ “ Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Bột Dinh Dưỡng Từ Rong Mứt ( Tảo Porphyra Vietnamensis )

là của chính tác giả, không sao chép từ các công trình nghiên cứu khác Và kết quả nghiên cưú được kiểm tra đo lường chính xác từ các trung tâm đo lường chất lượng tại Tp.HCM và phòng thí nghiệm Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật nếu có phát hiện sao chép hay sai trái trong đề tài luận văn thạc sĩ này

Tp.HCM, ngày 20 tháng 08 năm 2012

Tác giả

Đặng Bảo Ly

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN IV

TÓM TẮT V CAM ĐOAN VI MỤC LỤC ………VII DANH MỤC CÁC HÌNH ……….VIII DANH MỤC CÁC BẢNG IX

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN 2

1.1.1 Khái quát về rong biển 2

1.1.2 Phân loại rong biển 2

1.1.3 Môi trường sống 3

1.1.4 Giá trị dinh dưỡng của một số loại rong biển 4

1.2 RONG MỨT 5

1.2.1 Khái quát chung về rong mứt 5

1.2.2 Đặc điểm hình thái 6

1.2.3 Chu trình sống 8

1.2.4 Thành phần dinh dưỡng 10

1.2.5 Nuô itrồng, thu hoạch và bảo quản rong Porphyra 13

1.2.6 Sản lượn grong Porphyra trên thế giới và ở Việt Nam 15

1.3 HỆ ENZYME PECTINASE 16

1.3.1 Pectinase 16

1.3.2 Các đặc tính kỹ thuật quan trọng của enzyme pectinase 17

1.3.3 Ứng dụng của hệ enzyme pectinase 18

1.4 HỆ ENZYME VISCOZYME 19

1.4.2 Đặc tính 20

1.4.3 Hướng ứng dụng 20

1.5 SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH TRÍCH LY 21

1.5.1 Cơ sở khoa học 21

1.5.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện 22

1.5.3 Các biến đổi của nguyên liệu 22

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng 23

1.6 SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH SẤY 25

1.6.1 Động lực quá trình sấy 25

1.6.2 Bản chất của quá trình sấy 28

1.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc sấy 28

1.6.4 Biến đổi nguyên liệu trong quá trình sấy 28

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 NGUYÊN LIỆU 31

2.1.1 Nguyên liệu rong mứt 31

2.1.2 Các hoá chất sử dụng trong trích ly 31

2.1.3 Chế phẩm enzyme sử dụng trong trích ly 32

2.1.4 Thiết bị dùng trong nghiên cứu 32

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 33

2.2.2 Quy trình xử lý nguyên liệu rong mứt thu dịch trích 34

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 39

2.3.1 Phân tích hoá lý 39

2.3.2 Công thức tính hiệu suất trích ly protein 39

2.4 XỬ LÝ SỐ LIỆU 39

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40

3.1 THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU 40

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI NƯỚC LÊN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY PROTEIN

44

3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME PECTINEX LÊN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY 45

3.4.1ENZYME PECTINEX 45

3.4.2 ENZYME VISCOZYME 47

3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH NA2CO3 LÊN HIỆU SUẤT TRÍCH LY 48

3.6 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP 52

3.7 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN THỜI GIAN SẤY HỖN HỢP RONG MỨT SAU KHI TRÍCH LY 53

3.8 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SẤY ĐẾN HÀM LƯỢNG PROTEIN 55

3.9 SẢN PHẨM 57

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

4.1 KẾT LUẬN 61

4.2 KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 66

Hình 1.1.Các loài rong biển trên thế giới 3

Hình 1.2.Một số loài Porphyra thường gặp 6

Hình 1.3.Cấu trúc Phycobilisome 8

Hình 1.4.Sinh sản hữu tính ở Porphyra 9

Hình 1.6.Đồ thị biểu diễn bản chất đặc trưng của quá trình sấy khô sản phẩm 26

Hinh 2.1.Quy trình công nghệ sơ chế bảo 31

Hình 2.2.Sơ đồ nghiên cứu 33

Hình 2.3.Quy trình trích ly protein từ rong mứt 34

Hình 2.4.Sơ đồ bố trí thí nghiệm 38

Hình 3.1.Ảnh hưởng của thời gian lên sự trương nở 41

Hình 3.2.Ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất trích ly bằng nước 43

Hình 3.3.Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất trích ly bằng nước 44

Hình 3.4.Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinex lên hiệu suất trích ly 45

Hình 3.5.Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly 46

Hình 3.6.Ảnh hưởng của nồng độ enzyme viscozyme lên hiệu suất trích ly 47

Hình 3.7.Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly 48

Hình 3.8.Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 49

Hình 3.9.Ảnh hưởng của nhiệt độl ên quá trình trích ly bằng dung dịch Na2CO3 50

Hình 3.10.Ảnh hưởng của thời gian lên quá trình trích ly bằng dung dịch Na2CO3 51

Hình 3.11 So sánh giữa các phương pháp trích ly 53

Hình 3.12.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sấy 54

Hình 3.13.Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng protein 55

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1.Kết quả phân tích các chỉ tiêu hoá lý của nguyên liệu rong mứt 39

Bảng 3.15.Kết quả kiểm nghiệm thành phần acid amin trong sản phẩm rong mứt nguyên liệu và dịch rong mứt sau khi trích ly protein 59

Bảng 3.2.Ảnh hưởng của thời gian lên sự trương nở 71

Bảng 3.3.Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly 72

Bảng 3.4.Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất trích ly 72

Bảng 3.5.Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinex lên hiệu suất trích ly 72

Bảng 3.6.Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly 73

Bảng 3.7.Ảnh hưởng của nồng độ enzyme viscozyme lên hiệu suất trích ly 73

Bảng 3.8.Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly 73

Bảng 3.9.Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 74

Bảng 3.10.Ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình trích ly bằng dung dịch Na2CO3 74

Bảng 3.11.Ảnh hưởng của thời gian lên quá trình trích ly bằng dung dịch Na2CO3 75

Bảng 3.12 So sánh các phương pháp 75

Bảng 3.13.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sấy dịch trích rong mứt 75

Bảng 3.14.Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng protein 75

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta với đường bờ biển hơn 3200km là điều kiện thuận lợi cho việc nuôi

trồng rong biển đặc biệt là rong mứt (Porphyra) Đây là loại rong biển được các

nước châu Á rất ưa chuộng đặc biệt trong các món ăn của người Nhật do chứa một lượng lớn protein có giá trị dinh dưỡng và sinh học cao, có các axit amin thay thế và không thay thế, vitamin và hàm lượng khoáng cao Chúng có mặt trong khẩu phần

ăn của chúng ta dưới nhiều hình thức như nấu canh, chế biến thành dạng tấm, snack hoặc bổ sung vào trong các loại bánh ngọt và bộ nêm… Tuy nhiên, cơ thể con người không đủ các loại enzyme để phá vỡ hoàn toàn thành tế bào khá cứng chắc của rong mứt mà chủ yếu nhờ vào tác dụng cơ học khi nhai là chính nên nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là protein chưa được thoát ra bên ngoài dẫn đến khả năng hấp thụ rất thấp Vì vậy, việc tìm ra giải pháp nhằm nâng cao khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ rong mứt của con người là việc cần thiết Một trong những cách đó là phải xử lý thành tế bào rong mứt trước làm thoát dịch ra bên ngoài sau đó dùng bã rong mứt làm chất mang trong quá trình sấy.Từ đó việc nghiên cứu trích ly protein

từ rong mứt nhằm chuẩn bị cho việc sản xuất các sản phẩm khác nhau từ rong mứt

là cần thiết nhằm khắc phục các vấn đề trên Mục tiêu nghiên cứu:

- Khảo sát sơ bộ thành phần hóa học của nguyên liệu

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và nồng độ dung môi lên hiệu suất trích ly

- Khảo sát quá trình sấy nhằm bảo quản sản phẩm

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN :

1.1.1 Khái quát về rong biển [3],[11]

Rong biển hay còn gọi là tảo bẹ hay cỏ biển là một loài thực vật sinh sống ở biển, thuộc nhóm tảo biển Rong biển có thể sống ở cả hai môi trường nước mặn

và nước lợ Chúng mọc trên các rạn san hô hoặc trên các vách đá, hoặc có thể mọc dưới tầng nước sâu với điều kiện có ánh sáng mặt trời chiếu tới để quang hợp

Rong biển đã dần trở nên phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, là thức ăn rất giàu dưỡng chất Trong các phương pháp dưỡng sinh của nhiều dân tộc trên thế giới, rong biển được coi là thức ăn tạo sự dẻo dai, khỏe mạnh về thể chất và tinh thần cho con người

1.1.2 Phân loại rong biển [3]

Rong biển được phân loại thành ba nhóm chính: tảo xanh (chlorophyta), tảo nâu (Phaeophyta) và tảo đỏ (Rhpdpphyra) Việc phân loại này dựa trên hình dạng, sắc tố, cấu tạo thành tế bào, đặc điểm sinh sản và tính chất hoá học tự nhiên của chúng Trong mỗi ba nhóm tảo chính này, sự phân loại được dựa trên đặc điểm như là cấu trúc, hình dạng và sự hình thành

Hình 1.1 Các loài rong biển trên thế giới(Gracilaria,eucheuma, laminaria,

porphyra)[11]

1.1.3 Môi trường sống [3]

Rong biển là một trong những nguồn lợi sinh vật biển quan trọng Ở nước ta

có hơn 600 loài phân bố rộng ở các vùng sinh thái khác nhau Từ vùng cao triều đến vùng hạ triều, từ vùng đất mềm đến các đầm nước lợ, đồng muối…ở đâu cũng có rong biển Sản lượng của từng loài hay nhóm loài phụ thuộc vào môi trường nơi chúng sống Có những nơi mật độ cao rong biển hình thành như những “đồng cỏ” ở dưới biển Các vùng đặc trưng cho sự phong phú của rong biển là Quảng Ninh, Hải Phòng, Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh, Khánh Hoà và các vùng đảo…(Vũ Trung Tạng, 1979)

Rong biển chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh, chúng hấp thụ khí và chất dinh dưỡng từ môi trường nước trong vùng chúng sinh trưởng Sự sinh truởng của chúng chịu ảnh hưởng nhiều vào sự luân chuyển liên tục của dòng

nước và thông thường rong biển sinh trưởng tự nhiên hiếm khi thiếu hụt dinh dưỡng

1.1.4 Giá trị dinh dƣỡng của một số loài rong biển [11]

Phân tích giá trị thành phần dinh dưỡng của rong biển người ta thấy, hàm lượng vitamin A trong rong biển cao gấp 2-3 lần so với cà rốt, hàm lượng canxi cao gấp 3 lần so với sữa bò, vitamin B2 cao gấp 4 lần trong trứng Nghiên cứu của

y học hiện đại cho thấy rong biển còn chứa các dưỡng chất sau:

Vitamin C trong rong biển là chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự trao đổi chất của tế bào, thúc đẩy sự hình thành collagen trong cơ thể, làm vết thương mau lành và có tác dụng phòng chảy máu chân răng

Vitamin B2 trong rong biển có tác dụng tham gia truyền dẫn trong quá trình oxy hóa của cơ thể Nếu cơ thể thiếu vitamin B2 kéo dài sẽ gây rối loạn trao đổi chất của các tế bào

Axit béo trong rong biển có tác dụng thúc đẩy cơ thể thải loại cholesterol, khống chế lượng cholesterol trong máu, từ đó ngăn ngừa bệnh cao huyết áp và bệnh tim mạch Ngoài ra, rong biển còn chứa DHA, canxi và một số dưỡng chất khác cần thiết cho sức khỏe

Qua nghiên cứu và thực nghiệm lâm sàng, các chuyên gia y học thấy rằng, rong biển có tác dụng bổ máu, tốt cho tim, thận, hệ tuần hoàn, hệ bài tiết và các cơ quan sinh dục Rong biển làm dẻo dai các mạch máu và các mô tế bào, giúp điều hòa hoạt động giữa các hệ thống trong cơ thể Thành phần quan trọng trong rong biển là chất fertile clement - có tác dụng điều tiết máu lưu thông, tiêu độc, loại bỏ các cặn bã trong cơ thể Trong rong biển có chứa polysaccharide, có tác dụng hấp thu cholesterol thải ra ngoài cơ thể, khiến hàm lượng cholesterol trong huyết dịch duy trì ở mức cân bằng

Nhiều nghiên cứu khoa học trong thời gian gần đây cũng đã xác nhận, rong biển

có tác dụng phòng chống virus và ung thư Các chuyên gia y học đã phát hiện ra huyết dịch của những bệnh nhân ung thư mang tính axit, trong khi đó rong biển lại là thức ăn mang tính kiềm chứa nhiều canxi, vì thế, có tác dụng điều tiết và

cân bằng độ axit và kiềm trong máu có nhiều trong

đẩy nhanh quá trình bài tiết, hạ thấp nồng độ những chất có nguy cơ gây ung thư trong đường ruột, từ đó làm giảm mắc ung thư kết tràng và ung thư trực tràng

Dưới góc nhìn của y học hiện đại, rong biển là loại thức ăn thường được dùng phối hợp trong thực đơn cho những người béo phì, người mắc bệnh tiểu đường, người cao huyết áp và người bị suy tuyến giáp trạng

1.2 RONG MỨT

1.2.1 Khái quát chung về rong mứt [11]

Rong mứt có tên khoa học là Porphyra vietnamensis, thuộc ngành rong

đỏ.Khi non có màu hồng nhạt, cơ thể mỏng, nhất là ở vùng cằn cỗi; khi già

ở vùng đất tốt cây cao, dày, tím thẫm Rong mứt là một trong ba loại rong thực phẩm được ưa chuộng nhất, có giá trị dinh dưỡng cao, với hàm lượng chủ yếu là protein (25-35% khối lượng khô), carbohydrate, vitamin B3, A,

C, nhiều nguyên tố vi lượng và khoáng…

Phân loại sinh học:

1.2.2 Đặc điểm hình thái [3]

1.2.2.1 Hình dạng

Porphyra có hình dạng rất đơn giản, phiến tròn, ovan, dạng lá dài và hẹp Có

loại hình dạng như ngọn giáo, dài từ 5-35 cm, mép nhẵn hoặc gợn song, có cuống ngắn, bám trên đá hoặc vỏ sò bằng rễ giả, dày 18-24µm

Porphyra vietnamensis có phiến mỏng, chỉ do một lớp tế bào tạo thành, màu đỏ

nâu hoặc màu tím, dẹp dài, bìa dúng, dài 4-7 cm Khi non có màu hồng nhạt, cơ thể mỏng, nhất là ở vùng cằn cõi Khi già ở vùng đất tốt cây cao, dày, tím thẩm

Porphyra crispate có phiến hình ovan, dúng nhiều, rộng 2-4 cm, dày 60µm Porphyra yezoensis và Porphyra tenera người Nhật thường trồng.Tản có dạng

phẳng, phiến lá rộng hình elip.Những lá lược có dạng thường không đều, nứt ra tại vòng kẹp giữa, không có hình dạng xác định, có hai lớp ở thành tế bào

Hình1.2 Một số loài porphyra thường gặp [30]

1.2.2.2 Màu sắc [3]

Những phiến lá có màu thay đổi từ vàng, oliu, hồng đến màu tía

Màu sắc của rong do hai sắc tố sau tạo nên:

- Chlorophyll a

- Phycobilin: gồm hai loại phycoerythrin và phycocyanin

Chlorophyll a được sử dụng trong quá trình quang hợp, do sắc tố này mà tảo có màu xanh lục Nhưng sắc tố này thường bị che lấp bởi sắc tố phycoerythrin (sắc

tố đỏ) nên rong không còn màu xanh nữa mà có màu đỏ Phycocyanin cho màu xanh lam Sắc tố phycobilin có thể tan trong nước, nằm trong phycobilisome Phycobilisome có khối lượng khoảng 7 triệu Dalton.Trong phycobilisome, ngoài hai sắc tố trên còn có allphycocyanin Phyconilisome hoạt động như một anten thu nhận năng lượng mặt trời và chuyển nhượng vào PS II Con đường chuyển năng lượng bắt đầu từ phycoerythrin sang phycocyanin và cuối cùng đến allphycocyanin trước khi tới PS II

Chlorophyll hấp thu ánh sáng lam và đỏ Phycobilin hấp thu ánh sáng lục, vàng

và da cam Phổ hấp thu cực đại phycoerythrin nằm trong khoảng 450-570 nm, phổ phát xạ nằm trong khoảng 570-575 nm Trong khi quang phổ hấp thu cực đại của phycocyanin thì nằm trong khoảng 610-650 nm, phổ phát xạ nằm trong khoảng 630-645 nm

Hình 1.3 Cấu trúc phycobilisome [30]

1.2.2.3 Cấu tạo tế bào[3]

Tế bào có vách bằng chất cellulose, phía ngoài có chất gelose hay agar - agar (chất keo nhầy) bao bọc, hoặc thấm thêm chất vôi (CaCO3) nên cứng rắn Một nhân nằm trong chất nguyên sinh ở sát vách Thể màu hình sao, hình đĩa, hình hạt, hình que hay hình dải, chứa diệp lục a, và hai chất màu phụ là phycoerythrin (màu hồng) và phycocyanin (màu xanh) Nhờ hai chất màu phụ này có khả năng hút các tia xanh, tia lục, Tảo đỏ có thể sống ở những mức nước khá sâu Tuỳ theo hàm lượng các chất màu mà cơ thể có màu đỏ tươi, đỏ tía, hồng hay gần như xanh Đại đa số tế bào tảo đỏ không có hạch tạo bột, sản phẩm đồng hóa là amylodextrin giống như tinh bột nhưng khi gặp iốt thì cho màu đỏ nhạt chứ không phải màu xanh (gọi là tinh bột tảo đỏ)

1.2.3 Chu trình sống[30]

Trong sinh sản vô tính, Porphyra sẽ hình thành bào tử bằng cách phân chia tế bào,

một tế bào mẹ sẽ phân chia thành hai hoặc bốn tế bào con Mỗi tế bào con là một bào tử (n) Bào tử này sẽ nảy mầm và phát triển thành dạng tản

Trong sinh sản hữu tính, Porphyra sẽ hình thành giao tử, gồm có giao tử đực và

giao tử cái Một số tế bào của tản sẽ phát triển thành tinh tử (giao tử đực) hình thành tản đực Một số tế bào khác lại phát triển thành noãn (giao tử cái) hình thành tản cái Khi gặp điều kiện môi trường thuận lợi, tinh tử sẽ được phóng ra ngoài,nhờ nước cuốn đi, tinh tử gặp noãn và thụ tinh tạo hợp tử (2n) Sau khi hình thành, hợp tử bắt đầu phân, một tế bào mẹ sẽ phân chia thành nhiều tế bào, các tế bào con vẫn nằm trong tế bào mẹ ban đầu hình thành nên túi bào tử (carpospores) Túi bào tử vỡ ra, các bào tử (2n) sẽ được phóng thích ra ngoài, nảy mầm và phát triển thành hệ sợi (được gọi là giai đoạn conchocelis) Sau dó, một số tế bào của hệ sợi giảm phân hình thành bào tử (n) ( conchospore) Giai đoạn conchocelis mang bào tử được gọi

là bào tử thực vật Bào tử thực vật sẽ giải phóng bào tử (n) (conchospore), bào tử này gặp điều kiện thuận lợi sẽ nảy chồi tạo thành lá non Lá non sẽ phát triển thành tản trưởng thành Tản trưởng thành sẽ tiếp tục trải qua các giai đoạn trong vòng đời của mình

Hình 1.4 Sinh sản hữu tính ở porphyra

1.2.4 Thành phần dinh dưỡng

Thành phần hóa học của rong mứt luôn thay đổi phụ thuộc trạng thái sinh lý, thời gian sinh trưởng, điều kiện sống (cường độ bức xạ, thành phần hóa học của môi trường)

Nước : Chiếm tỷ lệ 77-91%, giảm dần theo thời gian sinh trưởng, ở giai đoạn

tích lũy các chất dinh dưỡng nước đạt 79%, ở rong khô hàm lượng nước từ 20%

18-Glucide

Trong rong đỏ thường chứa các monose như: galactose và mannose Galactose

ở trạng thái kết hợp với acid glyceride tạo hợp chất không bền có thể bị chiết bởi alcohol cao độ Mannose ở dạng kết hợp với acid glyceride và natri tạo hợp chất mannozidoglyceratenatri Tregalatose là disaccharide quan trọng của rong Đỏ chiếm tỷ lệ 15% chất khô

Polysaccharide

Agar: agar là polysaccharide có trong tế bào vây trụ của rong Đỏ Hàm

lượng agar trung bình của rong Đỏ trên thế giới dao động từ 20-40% Trong khi đó thì rong Đỏ của Việt Nam chứa từ 24-45% khối lượng rong khô So với các vùng khác ở miền Trung, rong biển mọc ở Cà Ná, Thuận Hải tích lũy agar với hàm lượng lớn nhất khoảng 35,1-41,6% trọng lượng khô Rong ở vùng này sinh trưởng trong các đầm lầy chứa nước làm muối, có mực nước ổn định, nồng độ muối tương đối cao, giàu chất dinh dưỡng Rong phát triển với kích thước lớn, mật độ cao, rong quang hợp mạnh, tạo nhiều sản phẩm hữu cơ Nói chung hàm lượng agar trong rong Đỏ mang tính địa phương rõ rệt

Carrageenan: Carrageenan là polysaccharide có trong thành phần của

loài rong Đỏ không chứa agar Carrageenan có tính chất tương tự agar Dịch keo carrageenan có thể đông thành thạch như agar nhưng ở nồng độ cao hơn agar Thạch carrageenan có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thạch agar

Furcellaran: Furcellaran là loại keo rong biển chiết suất từ rong Đỏ

Furcellaria Furcellaran có tính chất gần giống Agar nên được gọi là Agaroit Furcellaran hòa tan ở 70ºC, hàm lượng -SO3 nhỏ hơn Carrageenan

Xilan: Xilan là dịch keo chiết suất từ các loại rong Rhodymenia, có giá

trị thực phẩm Thành phần của xilan là đường xilose 5C bị sunfat hóa

Itridophican: Itridophican là loại keo chiết suất từ rong Iridecan

Itridophican là loại muối natri của ester tạo bởi đường galactose và acid sunfuric Tính chất của nó gần giống với carrageenan.Itridophican được dùng

Cellulose: Chiếm 1-8% trọng lượng khô chủ yếu của thành cây rong

Tinh bột rong Đỏ: Tinh bột rong Đỏ còn được gọi là florid chứa 96% glucose, còn lại là gốc sunfat Florid tác dụng với Iod cho màu vàng

Protein

Khác với rong Nâu, protein trong rong Đỏ chiếm tỷ lệ cao hơn Chẳng hạn protein của Gracilaria Khánh Hòa chiếm 19,5% trọng lượng khô Hàm lượng protein rong Đỏ trung bình đạt 20% trọng lượng rong khô Hàm lượng protein rong Đỏ giảm dần theo vĩ độ và cao nhất vào tháng 5 đến tháng 6 trong năm Hàm lượng protein trong rong Đỏ Việt Nam dao động trong giới hạn 5-22% (Viện nghiên cứu biển Nha Trang), rong Đỏ miền Bắc Việt Nam chứa 9-29% protein (nhóm hóa sinh nội san nghiên cứu biển 5/1973) Hàm lượng protein trong rong Đỏ Nhật Bản khoảng 16-24% trọng lượng rong khô (Kuroda, Atsummura 1954), rong Đỏ của Liên Xô cũ từ 7-35% (Barsitkov, 1963) Như vậy hàm lượng protein trong rong Đỏ có hướng giảm dần theo vĩ

độ

Lipid

Hàm lượng lipid không đáng kể và cũng chưa có nhiều dẫn liệu nghiên cứu

Sắc tố

Rong Đỏ chứa các sắc tố như: Diệp lục tố (Chlorophil), sắc tố đỏ (Caroten), sắc tố vàng (Xantophyl), sắc tố xanh lam (Phycocyanyn) Nhìn chung sắc tố rong Đỏ kém bền hơn sắc tố rong Nâu vì vậy một số loài rong Đỏ được tẩy màu bằng phương pháp tự nhiên bằng phơi nắng

Chất khoáng

Theo Baraskov (1963) hàm lượng chất khoáng trung bình của rong Đỏ trên thế giới chiếm khoảng 20% trọng lượng khô Rong Đỏ khô tuyệt đối của miền Bắc Việt Nam chứa khoảng 23-34% tổng lượng chất khoáng, còn rong miền Nam chứa 13,25- 57,63% (Hoàng Cường, Lâm Ngọc Trâm 1980) Thành phần chủ yếu của chất khoáng trong rong Đỏ là canxi, kali, lưu huỳnh

và hàng loạt các nguyên tố khác như: Mg, Al, Ba, Sr, Si đạt tới 0,10-1% (theo hàm lượng tro); Mn, Cu, Zn, Ag, Ti đạt tới 0,10-2% (theo hàm lượng tro); Co,

Mo, Cr, V, Sn, Pb, N đạt tới 0,10-3% (theo hàm lượng tro) Trong số chất khoáng có trong rong Đỏ thì 70-80% là muối hòa tan trong nước ngọt như: NaCl, KCl, K2SO4, NaI, MgCl2, Na2CO3, Na2SO4, MgCO3…còn muối không hòa tan thường là muối carbonat, sunfat hay photphat canxi hoặc magiê: CaSO4, Ca3(PO4)2, CaCO3, MgCO3, Mg3(PO4)2,…Ngoài ra trong tro của rong Đỏ còn thấy: CaO, MgO, Na2O và SiO2 … (Kzeveter, 1952), (Krishna – Pilla, 1957)

Hàm lượng chất khoáng phụ thuộc vào giống loài, điều kiện sống, giai đoạn sinh trưởng Rong sống trong đầm thường có hàm lượng khoáng thấp hơn trong nước biển

Enzyme

Enzyme trong rong Đỏ được nghiên cứu khá đầy đủ và toàn diện nhất

là các loại enzyme chuyển hóa gluxit

Nghiên cứu dịch chiết từ rong Hydrophyeus flaccidum, Bean và Hasid (1956) đã tìm ra hai loại enzyme oxydaza Một loại chuyên chuyển đường đơn

thành axit tương ứng như chuyển glucose thành axit gluconic galactose thành axit galactonic … loại thứ hai chuyển đường thành ozon Dịch chiết từ rong Rhody nenia palnata có chứa các loại enzyme thủy phân gluxit (Duncan, Manners, Ross 1956)

Một số loài rong như: Polysiphonia senticuloza, Porphyra pseudolenearis,

Gelidium amansii, Ceranium boydenii, Gracilaria Verrucosa chứa enzyme

catalase (Takagi 1953) Catalase của các loài rong có pH tối thích dao động trong khoảng 7.17-8.04 và nhiệt độ tối ưu từ 5-15oC (Takagi 1953)

Từ dịch chiết rong Porphyra tencca, chiết tách được enzyme protease phân

giải protein Dựa vào sự hoạt động của protease cây rong trên nhiều cơ chất khác nhau, người ta xếp nó vào nhóm enzyme papain hay cathepxin (Tazawa, M.W 1953)

1.2.5 Nuôi trồng, thu hoạch và bảo quản rong mứt-porphyra [11]

 Lịch sử nghiên cứu nuôi trồng rong porphyra:

Việc nuôi trồng porphyra bắt đầu cách đây 300 năm, khi người Nhật sử dụng

phương pháp thô sơ là dùng những nhánh tre để lấy bào tử Tuy nhiên, sự có mặt của bào tử vẫn do tự nhiên định đoạt và sản lượng hàng năm không cao

Năm 1960, phương pháp nuôi trồng mới được áp dụng nhờ vào kết quả khám phá

giai đoạn Conchocelis của porphyra Kết quả này cho phép các nhà khoa học làm

thế nào xác định sản lượng tối đa của rong trồng trọt

Hiện nay porphyra là một trong những ngành công nghiệp nuôi trồng thuỷ sản lớn

nhất ở Nhật, Hàn Quốc và Trung Quốc Việc nuôi trồng rong biển hiện nay đang được lan rộng đến nhiều nước khác Trên thế giới có gần 133 loài, bao gồm 28 loài

ở Nhật, 30 loài từ Bắc Đại Tây Dương của châu Âu đến bờ biển Thái Bình Dương của Canada và Mỹ

 Nuôi trồng:

Porphyra có thể thu hoạch từ nguồn tự nhiên hoặc được nuôi trồng Trước

chiến tranh thế giới thứ hai, việc sản xuất chỉ ở mức thấp; do đó Porphyra là thực

phẩm đắt tiền và có giá trị Những kỹ thuật mới phát triển sau chiến tranh bao gồm việc trồng bằng lưới, gieo giống nhân tạo, lập vườn ươm cất trữ ở nhiệt độ thấp, và

sự cơ giới hoá quá trình chế biến rong khô Tất cả những việc này đã làm gia tăng

nhanh chóng sản lượng Porphyra Việc nuôi trồng rong biển luôn tăng nhanh và trở

thành ngành công nghiệp nuôi trồng thuỷ sản lớn nhất ở Nhật

Phương pháp nuôi trồng rong Porphyra tại Nhật:

Loại Porphyra quen thuộc nhất thường sử dụng để trồng trọt ở Nhật là Porphyra

yezoensis Loài này thường phát triển ở những bờ biển xa chịu ảnh hưởng của nhiệt

độ thấp suốt năm Quá trình trồng trọt Porphyra gồm hai giai đoạn Đầu tiên,

Porphyra được trồng trong nhà kính để thu hệ sợi Conchocelis từ tháng 5 đến

tháng 10 Sau đó hệ sợi sẽ được trồng trong điều kiện tự nhiên và phát triển thành tản trưởng thành từ tháng 10 đến tháng 4 hoặc tháng 5 năm sau

Ở Việt Nam, ngành nuôi trồng rong biển vẫn chưa phát triển, chủ yếu là mọc tự nhiên trên các tản đá

 Thu hoạch:

Ở Nhật và Hàn Quốc rong thường được thu hoạch từ tháng 12 đến tháng 3 Trước đây, rong chỉ được thu hoạch bằng cách nhặt chúng từng lưới một Ngày nay,

đã sử dụng máy cắt quay bằng động cơ tương tự như máy cắt cỏ

Ở Việt Nam, khi tới thời gian thu hoạch từ tháng 12-2, rong mứt sẽ được cạo từ các tản đá nằm sát bờ biển vào thời điểm sáng sớm ( khoảng 4h – 8h ) khi nước biển đã rút

 Bảo quản:

Rong cần được phơi khô hoặc ép thành bánh.Với cách này có thể để dành khoảng 6 tháng Cần phơi trên các nong tre hay các giàn phơi cách mặt đất 0,5-0,8m, chiều

rộng giàn phơi không quá 1,5-2 m, độ dày lớp rong < 3 cm sau 2-3 ngày rong khô, đạt độ ẩm ≤ 22% Sau khi phơi cần để rong trong mát để cân bằng độ ẩm, sau đó mới mới bảo quản hay vận chuyển tiếp theo

Kho chứa rong phải khô thoáng, lưu thông không khí Không khí trong kho có độ

ẩm ≤ 80% Các kiện rong được để trên các giàn cách mặt đất 15-20 cm Giữa các giàn có lối đi lại để thường xuyên kiểm tra, bốc xếp, tạo độ thoáng để tản nhiệt

1.2.6 Sản lƣợng rong Porphyra trên thế giới và ở Việt Nam [3]

 Sản lƣợng rong Porphyra trên thế giới:

Việc nuôi trồng rong biển luôn tăng nhanh và trở thành ngành công nghiệp nuôi trồng thuỷ sản lớn nhất Nhật Hiện nay rong mứt được trồng chính ở biển Ireland của Anh và ở vùng Đông Nam của Nhật Sản lượng hàng năm ở Nhật vào những năm 1925-1957 là khoảng 3-5000 tấn trọng lượng Vào những năm 1958-

1980 sản lượng tăng vọt từ 5000 tấn đến 35000 tấn trên năm, phần lớn là do sử dụng lưới có hạt giống nhân tạo để thu hệ sợi Conchocelis Hiện nay, công nghiệp

Porphyra ở Nhật đã được cơ khí hoá cao, hoạt động có hiệu quả, có tới 67000 hecta

diện tích mặt nước bị bao phủ bởi những tấm lưới rong mứt

Mức tiêu thụ rong mứt ở châu Âu hiện nay còn ở mức thấp Nhưng có thể trong tương lai, sản phẩm này sẽ được sử dụng nhiều Một vài khu vực ở bờ biển phía Tây như Scotland, Ireland, Pháp, Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha có thể phù hợp cho việc trồng rong mứt Hiện nay, việc trồng trọt đang đuợc thử nghiệm ở British Columbia (Canada) với quy mô lớn

pectinase có thể được phân loại theo cơ chế tác dụng của chúng Pectinesterase

(PE): xúc tác sự thủy phân của các nhóm methyl ester Enzyme thường tấn công vào các nhóm ester methyl của đơn vị galacturonate nằm kề đơn vị không bị ester hoá, phân cắt các nhóm methoxy (-OCH3) đứng cạnh các nhóm -COOH tự do, tạo thành acid pectinic hoặc acid pectic và methanol Pectinesterase thu được từ các nguồn khác nhau có giá trị pH tối ưu khác nhau Nếu thu từ nguồn vi sinh vật thì pH tối ưu

từ 4,5 ÷ 5,5; còn nếu từ nguồn thực vật thì có pH tối ưu từ 5,0 ÷ 8,5 Pectinesterase

từ nấm mốc có nhiệt độ tối ưu là 30 ÷ 40°C và bị vô hoạt ở 55 ÷ 62ºC Pectinesterase thường được hoạt hoá bởi các ion Ca2+ và Mg2+ Polygalacturonase

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

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 có nhiều cấu tử và thường có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất Trên cơ sở tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng với cơ chất, enzyme polygalacturonase được chia làm các loạ

1.3.2 Các đặc tính kỹ thuật quan trọng của enzyme pectinase [4]

Pectinesterase (PE) Các PE ở thực vật tấn công vào hoặc đầu không khử

hoặc gần với nhóm carboxyl tự do và tiến dọc theo phân tử bằng cơ chế chuỗi đơn, tạo ra các khối galacturonic acid không bị ester hoá rất mẫn cảm với calcium Các cấu trúc khác nhau của chuỗi galacturonan, chẳng hạn như các monomer acetyl hoá, các nhóm ester bị chuyển đổi thành amide hay bị khử đến rượu bậc một, hay sự tồn tại của các vùng có nhiều mạch nhánh, ức chế hoạt động của PE PE có tính đặc hiệu cao đối với nhóm methylester của polygalacturonic acid Các ester khác chỉ bị tấn công rất chậm, còn các nhóm methylester của polymanuronic acid thì không hề

bị tấn công Tốc độ khử ester hoá trên mạch pectin phụ thuộc vào độ dài của mạch, trimethyl trigalacturonate không bị tấn công Các PE của nấm khác với PE của thực vật theo cơ chế đa mạch, các nhóm mehtoxyl bị lấy đi một cách ngẫu nhiên

Polygalacturonase Việc xác định hoạt tính của enzyme này bằng cách đo độ nhớt

của dung dịch pectic acid gồm methylester và glycolester cho thấy sự giảm nhanh tốc độ và mức độ thuỷ phân, đồng thời tăng mức độ ester hoá Các nhóm acetyl có mặt làm giảm mức độ thủy phân bằng cách giảm ái lực của các phân tử cơ chất qua các khối chứa các điểm liên kết Sự thủy phân bị hạn chế do sự có mặt của các nhóm acetyl có thể được xác minh bằng cách sử dụng pectin củ cải đường làm cơ chất PG tạo bởi nấm có thể thủy phân đến 70% pectin bị acetyl hoá Tuy nhiên, kiểu tác dụng lên cơ chất của các PG có từ các nguồn khác nhau thì khác nhau

Cơ chất tốt nhất cho sự phân hủy của endo-pectin-lyase ở pH > 7 là pectin hoàn toàn bị ester hóa Tuy nhiên, ở các giá trị pH nhỏ hơn, enzyme này vẫn hoạt động đối với pectin bị ester hóa ít hơn, đồng thời cần Ca2+ để kích hoạt Điều này có

ý nghĩa thực sự đối với các quá trình chế biến trái cây Những enzyme này cần các nhóm methylester để hoạt động, trái lại chúng bị bất hoạt khi có mặt các nhóm glycolester và các pectate bị amide hóa Trái lại, endo-pectate lyates không phân biệt methylester và glycolester của pectic acid Điều thú vị là pectate không phải là

cơ chất tốt nhất cho vi khuẩn PAL từ vi khuẩn Chúng có hoạt độ cực đại (tốc độ

ban đầu và mức độ phân hủy) nên pectin có hàm lượng methoxyl thấp Gần đây,

rhamno-galacturonase là enzyme được phát hiện có khả năng phân cắt liên kết glucoside trong các vùng phân nhánh nhiều của phân tử galacturonic rhamnose acid

có trong pectin của quả táo với hoạt tính rất cao khi những phân tử này bị ester hoá

và arabinose bị lấy đi do bị thủy phân bởi acid (vùng phân nhánh nhiều bị sửa chữa) Enzyme này có mặt trong các chế phẩm thương mại của pectinase và chắc chắn phải được phân loại là pectinase Sản phẩm cuối là các oligomer có các đơn vị rhamnose và galacturonic acid, trong đó rhamnose làm hình thành đầu không khử Enzyme thương mại là các chế phẩm enzyme của nấm mốc, được điều chế chủ yếu

từ các loại Aspergillus Chúng thường là hỗn hợp của các PE, PG và PEL,

hemicellulase và endo-β-glucanase (C-x-cellulase) Các enzyme được thu nhận từ nấm mốc được sử dụng để sản xuất chế phẩm pectinase, trừ enzyme C-1-cellulase (cellobiohydrolase) là được thêm vào để chế phẩm đạt được mục đích kỹ thuật

Enzymearabinase đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chế biến nước

ép trái cây

1.3.3 Ứng dụng của hệ enzyme pectinase [20]

1.3.3.1 Tình hình ứng dụng enzyme trong công nghiệp trên thế giới

Từ khi phát hiện ra enzyme và khả năng chuyển hóa của enzyme loài người

đã tăng nhanh quá trình sản xuất và ứng dụng enzyme trong công nghiệp Số lượng enzyme phát hiện ngày càng nhiều và số lượng enzyme được ứng dụng vào công nghiệp cũng ngày càng nhiều

Các enzyme thuộc nhóm protease hiện đang được ứng dụng nhiều nhất.Trong đó enzyme protease kiềm được ứng dụng trong chất tẩy rửa với số lượng lớn nhất so với các loại emzym khác

Trong số các enzyme được sản xuất và ứng dụng trên thế giới, các nước châu

Âu sản xuất và bán ra thị trường thế giới số lượng nhiều nhất

1.3.3.2 Ứng dụng của hệ enzyme Pectinase

Trong sản xuất thực phẩm, người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dưới dạng tinh khiết Người ta không dùng chế phẩm dưới dạng canh trường nấm

mốc sấy khô Tỉ lượng chế phẩm pectinase cô đặc trên lượng nguyên liệu đem chế biến vào khoảng từ 0,03 ÷ 0,05 đến 0,10%

Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm sau:

- Sản xuất rượu vang

- Sản xuất nước quả và nước uống không có cồn

- Sản xuất các mặt hàng từ quả: nước quả cô đặc, mứt nhừ, mứt đông,…

- Sản xuất nước giải khát

- Sản xuất cà phê

Cơ chế tác động của enzyme pectinase

Trong chế biến nước quả, người ta sử dụng các chế phẩm enzyme nhằm hai mục đích cơ bản

- Phá vỡ thành tế bào: Tế bào thực vật được cấu tạo bằng vỏ tế bào (thành tế bào)

Vỏ tế bào như một lớp thành bảo vệ rất hữu hiệu và tạo hình cho tế bào Ở vỏ tế bào thực vật có nhiều chất pectin, các chất pectin được xem như chất xi măng gắn các tế bào với nhau Phá vỡ sự gắn kết này sẽ tạo điều kiện cho các vật chất trong tế bào thoát ra khỏi tế bào Các chế phẩm enzyme không chỉ chứa pectinase mà còn chứa các enzyme trong nhóm cellulase Các loại enzyme này sẽ làm phá vỡ thành tế bào

và giúp quá trình thu nhận dịch tế bào tốt hơn

- Làm trong nước quả : Nước quả sau khi được tách khỏi tế bào thường chứa nhiều chất khác nhau Trong đó chất pectin chiếm lượng đáng kể và pectin thường gây hiện tượng độ nhớt cao và gây đục nước quả

1.4 HỆ ENZYME VISCOZYME [4]

1.4.1 Giới thiệu

arabanase, cellulase,

-Aspergillus aculeatus

 ạt tính amylase và lipase thấp trong Viscozyme L làm cho các thành phần của vật liệu không bị ảnh hưởng trong quá trình chiết

Trong quá trình trích ly, dung môi thường ở dạng pha lỏng, còn mẫu nguyên liệu có thể ở dạng pha rắn hoặc pha lỏng Nếu mẫu nguyên liệu ở dạng pha rắn, quá trình được gọi là trích ly rắn - lỏng Còn nếu mẫu nguyên liệu ở dạng lỏng thì đây là quá trình trích ly lỏng - lỏng

Dung môi:

Chọn dung môi là một vấn đề rất quan trọng để thực hiện quá trình trích ly Người

ta thường dựa vào những tiêu chí sau đây để chọn dung môi:

- Dung môi có khả năng hoà tan chọn lọc, tức cấu tử cần thu nhận trong mẫu nguyên liệu có độ hoà tan cao trong dung môi Ngược lại, các cấu tử khác có trong mẫu nguyên liệu cần trích ly thì không hoà tan được trong dung môi hoặc có độ hoà tan kém

- Dung môi phải trơ với các cấu tử có trong dịch trích

- Dung môi không gây hiện tượng ăn mòn thiết bị, khó cháy và không độc với người sử dụng

- Dung môi có giá thành thấp, dễ tìm, các nhà sản xuất có thể thu hồi dung môi sau khi trích ly để tái sử dụng

- Những dung môi phổ biến hiện nay trong sử dụng thực phẩm bao gồm: nước, một

số loại dung môi hữu cơ và CO2 ở trạng thái siêu tới hạn

1.5.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện

- Khai thác: các quá trình trích ly trong công nghệ thực phẩm có mục đích chủ yếu

là khai thác do chiết rút các cấu tử cần thu nhận có trong nguyên liệu ban đầu, làm tăng nồng độ của chúng trong sản phẩm cuối cùng Yêu cầu chung của các quá trình trích ly nói trên là chiết rút các cấu tử thu nhận từ nguyên liệu với hàm lượng càng cao càng tốt

- Hoàn thiện: Quá trích trích ly có thể cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm

1.5.3 Các biến đổi của nguyên liệu

- Hóa lý: Biến đổi hóa lý được xem là nhóm biến đổi quan trọng nhất trong quá trình trích ly Đó là sự hòa tan các cấu tử từ nguyên liệu (pha rắn) vào dung môi (pha lỏng) Cần lưu ý là tùy theo tính chọn lọc của dung môi mà thành phần và hàm lượng các cấu tử cần thu nhận, dịch trích sẽ thay đổi Thông thường, cùng với các cấu tử cần thu nhận, dịch trích còn chứa một số cấu tử hoàn tan và không tan khác Trong quá trình trích ly có thể xảy ra những biến đổi về pha khác như sự bay hơi, sự kết tủa…

- Vật lý: sự khuếch tán là biến đổi vật lý quan trọng quá trình trích ly Các phân tử chất tan sẽ dịch chuyển từ tâm của nguyên liệu đến vùng bề mặt và dịch chuyển từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi Các phân tử dung môi sẽ khuếch tán từ vùng bên ngoài nguyên liệu vào bên trong cấu trúc các mao dẫn của nguyên liệu Sự

khuếch tán sẽ giúp quá trình chiết rút các cấu tử cần trích ly từ nguyên liệu vào dung môi xảy ra nhanh và triệt để hơn Động lực của khuếch tán là do chênh lệch nồng độ

- Hóa học : Trong quá trình trích ly, có thể xảy ra các phản ứng hóa học giữa các cấu tử trong nguyên liệu Tốc độ của phản ứng hóa học sẽ gia tăng khi chúng ta thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao

- Hóa sinh và sinh học :Khi sử dụng dung môi là nước và thực hiện quá trình trích

ly ở nhiệt độ phòng thì một số biến đổi hóa sinh và sinh học có thể xảy ra Các enzyme trong nguyên liệu sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa những cơ chất có nguồn gốc từ nguyên liệu Hệ vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ phát triển Tuy nhiên, nếu chúng ta thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao thì các biến đổi hóa sinh và sinh học xảy ra không đáng kể

Tóm lại, trong quá trình trích ly có thể xảy ra các biến đổi khác nhau.Tùy thuộc vào phương pháp trích ly và các thông số công nghệ mà mức độ của các biến đổi sẽ thay đổi

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng [10]

Hàm mục tiêu của quá trình trích ly là hiệu suất thu hồi cấu tử cần chiết tách

Đó là tỉ lệ giữa hàm lượng cấu tử trong dung dịch trích so với hàm lượng của nó trong nguyên liệu đem trích ly Giá trị hiệu suất thu hồi càng cao thì hiệu quả kinh

tế càng cao Cần lưu ý là trong một số trường hợp cấu tử thu nhận không phải là một chất mà là một hỗn hợp gồm nhiều hợp chất hóa học khác nhau có trong nguyên liệu đem trích ly

- Kích thước của nguyên liệu: kích thước của nguyên liệu càng nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, nếu kích thước của nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho quá trình nghiền xé nguyên liệu sẽ gia tăng, ngoài ra việc phân riêng pha lỏng và pha rắn khi kết thúc quá trình trích ly sẽ trở nên khó khăn hơn Bằng phương pháp thực nghiệm các nhà sản xuất cần xác định kích thước phù hợp ứng với từng loại nguyên liệu đem trích ly

- Tỉ lệ khối lượng nguyên liệu và dung môi: Với cùng một lượng nguyên liệu, nếu ta tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo Đó là do sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và trong dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, nếu lượng dung môi sử dụng quá lớn sẽ làm giảm dịch trích Khi

đó, các nhà sản xuất phải thực hiện quá trình cô đặc hoặc xử lý dịch trích bằng phương pháp khác để tách bớt dung môi Như vậy chúng ta cần xác định tỷ lệ phù hợp giữa khối lượng nguyên liệu và dung môi

- Nhiệt độ trích ly: Khi tăng nhiệt độ, các cấu tử sẽ chuyển động nhanh hơn do đó

sự hòa tan và khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ được tăng cường Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung môi sẽ giảm, dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ trích ly có thể xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn trong dịch trích và sự tổn thất các cấu

tử các cấu tử hương sẽ gia tăng Do đó, các nhà sản xuất cần phải chọn nhiệt độ trích ly tối ưu tùy theo từng trường hợp cụ thể

- Thời gian trích ly: khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ gia tăng Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ không tăng thêm đáng kể Các nhà sản xuất cần xác định thời gian tối ưu cho quá trình trích ly bằng phương pháp thực nghiệm

- Tốc độ của dòng dung môi chảy qua lớp nguyên liệu trong thiết bị trích ly: nếu dòng dung môi được bơm với một tốc độ cao vào thiết bị chứa nguyên liệu cần trích

ly thì sẽ làm giảm đi kích thước lớp biên bao bọc xung quanh nguyên liệu, đây là nơi tập trung các cấu tử hòa tan Do đó, tốc độ trích ly của các cấu tử từ nguyên liệu

sẽ gia tăng Tùy thuộc vào hình dạng thiết bị, kích thước của lớp nguyên liệu trong thiết bị mà tốc độ dòng dung môi trong thiết bị sẽ đƣợc lựa chọn sao cho thời gian trích ly là ngắn nhất, hiệu suất thu hồi chất chiết là cao nhất

- Áp suất: trong phương pháp trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, áp suất và nhiệt độ

là hai yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất thu hồi chất chiết Thông thường, khi tăng áp suất và nhiệt độ thì quá trình trích ly diễn ra càng nhanh và hiệu suất

trích ly sẽ tăng theo.Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ làm tăng chi phí vận hành và giá thành thiết bị cũng tăng cao

1.6 SƠ LƢỢC QUÁ TRÌNH SẤY [2]

1.6.1 Động lực của quá trình sấy

Sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (rắn) dưới tác dụng của nhiệt

Động lực của quá trình: chênh lệch ẩm tại vùng tâm vật liệu và bề mặt vật liệu, chênh lệch áp suất của hơi nước trên bề mặt vật liệu với tác nhân sấy

Quá trình ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai đoạn:

- Giai đoạn một: Ẩm trên bề mặt vật liệu bay hơi từ môi trường chung quanh, tốc độ của quá trình phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và tốc độ chuyển động của môi trường

- Giai đoạn hai: Khi ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn ẩm độ bên trong vật liệu, nước

sẽ khuếch tán từ trong ra bề mặt vật liệu nhờ sự chênh lệch ẩm Khi nhiệt độ trong vật liệu khác nhau thì nước sẽ di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp

Tóm lại, quá trình bay hơi từ vật liệu ẩm gồm có hai giai đoạn là giai đoạn khuếch tán từ bề mặt vào nguyên liệu vào môi trường xung quanh Giai đoạn khuếch tán bên trong vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của vật liệu, dạng liên kết của nước với vật liệu Giai đoạn khuếch tán bên ngoài vật liệu phụ thuộc vào trạng thái của môi trường chung quanh Do đó, tốc độ của hai giai đoạn này thường không bằng nhau và ảnh hưởng đến tốc độ sấy Tốc độ sấy được biểu diễn bằng lượng ẩm (kg) hay bay hơi trên 1m2 bề mặt vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian (giờ) Tốc

độ sấy biến đổi theo thời gian sấy, giảm dần theo mức độ giảm hàm ẩm trong vật liệu sấy

1.6.2 Bản chất đặc trƣng của quá trình sấy

Quá trình sấy được thực hiện do sự chênh lệch áp suất hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt của sản phẩm ẩm (Psf) Để làm cho lượng ẩm trên bề

mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện: Psf >Pxq → Psf - Pxq = ΔP Trị số ΔP càng lớn thì độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh.Trị số Psf phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm Do vậy, sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và

sự phân chia nước không đồng đều của sản phẩm Trong sản phẩm sự vận chuyển nước từ nơi có độ ẩm cao sang nơi có độ ẩm thấp Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuếch tán bên trong khi sấy Sự thay đổi về phân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của nguyên liệu làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khí lò (t), giảm độ ẩm tương đối của không khí (φ), tăng vận tốc không khí (v) nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước môi trường xung quanh càng nhiều, tức là Pxq càng tăng và độ ẩm của sản phẩm ngày càng giảm đến một lúc nào đó đạt chỉ số cân bằng Khi đó Pxq = Pxf và độ ẩm đó gọi là độ ẩm cân bằng Tại độ ẩm cân bằng trị

số ΔP = 0, quá trình sấy ngừng lại

Hình1.5.Đồ thị biểu diễn bản chất đặc trưng của quá trình sấy khô sản phẩm

- Đường cong sấy, thể hiện quan hệ biến đổi của độ ẩm sản phẩm với thời gian sấy

- Đường cong vận tốc sấy thể hiện quan hệ biến đổi giữa vận tốc sấy với độ

ẩm sản phẩm

Qua đồ thị hình 1.6 ta thấy:

- Đường biểu diễn đường cong sấy: chia làm 3 phần (A) (hình 1.6) Giai đoạn hun nóng sản phẩm, đưa từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao có thể bay hơi được Giai đoạn thể hiện sự bay hơi đều đặn của sản phẩm sấy Giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào môi trường thoát ẩm Nếu thoát ẩm tốt thì quá trình sấy sẽ nhanh

Giai đoạn thể hiện hơi nước của sản phẩm bay ra chậm dần và cuối cùng đường biểu diễn song song với trục hoành, lúc này đạt đến độ ẩm cân bằng, quá trình sấy ngừng lại Vì vậy, trong quá trình sấy, phải rút ngắn giai đoạn đầu bằng cách tăng nhiệt độ Ở giai đoạn sau phải tạo điều kiện cho thoát ẩm tốt Đoạn cuối cùng tác động rút ngắn như 2 giai đoạn trên

- Đường cong vận tốc sấy: (V) (hình 1.6) Vận tốc sấy của sản phẩm là lượng hơi nước thoát ra trong một giờ: (1.1) Trên đường biểu diễn của đồ thị hình 1.6 ta thấy:

Ở giai đoạn đốt nóng của sản phẩm tức là tốc độ sấy tăng dần, nhiệt độ của sản phẩm cũng tăng Trong giai đoạn này toàn bộ nhiệt cung cấp cho quá trình đốt nóng sản phẩm Giai đoạn tốc độ sấy không thay đổi toàn bộ nhiệt cung cấp cho sản phẩm dùng vào việc bốc hơi nước, lúc này nhiệt độ sản phẩm hầu như không thay đổi Nhiệt độ đó bằng nhiệt độ hơi nước bốc ra.Giai đoạn sau là giai đoạn vận tốc sấy giảm dần Nhiệt ở giai đoạn này một phần để hơi nước tiếp tục bốc hơi và một phần để sản phẩm tiếp tục nóng lên Tốc độ sấy giảm dần cho đến lúc thủy phân sản phẩm đạt tới mức cân bằng Muốn tốc độ sấy tăng dần trong giai đoạn đầu, ta phải tăng nhiệt độ Khi hơi nước thoát ra đều đặn thì tốc độ thoát hơi nước không đổi, ta phải mở cửa để thoát ẩm, để phá vỡ sự cân bằng thủy phân Giai đoạn sau là giai

đoạn còn một số nước liên kết trong tế bào sản phẩm bay hơi nên ta phải tăng nhiệt

độ lên Vì giai đoạn này phải đóng cửa thoát ẩm trong lò sấy lại

- Trạng thái của sản phẩm đem sấy, sản phẩm ở trạng thái động, sấy nhanh hơn trạng thái tĩnh Vì vậy, cần phải căn cứ vào các yếu tố thúc đẩy quá trình sấy để chọn chế độ sấy thích hợp

1.6.4 Biến đổi nguyên liệu trong quá trình sấy [2]

- Biến đổi tính chất cơ lý như sự biến dạng, hiện tượng co, hiện tượng tăng độ giòn

1.6.4.2 Biến đổi hoá lý

- Khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào trong vật liệu do sự dãn nở về nhiệt

- Có sự chuyển pha từ pha lỏng sang pha hơi của ẩm và có ảnh hưởng của hệ keo trong quá trình sấy, tùy tính chất vật liệu có chứa keo háo nước hoặc keo kỵ nước Nếu keo kỵ nước thì liên kết lỏng lẻo, dễ khuếch tán và ngược lại

1.6.4.3 Biến đổi hóa học

- Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng maillard là phản ứng tạo màu giữa protid và đường khử, phản ứng phân hủy protid

- Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do lượng nước giảm dần

- Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy

1.6.4.3 Biến đổi sinh hóa

- Giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ vật liệu tăng dần và chậm tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của của các hệ enzyme nhất là enzyme oxy hóa khử gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu, vì vậy thường diệt enzyme peroxydase hay polyphenoxydase trước khi sấy

- Giai đoạn sấy hoạt động enzyme giảm vì nhiệt độ sấy lớn hơn nhiệt độ hoạt động của enzyme và lượng nước giảm

- Giai đoạn sau khi sấy một số enzyme (nếu không bị tiêu diệt hoàn toàn) nhất là enzyme oxy hóa khử không hoàn toàn đình chỉ còn tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản tới một giai đoạn có thể phục hồi khả năng hoạt động

1.6.4.5 Biến đổi sinh học

- Về cấu tạo tế bào thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và mất nước Có thể tế bào vẫn phục hồi trạng thái ban đầu nhưng hạn chế sinh sản Ngoài ra, còn làm biến đổi cấu trúc các mô che chở và mô dẫn

- Về vi sinh vật có tác dụng làm yếu hay tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu

1.6.4.6 Biến đổi cảm quan

- Màu sắc: mất sắc tố hay giảm sắc tố do tác dụng của nhiệt độ (giá trị tuyệt đối) nhưng tăng giá trị tương đối lên do nước mất đi, vì vậy cường độ màu tăng lên Nói chung có màu thẫm, màu nâu do một số phản ứng tạo ra

- Mùi: một số chất thơm bay theo ẩm và do nhiệt độ bị phân hủy gây tổn thất chất thơm Do hiện tượng mất mùi tự nhiên nên sản phẩm sấy thường được bổ sung thêm các chất mùi tự nhiên hay nhân tạo

- Vị: do ẩm độ giảm nên nồng độ chất vị tăng lên, cường độ vị tăng, nhất là vị ngọt và mặn

- Trạng thái: sản phẩm bị co lại, sau khi sấy tăng tính giòn