Sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để cải thiện chất lượng nước dâu tằm

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xử lý dâu tằm bằng sóng siêu âm: Tối ưu hóa các điều kiện xử lý để làm tăng hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch quả.. Xử lý dâu tằm bằng chế phẩm enzyme pec

NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO

SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM VÀ CHẾ PHẨM ENZYME

PECTINASE ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC

DÂU TẰM (Morus alba)

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống

Mã số: 60 54 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Hoàng Kim Anh

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Nguyễn Thị Lan Phi

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 29 tháng 8 năm 2012

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

1 TS Trần Bích Lam

2 PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

3 TS Hoàng Kim Anh

4 TS Nguyễn Thị Lan Phi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Nguyễn Thị Nguyên Thảo MSHV: 10110200

Ngày, tháng, năm sinh : 21/04/1984 Nơi sinh : Phú Yên

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống Mã số: 60 54 02

TÊN ĐỀ TÀI: Sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để cải thiện chất lượng nước dâu tằm

I NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Xử lý dâu tằm bằng sóng siêu âm: Tối ưu hóa các điều kiện xử lý để làm tăng hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch quả

Xử lý dâu tằm bằng chế phẩm enzyme pectinase: Tối ưu hóa các điều kiện xử lý

để làm tăng hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch quả

So sánh hiệu quả của các phương pháp xử lý dâu tằm đến chất lượng dịch quả thu được

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2012

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

IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

Họ và tên : Nguyễn Thị Nguyên Thảo

Ngày, tháng, năm sinh : 21/04/1984

Nơi sinh : Tỉnh Phú Yên

Địa chỉ liên lạc : Trường Đại học Phú Yên – 18 Trần Phú, TP.Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

Từ 2003 – 2008: Sinh viên Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM

Từ 2010 – 2012: Học viên cao học tại Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

QU TR NH C NG T C

Từ 2008 đến nay: Công tác tại Trường Đại học Phú Yên

i

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Lê Văn Việt Mẫn, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình tôi, những người luôn ủng hộ tôi cả về mặt vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian tôi theo học chương trình Cao học tại Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Khoa học Tự nhiên, Ban Giám Hiệu Trường Đại học Phú Yên - nơi tôi đang công tác, cùng toàn thể anh/ chị/ em nơi đây

đã động viên và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể yên tâm học tập và hoàn thành tốt chương trình học Cao học

Tôi xin trân trọng cảm ơn đến quý thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Hóa học - Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM, đã tận tụy dạy dỗ chúng tôi trong hai năm học qua Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể thầy cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm, đã nhiệt tình hỗ trợ chúng tôi các hóa chất, dụng cụ, thiết bị cần thiết để tôi có thể thực hiện luận văn này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả các anh/ chị và các bạn ở phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm đã đồng hành cùng với tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 08 năm 2012

NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO

ii

In this study, two methods for mulberry mash treatment in juice processing were investigated

Ultrasonic treatment: The optimal treatment conditions were as follows:

ultrasonic power: 10.36 W/g, sonication time: 6 minutes and treatment temperature:

63oC Under optimal conditions, the concentration of total phenolics in the juice was 63.23% higher than that in the control

Pectolytic treatment: The optimal conditions were as follows:

concentration of Pectinex Ultra SP-L: 0.08 %v/w and pectolytic time: 120 minutes

At the optimal conditions, the concentration of total phenolics in the juice was 52.23% higher than that in the control

The ultrasonic method shortened the treatment time, increased more the level

of phenolics, anthocyanins and antioxidant activity of the mulberry juice than the enzymatic method

iii

Trong luận văn này, chúng tôi khảo sát hai phương pháp xử lý hỗn hợp dâu tằm chà trong qui trình sản suất nước ép dâu tằm

Xử lý dâu tằm bằng sóng siêu âm: Điều kiện xử lý tối ưu như sau: Công

suất siêu âm: 10,36 W/g, nhiệt độ siêu âm: 63oC và thời gian xử lý: 6 phút Khi đó, hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch trích tăng 63,23% so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm

Xử lý dâu tằm bằng chế phẩm enzyme pectinase: Điều kiện xử lý tối ưu như

sau: Nồng độ chế phẩm enzyme: 0,08% và thời gian xử lý: 120 phút Khi đó, hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch trích tăng 52,23% so với mẫu đối chứng không qua xử lý enzyme

Phương pháp siêu âm rút ngắn thời gian xử lý nguyên liệu, làm tăng hàm lượng các hợp chất phenolic, anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch quả cao hơn so với phương pháp enzyme

iv

LỜI CẢM ƠN i

ABSTRACT ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi

GIỚI THIỆU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về dâu tằm 3

1.1.1 Nguồn gốc, phân loại 3

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tằm 5

1.2 Chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả 9

1.2.1 Phân loại và cơ chế tác động của enzyme pectinase 9

1.2.2 Đặc điểm của chế phẩm enzyme pectinase trong sản xuất nước quả 11

1.2.3 Ứng dụng của pectinase trong chế biến nước quả 13

1.3 Sóng siêu âm trong quá trình trích ly chất chiết từ thực vật 13

1.3.1 Định nghĩa, phân loại 13

1.3.2 Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong môi trường lỏng 14

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly bằng siêu âm 17

v

2.1 Nguyên liệu 21

2.1.1 Dâu tằm 21

2.1.2 Enzyme pectinase 21

2.1.3 Thiết bị siêu âm 21

2.2 Phương pháp nghiên cứu 21

2.3 Thuyết minh nội dung nghiên cứu 24

2.3.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lượng dịch quả dâu tằm 24

2.3.2 Ảnh hưởng của quá trình xử lý enzyme pectinase đến chất lượng dịch quả dâu tằm 25

2.3.3 So sánh hiệu quả trích ly của phương pháp xử lý siêu âm và enzyme pectinase trên nguyên liệu dâu tằm 26

2.4 Các phương pháp phân tích và xử lý số liệu 28

2.4.1 Vitamin C 28

2.4.2 Các hợp chất phenolic 28

2.4.3 Anthocyanin 28

2.4.4 Hoạt tính chống oxi hóa tổng 29

2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 30

2.4.6 Công thức tính toán 30

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32

3.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lượng dịch quả dâu tằm 32 3.2 Ảnh hưởng của quá trình xử lý enzyme pectinase đến chất lượng dịch quả dâu tằm 36

vi

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme 40

3.2.3 Tối ưu hóa nồng độ chế phẩm pectinase và thời gian xử lý cho hỗn hợp dâu tằm xay bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm 44

3.3 So sánh hiệu quả trích ly của phương pháp xử lý siêu âm và enzyme pectinase trên nguyên liệu dâu tằm 48

3.3.1 So sánh thông số động học của quá trình trích ly các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong dịch trích dâu tằm 48

3.3.2 So sánh chất lượng sản phẩm 52

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

4.1 Kết luận 55

4.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 69

vii

Bảng 1-1 Một số loài dâu tằm thường gặp 4 Bảng 1-2 Thành phần hóa học của trái dâu tằm 5 Bảng 1-3 Hàm lượng các hợp chất phenolic và flavonoid trong một số loại quả 7 Bảng 1-4 Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để hỗ trợ trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm 18 Bảng 3-1 Bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm và kết quả thu hồi phenolic từ dịch trích 32

Bảng 3-2 Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng các hợp chất phenolic 33

Bảng 3-3 Bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm và kết quả thu hồi phenolic từ dịch trích 44 Bảng 3-4 Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng các hợp chất phenolic 45 Bảng 3-5 So sánh thông số động học của quá trình trích ly các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong dịch trích dâu tằm bằng phương pháp xử lý pectinase (EAE) và sóng siêu âm (UAE) 50 Bảng B.1 Qui hoạch thực nghiệm xử lý siêu âm hỗn hợp dâu tằm xay 76Bảng B.2 Qui hoạch thực nghiệm xử lý chế phẩm enzyme pectinase cho hỗn hợp dâu tằm xay 77 Bảng C1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lượng vitamin C 78 Bảng C.2 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lượng các hợp chất phenolic 78 Bảng C.3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lượng anthocyanin 79

viii

hóa 79 Bảng C.5 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng vitamin C 80 Bảng C.6 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng các hợp chất phenolic 80 Bảng C.7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng anthocyanin 80 Bảng C.8 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hoạt tính chống oxy hóa 81Bảng D.1 Sự thay đổi nồng độ các hợp chất phenolic trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng sóng siêu âm 82 Bảng D.2 Sự thay đổi nồng độ anthocyanin trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng sóng siêu âm 82 Bảng D.3 Hệ số nghịch đảo tốc độ trích ly (t/Ct) của các chất chống oxy hóa tại những thời gian trích ly khác nhau trong quá trình xử lý bằng siêu âm 83 Bảng D.4 Sự thay đổi nồng độ các hợp chất phenolic trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng enzyme 83 Bảng D.5 Sự thay đổi nồng độ các hợp chất phenolic trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng enzyme 84 Bảng D.6 Hệ số nghịch đảo tốc độ trích ly (t/Ct) của các chất chống oxy hóa tại những thời gian trích ly khác nhau trong quá trình xử lý bằng enzyme 84 Bảng D.7 So sánh chất lượng nước dâu tằm thu được từ phương pháp trích ly bằng chế phẩm pectinase và siêu âm 85

ix

Hình 1-1 Loài dâu tằm Morus alba 3

Hình 1-2 Loài dâu tằm Morus nigra 3

Hình 1-3 Loài dâu tằm Morus rubra 3

Hình 1-4 Vị trí phân cắt của các enzyme pectinase 10

Hình 1-5 Phổ sóng siêu âm (ultrasound) có tần số lớn hơn 20 kHz 14

Hình 1-6 Sự hình thành và nổ vỡ bong bóng trong môi trường lỏng 16

Hình 2-1 Các dạng cấu trúc phân tử phổ biến của anthocyanin ở những giá trị 29

Hình 3-1 Đồ thị đáp ứng bề mặt hàm lượng các hợp chất phenolic theo phương trình hồi qui 34

Hình 3-2 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm pectinase đến hàm lượng 36

Hình 3-3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm pectinase đến hàm lượng các hợp chất phenolic 37

Hình 3-4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lượng anthocyanin 38

Hình 3-5 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hoạt tính chống oxy hóa của nước dâu tằm 39

Hình 3-6 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng vitamin C 40

Hình 3-7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng các hợp chất phenolic 41 Hình 3-8 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng anthocyanin 42

Hình 3-9 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hoạt tính chống oxy hóa của 43

Hình 3-10 Đồ thị đáp ứng bề mặt hàm lượng các hợp chất phenolic theo phương trình hồi qui 46

Hình 3-11 Sự thay đổi nồng độ các hoạt chất trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng sóng siêu âm 48

x

lý bằng enzyme pectinase 49 Hình 3-13 Giá trị nghịch đảo tốc độ trích ly (t/Ct) đối với phenolic tổng và anthocyanin theo thời gian trong (a) phương pháp trích ly bằng siêu âm (UAE) và (b) phương pháp trích

ly bằng enzyme (EAE) 50 Hình 3-14 Độ tăng hàm lượng phenolic tổng, anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch dâu tằm so với mẫu đối chứng khi xử lý bằng sóng siêu âm (UAE) và chế phẩm pectinase (EAE) 52

xi

AAC: Ascorbic Acid Content – Hàm lượng acid Ascorbic

ABTS: 2,2‘-Azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)

ANOVA: Analysis of variance – Phân tích phương sai

CS: Control sample – Mẫu đối chứng không qua xử lý enzyme và sóng siêu âm CSE: Conventional solvent extraction – Trích ly theo phương pháp truyền thống EAE: Enzyme-assisted extraction – Trích ly bằng enzyme

FCR: Folin-Ciocalteu Reagent – Thuốc thử Folin-Ciocalteu

FRAP: The Ferric Reducing Ability of Plasma hoặc Ferric on Reducing Antioxidant Power hoặc Ferric Reducing Power – Khả nằng khử sắt của huyết tương hoặc khả năng chống oxy hóa được thể hiện qua sự khử ion FeIII

GAE: Milligram gallic acid equivalents per gram – Hàm lượng phenol tổng theo đương lượng acid gallic

HPLC: High pressure liquid chromatography – Sắc ký lỏng hiệu cao năng

MAE: Microwave-assistedextraction – Trích ly bằng vi sóng

SFE: Supercritical fluid extraction – Trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn

TEAC – Trolox equivalent antioxidation activity – Hoạt tính chống oxy hóa theo đương lượng Trolox

TPTZ: 2,4,6-tripyridyl-s-triazine

UAE: Ultrasound-assisted extraction – Trích ly bằng sóng siêu âm

1

GIỚI THIỆU

Thời gian gần đây, quả dâu tằm được các nhà khoa học, nhà sản xuất thực phẩm

và dược phẩm trên thế giới đặc biệt chú trọng bởi nó là nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu các hợp chất phenolic với khả năng chống oxy hóa cao Trong số các hợp chất phenolic trong dâu tằm thì anthocyanin là nhóm hoạt chất chống oxy hóa quan trọng (Tsuda và cộng sự, 1999)

Trong qui trình sản xuất nước ép từ dâu tằm, vấn đề đặt ra là làm sao thu được dịch trích với hàm lượng các chất dinh dưỡng cao, cụ thể là các hợp chất phenolic Giai đoạn trích ly được cho là giai đoạn quan trọng nhất vì nó ảnh hưởng quyết định đến hàm lượng các hợp chất chống oxy hóa trong dịch quả cũng như hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm

Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, các chế phẩm enzyme thường được sử dụng để hỗ trợ cho quá trình trích ly dịch quả Các enzyme thủy phân như pectinase, hemicellulase và cellulase sẽ thủy phân các polymer trong mô thịt quả, từ đó hỗ trợ quá trình giải phóng chất chiết từ bên trong tế bào ra bên ngoài Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có các công bố khoa học về sử dụng các chế phẩm enzyme trong qui trình thu nhận dịch quả dâu tằm, đặc biệt là sự ảnh hưởng của việc dùng enzyme đến hàm lượng các hợp chất chống oxy hóa trong dịch quả

Bên cạnh phương pháp enzyme, nhiều phương pháp trích ly hiện đại đã được nghiên cứu và ứng dụng để cải thiện hiệu quả trích ly Những phương pháp này bao gồm: Trích ly bằng sóng siêu âm (UAE), trích ly bằng vi sóng (MAE) và trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE)…(Chemat và cộng sự, 2011) Trong các phương pháp này, trích ly có sự hỗ trợ của sóng siêu âm là phương pháp có nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Phương pháp này có những ưu điểm như thiết bị đơn giản, rẻ tiền, dễ điều khiển vận hành và dễ tự động hoá; đặc biệt có thể trích ly các hợp chất không bền nhiệt như các chất chống oxy hóa phenolic (Wang và Weller, 2006; Chen và cộng sự, 2012) Đến nay vẫn chưa có các công bố khoa học về việc sử dụng sóng siêu âm để thu nhận dịch quả dâu tằm giàu chất chống oxy hóa

2

Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu: ―Sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để cải thiện chất lượng nước dâu tằm‖ Chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình xử lý enzyme pectinase và siêu âm đến khả năng trích ly các hợp chất phenolic, anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch trích dâu tằm; đồng thời, so sánh hiệu quả của hai phương pháp này

3

H nh 1-2 Loài dâu tằm Morus nigra

H nh 1-3 Loài dâu tằm Morus rubra

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về dâu tằm

1.1.1 Nguồn gốc, phân loại

Dâu tằm thuộc cây bụi tự nhiên, có

nguồn gốc từ các vùng khí hậu ôn đới và

cận nhiệt như châu Á, châu Âu và bắc Mỹ

(Rehder 1956; Ercisli & Orhan, 2007)

Chúng có thể phát triển được với các điều

kiện khí hậu, địa lý, đất đai khác nhau và

trải dài từ vùng nhiệt đới đến cận bắc cực

Loài: alba, nigra, rubra…

H nh 1-1 Loài dâu tằm Morus alba

4

Phần lớn các loài dâu tằm có nguồn gốc ở châu Á, trong đó Trung Quốc có 24

loài, Nhật Bản có 19 loài Việt Nam có các loài như M alba, M nigra và M laevigata

(Ravindran và cộng sự,1997)

Dâu tằm được trồng chủ yếu để lấy lá làm nguồn thức ăn cho loài tằm nhả tơ

(Bombyx mori) Một vài loài dâu tằm được trồng để lấy quả như Morus alba, Morus indica, Morus laevigata(Aswathi và cộng sự, 2004) Nhìn chung, dâu tằm có 3 loài

chính là: Morus alba, Morus rubra và Morus nigra (bảng 1-1)

Quả dâu tằm không thật sự thuộc loại quả mọng (berry), nó giống quả mâm xôi

nhưng hơi phình ra (Johns & Stevenson, 1985), có kích thước khoảng 2 – 3cm (Huxley, 1992) Dâu tằm đen là loại quả có vị ngọt, chua, chát và mùi thơm đặc trưng(Gerasopoulos & Stavroulakis, 1999)

Bảng 1-1 Một số loài dâu tằm thường gặp (Wasson, 2001; Ercisli và Orhan, 2007)

M.alba Dâu tằm trắng (white

mulberry)

Trung Quốc Màu trắng, hồng nhạt

hoặc hơi đỏ tía

M.alba var.tatarica

(L) Ser

Dâu tằm (mulberry), dâu cho tằm ăn (silkworm mulberry)

Trung Quốc Màu trắng, hồng nhạt

hoặc hơi đỏ tía

M.nigra Dâu tằm đen (black

mulberry), dâu tằm Persian (Persian mulberry)

Iran Từ đỏ tía đến đen

M rubra Dâu tằm đỏ (red mulberry) Mỹ Đỏ sậm, tía sậm đến

đen

5

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tằm

Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tằm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loài, điều kiện gieo trồng và chăm sóc, thời điểm thu hoạch, phương pháp tồn trữ,…

Bảng 1-2 Thành phần hóa học của trái dâu tằm (Singhal và cộng sự , 2009b)

6

1.1.2.1 Vitamin C

L-Ascorbic acid (AA) là dạng hoạt tính sinh học chính của vitmin C AA bị oxy hóa nghịch đảo thành dạng L-dehydroascorbic acid (DHA), vẫn thể hiện hoạt tính sinh học Sự oxy hóa tiếp theo sẽ tạo thành dạng acid diketogulonic không còn hoạt tính sinh học (Davey và cộng sự, 2000; Deutsch, 2000) Vì DHA dễ dàng chuyển thành dạng AA trong cơ thể con người nên việc xác định cả AA và DHA trong rau quả được xem như xác định hoạt tính của vitamin C (Lee & Kader, 2000) AA phân bố ở khắp các tế bào quả, nơi đóng vai trò chủ yếu cho sự phát triển và trao đổi chất của quả (Arrigoni & Tullio, 2002)

Ercisli và Orhan (2007) cho rằng hàm lượng vitamin C (acid ascorbic) cao nhất

được tìm thấy trong dâu tằm M alba, tiếp đó là M nigra và M rubra

1.1.2.2 Các hợp chất phenolic

Dâu tằm được biết đến là nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu các hợp chất phenolic

Hàm lượng của chúng trong dâu M nigra và M Rubra lần lượt là 1422 mg GAE/100

g quả tươi và 1035 mg GAE/100 g quả tươi (Ercisli và Orhan, 2007) Hàm lượng các hợp chất phenolic trong các quả có thể thay đổi theo thời điểm thu hoạch,kiểu gen và điều kiện môi trường trong quá trình phát triển…(Zadernowski và cộng sự, 2005) Đối với những loài dâu tằm có màu đỏ, hàm lượng các hợp chất phenolic gia tăng trong suốt thời kỳ chín do có sự tích tụ tối đa của các thành phần anthocyanin và flavonol (Bridle & Timberlake, 1978; Gerasopoulos & Stavroulakis, 1997) Chu và cộng sự (2006) đã xác định được các thành phần apigenin, luteolin, quercetin, morin, acid caffeic, acid gallic, rutin, umbelliferone, acid chlorogenic và kaempferol trong quả

Morus alba

Flavonoid là một nhóm lớn thuộc các hợp chất phenolic, với các thành phần chính như flavonol, flavanol và anthocyanin (Wang và cộng sự, 1997) Hàm lượng

flavonoid trong M nigra và M alba lần lượt là 37,8 mg/10g và 19,9 mg/g chất khô

(Pawlowska và cộng sự, 2008) Hàm lượng flavonoid trong dâu tằm cao hơn so với quả mận (oriental plum), quả sơn trà (Nhật Bản) và một vài loại rau quả khác (Lin và cộng sự, 2007) Myricetin, một flavonol đầy tiềm năng trong việc chống oxy hóa, ung

7

thư và dị ứng, cũng được tìm thấy trong dâu tằm với hàm lượng khá cao: 45 mg/100 g quả tươi (Lugasi & Hovari, 2002) Flavanol tổng được xác định với hàm lượng từ 16,4

đến 65,4 mg/g đương lượng catechin trong quả M alba (Bae & Suh, 2007)

Bảng 1-3 Hàm lượng các hợp chất phenolic và flavonoid trong một số loại quả

(Lin &Tang, 2008)

(mg GAE/g bột quả khô)

Hàm lượng flavonoid tổng (mg QE/g bột quả khô)

2001). Thành phần anthocyanin trong M.nigra gồm có: Cyanidin 3-O-glucoside (17,9 mg/10g quả tươi), cyanidin 3-O-rutinoside (7,5 mg/10g quả tươi), pelargonidin 3-O- glucoside (1,2 mg/10g quả tươi), pelargonidin 3-O- rutinoside (0,4 mg/10g quả tươi)

(Pawlowska và cộng sự, 2008) Hàm lượng anthocyanin tổng trong nước ép dâu tằm

dao động từ 147,68 đến 2725,46 mg/L (Liu và cộng sự, 2004)

1.1.2.3 Hoạt tính chống oxy hóa

Tiềm năng chống oxy hóa trong dịch trích từ quả và lá dâu tằm đã được nhiều tác giả nghiên cứu Ví dụ như ở Trung Quốc, các nhà nghiên cứu đã đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của 28 loại trái cây khác nhau bằng phương pháp FRAP, kết quả cho thấy quả táo gai (hawthorn) có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất, tiếp đó là ổi, kiwi và dâu tằm tía Hoạt tính chống oxy hóa của dâu tằm tía là 4,11 mmol Trolox/100g quả tươi (Guo và cộng sự, 2003)

8

Hoạt tính chống oxy hóa của dâu tằm chủ yếu là do các hợp chất phenolic, đặc biệt là anthocyanin (Naderi và cộng sự, 2004; Liu và cộng sự, 2004) Trong đó, các glycoside và acylglycoside của anthocyanin là nhóm những hoạt chất chống oxy hóa quan trọng (Tsuda và cộng sự, 1999)

Arfan và cộng sự (2012) đã xác định hoạt tính chống oxy hóa của dịch quả dâu

tằm là: 0,75 mmol Trolox/g (Morus alba methanolic) và 1,25 mmol Trolox/g (Morus

nigra methanolic) bằng phương pháp ABTS

1.1.2.4 Các cấu tử dễ bay hơi

Li (2007) đã tách các cấu tử dễ bay hơi trong dịch trích quả dâu tằm bằng dung môi dichloromethane và tiến hành phân tích bằng sắc ký khí và sắc ký khối phổ Kết quả cho thấy những cấu tử bay hơi chính là eicosanol (28,51%), tetracosane (16,55%), heptacosane (16,39%), octadecyl butyrate (4,2%), acid n-hexadecanoic (1,15%) và diisooctyl phthalate (0,84%)

1.1.2.5 Carbohydrate

Ozgen và cộng sự (2009) cho rằng hai đường chính trong M nigra và M rubra

là fructose (5,27 g/100 mL) và glucose (5,81 g/100 mL)

1.1.2.6 Acid hữu cơ

Theo Koyuncu (2004), thành phần và hàm lượng các acid hữu cơ trong dâu tằm đen gồm có: acid malic (35,4-198,5 mg/g quả tươi), acid citric (5,5-23,4 mg/g quả tươi), acid tartaric (4,16 mg/g quả tươi), acid oxalic (0,62 mg/g quả tươi) và acid

fumaric (0,019 mg/g quả tươi) Trong M rubra, acid malic và acid citric chiếm lần lượt 27% và 72% tổng số acid; ở M nigra, acid citric chiếm 92% trong khi đó acid

malic chỉ chiếm 8% tổng số acid (Ozgen và cộng sự, 2009)

9

1.2 Chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả

1.2.1 Phân loại và cơ chế tác động của enzyme pectinase

Theo Kashyap và cộng sự (2001), hệ pectinase được phân loại thành 3 nhóm chính:

Nhóm 1: Nhóm enzyme thủy phân liên kết ester – Esterase

Nhóm 2: Nhóm depolymer hóa mạch pectin – Depolymerase

Nhóm 3: Nhóm enzyme thủy phân protopectin – Protopectinase

1.2.1.1 Pectinesterases (PE)

PE là nhóm enzyme thủy phân liên kết ester giữa gốc methoxyl và gốc carboxylic ở vị trí C6 của acid galacturonic trên mạch chính của phân tử pectin Sản phẩm của phản ứng thủy phân là acid pectinic (có mức độ ester hóa thấp hơn) hoặc acid pectic và methanol

 Enzyme thủy phân liên kết glycosidic bao gồm:

Polymethylgalacturonases (PMG): Tác dụng lên các phân tử acid

polygalactorunic đã được methyl hóa (tức là pectin), xúc tác thủy phân các liên kết 1,4-glycoside ở các vị trí giữa mạch (endo – PMG) hay từ đầu không khử của phân tử pectin (Exo – PMG)

α-Polygalacturonases (PG): Tác dụng lên các phân tử acid

polygalactorunic, xúc tác thủy phân các liên kết α-1,4-glycoside ở các vị trí giữa mạch (endo – PG) hay từ đầu không khử của phân tử pectin (Exo – PG)

10

 Enzyme phân cắt (Cleaving): Cắt các liên kết α-1,4-glycoside của cơ chất bằng phương pháp trans-elimination tạo thành các phân tử galacturonide với một

liên kết không no giữa C4 và C5

Polymethylgalacturonate lyases (PMGL): Xúc tác cắt các phân tử pectin

ở các vị trí giữa mạch (Endo-PMGL) hay từ đầu không khử của phân tử pectin PMGL)

(Exo-Polygalacturonate lyases (PGL): Xúc tác cắt các phân tử acid

polygalactorunic ở các vị trí giữa mạch (Endo-PGL) hay từ đầu không khử của phân

tử acid polygalacturonic (Exo-PGL)

11

Ngoài ra, dựa vào điều kiện xúc tác mà pectinase cũng có thể được chia làm hai loại chính đó là: pectinase acid và pectinase base Pectinase acid được sử dụng trong ngành công nghiệp nước trái cây và rượu vang; chế phẩm thường có nguồn gốc từ

nấm mốc, đặc biệt là từ Aspergillus niger Pectinase base chủ yếu sử dụng trong khử

keo và trong công nghiệp chế tạo sợi từ đay gai; những chế phẩm enzyme này chủ yếu

có nguồn gốc từ vi khuẩn

1.2.2 Đặc điểm của chế phẩm enzyme pectinase trong sản xuất nước quả

Các pectin hòa tan được tìm thấy trong nước ép là kết quả của quá trình phá vỡ vật lý các tế bào quả do hệ enzyme pectolytic Pectin là thành phần chủ yếu để kết dính các thịt quả lại với nhau Các pectin hòa tan này làm tăng độ nhớt dịch quả là nguyên nhân gây ra nhiều khó khăn trong quá trình trích ly Thông thường, thịt quả được xử lý với enzyme pectinase bằng cách gia nhiệt từ 45 đến 50oC, thời gian xử lý

từ 1 đến 2 giờ Điều kiện xử lý enzyme phụ thuộc vào bản chất, hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng; nhiệt độ phản ứng; bản chất và thành phần hóa học của quả (McLellan, 2000)

Các hợp chất pectic cần được phá vỡ là những chuỗi polymer có thành phần chính là -D-1, 4-galacturonan với phân nhánh 1,2 liên kết -L-rhamnosyl với chuỗi rhamnogalacturonan xen kẽ (Selvendran,1985) Chuỗi xen kẽ này bao gồm các đường trung hòa tạo nên cấu trúc của pectin (Vires và cộng sự, 1986) Các đường chiếm ưu thế trong pectin là D-galactose và L-arabinose, đường xylose chiếm tỉ lệ khá ít (McNeil và cộng sự, 1984)

Trước đây, cấu trúc của pectin được cho là một chuỗi ester đơn của acid polygalacturonic, do đó hệ enzyme pectinase thường sử dụng gồm: pectin lyase, pectin methyl esterase và polygalacturonase; chúng được xem là những enzyme thủy phân pectin hoàn toàn Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây đã kết luận rằng cấu trúc hóa học của pectin gồm: phần chính (smooth regions) và phần phụ (hairy regions) Phần chính là các homogalacturonan – chuỗi acid polygalacturonic được ester hóa một phần; phần phụ là một phức hợp gồm rhamnogalacturonan I, rhamnogalacturonan

II và acid galacturonic gắn với các polysaccharide Nghĩa là có một số lượng lớn các

12

nhánh đường bão hòa gắn vào phần này Do đó, để thủy phân hoàn toàn pectin đòi hỏi

hệ enzyme bao gồm: Pectin lyase, pectin esterase (PE), polygalacturonase (PG), arabinanase, rhamnogalacturonase, rhamnananase, galactanase và các glycanse khác Trong đó PG nhằm loại bỏ các mối liên kết glycosidic Sự có mặt của PE trong chế phẩm cũng làm cải thiện hoạt tính xúc tác của PG Chính vì vậy, các chế phẩm enzyme pectinase sử dụng trong sản xuất nước quả thường là hỗn hợp gồm các enzyme trên (Pilnik và cộng sự, 1973; Höhn và cộng sự, 2000)

Như đã trình bày ở phần trên, sự thủy phân pectin do enzyme pectinase sẽ tạo thành các acid polygalacturonic mạch ngắn hay các monogalacturonic, digalacturonic Những sản phẩm này không có khả năng keo hóa, do đó làm tăng hàm lượng chất chiết hòa tan từ nguyên liệu vào dịch quả, giảm độ nhớt và tăng độ bền hóa lý của sản phẩm nước quả Ngoài ra, khi sử dụng chế phẩm pectinase, khả năng trích ly các hợp chất hòa tan, màu, mùi, cũng như các vitamin cũng tăng lên do

sự phá vỡ cấu trúc tế bào thịt quả cũng như vỏ quả (Kashyap và cộng sự, 2001).Phương pháp xử lý enzyme thịt quả không những làm tăng hiệu suất thu hồi, giảm thời gian chế biến mà còn cải thiện các thành phần có giá trị và quan trọng trong dịch quả Có nghiên cứu cho rằng, chi phí về enzyme chiếm một phần ba lợi nhuận thu được từ sự gia tăng hiệu suất trích ly (Possmann, 2000)

Rõ ràng, do đặc tính thành tế bào quả chứa chủ yếu là pectin nên các chế phẩm enzyme pectinase được sử dụng phổ biến hơn hẳn so với các loại enzyme khác trong sản xuất nước quả Park & Kim (1998) đã sử dụng 11 chế phẩm enzyme thương mại

để thủy phân thành tế bào quả lê trong sản xuất nước quả lê; kết quả nhận thấy 4 chế phẩm cho hiệu suất trích ly cao nhất là Pectinex Ultra SP-L, Cytolase M102, Viscozyme L và Rapidase liq(+) với hiệu suất trích ly dao động trong khoảng 88 – 91%, đồng thời độ đục của dung dịch nước quả sau trích ly giảm đáng kể khi được xử

lý bằng chế phẩm Pectinex Ultra SP-L, Viscozyme L

13

1.2.3 Ứng dụng của pectinase trong chế biến nước quả

Gần đây, chế phẩm pectinase Pectinex Ultra SP-L đã được nghiên cứu sử dụng trong sản xuất nhiều loại nước trái cây khác nhau Ví dụ như Chopda & Barrett (2001) đã tiến hành xử lý purée ổi bằng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L; nhiệt

độ, nồng độ chế phẩm và thời gian xử lý enzyme lần lượt là 50o

C, 700ppm, 1,5 giờ; kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi chất chiết đạt giá trị cực đại là 89,6%, tăng 18% so với đối chứng Trong khi đó, Dang và cộng sự (2010) đã tối ưu hóa quá trìnhsử dụng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L để xử lý hỗn hợp sơ ri chà bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm, nồng độ enzyme cần thiết cho quá trình xử lý enzyme là 0,168% (v/w) và thời gian xử lý là 69,1 phút; ứng với điều kiện này, hiệu suất thu hồi chất chiết đạt được là 84,3% (tăng 23,9% so với mẫu đối chứng) Télesphore & He (2009) cũng tối ưu hóa quá trình xử lý hỗn hợp chanh dây với chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm; hiệu suất thu hồi chất chiết đạt 95,02% và tăng 23% so với mẫu đối chứng

Theo chúng tôi được biết, cho đến hiện nay vẫn chưa có công bố trên các tạp chí khoa học về việc ứng dụng các enzyme nói chung và chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L nói riêng trong qui trình thu nhận nước dâu tằm Chính vì vậy, chúng tôi

đã chọn chế phẩm enzyme này trong nghiên cứu làm hoàn thiện chất lượng nước dâu tằm

1.3 Sóng siêu âm trong quá tr nh trích ly chất chiết từ thực vật

1.3.1 Định nghĩa, phân loại

Sóng siêu âm là vùng sóng có tần số lớn hơn 20kHz, cao hơn ngưỡng nghe của con người (Feng và cộng sự, 2011)(hình 1-5)

Siêu âm tần số thấp (16 – 100 kHz): Sóng siêu âm trong khoảng tần số này

tạo ra bong bóng lớn, làm tăng nhiệt độ và áp suất trong vùng sủi bong bóng Mức năng lượng trong phạm vi 10-1000W/cm2, thường được ứng dụng để làm biến đổi các đặc tính vật lý, hóa học của thựcphẩm

Siêu âm tần số cao (100 kHz – 1 MHz): Khi tần số cao, vùng sủi bong bóng

trở nên ít dữ dội hơn, năng lượng thấp (thường < 1 W/cm2), được ứng dụng trong điều khiển qui trình và xác định các tính chất hóa lý của nguyên liệu thực phẩm

Siêu âm chẩn đoán (1 – 10MHz): Không còn hiện tượng sủi bong bóng và

cơ chế chính của sóng siêu âm trong khoảng tần số này là ―acoustic streaming‖, được dùng để đo hệ số tốc độ và hấp thụ của sóng trong môi trường, thường được dùng trong y học, phân tích hóa học

1.3.2 Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong môi trường lỏng

Khi sóng siêu âm truyền trong môi trường lỏng sẽ tạo ra hai hiện tượng quan trọng: sủi bong bóng và vi dòng

1.3.2.1 Cơ chế sủi bong bóng (acoustic cavitation)

 Sự h nh thành bong bóng

Khi sóng siêu âm được truyền trong môi trường chất lỏng, các chu trình kéo

và nén liên tiếp được tạo thành Các chu kỳ nén tác động một áp suất dương lên chất

15

lỏng đẩy các phân tử chất lỏng lại gần nhau, các chu kỳ giãn tác động một áp suất âm kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau Khi năng lượng đủ cao, chu kỳ giãn có thể vượt qua lực hấp dẫn của các phân tử chất lỏng và hình thành các lỗ hổng khí từ các phân

tử khí tồn tại trong lòng chất lỏng hay còn được gọi là các bong bóng khí, bao gồm bóng khí ổn định và bóng khí tạm thời (Mason,1998; Kuldiloke, 2002)

Bóng khí ổn định có nguồn gốc từ những bong bóng khí nhỏ, kích thước của chúng dao động nhẹ trong các chu trình kéo và nén Sau hàng ngàn chu trình, chúng tiếp tục hấp thụ năng lượng và tăng thêm về kích thước Trong suốt quá trình dao động, bóng khí ổn định có thể chuyển thành bóng khí tạm thời Bọt khí ổn định có thể lôi kéo những bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với nhau và tạo thành dòng nhiệt nhỏ (Leighton, 1998; Mason & Lorimer, 2002)

 Sự phát triển của bong bóng

Các bóng khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất nhanh chóng, chỉ qua vài chu trình chúng bị vỡ ra Trong suốt chu trình kéo/nén, bóng khí kéo giãn và kết hợp lại cho đến khi đạt được cân bằng hơi nước ở bên trong và bên ngoài bóng khí Diện tích

bề mặt bóng khí trong chu trình kéo lớn hơn trong chu trình nén, vì vậy sự khuếch tán khí trong chu trình kéo lớn hơn và do diện tích bề mặt của bong bóng bây giờ lớn hơn nên khả năng khuếch tán của khí ra bề mặt ngoài trong chu trình nén giảm, lượng khí

đi ra sẽ nhỏ hơn lượng khí đã khuếch tán vào, do đó kích cỡ bọt khí sẽ tăng lên trong mỗi chu trình Các bóng khí lớn dần đến một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không đủ để duy trì pha khí khiến các bóng khí nổ tung dữ dội Sự nén đoạn nhiệt nhanh của khí và hơi trong bong bóng tạo ra một nhiệt độ cực kỳ cao trong các bong bóng đang nổ tung tạo ra sóng năng lượng cắt rất cao và tạo ra các dòng xáo trộn trong khu vực sủi bong bóng, kết quả là hình thành những điểm có nhiệt

16

H nh 1-6 Sự h nh thành và nổ vỡ bong bóng trong môi trường lỏng

Hiện tượng sủi bóng khí sẽ góp phần làm giảm kích thước nguyên liệu, giúp cho quá trình trích ly chất chiết diễn ra nhanh hơn và hiệu suất trích ly cao hơn

Cơ chế sủi bong bóng và cơ chế vi dòng cho thấy rằng: Sóng siêu âm làm tăng

sự trích ly là do những lực cắt lớn làm tăng sự truyền khối giữa dung môi và chất cần trích ly (Jian-Bing và cộng sự, 2006) Hiện tượng nổ bong bóng khí tạo ra sự chảy rối lớn, sự va chạm bên trong phân tử với vận tốc lớn và sự bất ổn định trong những hạt vi xốp làm tăng sự khuếch tán xoáy lốc và khuếch tán nội Hơn nữa, hiện tượng sủi bong bóng gần bề mặt lỏng – rắn tạo ra những dòng chảy nhanh từ chất lỏng qua những lỗ hổng trên bề mặt Sự sủi bong bóng trên bề mặt sản phẩm gây nên sự va chạm bởi những vi tia và kết quả là bào mòn bề mặt và phá vỡ cấu trúc khối nguyên liệu cần trích ly Hiệu quả này tạo ra hướng tiếp xúc cho những bề mặt mới và làm tăng sự truyền khối (Vilkhu và cộng sự, 2008; Toma và cộng sự, 2001) Do đó, quá trình sử dụng sóng siêu âm sẽ làm tăng đáng kể hiệu suất trích ly, tốc độ trích ly, rút ngắn thời

17

gian trích ly các hợp chất; cùng với đó là sự giảm nhiệt độ và thể tích dung môi sử dụng, mà điều này rất có lợi cho việc trích ly các cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ và các chất có hoạt tính sinh học (Vinatoru, 2001; Luque-García & Luque de Castro, 2003) Chính những đặc điểm này mà quá trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm có ưu thế hơn hẳn so với phương pháp trích ly truyền thống cả về hiệu quả trích ly và mức độ tự động hóa (Hromádková & Ebringerová, 2003)

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá tr nh trích ly bằng siêu âm

1.3.3.1 Công suất siêu âm

Khi tăng công suất siêu âm sẽ làm tăng mức năng lượng được truyền vào môi trường (Mason và Lorimer, 2002) Thực nghiệm cho thấy khi tăng công suất siêu âm trong một khoảng giá trị xác định thì hiệu suất trích ly sẽ tăng Liu và cộng sự (2010)

đã kết luận rằng: Khi tăng công suất siêu âm từ 20 đến 100W ở 60oC trong 40 phút thì

hiệu suất trích ly carbohydrate tổng từ cây Stevia rebaudiana Bertoni sẽ tăng từ 11,6

đến 17,9g/100g lá Còn theo Nguyen & Le (2012), khi tăng công suất siêu âm từ 0 đến 225W để xử lý 100g thịt quả dứa thì hiệu suất trích ly dịch quả tăng 5,9%; tuy nhiên nếu tăng công suất cao hơn 225W thì hiệu suất trích ly tăng không có ý nghĩa về mặt thống kê

1.3.3.2 Nhiệt độ siêu âm

Nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất hóa lý của môi trường truyền sóng, do đó ảnh hưởng đến quá trình truyền năng lượng của sóng siêu âm vào môi trường (Mason và Lorimer, 2002) Những nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến hiệu quả quá trình trích ly cũng đã được một số tác giả công bố Liu và cộng sự (2010)

đã công bố rằng hiệu quả trích ly carbohydrate tổng từ lá cây Stevia rebaudiana

Bertoni tăng liên tục khi nhiệt độ siêu âm tăng từ 40 đến 70oC và giảm khi vượt qua nhiệt độ 70oC Kết quả nghiên cứu của Nguyen & Le (2012) cũng cho thấy rằng: Khi tăng nhiệt độ siêu âm từ 30 đến 40oC thì hiệu suất trích ly dịch quả dứa tăng nhẹ từ 84 đến 84,5; trong khoảng nhiệt độ 40 – 60oC thì hiệu suất trích ly tăng không có ý nghĩa; trái lại siêu âm với nhiệt độ cao (70 – 80oC) làm giảm nhẹ hiệu suất trích ly

18

 Thời gian siêu âm

Thời gian siêu âm càng dài, các biến đổi của nguyên liệu do sóng siêu âm gây

ra càng sâu sắc (Mason và Lorimer, 2002) Theo Vinatoru và cộng sự (2001) thì thời gian xử lý siêu âm để trích ly chất chiết là khác nhau tùy theo từng loại nguyên liệu và tùy theo cấu tử cần trích ly Kết quả nghiên cứu của Dey và Rathod (2012) cho thấy:

Hiệu suất trích ly β-carotene từ bột Spirulina thay đổi tại những thời điểm trích ly

khác nhau; hiệu suất trích ly tăng theo cấp số mũ trong 4 phút đầu, sau đó tăng từ từ cho đến phút thứ 8 rồi ổn định Kết quả cũng tương tự trong nghiên cứu của Nguyen

& Le (2012) khi sử dụng sóng siêu âm để tăng hiệu quả trích ly dịch quả dứa và Balachandran và cộng sự (2006) khi sử dụng sóng siêu âm để tăng cường hiệu quả trích ly các hoạt chất bằng chất lỏng siêu tới hạn từ củ gừng

1.3.3.3 Ứng dụng của sóng siêu âm trong quá trình trích ly

Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để hỗ trợ trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm được mô tả trong bảng 1-4

Bảng 1-4 Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để hỗ trợ trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm

Hợp chất

trích ly

Quá trình siêu âm

Saponin từ

nhân sâm

Bể siêu âm, 38,5 kHz

Lycopen từ

cà chua

Bể siêu âm,

40 kHz, công suất 300W, thời gian 29 phút, 86oC

Ethyl acetate 90% lycopen tổng

HCl, EtOH Hiệu suất trích ly

bằng siêu âm trong 3,3 phút tương

Chen và cộng sự (2007)

19

truyền thống trong

53 phút Capsaicinoid

từ hạt tiêu

Bể siêu âm, 360W, 50oC,

10 phút

Methanol Capsaicin 448

µmol/kg, dihydrocapsaicin 265 µmol/kg

15oC và 40oC

Methanol Hiệu suất trích ly cao

hơn so với phương pháp ngâm

Ma và cộng sự (2009)

Các hợp chất

phenolic từ

vỏ dừa

Bể siêu âm, 25kHz,150W, thời gian 15phút, 30oC,

Nước, ethanol 22,44 mg/g phenolic

tổng được trích ra

Rodrigues và cộng sự (2008)

Butanone và ethyl acetate

Giảm thời gian trích

ly

Albu và cộng sự (2004)

Hiện nay, phương pháp trích ly bằng siêu âm trên nguyên liệu dâu tằm đã được một số tác giả nghiên cứu Zou và cộng sự (2011) đã dùng sóng siêu âm để trích ly

anthocyanin từ dâu M.alba với điều kiện tối ưu là: Dung môi là methanol 63,8% có

chứa 1% (v/v) trifluoroacetic acid (TFA); nhiệt độ xử lý siêu âm là 43,2°C; tỉ lệ dung môi – cơ chất là 23,8 (v/w) và thời gian trích ly 40 phút; kết quả thu được với hiệu suất thu hồi anthocyanin tối đa là 64,70 ± 0,45 mg/g Còn Ying và cộng sự (2011) đã trích ly polysaccharide từ lá dâu tằm bằng UAE, với điều kiện trích ly tối ưu đó là:

20

công suất 60W, nhiệt độ xử lý siêu âm 60oC, thời gian 20 phút, tỉ lệ nước: nguyên liệu (15:1) Như vậy, từ trước đến nay vẫn chưa có công bố khoa học nào quan tâm đến trích ly các hoạt chất chống oxy hóa từ thịt quả dâu tằm có hỗ trợ sóng siêu âm và sử dụng dung môi là nước

Tóm lại, phần tổng quan tài liệu cho thấy đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng sóng siêu để hỗ trợ trích ly các chất có hoạt tính sinh học từ rau, quả, thảo mộc Tuy nhiên, vấn đề sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ quá trình trích ly nước quả chỉ mới được quan tâm trong vài năm gần đây Những loại trái cây đã được khảo sát bao gồm: Nho (Le

và Le, 2010), sơ ri (Dang và cộng sự, 2012), dứa (Nguyen & Le, 2012), ổi (Le và cộng sự, 2011)

Tiềm năng được cho là quan trọng nhất của quả dâu tằm đó là khả năng chống oxy hóa của các hoạt chất trong quả (Pan & Lou, 2008) Tuy nhiên, sử dụng sóng siêu

âm và chế phẩm enzyme để hỗ trợ cho quá trình trích ly nước quả dâu tằm giàu các chất chống oxy hóa vẫn chưa được nghiên cứu Với những lợi ích đạt được từ phương pháp xử lý siêu âm và enzyme trong quá trình trích ly các chất có nguồn gốc thực vật, trong đề tài này chúng tôi sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để thu nhận dịch quả dâu tằm giàu các chất chống oxy hóa, đồng thời so sánh hiệu quả của hai phương pháp này

Chúng tôi sử dụng giống dâu tằm Morus alba được thu mua tại nhà vườn số 5

Khe Sanh, thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng

Chúng tôi lựa chọn những quả dâu tằm có màu đỏ tía, không bị sâu bệnh và dập úng để sử dụng cho thí nghiệm

2.1.2 Enzyme pectinase

Chúng tôi sử dụng chế phẩm Pectinex Ultra SP – L có nguồn gốc từ nấm sợi

Aspergillus aculeatus của công ty Novozymes (Thụy Sỹ)

Chế phẩm Pectinex Ultra SP – L là một hỗn hợp enzyme với thành phần chính là polygalacturonase (PG), pectin methyl esterase (PME), ngoài ra còn có một lượng nhỏ cellulase, hemicellulase và arabinase Hoạt tính của chế phẩm này là 4193 đơn vị polygalacturonase /mL, nhiệt độ hoạt động từ 15 – 55oC, pH tối ưu là 4,0 – 5,0

2.1.3 Thiết bị siêu âm

Chúng tôi sử dụng thanh siêu âm (VC 750, Sonics & Materials Inc., Newtown, Mỹ) với tần số 20KHz, cường độ siêu âm tối đa là 750W

2.2 Phương pháp nghiên cứu

22

Sơ đồ 2-1 Nội dung nghiên cứu

Hàm mục tiêu:

Hàm lượng vitamin C Hàm lượng các hợp chất phenolic Hàm lượng anthocyanin tổng Hoạt tính chống oxy hóa tổng

Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử

lý enzyme pectinase đến chất lượng

nước dâu tằm

- Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme

- Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme

- Tối ưu hóa bằng qui hoạch thực nghiệm

So sánh hiệu quả trích ly của phương pháp xử lý siêu âm và enzyme

pectinase

Nội dung nghiên cứu

Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử

lý siêu âm đến chất lượng

nước dâu tằm

- Ảnh hưởng của công suất siêu âm

- Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm

- Ảnh hưởng của thời gian siêu âm

- Tối ưu hóa bằng qui hoạch thực

nghiệm

Hàm mục tiêu:

Hàm lượng các hợp chất phenolic Hàm lượng anthocyanin tổng Hoạt tính chống oxy hóa tổng

So sánh chất lượng sản

phẩm

Hàm mục tiêu:

Hàm lượng các hợp chất phenolic Hàm lượng anthocyanin tổng

So sánh thông số động học của quá trình trích ly các hợp chất

có hoạt tính chống oxy hóa

Tốc độ trích ly ban đầu (h) Hằng số tốc độ trích ly (k)

23

Sơ đồ 2-2 Qui tr nh sản xuất nước dâu tằm ở qui mô phòng thí nghiệm

Dâu tằm mua về được phân loại, rửa sạch, tách bỏ cuống và chà nhỏ bằng máy chà (Panasonic MJ – 170, Malaysia, đường kính lỗ lọc khoảng 0,2 mm) rồi trộn đều Dâu tằm sau khi chà được bảo quản lạnh đông ở nhiệt độ -18oC và được sử dụng cho tất cả các nghiệm thức của một đợt thí nghiệm Khi tiến hành thí nghiệm, nguyên liệu được rã đông ở nhiệt độ phòng, cân mẫu vào các cốc với khối lượng đều nhau là 40g

Dâu tằm

Phân loại, tách cuống

Rửa Nước

Gia nhiệt sơ bộ Nước nóng

Xử lý enzyme hoặc siêu âm

Nước dâu tằm

Bã

Cặn

24

và xử lý enzyme hoặc siêu âm Sau đó, mẫu được vô hoạt enzyme (90oC, 5 phút) rồi lọc qua hệ thống lọc chân không, dịch lọc sẽ được ly tâm 10000g/phút trong 20 phút bằng máy ly tâm (Sartorius 3K30, Sigma, Mỹ) để tách cặn mịn Dịch sau ly tâm được dùng để xác định các hàm mục tiêu ngay trong ngày

2.3 Thuyết minh nội dung nghiên cứu

2.3.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lượng dịch quả dâu tằm

Phần nội dung nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ xử lý siêu âm đến chất lượng dịch dâu tằm như công suất siêu âm, nhiệt độ siêu âm và thời gian siêu

âm sẽ được trình bày chi tiết trong luận văn cao học của học viên Phan Lê Hạnh Nguyên

Trong luận văn này, chúng tôi sẽ trình bày thí nghiệm tối ưu hóa hai thông số công nghệ là công suất và nhiệt độ siêu âm bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm Chúng tôi khảo sát sự tương tác giữa hai yếu tố công suất và nhiệt độ siêu âm và sự ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố này đến hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch dâu tằm Chúng tôi sử dụng mô hình trực giao cấp 2 có tâm xoay với 5 thí nghiệm ở tâm và phần mềm Modde 5.0 để thiết kế và xử lý số liệu thực nghiệm

25

2.3.2 Ảnh hưởng của quá tr nh xử lý enzyme pectinase đến chất lượng dịch quả dâu tằm

2.3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm pectinase

Thông số khảo sát: Nồng độ chế phẩm enzyme pectinase được thay đổi lần lượt

Hàm mục tiêu: Hàm lượng vitamin C, hàm lượng các hợp chất phenolic, hàm

lượng anthocyanin tổng, hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch dâu tằm

2.3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý

Thông số khảo sát: Thời gian xử lý enzyme được thay đổi lần lượt là 0, 30, 60,

Hàm mục tiêu: Hàm lượng vitamin C, hàm lượng các hợp chất phenolic, hàm

lượng anthocyanin tổng, hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch dâu tằm