Ứng dụng sóng siêu âm và chế phẩm hemicellulase trong quy trình thu nhận dịch quả sơ ri (malpighia glaral)

Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng chế phẩm enzyme hemicellulase PA1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase và thời gian xử lý chế phẩm enzyme hemicellulase của PA1 đến

THU NHẬN DỊCH QUẢ SƠ RI

(MALPIGHIA EMARGINATA DC.)

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

II

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI 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 Phan Tại Huân

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Ngô Đại Nghiệp

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 09 tháng 02 năm 2012

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

1 PGS TS Nguyễn Thúy Hương

2 TS Phan Ngọc Hòa

3 PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

4 TS Phan Tại Huân

5 TS Ngô Đại Nghiệp

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

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………

III

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Vương Thị Mỹ Thanh MSHV: 10110199

Ngày, tháng, năm sinh: 17/02/1977 Nơi sinh: Tiền Giang

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

I TÊN ĐỀ TÀI:

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Xử lý nguyên liệu sơri bằng chế phẩm enzyme hemicelulase và khảo sát các

yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch sơ ri Tối ưu hóa phương pháp xử lý sơ ri

bằng chế phẩm enzyme hemicelulase Đánh giá chất lượng dịch quả thu được

2 Xử lý nguyên liệu sơ ri lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm hemicelulase

và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch sơ ri Tối ưu hóa phương

pháp xử lý sơ ri lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm hemicelulase Đánh giá

chất lượng dịch quả thu được

3 So sánh và đánh giá hiệu quả của hai phương pháp xử lý nguyên liệu sơ ri đã

được tối ưu hóa

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/02/2010

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/12/2011

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

và tài chính để tôi tham gia khóa đào tạo cao học tại TP.HCM

Trân trọng cảm ơn tổ chức hợp tác quốc tế của Nhật Bản (JICA) tại TPHCM đã ủng

hộ và tài trợ kinh phí để tôi thực hiện luận văn

Và cuối cùng, trân trọng biết ơn các thành viên trong gia đình của tôi đã luôn động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 02 năm 2012

Vương Thị Mỹ Thanh

V

In this study, two treatment methods of acerola mash were investigated:

1 Enzymatic treatment: Acerola mash was treated with hemicellulase preparation in juice processing

The optimal concentration of enzyme preparation and treatment time were 0.96 FBG/g and 71 minutes, respectively Under these conditions, the extraction yield reached maximum of 88.8 g/100g of fruit dry matter and increased 28.7% in comparison with that of the control sample

2 Combined ultrasound and hemicellulase treatment: Acerola mash was sonicated and then treated with hemicellulase preparation The sonication conditions were fixed: ultrasonic power of 3.75 W/g and sonication time of 100s

The optimal enzyme concentration and biocatalytic time were 0.72 FBG/g and 69.5 minutes, respectively Under these conditions, the extraction yield achieved maximum of 94.7 g/100g of fruit dry matter Chemical composition of the juice obtained was follow: Vitamin C: 18.85 g/L; total polyphenolics: 10.30 g GAE/L; reducing sugar: 61.62 g/L and total acid: 8.55 g/L The antioxidant activity of the acerola juice was 83.44 mmolTEAC/L (evaluated by DPPH method) and 97.82 mmolTEAC/L (evaluated by ABTS method)

The combine ultrasound and hemicellulase treatment reduced the enzyme concentration used in comparison with the hemicellulase treatment

VI

Trong nghiên cứu của chúng tôi sử dụng hai phương pháp xử lý nguyên liệu sơ ri

1 Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng chế phẩm enzyme hemicellulase (PA1):

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase và thời gian

xử lý chế phẩm enzyme hemicellulase của PA1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng của dịch sơ ri

Kết quả cho thấy, khi nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase là 0.96 FBG/g

và thời gian xử lý là 71 phút thì hiệu suất thu hồi chất chiết đạt giá trị cao nhất là 88.79 g/100 g chất khô, tăng 28.7% so với mẫu đối chứng không xử lý

2 Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng kết hợp lần lượt siêu âm và chế phẩm enzyme hemicellulase (PA2): Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase và thời gian xử lý chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng của dịch sơ ri

Kết quả cho thấy, khi nồng độ enzyme hemicellase và thời gian xử lý enzyme ở điều kiện tối ưu lần lượt là 0.72 FBG/g thời gian 69.5 phút thì hiệu suất thu hồi chất chiết đạt giá trị cao nhất là 94.7 g/100g chất khô và tăng 38.6% so với mẫu đối chứng, đồng thời hàm lượng vitamin C, hàm lượng các hợp chất phenolic, hàm lượng đường khử, hàm lượng acid tổng và hoạt tính chống oxi hóa đạt giá trị cao nhất lần lượt là 18.85 g/L; 10.30 g/L; 61.62 g/L; 8.55 g/L; 83.44 mmolTEAC/L (DPPH); 97.82 mmolTEAC/L (ABTS) Khi so sánh với mẫu đối chứng không xử lý hàm lượng vitamin C, các hợp chất phenolic, hoạt tính chống oxi hóa, đường khử và acid tổng tăng lần lượt là 17.7%, 37.9%; 39.4% (DPPH); 41.7% (ABTS); 38.0%; 35.7%

Phương pháp xử lý nguyên liệu sơ ri bằng kết hợp lần lượt siêu âm và chế phẩm enzyme hemicellulase làm giảm thời gian xử lý và lượng chế phẩm enzyme so với phương pháp xử

lý chỉ sử dụng chế phẩm enzyme

VII

LỜI CẢM ƠN IV ABSTRACT V TÓM TẮT LUẬN VĂN VI MỤC LỤC VII DANH MỤC BẢNG XII DANH MỤC HÌNH XVII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XX

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2

2.1 Sơ ri 2

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại 2

2.1.2 Các đặc điểm của sơ ri giống chua nhập nội 3

2.1.3 Thành phần hóa học của sơ ri 4

2.1.3.1 Vitamin C 5

2.1.3.2 Các hợp chất phenolic 6

2.1.3.3 Acid tổng 6

2.1.3.4 Đường khử 7

2.1.3.5 Các khoáng chất, vitamin và hợp chất bay hơi 7

2.2 Cấu trúc thành tế bào quả 11

2.3 Qui trình thu nhận nước quả trong 12

2.4 Enzyme phân giải thành tế bào quả 14

2.4.1 Các chế phẩm enzyme thủy phân sử dụng để xử lý dịch quả 14

2.4.2 Enzyme hemicellulase 15

VIII

2.4.2.2 Galactomannanase 15

2.4.2.3 Beta-glucanases 18

2.5 Siêu âm 18

2.5.1 Định nghĩa – Phân loại 18

2.5.2 Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong quá trình trích ly 19

2.5.3 Ứng dụng sóng siêu âm để trích ly chất chiết từ thực vật 19

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Nguyên liệu 22

3.1.1 Sơ ri 22

3.1.2 Nguồn enzyme 22

3.2 Thiết bị 23

3.2.1 Thiết bị điều nhiệt 23

3.2.2 Thiết bị siêu âm 23

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 24

3.3.2 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu 25

3.3.2.1 Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng chế phẩm enzyme hemicellulase (PA 1) 25

3.3.2.2 Xử lý nguyên liệu sơ ri lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme hemicellulase (PA 2) 26

3.3.2.3 So sánh hai phương án xử lý nguyên liệu sơ ri (PA 1 và PA 2) 27

3.4 Các phương pháp phân tích 28

3.4.1 Hàm lượng đường khử 28

3.4.2 Hàm lượng acid tổng 29

3.4.3 Hàm lượng vitamin C 29

IX

3.4.5 Hoạt tính chống oxi hóa 29

3.4.5.1 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 29

3.4.5.2 ABTS (2,2’-Azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)) 30

3.5 Công thức tính toán 30

3.6 Phương pháp xử lý số liệu 31

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32

4.1.Thành phần hóa học của nguyên liệu sơ ri – Giống sơ ri chua nhập nội 32

4.2 Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng chế phẩm enzyme hemicellulase (PA 1) 33

4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1 33

4.2.1.1 Hiệu suất thu hồi chất chiết 34

4.2.1.2 Hàm lượng đường khử và acid tổng 34

4.2.1.3 Hàm lượng các hợp chất phenolic và vitamin C 36

4.2.1.4 Hoạt tính chống oxi hóa 37

4.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 39

4.2.2.1 Hiệu suất thu hồi chất chiết 40

4.2.2.2 Hàm lượng đường khử và acid tổng 40

4.2.2.3 Hàm lượng các hợp chất phenolic và vitamin C 42

4.2.2.4 Hoạt tính chống oxi hóa 43

4.2.3 Tối ưu hóa PA 1 bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm 45

4.2.3.1.Tối ưu hóa nồng độ và thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 45

4.2.3.2 Xác định thành phần hóa học của dịch sơ ri ở điều kiện tối ưu của PA 1 46

4.3 Xử lý nguyên liệu sơ ri lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme hemicellulase (PA 2) 48

X

4.3.1.1 Hiệu suất thu hồi chất chiết 49

4.3.1.2 Hàm lượng đường khử và acid tổng 49

4.3.1.3 Hàm lượng các hợp chất phenolic và vitamin C 51

4.3.1.4 Hoạt tính chống oxi hóa 52

4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 53

4.3.2.1 Hiệu suất thu hồi chất chiết 53

4.3.2.2 Hàm lượng đường khử và acid tổng 55

4.3.2.3 Hàm lượng các hợp chất phenolic và vitamin C 56

4.3.2.4 Hoạt tính chống oxi hóa 57

4.3.3 Tối ưu hóa bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm của PA 2 58

4.3.3.1.Tối ưu hóa nồng độ và thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 58

4.3.3.2.So sánh thành phần hóa học của dịch sơ ri ở điều kiện tối ưu 60

4.4 So sánh và đánh giá hiệu quả của hai phương pháp xử lý nguyên liệu sơ ri đã được tối ưu hóa……… 61

4.4.1 Hiệu suất thu hồi chất chiết 62

4.4.2.Thành phần dinh dưỡng của dịch sơ ri 63

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

5.1 Kết luận 68

5.2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 78

Phụ lục A: Các phương pháp tính toán phân tích 78

Phụ lục B: Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng chế phẩm enzyme hemicellulase (PA 1) 87

XI enzyme hemicellulase (PA 2) 105Phụ lục D: Xử lý nguyên liệu bằng các phương pháp (CPP) 123

XII

Bảng 2.1 So sánh năng suất và chất lượng của các giống sơ ri được trồng tại

Gò Công 2

Bảng 2.2 Thành phần hóa học trái sơri Gò Công - Giống sơri chua địa phương 4

Bảng 2.3 So sánh thành phần hóa học của một số dịch quả 5

Bảng 2.4 Thành phần các khoáng chất và vitamin 8

Bảng 2.5 Thành phần các hợp chất bay hơi trong trái sơ ri xanh, chín một phần và chín thuần thục 9

Bảng 2.6 Một số chế phẩm enzyme được ứng dụng trong sản xuất dịch quả 14

Bảng 2.7 Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ cho quá trình trích ly 20

Bảng 2.8 Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm kết hợp với enzyme trong quá trình trích ly 21

Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật của enzyme thương mại Viscozyme L 22

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị siêu âm 23

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu sơ ri 32

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết và thành phần hóa học của dịch quả sơ ri 33

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết và thành phần hóa học của dịch quả sơ ri 39

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của các biến độc lập X1 và X2 của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 45

Bảng 4.5 Kết quả quy hoạch thực nghiệm của PA 1 46

Bảng 4.6.Thành phần hóa học của dịch sơ ri ở điều kiện tối ưu của PA 1 47

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết và thành phần hóa học của dịch quả sơ ri 48

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết và thành phần hóa học của dịch quả sơ ri 54

Bảng 4.9 Kết quả qui hoạch thực nghiệm của PA 2 59

Bảng 4.10 Ảnh hưởng của các biến độc lập X1 và X2 của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 59

XIII

Bảng 4.12 Các điều kiện cho những phương pháp xử lý nguyên liệu sơ ri 61 Bảng 4.13 Kết quả phân tích các thành phần hóa học, dinh dưỡng của dịch sơ ri khi xử lý nguyên liệu sơ ri bằng các phương pháp khác nhau 64 Bảng A.1 Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn và phương pháp xác định hàm lượng đường khử 79 Bảng A.2 Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn Vitamin C 81 Bảng A.3 Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn và phương pháp xác định hàm lượng các hợp chất phenolic 82 Bảng A.4 Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn và phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa – theo phương pháp DPPH 83 Bảng A.5 Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn và phương pháp xác định hoạt

tính chống oxy hóa – theo phương pháp ABTS 85

Bảng B.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hàm lượng vitamin C 86 Bảng B.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hàm lượng các hợp chất phenolic 87 Bảng B.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hoạt tính chống oxi hóa của - phân tích theo phương pháp DPPH 88 Bảng B.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hoạt tính chống oxi hóa - phân tích theo phương pháp ABTS 89 Bảng B.1.5 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hàm lượng đường khử 90 Bảng B.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hàm lượng acid tổng 91 Bảng B.1.7 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 92 Bảng B.2.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 1 đến hàm lượng vitamin C 93 Bảng A.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 1 đến hàm lượng các hợp chất phenolic 94

XIV

phân tích theo phương pháp DPPH 95 Bảng B.2.4 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 1 đến hoạt tính chống oxi hóa- phân tích theo phương pháp ABTS 96 Bảng B.2.5 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 1đến hàm lượng đường khử 97 Bảng B.2.6 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 1đến hàm lượng acid tổng 98 Bảng B.2.7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 99 Bảng B.3.1 Hàm lượng đường khử của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của

PA 1 100 Bảng B.3.2 Hàm lượng acid tổng của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của

PA 1 100 Bảng B.3.3 Hiệu suất thu hồi chất chiết của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối

ưu của PA 1 101 Bảng B.3.4 Hàm lượng vitamin C của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của

PA 1 101 Bảng B.3.5 Hàm lượng các hợp chất phenolic của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 1 102 Bảng B.3.6 Hoạt tính chống oxi hóa của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 1 -phân tích theo phương pháp DPPH 102 Bảng B.3.7 Hoạt tính chống oxi hóa của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 1 -phân tích theo phương pháp ABTS 103 Bảng C.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 2 đến hàm lượng vitamin C 104 Bảng C.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 2 đến hàm lượng các hợp chất phenolic 105 Bảng C.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 2 đến hoạt tính chống oxi hóa phân tích theo phương pháp DPPH 106 Bảng C.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase đến hoạt tính chống oxi hóa của PA 2 phân tích theo phương pháp ABTS 107

XV

hàm lượng đường khử 108 Bảng C.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 2 đến hàm lượng acid tổng 109 Bảng C.1.7 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme hemicellulase của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 110 Bảng C.2.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 2 đến hàm lượng vitamin C 111 Bảng C.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý PA 2 đến hàm lượng các hợp chất phenolic 112 Bảng C.2.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 2 đến hoạt tính chống oxi hóa - phân tích theo phương pháp DPPH 113 Bảng C.2.4 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 2 đến hoạt tính chống oxi - phân tích theo phương pháp ABTS 114 Bảng C.2.5 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 2 đến hàm lượng đường khử 115 Bảng C.2.6 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 2 đến hàm lượng acid tổng 116 Bảng C.2.7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 117 Bảng C.3.1 Hàm lượng đường khử của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 2 118 Bảng C.3.2 Hàm lượng acid tổng của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 2 118 Bảng C.3.3 Hiệu suất thu hồi chất chiết của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối

ưu của PA 2 119 Bảng C.3.4 Hàm lượng vitamin C của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 2 119 Bảng C.3.5 Hàm lượng các hợp chất phenolic của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 2 120

XVI

phân tích theo phương pháp DPPH 120

Bảng C.3.7 Hoạt tính chống oxi hóa của dịch sơ ri ở điều kiện xử lý tối ưu của PA 2 -phân tích theo phương pháp ABTS 121

Bảng D.1 Hàm lượng đường khử của dịch sơ ri của CPP 122

Bảng D.2 Hàm lượng acid tổng của dịch sơ ri của CPP 122

Bảng D.3 Hiệu suất thu hồi chất chiết của dịch sơ ri của CPP 123

Bảng D.4 Hàm lượng vitamin C của dịch sơ ri của CPP 123

Bảng D.5 Hàm lượng các hợp chất phenolic của dịch sơ ri của CPP 124

Bảng D.6 Hoạt tính chống oxi hóa của dịch sơ ri của CPP - phân tích theo phương pháp DPPH 124

Bảng D.7 Hoạt tính chống oxi hóa của dịch sơ ri của CPP - phân tích theo phương pháp ABTS 125

XVII

Hình 2.1 Giống sơ ri chua nhập nội (Malpighia emarginata DC) 3

Hình 2.2 Cấu trúc thành tế bào thực vật 12

Hình 2.3 Qui trình chế biến nước quả trong 13

Hình 2.4 Cơ chế phân giải arabinoxylan của hệ enzyme hemicellulase 15

Hình 2.5 Thủy phân galactomanno-oligosaccharides bằng Aspergillus niger β –mannosidases 17

Hình 2.6 Các vùng tần số âm và lĩnh vực ứng dụng 18

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu 24

Hình 3.2 Sơ đồ thu nhận dịch quả sơ ri ở qui mô phòng thí nghiệm 25

Hình 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 34

Hình 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1đến hàm lượng đường khử 35

Hình 4.3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1 đến hàm lượng acid tổng 36

Hình 4.4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1 đến hàm lượng vitamin C 36

Hình 4.5 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1 đến hàm lượng các hợp chất phenolic 37

Hình 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 1đến hoạt tính chống oxi hóa (a) theo phương pháp DPPH; (b) theo phương pháp ABTS 37

Hình 4.7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 40

Hình 4.8 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 đến hàm lượng đường khử 41

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 đến hàm lượng acid tổng 41

Hình 4.10 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 đến hàm lượng vitamin C 42

XVIII

các hợp chất phenolic 43 Hình 4.12 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 1 đến hoạt tính chống oxi hóa (a) theo phương pháp DPPH; (b) theo phương pháp ABTS 44 Hình 4.13 Đồ thị đáp ứng bề mặt dự đoán, tối ưu hóa hiệu suất thu hồi chất chiết của PA 1 46 Hình 4.14 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 49 Hình 4.15 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng đường khử 50 Hình 4.16 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng acid tổng 50 Hình 4.17 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng vitamin C 51 Hình 4.18 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng các chất phenolic 51 Hình 4.19 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme của PA 2 đến hoạt tính chống oxi hóa (a) theo phương pháp DPPH; (b) theo phương pháp ABTS 52 Hình 4.20 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hiệu suất thu hồi chất chiết 53 Hình 4.21 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng đường khử 55 Hình 4.22 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng acid tổng 55 Hình 4.23 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng vitamin C 56 Hình 4.24 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hàm lượng các hợp chất phenolic 56 Hình 4.25 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm enzyme của PA 2 đến hoạt tính chống oxi hóa (a) theo phương pháp DPPH; (b) theo phương pháp ABTS 57

XIX

PA 2 60 Hình 4.27 So sánh hiệu suất thu hồi chất chiết của dịch sơ ri khi xử lý nguyên liệu bằng các phương pháp khác nhau 62 Hình 4.28 So sánh hàm lượng vitamin C (a) và các hợp chất phenolic (b) khi xử lý nguyên liệu bằng các phương pháp khác nhau 65 Hình 4.29 So sánh hoạt tính chống oxi hóa khi xử lý nguyên liệu bằng các phương pháp khác nhau 66 Hình 4.30 So sánh hàm lượng đường khử (a) và acid tổng (b) khi xử lý nguyên liệu

bằng các phương pháp khác nhau 66

XX

ABTS: 2,2' - Azinobis-(3-ethylBenzoThiazoline-6-Sulfonic acid)

ANOVA: Analysis Of Variance – Phân tích sự khác biệt

C: Mẫu đối chứng

E: Mẫu xử lý enzyme ở điều kiện tối ưu

E c : Mẫu xử lý enzyme ở tâm

CPP: Xử lý nguyên liệu bằng các phương pháp

DPPH: 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl

FBG: Fungal Beta Glucanase

GC/MS: Gas Chromatography–Mass Spectrometry – phương pháp phân tích kết

hợp sắc kí khí và quang phổ khối

GAE: Gallic Acid Equivalent – Hàm lượng tương đương Gallic

HPLC: High Performance Liquid Chromatography method - phương pháp phân

tích sử dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao

HSTH: Hiệu suất thu hồi

PA 1: Xử lý nguyên liệu sơ ri bằng chế phẩm enzyme hemicellulase

PA 2: Xử lý nguyên liệu sơ ri lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme hemicellulase

TEAC: Trolox Equivalent Antioxidant Capacity - hàm lượng antioxidant tương

đương với trolox

TN: Thí nghiệm

U: Mẫu chỉ xử lý siêu âm

UE: Mẫu xử lý lần lượt siêu âm và enzyme ở điều kiện tối ưu

UE c : Mẫu xử lý lần lượt siêu âm và enzyme ở tâm

1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Sơ ri được trồng phổ biến tại các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là tại Tiền Giang Diện tích trồng sơ ri tại Tiền Giang là 278 ha vào năm 2007, năng suất có thể đạt đến 45 tấn/ha vào năm thứ 3 sau khi trồng đối với giống sơ ri chua nhập nội

Sơ ri là loại quả giàu vitamin C, các hợp chất phenolic và có hoạt tính chống oxi hóa cao Tuy nhiên, trái sơ ri có nhược điểm là vỏ mỏng, nhiều nước (nước chiếm 87.5%) (Trần Minh Tâm, 2000) nên rất dễ bị dập và thối rữa Tỉ lệ tổn thất trái sơ ri sau thu hoạch lên đến 40% (Merzadri và cộng sự, 2005) Việc nghiên cứu và tìm ra các giải pháp bảo quản, chế biến các sản phẩm từ trái sơ ri là rất cần thiết để giảm tổn thất sau thu hoạch cũng như giải quyết ổn định đầu ra cho trái sơ ri tại Việt Nam

Trong công nghiệp thực phẩm, sử dụng các chế phẩm enzyme để xử lý nguyên liệu

đã trở nên phổ biến và được xem là kỹ thuật xử lý truyền thống Ngày nay, sử dụng sóng siêu âm để xử lý nguyên liệu là một kỹ thuật mới có nhiều ưu điểm và tiềm năng ứng dụng vào thực tiễn Với sự hỗ trợ của sóng siêu âm, quá trình trích ly dịch quả được cải thiện hơn so với phương pháp chỉ sử dụng enzyme (Le và cộng sự, 2010)

Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Ứng dụng sóng siêu và chế phẩm hemicellulase trong qui trình thu nhận dịch quả sơ ri” Trong nghiên cứu này, chúng

tôi sử dụng chế phẩm enzyme Viscozyme L để xử lý sơ ri thu nhận dịch quả Đây là loại chế phẩm có hoạt tính hemicellulase Nhóm enzyme này phá vỡ các thành phần của thành tế bào thực vật (các loại hemicellulose) làm cho dịch quả dễ dàng thoát ra khỏi tế bào Ngoài ra chúng tôi cũng kết hợp sóng siêu âm và chế phẩm enzyme để xử

lý lần lượt nguyên liệu nhằm cải thiện hiệu suất thu hồi chất chiết cũng như chất lượng dịch quả sơ ri

2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Sơ ri

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại

Sơ ri có tên khoa học là Malpighia emarginata DC (Howard,1988), thuộc họ Malpighiaceae Cây sơ ri là loại cây thân bụi, có khoảng 30 loài và có nguồn gốc ở Trung và Nam Mỹ Sơ ri được trồng nhiều ở các nước như Brazil, Venezuela, Ấn Độ.… Ở Việt Nam cây sơ ri được trồng rãi rác ở các tỉnh ĐBSCL, đặc biệt trồng nhiều

ở Gò Công – Tiền Giang (Trần Minh Tâm, 2000) Cây sơ ri được công nhận là một trong 7 chủng loại cây ăn quả đặc sản của Tiền Giang (Phạm Ngọc Liễu và cộng sự, 2010)

Sơ ri trồng ở Gò Công - Tiền Giang có 3 giống: Giống ngọt, giống chua địa phương

và giống chua nhập nội (Phạm Ngọc Liễu và cộng sự, 2010)

Bảng 2.1 So sánh năng suất và chất lượng của các giống sơ ri được trồng tại Gò

3

Thịt quả thường có màu đỏ hơi vàng hay vàng, vài loại có màu đỏ đậm, thịt quả chiếm khoảng 79,7% - 85.6% trọng lượng quả (Phạm Ngọc Liễu và cộng sự, 2010) Sơ ri nổi tiếng như là nguồn thực phẩm giàu vitamin C và nó chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học như carotenoids và các hợp chất phenolic Đây là những thành phần tạo nên hoạt tính chống oxy hóa có trong quả sơ ri (Mezadri và cộng sự, 2008)

Trong nghiên cứu này, nguyên liệu chúng tôi chọn là sơ ri giống chua nhập nội được trồng tại Gò Công (Tiền Giang)

2.1.2 Các đặc điểm của sơ ri giống chua nhập nội

(a) (b)

Hình 2.1 Giống sơ ri chua nhập nội (Malpighia emarginata DC)

(a) Cây sơ ri được trồng tại Gò Công; (b) Cấu trúc trái sơ ri

Sơ ri giống chua nhập nội được công nhận là cây đầu dòng và được trồng rộng rãi tại Gò Công trong năm 2010 (Phạm Ngọc Liễu và cộng sự, 2010) Giống sơ ri chua nhập nội có các đặc tính như sau:

- Khả năng ra hoa, đậu quả: cao hơn 3.8 lần so với giống sơri chua địa phương

- Năng suất trung bình khoảng 113 kg/cây (cây từ 3 – 3,5 tuổi cho 8 vụ quả trong năm), thời gian thu hoạch của mỗi vụ quả kéo dài từ 7 – 10 ngày, có sự khác biệt có ý nghĩa so với năng suất của giống sơri chua địa phương

- Hàm lượng vitamin C của trái sơ ri chua nhập nội cao gấp 1.5 lần so với trái

sơ ri chua địa phương (Phạm Ngọc Liễu và cộng sự, 2010)

2.1.3 Thành phần hóa học của sơ ri

Bảng 2.2 Thành phần hóa học trái sơri Gò Công - Giống sơri chua địa phương

Số liệu phân tích thành phần hóa học của sơ ri ở bảng 2.2 và bảng 2.3 cho thấy

sơ ri có hàm lượng vitamin C rất cao (1100 - 2000 mg%) so với các loại quả khác, nhưng giá trị pH, hàm lượng đường và Độ Bx (oBx) của sơ ri thì tương đối thấp

5

Bảng 2.3 So sánh thành phần hóa học của một số dịch quả (Trần Minh Tâm, 2000)

2.1.3.1 Vitamin C

Sơ ri là loại trái cây nhiệt đới có chứa hàm lượng vitamin C cao Theo Mezadri

và cộng sự (2008) hàm lượng vitamin C trong thịt quả sơ ri khoảng 6.32 - 9.20 g/kg

và trong dịch sơ ri ở khoảng 9.44 -17.97 g/L Khi so sánh với các loại trái cây khác như xoài, dứa, lê thì lượng vitamin C của sơ ri cao hơn 7.3 - 27.5 lần (Trần Minh Tâm, 2000) Đây là ưu điểm vượt trội giúp cho trái sơ ri được tiêu thụ nhiều và được

mở rộng vùng trồng tại Việt Nam

Vitamin C trong quả sơ ri bao gồm acid ascorbic và acid dehydroascorbic, nhưng hàm lượng acid dehydroascorbic thấp hơn so với acid ascorbic Hàm lượng acid dehydroascorbic là 0.080 – 1.640 g/kg đối với thịt quả sơ ri và 0.01 – 4.30 g/L đối với dịch quả sơ ri Do vậy acid ascorbic là dạng chủ yếu của vitamin C và chiếm đến 90% tổng hàm lượng vitamin C trong quả sơ ri Mặc khác, hoạt tính chống oxy hóa của vitamin C chiếm khoảng 40 – 83% tổng hoạt tính chống oxy hóa trong quả sơ ri (Mezadri và cộng sự, 2008)

Trong quá trình chín, trái sơ ri có sự thay đổi hàm lượng vitamin C Trái sơ ri xanh có hàm lượng vitamin C cao hơn trái sơ ri chín và chín thuần thục (Nogueira và cộng sự, 2002) Hàm lượng vitamin C giảm là do sự oxi hóa sinh hóa (phân giải vitamin C) Điều này được xác nhận do sự hình thành 3-hydroxy-2-pyrone, và 3-hydroxy-2-pyrone chỉ tìm thấy được trong sơ ri chín (Vendramini và cộng sự, 2000)

lượng phenolic tổng trong thịt quả sơ ri dao động từ 4520 – 7510 mgGAE/kg và trong dịch quả là 8050 – 11500 mgGAE/kg Thành phần chủ yếu của flavonoids là anthocyanin dao động từ 37.9 – 597.4 mg/kg và flavonols dao động từ 70 – 185 mg/kg (Mezadri và cộng sự, 2008)

Hàm lượng polyphenol giảm trong suốt quá trình chín, giảm từ 3800 mgcatechin/kg đối với trái chưa chín xuống còn 1400 mg của catechin/kg đối với trái chín thuần thục Dịch sơ ri cô đặc (sơ ri chưa chín) hàm lượng polyphenol đạt lên đến 9200 mg của catechin/kg (Righetto và cộng sự, 2005)

Anthocyanin và flavonoid là những chất chống oxy hóa giúp bảo vệ tế bào của cơ thể Sử dụng thức ăn giàu chất chống oxy hóa có thể can thiệp có lợi vào tiến trình lão hóa và bệnh tật bằng cách trung hòa các gốc tự do Khi làm giảm sức mạnh tàn phá của gốc tự do, các chất chống oxy hóa có thể làm giảm nguy cơ một số bệnh như bệnh tim và ung thư

2.1.3.3 Acid tổng

Hàm lượng acid tổng phân tích trong trái sơ ri chua địa phương theo Trần Minh Tâm (2000) chiếm 1.03 g của acid citric/100g Lượng acid tổng này chiếm khá cao so với các loại quả khác được so sánh trong bảng 2.3

Bên cạnh acid ascorbic, sơ ri còn chứa các acid khác như tartaric, malic và citric Trong đó hàm lượng acid malic cao hơn, chiếm 12% hàm lượng acid tổng (quả chưa chín) và 32% hàm lượng acid tổng (quả chín) Các acid hữu cơ này góp phần vào

Hàm lượng đường trong trái sơ ri ở các giai đoạn chín khác nhau sẽ có sự khác nhau Hàm lượng đường khử tăng khoảng 33%, tăng từ 3.3 g/100g (trái chưa chín - xanh) đến 4.4 g/100g (trái chín thuần thục – màu đỏ) (Vendramini và cộng sự, 2000) Đối với các loại đường không khử, hàm lượng của chúng giảm 1.1g/100g (trái chưa chín - màu xanh) đến 0.1 g/100g (trái chín một phần – màu vàng) và không phát hiện

ở trái chín thuần thục – màu đỏ Trong khi đó, hàm lượng đường tổng gần như không thay đổi: 4.3 g/100g (trái chưa chín - màu xanh) và 4.4 g/100g (trái chín thuần thục – màu đỏ) (Vendramini và cộng sự, 2000)

2.1.3.5 Các khoáng chất, vitamin và hợp chất bay hơi

Hàm lượng các khoáng chất calcium và phosphorus trong sơ ri giống chua địa

phương lần lượt là 24.0 mg/100g và 25.0 mg/100g (Trần Minh Tâm, 2000) Và trước

đó Miller và cộng sự (1961) đã xác định hàm lượng 3 khoáng chất calcium, phosphorus và sắt (bảng 2.4) và nhận thấy hàm lượng của chúng trong sơ ri thấp hơn nhiều so với quả cherry

Tương tự như các loại trái cây khác, sơ ri có rất ít vitamin B Theo Miller và cộng sự (1961), trong quả sơ ri có 3 loại vitamin B là thiamine, riboflavin và niacin với hàm lượng rất thấp (bảng 2.4) Tuy nhiên, sơ ri chứa khá nhiều provitamin A (0.408 mg carotene/100g), hàm lượng carotene trong sơ ri nhiều tương đương với trong cà chua (Miller và cộng sự, 1961) Đặc biệt sơ ri có hàm lượng vitamin C cao,

180 mL nước ép sơ ri tươi có hàm lượng vitamin C tương đương với 14 lít nước cam tươi (Johnson, 2003)

8

Bảng 2.4 Thành phần các khoáng chất và vitamin (Miller và cộng sự, 1961)

Theo Vendramini và cộng sự (2000) đã xác định một số hợp chất dễ bay hơi trong 3 giai đoạn chín của trái sơ ri (bảng 2.5) Phần lớn các hợp chất được phát hiện trong trái chín đều thuộc nhóm ester (29%), alcohol (23%) và ketone (16%) Những nhóm hợp chất này tạo nên mùi đặc trưng của quả (Mathesis và cộng sự, 1992) Trái sơ ri xanh có nồng độ ester thấp và nồng độ này tăng trong suốt quá trình chín Các ester có thể được hình thành do phản ứng giữa alcohol và các acid hữu cơ được xúc tác bởi enzyme alcohol acyl transferase – một enzyme chỉ xuất hiện ở quả chín và có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp ester (Olias và cộng sự, 1995) Một vài acid béo của sơ ri cũng được tìm thấy trong những hợp dễ bay hơi Theo Miller và cộng sự (1961) khoảng 0.2% w/w những cấu tử dễ bay hơi được tìm thấy trong phần béo của thịt quả sơ ri

Trái sơ ri chín thuần thục

11

a : Nhận biết bằng chỉ số thời gian lưu;

b : Nhận biết bằng nội chuẩn;

c : Nhận biết bằng GC/MS;

nd : Không phát hiện;

(M): Hàm lượng cao; (i): Hàm lượng trung bình; (m): Hàm lượng thấp

2.2 Cấu trúc thành tế bào quả

Theo White Hurst và cộng sự (2002), tế bào quả được kết dính với nhau nhờ lớp phiến mỏng (middle lamella), mỗi tế bào đều có thành (primary cell wall) bao bọc xung quanh (hình 2.3)

+ Thành tế bào: Bao gồm các vi sợi cellulose xếp song song, được nối với hemicellulosic xyloglucan polymer (White Hurst và cộng sự, 2002)

+ Lớp phiến mỏng: Pectin là thành phần chủ yếu của nó Pectin trong vùng nhẵn (60-90%) có thành phần homogalacturnan và trong vùng gồ ghề (10-40%) là rhammogalacturonan (White Hurst và cộng sự, 2002)

Trong nguyên liệu sơ ri, theo Junior và cộng sự (2005) thì hemicellulose chiếm 17.2 g/100g chất khô

12

Hình 2.2 Cấu trúc thành tế bào thực vật (Lbrahim, 2010)

2.3 Qui trình thu nhận nước quả trong

Sản xuất nước quả được chia thành 4 giai đoạn chính bao gồm: (Lozano, 2006)

Tiền xử lý quả nguyên liệu

Trích ly nước quả

Lọc thô và lọc tinh nước quả

Thanh trùng hoặc tiệt trùng UHT

13 Hình 2.3 Qui trình chế biến nước quả trong (Lozano, 2006)

Rửa

Xay, nghiền Tách hạt hay

Xử lý enzyme

Quả

Ép

Nước quả thô

Lọc thô- trong

Xử lý enzyme

Nước quả trong Siêu lọc

14

2.4 Enzyme phân giải thành tế bào quả

2.4.1 Các chế phẩm enzyme thủy phân sử dụng để xử lý dịch quả

Một số enzyme phân giải thành tế bào như pectinlyase, polygalacturonase, arabinase, hemicellulase được sử dụng trong sản xuất dịch quả (Phạm Thị Trân Châu và cộng sự, 2006)

Các chế phẩm enzyme thương mại chọn sử dụng trong xử lý nguyên liệu quả phải có pH và nhiệt độ hoạt động phù hợp nhằm mục đích tăng hiệu quả phân giải thành tế bào Khi sử dụng các chế phẩm enzyme phải làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng dịch quả (White Hurst và cộng sự, 2002)

Nhiều chế phẩm enzyme thủy phân (hydrolase) như Cellulast 1.5 L, Pectinex ultra SP-L, Viscozyme được áp dụng trong sản xuất dịch quả (bảng 2.6) Sử dụng các chế phẩm enzyme trong sản xuất sẽ nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, cải thiện lao động, giảm ô nhiễm môi trường (Phạm Thị Trân Châu và cộng sự, 2006) Bảng 2.6 Một số chế phẩm enzyme được ứng dụng trong sản xuất dịch quả

Enzyme

chủ yếu

Các chế phẩm enzyme thương mại

Loại nước quả

Tài liệu tham khảo

Hemicellulase Viscozyme L

Viscozyme

Lê Măng tây Nho (grape pomance)

Park và cộng sự, 1998 Sun.T và cộng sự, 2007 Costoya và cộng sự, 2010

Pectinase Pectinex Ultra SP-L

Pectinase PV8

Pectinase NS3000

Sơ ri Nho

Lê

Chuối Dứa

Dang và cộng sự, 2010

Le Và cộng sự, 2010 Park và cộng sự, 1998

Bazirake.G.W.B., 2008 Mohammad và cộng sự., 2010

Nho (grape pomance)

Mohammad và cộng sự., 2010 Costoya và cộng sự, 2010

15

2.4.2 Enzyme hemicellulase

Trong nghiên này, chúng tôi sử dụng chế phẩm enzyme hemicellulase (Viscozyme L) để xử lý nguyên liệu sơ ri Do vậy phần tổng quan chỉ tập trung giới thiệu hemicellulase và cơ chế xúc tác của chúng

Hemicellulase là nhóm các enzyme thủy phân hemicellulose Người ta phân loại hemicellulase dựa theo cơ chất (Ghose và cộng sự, 1987) Hemicellulose gồm có các thành phần chính là xylan, galactomannan và beta-glucan Do vậy hemicellulase đặc biệt giàu hoạt tính của các enzyme xylanase, galactomannanase và beta-glucanase (White Hurst và cộng sự, 2002) Enzyme hemicellulase có thể được thu nhận từ nấm sợi hoặc vi khuẩn

2.4.2.1 Xylanase

Xylanase (EC 3.2.1.8) là enzyme xúc tác thủy phân (endohydrolysis) liên kết 1-4-beta-D-xylosidic trong phân tử xylan (Smith, 2004) Xylan là một polysaccharide thực vật chủ yếu được hình thành bởi β-1,4-glycosidic Ngoài xylose chiếm trong xylan còn có một lượng nhỏ các đường như glucose, galactose (Leggio và cộng sự, 1999)

Hình 2.4 Cơ chế phân giải arabinoxylan của hệ enzyme hemicellulase

2.4.2.2 Galactomannanase

Galactomannan được cấu thành từ các chuỗi liên kết β-(1→4)-mannan với các nhóm liên kết α-(1→6)-galactosylside (McCleary, 1985) Khả năng hòa tan và nhớt của galactomannans bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ mannose/galactose

Alpha-N-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55); xúc tác lên arabinofuranoside, arabinan chứa liên kết (1,3)-và/hoặc (1-5), arabinoxylan và arabinogalactan

alpha-L-Endo-1-4-beta-xylanase (EC 3.2.1.8); Endohydrolysis của lien kết 1-4-beta-D-xylosidic trong xylan

manno-β-Mannanase có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm mốc, thực vật và động vật Trong

số vi khuẩn, β-mannanase được tìm thấy trong cả vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí (Dutta

và cộng sự, 1997) Trong thực vật, β-mannanase được tìm thấy ở hạt nẩy mầm và trong một số loại quả chín (Bewley và cộng sự, 2000)

Beta-mannosidase

β-Mannosidase (EC 3.2.1.25) xúc tác thủy phân đường mannan từ đầu không khử của mannoside (liên kết glycosidic của đường mannose) Một vài loại β-mannosidase cũng có khả năng phân giải manno-oligosaccharide mạch dài, với độ polymer hóa trên 4 (hình 2.7) (Arai và cộng sự 1995; Akino và cộng sự 1988)

β-Mannosidase có thể thu nhận từ các nguồn khác nhau như vi khuẩn, nấm sợi

và động vật

Liên kết bị thủy phân hoàn toàn;

Liên kết bị thủy phân 1 phần;

*, điểm cuối đầu khử;

b,c, Thủy phân lần lượt thứ 1 : thứ 2 đường mannose đầu không khử;

β - Glcucan là hợp chất liên phân tử chỉ chứa glucose trong thành phần cấu tạo

và được tạo nên từ các liên kết β-glycoside

Beta-glucanase xúc tác thủy phân β-glucan thành monomer hoặc oligomer (Smith, 2004)

Beta-1,3(4)-D-glucanases (EC 3.2.1.6) xúc tác thủy phân liên kết β glucan và β -1,3-D-glucan (Yang và cộng sự, 2008)

-1,3-1,4-D-2.5 Siêu âm

2.5.1 Định nghĩa – Phân loại

Sóng siêu âm được định nghĩa là sóng vận chuyển một năng lượng cơ học thông qua sự chuyển động cục bộ của của các phần tử tại tần số 20 kHz hoặc lớn hơn (Leighton., 2007)

Hình 2.6 Các vùng tần số âm và lĩnh vực ứng dụng

Theo Kuldiloke (2002) sóng siêu âm được chia làm 3 khoảng tần số: Tần số 1 – 10 MHz (sóng siêu âm chuẩn đoán) không có hiện tượng sủi bong bóng được dùng trong

y học và phân tích hóa học; Tần số 16 – 100 kHz, tạo bong bóng lớn làm tăng nhiệt độ

và áp suất trong vùng sủi bong bóng được ứng dụng trong các quá trình hóa học và

19

chế biến thực phẩm; Tần số cao 100 kHz – 1000 kHz, sủi bong bóng ít dữ dội được ứng dụng để xác định tính chất hóa lý của nguyên liệu thực phẩm

2.5.2 Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong quá trình trích ly

Sóng siêu âm làm tăng khả năng trích ly các chất chiết trong các quá trình trích ly

là dựa vào một số tác động tích cực của sóng siêu âm như: Tạo ra một áp lực lớn xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào của nguyên liệu; tăng khả năng truyền khối tới bề mặt phân cách; phá vỡ thành tế bào trên bề mặt và bên trong của nguyên liệu giúp cho quá trình thoát chất tan được dễ dàng hơn

Sóng siêu âm làm tăng sự khuếch các phân tử hòa tan Ngoài ra, sóng siêu âm còn khuếch tán qua thành tế bào thực vật làm rữa trôi những chất bên trong tế bào, do đó cải thiện được hiệu quả trích ly Sóng siêu âm làm giảm kích thướt nguyên liệu và làm tăng số lượng tế bào tiếp xúc với dung môi (Vinatoru, 2001)

Sự truyền áp suất âm và hiện tượng sủi bong bóng trong quá trình siêu âm sẽ làm tăng hiệu quả trích ly Hiện tượng sủi bong bóng trên bề mặt thực vật có khả năng đục thủng thành tế bào và hiện tượng sủi bong bóng gần bề mặt lỏng rắn sẽ tạo ra các dòng chảy nhanh từ chất lỏng đến các lỗ hỏng trên bề mặt Hơn nữa, sủi bong bóng trên bề mặt vật chất tạo ra sự va chạm do các tia nhỏ (vi tia) làm cho các cấu trúc phân tử bị phá vỡ và bề mặt vật chất bị mòn đi (Vilkhu và cộng sự, 2008)

Sự sủi bong bóng trong chất lỏng là do bong bóng được hình thành, lớn lên và vỡ trong suốt quá trình siêu âm Ảnh hưởng rõ ràng của sóng siêu âm đối với quá trình trích ly là thời gian trích ly các chất chiết ngắn Sóng siêu làm gia tăng sự truyền khối

và giúp cho sự xâm nhập của dung môi dễ dàng hơn vào trong tế bào Thêm vào đó,

sự vỡ của khoang gần thành tế bào có thể dẫn đến phá huỷ tế bào và tách các chất chiết đi vào trong môi trường trích ly (Mason và cộng sự, 1994; Entezari và cộng sự, 2004)

2.5.3 Ứng dụng sóng siêu âm để trích ly chất chiết từ thực vật

Sóng siêu âm hỗ trợ cho quá trình trích ly

20

Sóng siêu âm cải thiện hiệu suất trích ly các hợp chất từ thực vật và thời gian chiết xuất ngắn hơn (Wu và cộng sự, 2008) Mặc khác xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm cũng làm ổn định màu sắc của nước ép quả

Quá trình xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm làm tăng hiệu xuất trích ly các hợp chất phenolic và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác (Tiwari và cộng sự, 2010; Vilkhu và cộng sự, 2008)

Kỹ thuật xử lý bằng sóng siêu âm cũng được ứng dụng để chiết xuất các hợp chất hương từ nước ép quả hay rượu vang (Williams và cộng sự, 1982; Herraiz và cộng sự, 1989; Moio và cộng sự, 1993) Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ cho quá trình trích ly các hợp chất trong các đối tượng thực vật khác nhau (bảng 2.7)

Bảng 2.7 Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ cho quá trình trích ly

Nguyên liệu

thực vật

Thiết bị siêu âm

Dung môi Sản phẩm Ưu điểm đạt được Tác giả tham

khảo

Trái nho và

hạt nho

Thanh, 24 kHz

Nước, methanol

Acid malic Gia tăng hàm lượng trích ly

methanol Các hợp

chất phenolic

Hiệu suất trích ly hầu hết các hợp chất phenolic tăng khi năng lượng siêu âm tăng từ 3.2 đến 30W

Ya và cộng sự, 2009

Trái nho đỏ Thanh, 20

kHz

Nước nho Anthocyanin Hàm lượng

anthocyanin được duy trì cao- qui trình chế biến nước quả có yêu cầu giữ được hàm lượng anthocyanin cao

Tiwari và cộng

sự, 2010

Ứng dụng sóng siêu âm kết hợp với enzyme trong quá trình trích ly

Xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm kết hợp với enzyme làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết và thời gian xử lý ngắn hơn phương pháp xử lý nguyên liệu bằng enzyme truyền thống (Le và cộng sự, 2010)