Quá trình xử lý bã cà phê bằng chế phẩm là Celluclast 1.5L có hoạt tính cellulase đã cải thiện thành phần chất xơ trong bã cà phê với lượng nước trong hỗn hợp thủy phân là 2.5 g nước/g b
Trang 1VÕ THỊ NGỌC YẾN
XỬ LÝ ENZYME BÃ CÀ PHÊ VÀ ỨNG DỤNG
ĐỂ SẢN XUẤT BÁNH COOKIES GIÀU XƠ
ENZYME TREATMENT OF COFFEE GROUNDS AND
APPLICATION FOR FIBER-RICH COOKIES
Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
Mã số: 8540101
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 09 năm 2020
Trang 2PGS.TS Tôn Nữ Minh Nguyệt
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Nguyễn Đoan Duy
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lê Minh Hùng
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM
ngày 04 tháng 09 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1 Chủ tịch:GS.TS Đống Thị Anh Đào
2 Thư ký: PGS.TS Phan Ngọc Hòa
3 Phản biện 1: PGS.TS Lê Nguyễn Đoan Duy
4 Phản biện 2:TS Lê Minh Hùng
5 Uỷ viên: PGS.TS Trần Thị Thu Trà
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Trang 3NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : Võ Thị Ngọc Yến MSSV : 1870272
Ngày tháng năm sinh: 06-01-1994 Nơi sinh: Đồng Tháp
Chuyên ngành : Công Nghệ Thực Phẩm Mã số : 8540101
1 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN:
Xử lý enzyme bã cà phê và ứng dụng để sản xuất bánh cookies giàu xơ
2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nghiên cứu điều kiện thủy phân bã cà phê bao gồm: hàm lượng nước trong hỗn
hợp thủy phân, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân
Nghiên cứu công thức bánh quy giàu xơ bổ sung bột bã cà phê chưa và đã qua thủy
phân
3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 24/02/2020
4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 28/08/2020
Trang 4i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ sự tri ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Thị Thu Trà và
PGS.TS Tôn Nữ Minh Nguyệt Chính nhờ sự tận tâm hướng dẫn cũng như hết lòng
giúp đỡ, động viên của các cô trong suốt thời gian qua mà em mới có thể hoàn thành tốt
đề tài nghiên cứu này
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý Thầy, Cô của Trường Đại học Bách
Khoa Thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là Quý Thầy, Cô của Bộ môn Công nghệ
thực phẩm – Khoa Kỹ thuật Hóa đã tận tâm dạy bảo và truyền đạt kiến thức cho em
trong những năm tháng học tập vừa qua Điều này đã giúp em có được một hành trang
vững chắc trên con đường sự nghiệp tương lai
Em xin gửi lời cảm ơn đến hai bạn sinh viên Lê Thành Sang và Nguyễn Thị Anh
Thư - sinh viên khóa 2016 của bộ môn Công nghệ thực phẩm – Khoa Kỹ thuật Hóa đã
hộ trợ nhiệt tình trong suốt quá trình nghiên cứu
Em xin cảm ơn các Anh, Chị cũng như Bạn Bè đã luôn động viên, ủng hộ và giúp
đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn Được đồng hành cùng mọi người
trong thời gian vừa qua đã đem lại cho em rất nhiều kỉ niệm và bài học quý giá
Đặc biệt nhất, em muốn gửi lời biết ơn sâu sắc đến Gia Đình.Gia Đình chính là
chỗ dựa vững chắc giúp em vượt qua mọi khó khăn, là nguồn động viên to lớn của em
trong suốt quá trình học tập
Một lần nữa, Em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày tháng 08 năm 2020
Tác giả luận văn
Võ Thị Ngọc Yến
Trang 5ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Với mục tiêu tận dụng nguồn phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cà phê,
nghiên cứu này tập trung vào việc bổ sung bã cà phê vào công thức sản xuất bánh quy
giàu xơ, tạo ra sản phẩm có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng và tăng tính hiệu quả kinh
tế Bã cà phê được sử dụng trong nghiên cứu này thuộc giống Robusta Bã cà phê là
một nguồn nguyên liệu giàu xơ, trong đó hàm lượng xơ tổng là 76.6±0.58, chất xơ
không tan và hòa tan lần lượt chiếm tỷ lệ là 72.1±0.56 và 4.4±0.04, tỷ lệ giữa lượng
chất xơ không tan và chất xơ hòa tan là 16.2±0.14
Quá trình xử lý bã cà phê bằng chế phẩm là Celluclast 1.5L có hoạt tính cellulase
đã cải thiện thành phần chất xơ trong bã cà phê với lượng nước trong hỗn hợp thủy phân
là 2.5 g nước/g bã cà phê khô; nồng độ enzyme sử dụng là 6U/g chất khô và thời gian
thủy phân là 90 phút Bã cà phê sau xử lý có hàm lượng xơ tan tăng 25%
Với tỷ lệ thay thế bã cà phê từ 0% đến 35%, khối bột nhào có độ cứng tăng lên
trong khi độ cố kết và độ phục hồi giảm Bánh quy thành phẩm có hàm lượng chất xơ
và lipid, phenolic, hoạt tính chống oxi hóa tăng lên trong khi tinh bột giảm Khi tăng tỷ
lệ bã cà phê thay thế , xét về chỉ tiêu vật lý, đường kính và độ dày của bánh giảm trong
khi chỉ số SF tăng, xét về màu và độ cứng, bánh trở nên sậm màu và cứng hơn Cuối
cùng, mức độ ưa thích chung của bánh giảm khi tỷ lệ thay thế bã cà phê tăng
Khi đã xử lý enzyme đối với bã cà phê, hàm lượng chất xơ hòa tan trong bánh tăng
lên rõ rệt sau quá trình xử lý Mẫu bánh quy sử dụng bã cà phê chưa qua xử lý với tỷ lệ
15% đạt được sự chấp nhận của người tiêu dùng.Cũng như vậy, mẫu bánh có tỷ lệ bã
cà phê đã qua xử lý enzyme là 15% được người tiêu dùng chấp nhận
Trang 6iii
ABSTRACT
Spent coffee grounds is the major by-product of the instant coffee industry; in this study, coffee grounds are dried, sieved and then mixed with wheat flour to produce fiber-rich cookies, in order to make products, what bring more beneficial for consumers' health and increase economic efficiency The coffee grounds be used in this study belong to the genus Robusta Spent coffee is a rich source of dietary fibre, in which the total fiber content is 76.6 ± 0.58, the insoluble and soluble fibers are 72.1 ± 0.56 and 4.4 ± 0.04 respectively, the ratio between the amount of insoluble and soluble fiber are 16.2 ± 0.14
The process of treating coffee grounds by using Celluclast 1.5L with cellulase activity has improved fiber content in coffee grounds with a water content in hydrolysis
is 2.5g water/g dry coffee grounds; Enzyme concentration is 6U/g dry matter and hydrolysis time is 90 minutes The treated coffee grounds were increasing of 25% in soluble fiber content
With a coffee grounds replacement rate from 0% to 35%, the dough was increasing hardness while the consistency and recovery was decreasing The final products have
an increased content of fiber and lipids, phenolic, antioxidant activity but reduced starch When we rise the number of replacement coffee grounds, in terms of physical performance, the diameter and thickness of the cake decreases but the SF index increases, in terms of color and hardness, the cake becomes darker and harder Finally, the overall preference of the cake decreases as the coffee grounds replacement rate increases
The coffee grounds after treated, the soluble fiber content in the cake was increased significantly The biscuits sample, that using untreated coffee grounds at a rate of 15% has reached consumer acceptance; Also, the sample with an enzyme-treated coffee grounds ratio of 15% is accepted by consumers
Trang 7iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn “Xử lý enzyme bã cà phê và ứng
dụng để sản xuất bánh cookies giàu xơ” là kết quả nghiên cứu của nhóm chúng tôi
dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Thị Thu Trà và PGS.TS Tôn Nữ Minh Nguyệt, không sao chép kết quả từ nghiên cứu khác
Tp Hồ Chí Minh, Ngày tháng 08 năm 2020
Tác giả luận văn
Võ Thị Ngọc Yến
Trang 8v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii
ABSTRACT iii
MỤC LỤC v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix
DANH MỤC BẢNG x
DANH MỤC HÌNH xii
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 5
2.1 Bã cà phê 5
2.1.1 Giới thiệu 5
2.1.2 Thành phần hóa học 5
2.2 Ứng dụng enzyme để xử lý nguyên liệu giàu xơ 11
2.2.1 Giới thiệu 11
2.2.2 Ứng dụng xylanase và cellulase để thủy phân bã cà phê 12
2.3 Tình hình ứng dụng bã cà phê để sản xuất thực phẩm giàu xơ 13
2.3.1 Bổ sung trực tiếp bã cà phê vào thực phẩm để tăng hàm lượng xơ 13
2.3.2 Thủy phân và lên men bã cà phê 14
2.3.3 Trích chiết thu nhận các chất từ bã cà phê 15
2.4 Những điểm mới của đề tài 19
Trang 9vi
CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU……… 21
3.1 Nguyên liệu 21
3.1.1 Bã cà phê 21
3.1.2 Chế phẩm enzyme 21
3.1.3 Nguyên liệu làm bánh 24
3.2 Hóa chất và thiết bị 25
3.2.1 Hóa chất phân tích 25
3.2.2 Thiết bị 27
3.3 Nội dung nghiên cứu 27
3.3.1 Xác định thành phần, tính chất của bã cà phê và bột mì 28
3.3.2 Xử lý bã cà phê bằng phương pháp enzyme 29
3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ bã cà phê bổ sung đến tính chất của bánh quy: sử dụng bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý enzyme 33
3.4 Các phương pháp phân tích 37
3.5 Phương pháp xử lý số liệu 38
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39
4.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu 39
4.2 Xử lý bã cà phê bằng phương pháp enzyme 43
4.2.1 Ảnh hưởng của lượng nước trong hỗn hợp thủy phân 43
4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 46
4.2.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 49
Trang 10vii
4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê bổ sung đến tính chất của bột nhào
và bánh quy: sử dụng mẫu bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý 51
4.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê đến tính chất cơ lý của bột nhào 51
4.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê đến các chỉ tiêu vật lý của bánh quy 55
4.3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê đến thành phần hóa học của bánh quy 62
4.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê đến chất lượng cảm quan của bánh quy 68 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70
5.1 Kết luận 70
5.2 Kiến nghị 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
PHỤ LỤC 78
Phụ lục 1 Các phương pháp phân tích 78
Phụ lục 1.1 Xác định hàm lượng ẩm 78
Phụ lục 1.2 Xác định hàm lượng protein 78
Phụ lục 1.3 Xác định hàm lượng lipid tổng 82
Phụ lục 1.4 Xác định hàm lượng chất xơ không hòa tan, chất xơ hòa tan và chất xơ tổng 84
Phụ lục 1.5 Xác định hàm lượng tro 88
Phụ lục 1.6 Xác định hàm lượng tinh bột 89
Phụ lục 1.7 Xác định hàm lượng carbohydrate tổng 92
Phụ lục 1.8 Xác định hàm lượng phenolic tổng 92
Phụ lục 1.9 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH 95
Phụ lục 1.10 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa theo FRAP 98
Trang 11viii
Phụ lục 1.11 Xác định hoạt tính enzyme 101
Phụ lục 1.12 Khả năng hút nước 103
Phụ lục 1.13 Khả năng hút dầu 104
Phụ lục 2 Phương pháp đánh giá chất lượng bán thành phẩm và sản phẩm 105
Phụ lục 2.1 Đánh giá tính chất cơ lý của bột nhào 105
Phụ lục 2.2 Đánh giá chất lượng của bánh quy 106
Phụ lục 3 Số liệu thí nghiệm 110
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 114
Trang 12 EGU: Endoglucanse Unit - Đơn vị hoạt độ endoglucanase
FAO: Food and Agriculture Organization - Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
IDF: Insoluble Dietary Fiber - Chất xơ không hòa tan
SDF: Soluble Dietary Fiber - Chất xơ hòa tan
TDF: Total Dietary Fiber – Chất xơ tổng
SF: Spread Factor – Chỉ số đường kính/độ dày
TPA: Texture Profile Analysis
USDA: United States Department of Agriculture - Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ
Trang 13x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2 1 Thành phần hóa học của bã cà phê 6
Bảng 2 2 Thành phần amino acid trong bã cà phê 7
Bảng 2 3 Thành phần acid béo của bã cà phê 9
Bảng 2 4 Thành phần khoáng trong bã cà phê 10
Bảng 4 1 Thành phần hóa học của bã cà phê 40
Bảng 4 2 Thành phần hóa học của bột mì 42
Bảng 4 3 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến đường kính, độ dày, và chỉ số SF của bánh quy 55
Bảng 4 4 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến màu sắc của bánh quy 61
Bảng 4 5 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến hàm lượng protein, tro, lipid, tinh bột của bánh quy 63
Bảng 4 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến hàm lượng Phenolic tổng, hoạt tính kháng oxi hóa theo DPPH và FRAP của bánh quy 65
Bảng 4 7 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến chất lượng cảm quan của bánh 68
Bảng 6 1 Ảnh hưởng của lượng nước trong hỗn hợp thủy phân (trên căn bản chất khô) đến hàm lượng SDF, IDF, TDF, và tỷ lệ IDF:SDF của bã cà phê 110
Bảng 6 2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng SDF, IDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã cà phê 110
Bảng 6 3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng IDF, SDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã cà phê 111
Bảng 6 4 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến độ cứng, độ cố kết và độ phục hồi của bột nhào 111
Trang 14xi
Bảng 6 5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý đến độ cứng của bánh quy 112Bảng 6 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý đến thành phần chất
xơ của bánh quy 112Bảng 6 7 Khả năng hấp thu nước của bã cà phê chưa xử lý enzyme, bã cà phê đã xử lý enzyme và bột mì 113
Trang 15xii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1 1 Biểu đồ sản xuất cà phê của từng khu vực trên thế giới (Nguồn: ICO) 2
Hình 1 2 Biểu đồ tiêu thụ cà phê ở từng khu vực trên thế giới niên vụ 2019/2020 (Nguồn: ICO) 3
Hình 3 1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 28
Hình 3 2 Quy trình xử lý bã cà phê với chế phẩm Celluclast 1.5L 30
Hình 3 3 Quy trình sản xuất bánh quy có bổ sung bã cà phê 34
Hình 4 1 Ảnh hưởng của lượng nước trong hỗn hợp thủy phân (g nước/g bã cà phê khô) đến hàm lượng SDF, IDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã cà phê 44
Hình 4 2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng IDF, SDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã cà phê 47
Hình 4 3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng IDF, SDF, TDF và tỷ lệ IDF:SDF của bã cà phê 50
Hình 4 4 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến độ cứng của bột nhào 52
Hình 4 5 Ảnh hưởng của tí lệ thay thế bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến độ cố kết của bột nhào 54
Hình 4 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê chưa qua và đã qua xử lý enzyme đến độ phục hồi của bột nhào 54
Hình 4 7 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến độ cứng của bánh quy 57
Hình 4 8 Hình chụp trực quan sự thay đổi màu sắc của bánh quy khi thay đổi tỷ lệ bã cà phê chưa qua xử lý (hàng trên) và bã cà phê đã qua xử lý (hàng dưới) 59
Hình 4 9 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến hàm lượng xơ không tan trong bánh quy 66
Trang 16xiii
Hình 4 10 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến hàm lượng xơ tan trong bánh
quy 66
Hình 4 11 Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế bã cà phê đến hàm lượng xơ tổng trong bánh quy 67
Hình 6.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng nitơ tổng 81
Hình 6.2 Đường chuẩn xác định hàm lượng tinh bột 91
Hình 6.3 Đường chuẩn xác định hàm lượng phenolic tổng 94
Hình 6.4 Đường chuẩn DPPH 97
Hình 6.5 Đường chuẩn FRAP 100
Hình 6 6 Đường chuẩn xác định hoạt tính enzyme 102
Hình 6 7 Giản đồ lực - thời gian trong phép đo TPA 105
Hình 6 8 Hệ màu CIE - Lab 107
Hình 6 9 Phiếu hướng dẫn đánh giá cảm quan 109
Hình 6 10 Phiếu trả lời đánh giá cảm quan 109
Trang 171
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
Bánh quy là một thực phẩm công nghiệp được sản xuất và tiêu thụ khắp nơi trên thới giới Về thành phần dinh dưỡng, bánh quy chứa nhiều đường, tinh bột, chất béo nhưng lại nghèo chất xơ[60] Hiện nay, thực phẩm giàu xơ đang được nhiều người tiêu dùng quan tâm vì chúng có nhiều tác động có lợi cho sức khỏe như ngăn ngừa táo bón, viêm ruột, béo phì và sự tăng hàm lượng cholesterol trong máu[61] Tại Việt Nam, bánh quy giàu chất xơ ngày càng trở nên phổ biến Sản phẩm này được làm từ bột lúa mì không tách đi lớp cám trong quá trình xay xát hoặc được làm từ hỗn hợp bột mì đã tách
bỏ lớp cám ( thường được gọi tắt là bột mì) và các nguyên liệu giàu chất xơ [50]
Chất xơ bao gồm cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, gums, chất nhầy, có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật, không bị tiêu hóa và hấp thu ở ruột non, lên men một phần hoặc hoàn toàn ở ruột già [1]
Khi mức sống tăng cao, nhu cầu sử dụng các sản phẩm có lợi cho sức khỏe cũng tăng lên Vì thế các dòng sản phẩm bánh kẹo dinh dưỡng có chức năng đặc biệt trở thành dòng sản phẩm cao cấp được ưa chuộng Sản phẩm bánh quy giàu xơ nổi lên như một xu hướng vì sử dụng các sản phẩm nghèo năng lượng, ít đường, giàu chất xơ Chất
xơ có tác dụng nhuận tràng, giảm cholesterol trong máu và suy giảm đường huyết Ở Việt Nam hiện nay, sản phẩm bánh quy giàu xơ chủ yếu được tạo ra từ bột mì nguyên cám Tìm kiếm một nguồn nguyên liệu tiềm năng giàu xơ bổ sung vào bánh quy là một nhu cầu hết sức cần thiết
Tổ Chức Cà phê Quốc tế (ICO) cho biết 10 năm qua, sản lượng cà phê toàn cầu tăng trưởng với tốc độ trung bình hàng năm khoảng 2,6%, từ 140.16 triệu bao trong năm 2010 - 2011 lên 168.71 triệu bao trong năm 2019 - 2020
Trang 182
Hình 1 1 Biểu đồ sản xuất cà phê của từng khu vực trên thế giới (Nguồn: ICO)
Theo báo cáo thị trường cà phê tháng 12 của ICO, nhu cầu cà phê tăng trung bình hàng năm dài hạn là 2.2% do mức tiêu thụ tăng từ 90.71 triệu bao lên 169.34 triệu bao trong niên vụ 2019 - 2020
Trang 19Bã cà phê trong công nghiệp sản xuất cà phê có lượng thải ra hàng năm trên thế giới là 6 triệu tấn Việt Nam hiện có 5 doanh nghiệp sản xuất cà phê hòa tan công suất khoảng 3 500 – 40 000 tấn, tương đương 100 000 tấn cà phê nhân (chiếm khoảng 5% sản lượng cà phê nhân hàng năm) Hàng năm ngành công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan thải ra môi trường khoảng 99 000 tấn bã cà phê Bã cà phê dùng để sản xuất nhiên liệu cho nồi hơi công nghiệp do công suất nhiệt cao khoảng 5 000 kcal / kg, làm chất nền để nuôi cấy vi sinh vật và là nguyên liệu thô để sản xuất ethanol nhiên liệu hoặc nước giải khát có mùi cà phê, phân hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, chất hấp thụ sinh học và enzyme [2]
Trang 204
Bã cà phê là nguồn có chứa chất xơ không tan kháng oxy hóa, amino acid thiết yếu, hàm lượng đường huyết thấp, hoàn toàn an toàn [3] Dựa vào nhu cầu thực tế của sản phẩm bánh quy cùng với nguồn nguyên liệu dồi dào, giàu các hợp chất Phenolic, chất chống oxy hóa như bã cà phê, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Xử lý enzyme bã
cà phê và ứng dụng để sản xuất bánh cookies giàu xơ” Mục đích của nghiên cứu là tận dụng nguồn phụ phẩm bã cà phê dồi dào để ứng dụng vào quy trình sản xuất bánh quy nhằm tạo ra sản phẩm giàu xơ, tốt cho sức khỏe và được nhiều người tiêu dùng chấp nhận
Trang 212.1.2 Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của bã cà phê phụ thuộc vào loại hạt cà phê, chế độ rang và quy trình trích ly [4] Thành phần hóa học của bã cà phê (% chất khô) từ một số nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.1
Trang 22và cộng
sự, 2016 [3]
J.F
Mendes
và cộng
sự, 2018 [4]
Cláudia
P Passos và cộng sự,
Những nghiên cứu cho thấy thành phần lignin trong bã cà phê cao hơn một số nguyên liệu khác như bã malt (19.40% w/w), bã mía (18.93% w/w), rơm rạ (17.20%
Trang 237
w/w) và rơm lúa mạch (15.50% w/w) Lignin chứa các nhóm chức bao gồm phenolic hydroxyl, aliphatic hydroxyl, methoxyl, carbonyl, sulfonates Chlorogenic, caffeic, và coumaric acids đều là những thành phần liên quan đến lignin, các hợp chất này đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe do đặc tính chống oxy hóa của chúng [1]
Bã cà phê có hàm lượng xơ tổng (TDF) khoảng 60.46 % w/w, trong đó xơ không tan (IDF) chiếm 84% và xơ tan (SDF) chiếm 16% so với xơ tổng [1]
2.1.2.2 Protein
Bã cà phê chiếm một lượng đáng kể protein Tổng các hợp chất chứa N của bã cà phê tương đối ổn định giữa các loài thậm chí chế độ rang khác nhau, khoảng từ 8.5 đến 13.6% (Belitz, Grosch, & Schieberte, 2004) Theo Cruz và cộng sự (2012), protein thô trong bã cà phê khoảng 12.8-16.9% [7] Một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng hàm lượng protein trong bã cà phê dao động từ 6.7% đến 9.9% [8] hoặc 13.6% [6] Thành phần amino acid của bã cà phê được trình bài trong Bảng 2.2 [6]
Bảng 2 2 Thành phần amino acid trong bã cà phê
Amino acid không
thiết yếu
Thành phần (% protein tổng)
Amino acid thiết
yếu
Thành phần (% protein tổng)
Alanine (Ala) 2.34 ± 0.71 Arginine (Arg) 0.01 ± 0.01
Aspartic acid (Asp) 5.10 ± 0.71 Histidine (His) 0.39 ± 0.08
Cysteine (Cys) 0.15 ± 0.01 Isoleucine (Ileu) 0.94 ± 0.13
Glutamic acid (Glu) 4.13 ± 0.56 Leucine (Leu) 2.49 ± 0.37
Glycine (Gly) 2.68 ± 0.17 Lysine (Lys) 0.59 ± 0.10
Proline (Pro) 1.63 ± 0.29 Methionine (Met) 0.26 ± 0.03
Serine (Ser) 0.57 ± 0.10 Phenylalanine (Phe) 1.18 ± 0.22 Tyrosine (Tyr) 0.33 ± 0.09 Threonine (Thr) 4.71 ± 1.01
Valine (Val) 1.69 ± 0.14
Trang 248
2.1.2.3 Lipid
Hàm lượng lipid trong bã cà phê chiếm khoảng 10-15% khối lượng chất khô [5],
có trường hợp cao hơn 20% [3] hoặc có thể thấp hơn 5% [1] Hàm lượng chất béo trong
bã cà phê có khoảng dao động lớn vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu như giống cà phê, quá trình phát triển và đặc biệt là chế độ rang Thành phần chất béo trong bã cà phê chủ yếu
là acid linoleic, acid palmitic, acid stearic và acid oleic Acid Arachidic (≤ 7%) và acid linolenic (≤ 5%) cũng có trong hầu hết thành phần chất béo của bã cà phê trong khi đó acid lauric và acid myristic hiếm khi được phát hiện do điều kiện trích ly, quy trình chế biến và nguồn gốc của bã [6] Thành phần acid béo của bã cà phê được trình bài trong Bảng 2.3 [6]
Trang 259
Bảng 2 3 Thành phần acid béo của bã cà phê
Trang 2610
2.1.2.4 Khoáng
Hàm lượng khoáng của bã cà phê chiếm 1.30% w/w, các chất khoáng đa dạng bao gồm kali, canxi, magie, lưu huỳnh, phốt pho, sắt, mangan, boron, đồng và các chất khác, trong đó nhiều nhất là kali, tiếp đến là magie và photpho [1]
Bảng 2 4 Thành phần khoáng trong bã cà phê
bã và 10mg CGA/100g bã Khả năng kháng oxy hóa xác định theo phương pháp ABTS
Trang 2711
cho thấy bã cà phê chứa 0.33% đương lượng CGA (acid chlorogenic) (w/w) Hàm lượng phenolic tổng trong bã cà phê bằng 0.18% đương lượng CGA (w/w) tương ứng với 50% khả năng kháng oxy hóa tổng [3] Hoạt tính kháng oxy hóa của bã cà phê xác định theo phương pháp DPPH là khoảng 20.0 μmol TE/g chất khô) [9], theo phương pháp FRAP
là 0.102 mmol Fe (II)/g chất khô) [1]
Các hợp chất phenolic trong bã cà phê chủ yếu là các polyphenol của este (acid caffeic, acid ferulic, acid p-coumaric, acid chlorogenic), đây là những chất chống oxy hóa, bảo vệ gan, hạ đường huyết, chống ung thư, kháng khuẩn [9]
2.2 Ứng dụng enzyme để xử lý nguyên liệu giàu xơ
2.2.1 Giới thiệu
Chất xơ đem lại nhiều lợi ích về sức khỏe cho con người [10] Các bệnh tim mạch, đột qui, cao huyết áp, béo phì, táo bón… sẽ giảm nguy cơ phát triển nếu cơ thể được cung cấp đủ chất xơ [11-15] Nhu cầu chất xơ cho một ngày phụ thuộc vào độ tuổi, giới tính và năng lượng cơ thể tiêu hao Một người trưởng thành, với mức năng lượng tiêu thụ trung bình 2000 kcal/ngày cho phụ nữ và 2600 kcal/ngày cho nam giới, cần cung cấp cho cơ thể lượng xơ lần lượt là 28g và 36g mỗi ngày [10] Tuy nhiên, trong thực tế, khẩu phần ăn thường ít chất xơ Ví dụ ở Mỹ, lượng chất xơ trong chế độ
ăn uống của phụ nữ và nam giới được USDA công bố vào năm 2014 là 15g/ngày và 18g/ngày, chỉ bằng khoảng một nửa so với khuyến cáo Vì vậy, những giải pháp gia tăng chất xơ trong khẩu phần ăn uống là cần thiết
Nhóm chất xơ mà hệ vi sinh vật đường ruột có thể sử dụng để lên men là nhóm chất xơ tốt Các chất xơ này khi lên men ở đại tràng sẽ sản sinh ra acid mạch ngắn như acid acetic, acid propionic, và acid butyric Các acid này làm giảm pH của đại tràng nên làm giảm sự phát triển của các bệnh tiềm ẩn [16, 17] Theo Jenkins và cộng sự (2000), chất xơ hòa tan có khả năng tham gia quá trình lên men dễ dàng hơn so với chất xơ không hòa tan [18] Theo Valdivia – Lopez và cộng sự (2015), tỉ lệ giữa lượng chất xơ
Trang 2812
không tan so với chất xơ hòa tan trong khoảng 2:1 đến 3:1 thì được xem là tốt cho sức khỏe [19] Do đó, tăng lượng chất xơ hòa tan trong khẩu phần ăn để cải thiện chức năng của đường tiêu hóa là một giải pháp đang được đẩy mạnh nghiên cứu Một trong nhiều phương pháp xử lý để tăng lượng xơ hòa tan là xử lý nguyên liệu giàu chất xơ không tan bằng cellulase
Cellulase được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau dựa trên trình tự acid amin
và cấu trúc tinh thể của chúng Trong tự nhiên, quá trình thủy phân hoàn toàn cellulose được thực hiện với sự tham gia của ít nhất ba loại enzyme cellulase gồm: endoglucanase (EC 3.2.1.4), exoglucanase – bao gồm cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) và β-glucosidase (EC 3.2.1.21) Theo Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự (2011), mỗi loại enzyme có cơ chế tác động đến cơ chất rất khác nhau, cụ thể:
EC 3.2.1.4 – endoglucanase hay 1,4-β-D glucan-4-glucanohydrolase: là một endoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết β-1,4 glycoside ở những vị trí giữa mạch phân tử cellulose
EC 3.2.1.91 – cellobiohydrolase hay 1,4-β-D glucancellobiohydrolase: là một exoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết β-1,4 glycoside trong phân tử cellulose từ đầu không khử và giải phóng ra sản phẩm là cellobiose
EC 3.2.1.21 – β – glucosidase, cellobiase hay glycosideglucohydrolase: có thể thủy phân những đoạn oligomer của cellulose và cellobiose Enzyme này thủy phân liên kết β-glucosidase từ đầu không khử và giải phóng ra sản phẩm là β-D-glucose 2.2.2 Ứng dụng xylanase và cellulase để thủy phân bã cà phê
Bã cà phê có hàm lương chất xơ cao nhưng chất xơ không tan chiếm tỉ lệ đáng kể
so với xơ tan Trong đó, thành phần hóa học chủ yếu của xơ không tan trong bã cà phê
là cellulose và hemicellulose [1] Xơ không tan và xơ tan đều là những chất tốt cho cơ thể, tuy nhiên nhìn chung, chất xơ hòa tan mang lợi ích về nhiều mặt dinh dưỡng hơn chất xơ không hòa tan Vì thế, việc sử dụng phương pháp xử lý enzyme bằng cellulase
Trang 2913
để giảm hàm lượng xơ không tan và tăng hàm lượng xơ tan trong bã cà phê đã được đề xuất
2.3 Tình hình ứng dụng bã cà phê để sản xuất thực phẩm giàu xơ
Trên thế giới, ý tưởng tận dụng bã cà phê đã được triển khai nhiều trong những năm gần đây
2.3.1 Bổ sung trực tiếp bã cà phê vào thực phẩm để tăng hàm lượng xơ
Ngày nay, nhu cầu về nhóm thực phẩm để tăng cường sức khoẻ, đặc biệt là các sản phẩm không chứa đường, ít calorie và các sản phẩm giàu xơ, đang gia tăng Khi tăng hàm lượng chất xơ trong thực phẩm có thể cải thiện được các vấn đề về sức khoẻ như cao huyết áp, đái tháo đường và ung thư ruột kết Hơn nữa, các sản phẩm giàu β-glucan còn có khả năng làm giảm sự hấp thu glucose Vì vậy, sản xuất sản phẩm thực phẩm giàu xơ và β-glucan đang là một hướng nghiên cứu đang được chú trọng Bên cạnh việc bổ sung nguồn chất xơ từ cám của các loại hạt ngũ cốc như lúa mì, thóc gạo, yến mạch và lúa mạch thì tận dụng các nguồn phụ liệu thực phẩm giàu xơ như bã cà phê cũng là một giải pháp cần lưu ý đến
Năm 2016, Nuria Martinez-Saez và cộng sự đã nghiên cứu bổ sung bã cà phê trực tiếp vào nguyên liệu làm bánh quy, với tỉ lệ từ 3.5-4.4% (w / w) trên tổng khối lượng nguyên liệu làm bánh Kết quả cho thấy với tỉ lệ bổ sung 4% có thể được sử dụng trực tiếp mà không ảnh hưởng đến các quá trình chế biến, cũng như chất lượng cuối cùng của sản phẩm Sản phẩm này có giá trị dinh dưỡng và cảm quan cao, tiềm năng sử dụng cho những người có các bệnh mãn tính như tim mạch, béo phì, tiểu đường Ứng dụng
sử bã cà phê vào thực phẩm sẽ tạo ra giá trị gia tăng cho sản phẩm với nguồn nguyên liệu phụ phẩm chi phí thấp [3]
Năm 2017, Victoria Guadalupe Aguilar‐Raymundo và cộng sự đã nghiên cứu bổ sung bã cà phê vào nguyên liệu làm bánh quy từ (0; 10; 17.5 và 25g/100g nguyên liệu) Các mẫu bánh quy được đánh giá cảm quan trên 131 người tiêu dùng Kết quả cho thấy
Trang 3014
đặc điểm cấu trúc của bánh không bị ảnh hưởng bởi thành phần bã cà phê bổ sung vào Hàm lượng xơ tổng, hàm lượng chất béo, tro và hoạt tính chống oxi hóa trong bánh tăng lên cùng với sự gia tăng của thành phầm bã cà phê bổ sung vào Tất cả các bánh quy bổ sung bã cà phê đều được chấp nhận đối với người tiêu dùng Khi bổ sung bã cà phê với hàm lượng 17.5 và 25.0g/100g nguyên liệu làm bánh cho ra sản phẩm được người tiêu dùng chấp nhận và được coi là sản phẩm giàu xơ, bên cạnh đó bánh có hàm lượng bã
cà phê bổ sung 17.5g/100 g nguyên liệu được yêu thích hơn hẳn [20]
Một nghiên cứu gần đây, đầu năm 2020, của nhóm các nhà nghiên cứu J Arias, S Delgado-Arias, Y Duarte-Correa và cộng sự đã nghiên cứu tạo ra loại nguyên liệu bột mới, kết hợp giữa bã cà phê và whey protein Đánh giá một số tính chất hình thái và nhiệt động học của sản phẩm bột này bằng cách sấy phun Sản phẩm bột mới này là hỗn hợp kết hợp giữa bã cà phê và whey protein concentrate với các tỉ lệ của bã
Osorio-cà phê (4, 10 và 16%), sau đó sản phẩm được sấy phun khô với nhiệt độ 170oC Kết quả nghiên cứu cho kết luận rằng có thể tạo ra loại nguyên liệu bột mới với các tính chất vật
lý, hình thái và nhiệt động học có tiềm năng cao ứng dụng vào ngành công nghiệp sữa [21]
2.3.2 Thủy phân và lên men bã cà phê
Năm 2015, Nima Fotouhi Tehrani, Javier S Aznar và Yohannes Kiros đã nghiên cứu quá trình thủy phân bã cà phê bằng nấm men Bã cà phê được sấy ở 120oC cho đến
khi ẩm còn 150% Men bánh mì (Baker’s yeast): Saccharomyces cerevisiae được sử
dụng để lên men Cấy nấm men và lên men với các thời gian lên men khác nhau, nhiệt
độ và nồng độ cơ chất sử dụng cũng khác nhau để khảo sát điều kiện tối ưu của quá
trình lên men bã cà phê Kết quả: ở 21oC và 30oC, ethanol thu được đạt giá trị cao nhất khi khối lượng cơ chất là 16g trong đó lượng nước (100ml), men (1g) và thời gian lên men (48h) được giữ không đổi Nhiệt độ đạt năng suất thu ethanol cao nhất là 30oC, ứng với nhiệt độ tối ưu của nấm men Lượng men sử dụng càng nhiều thì hiệu suất sinh
Trang 3115
ethanol càng cao Khi đem bã nấu với nước được loại bỏ ion trong 30 giây ở 95oC rồi tách lỏng và rắn đem lên men riêng Ethanol thu được trong dịch lỏng cao hơn vì các chất được thủy phân đa phần đã được chiết vào dịch lỏng [22]
Bên cạnh thủy phân bã cà phê để thu nhận ethanol, bã cà phê còn được thủy phân
để khai thác một số hợp chất khác Solange I Mussatto và cộng sự (2011) đã thủy phân
bã cà phê bằng H2SO4 nhằm mục đích thu hồi các loại đường từ hemicellulose Các thí nghiệm được thiết kế để xác minh ảnh hưởng của nồng độ H2SO4, tỉ lệ lỏng-rắn, nhiệt
độ và thời gian phản ứng đến hiệu quả của quá trình thủy phân Bã cà phê được phát hiện là nguyên liệu giàu xơ (45.3%, w/w), trong đó hemicellulose (cấu thành bởi mannose, galactose và arabinose) và cellulose (glucose homopolymer) tương ứng với 36.7% (w/w) và 8.6% (w/w) Điều kiện tối ưu để chiết xuất đường từ hemicellulose gồm nồng độ H2SO4 (100 mg acid/g chất khô), tỉ lệ lỏng-rắn (10g chất lỏng /g chất rắn), nhiệt độ (163oC) và thời gian (45 phút) Trong các điều kiện này, hiệu suất thủy phân lần lượt là 100%, 77.4% và 89.5% đối với galactan, mannan và arabinan, tương ứng với hiệu suất thủy phân hemicellulose là 87.4% [2]
2.3.3 Trích chiết thu nhận các chất từ bã cà phê
Các nhà nghiên cứu quan tâm và triển khai nhiều dự án trích chiết các hợp chất từ
bã cà phê như lipid, đường, polyphenol…
Một nghiên cứu gần đây, đầu năm 2020, nhóm các nhà nghiên cứu Marta Andrés, Cristina Andrés-Iglesias, Juan García-Serna đã sản xuất dầu cà phê và các chất được thủy phân từ hemicelluloses phân tử lượng lớn bằng cách kết hợp các phương pháp sử dụng chất lỏng siêu tới hạn CO2, xử lý nhiệt và tách, tinh chế thông qua màng siêu lọc, màng lọc tầng Kết quả cho thấy năng suất chiết hemicelluloses đạt 3.49g/100g
Ramos-bã cà phê khô sau 40 phút ở 160oC Hệ thống màng siêu lọc cho phép tách phân loại các nhóm hemicelluloses nhất định, hầu hết được giữ lại trên màng lọc đầu tiên Sáu sản phẩm hemicelluloses khác nhau thu được với độ tinh khiết cao từ 83.7 đến 97.8% [23]
Trang 3216
Cũng đầu năm 2020, Alchris Woo Go và cộng sự đã nghiên cứu trích ly lipid từ
bã cà phê sau thủy phân để sản xuất dầu diesel sinh học với dung môi hexan Bã cà phê sau khi thủy phân với acid loãng có chứa lượng lipid rất lớn (khoảng 26% khối lượng) Nghiên cứu này đưa ra các mô hình động học khác nhau để tìm ra tỉ lệ dung môi và bã rắn thích hợp cho hiệu quả trích ly cao nhất Kết quả nghiên cứu cho thấy chiết xuất lipid từ bã cà phê sau thủy phân cần ít dung môi hơn chiết xuất cùng lượng lipid có trong bã cà phê, tiết kiệm tới 40% dung môi [24]
Nhóm các nhà nghiên cứu Danyelle A Mota, Devi Rajan, Giuditta C Heinzl (2020) đã nghiên cứu sản xuất lipid có calo thấp từ bã cà phê hoặc bã ô liu được xúc tác bởi enzyme lipase cố định trong các hạt nano từ tính Trong nghiên cứu này, dầu thô chiết xuất từ bã cà phê và bã ô liu đã được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp triacylglycerol có hàm lượng calo thấp, bằng cách acid hóa bằng acid capric, hoặc bằng cách hấp thụ với ethyl caprate, trong dung môi tự do, được xúc tác bởi các enzyme sn-1,3regioselective lipases Lipase đã được cố định trong các hạt nano từ tính (MNP–ROL) và được thử nghiệm như là một chất sinh học mới Kết quả cho thấy phản ứng xúc tác MNP-ROL nhanh hơn, hiệu quả hơn các mô hình trước đó, 50% triacylglycerol mới được tạo ra sau 3 giờ acid hóa dầu thô từ bã cà phê hoặc bã ô liu [25]
P.J Arauzo và cộng sự (2020) đã nghiên cứu chiết xuất các hợp chất phenolic từ
bã cà phê bằng cách kết hợp phương pháp thủy nhiệt với phương pháp siêu âm Việc
xử lý thủy nhiệt được thực hiện ở ba nhiệt độ khác nhau (200°C, 230°C và 260°C) và thời gian giữ nhiệt trong (1h và 3h) Việc chiết xuất có hỗ trợ siêu âm được thực hiện trên các phần khô và phần sền sệt, được xử lý trước bằng ba dung môi: nước, metanol
và hỗn hợp nước-metanol Kết quả cho thấy rằng chiết xuất có hỗ trợ siêu âm, sử dụng methanol làm dung môi cho hàm lượng phenolic tổng cao nhất (11.7- 20.3 mg GAE /
mg mẫu khô) và các điều kiện thủy nhiệt có ảnh hưởng mạnh đến quá trình chiết [26] Năm 2019, Marina Ramón-Gonçalves và cộng sự đã nghiên cứu khai thác, xác định và định lượng polyphenol từ bã cà phê bằng phương pháp sắc ký và phân tích hóa
Trang 3317
học Phương pháp chiết lỏng-rắn sử dụng hỗn hợp nước- ethanol được kết hợp với DAD, LC-MS/MS và các phân tích hóa học để thiết lập các điều kiện chiết xuất tối ưu polyphenol có giá trị cao từ bã cà phê đã qua sử dụng Acid chlorogen và p-coumaric là các polyphenol phong phú nhất được tìm thấy, dao động từ 0.02 đến 4.8mg/g và 0.173-0.50mg/g, tương ứng Ngoài ra, tổng hàm lượng polyphenol (9-29 mgGAE/gDW), tổng hàm lượng flavonoid (11–27mgQE/gDW), tổng hoạt tính chống oxy hóa (0.3–7mgGAE/gDW) và gốc tự do đã được xác định Phương pháp phản ứng bề mặt cho phép thu được các mô hình dự đoán để chiết xuất từng polyphenol riêng lẻ Các kết quả tổng thể cho thấy rằng bã cà phê có thể được tái sử dụng như một nguồn polyphenol tự nhiên, rẻ tiền và có triển vọng với các ứng dụng công nghiệp tiềm năng, do đó giảm thiểu việc xử lý chất thải và tác động môi trường [27]
cLC-Năm 2017, Y.-F Shang và cộng sự đã nghiên cứu khai thác Polyphenol chống oxy hóa từ bã cà phê bằng chất lỏng cao áp Trong nghiên cứu này, các điều kiện chiết xuất phenolic tổng và caffeine từ bã cà phê được tối ưu hóa bằng phương pháp chiết xuất chất lỏng điều chỉnh áp suất (PLE) với nước và ethanol sử dụng các thí nghiệm thống kê Quá trình này được tối ưu hóa bằng thiết kế Plackett-Burman để sàng lọc các biến quan trọng nhất Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ và trọng lượng của tải mẫu ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chiết của phenolic tổng và caffeine ở mức 95% (P
<0.05) Điều kiện tối ưu hóa được xác định là 195°C, tải mẫu 0.8 g Mười loại cà phê giống khác nhau được so sánh trong các điều kiện tối ưu hóa và nhận thấy rằng hàm lượng phenolic tổng từ 19-26 GAE/gDW, hoạt tính DPPH và hoạt động ABTS lần lượt tương ứng là 16-38 và 10-28 VE /gDW Caffeine và 5-CQA lần lượt là 3-9 và 51-201
mg /gDW Bên cạnh đó, kết quả thí nghiệm cũng cho thấy dư lượng các chất được xử
lý bởi PLE có những lợi ích sức khỏe tiềm năng và có thể được sử dụng như một thành phần hoặc phụ gia trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm [28]
Đầu năm 2020, nhóm các nhà nghiên cứu Jie Gu, Wenhui Pei, Shuo Tang, Fei Yan, Zhenwen Peng, Caoxing Huang, Jinlai Yang, Qiang Yong đã nghiên cứu sản xuất
Trang 3418
galactomannan (GalM) từ bã cà phê bằng cách tiền xử lý tự động phân giải và xử lý thủy phân bằng enzyme Trong nghiên cứu này, bã cà phê được xử lý trước bằng phương pháp tiền xử lý tự động phân giải để cải thiện tối đa khả năng chiết xuất GalM bằng endo-mannanase tiếp theo GalM trong dịch tiền xử lý (GalM-PH) và sau khi thủy phân bằng enzym (GalM-EH) thu được bằng cách kết tủa ethanol Trong các điều kiện tiền
xử lý tự động phân giải được tối ưu hóa, 50.1% GalM trong bã cà phê đã xử lý trước được chuyển thành GalM tự do trong dịch thủy phân bằng enzyme Kết quả phân tích thành phần cho thấy GalM-PH gồm 81.7% galactomannan, cao hơn so với GalM-EH (76.4%) Trọng lượng phân tử của GalM-PH và GalM-EH lần lượt là 44.5 kDa và 28.0 kDa Các thử nghiệm chống oxy hóa chỉ ra rằng cả GalM-EH và GalM-PH đều có thể quét các gốc 2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl và các gốc hydroxyl Phân tích miễn dịch
và probiotics cho thấy tất cả các chế phẩm GalM đều thể hiện các hoạt tính rõ rệt để tăng sinh probiotics và tăng sinh tế bào Đại thực bào để sản xuất NO, trong đó GalM-
EH vượt trội hơn GalM-PH Những kết quả này cho thấy GalM chiết xuất từ bã cà phê
là các chất có hoạt tính sinh học có thể được sử dụng như chất chống oxy hóa, probiotics
và chất kích thích miễn dịch [29]
Năm 2018, Kenia Vázquez-Sánchez và cộng sự đã nghiên cứu các đặc tính giúp tăng cường sức khỏe của chất xơ chống oxy hóa chiết xuất từ bã cà phê Chất xơ chống oxy hóa chiết xuất từ bã cà phê (FSCG) được đánh giá là một thành phần thực phẩm chức năng tiềm năng khi được kết hợp trong mô hình thực phẩm (bánh quy) và được tiêu hóa trong ống nghiệm mô phỏng hệ thống tiêu hóa của con người FSCG được thêm vào bánh quy làm tăng hàm lượng xơ tổng, khả năng chống oxy hóa sau quá trình tiêu hóa trong ống nghiệm, khả năng tiếp cận sinh học của các hợp chất phenolic (acid gallic
và catechin) và các acid amin Hơn nữa, các sản phẩm cuối liên quan đến các bệnh mãn tính, giảm tới 6 lần trong bánh quy có chứa FSCG so với bánh quy truyền thống Nghiên cứu này dường như chỉ ra rằng các hợp chất chống tiểu đường có thể được giải phóng trong ruột non trong quá trình tiêu hóa FSCG, ở bánh quy có chứa FSCG có thể điều
Trang 35hỗ trợ siêu tới hạn Kết quả cho thấy dưới dạng áp suất hoạt động 100bar và 18mg Caffeic Acid Equivalents/ g liposome thì polyphenol thu được hiệu suất đóng gói cao (89%), kích thước liposome nhỏ (khoảng 200nm) và không làm giảm đáng kể hoạt tính chống oxy hóa khi tải (7%) [31]
2.4 Những điểm mới của đề tài
Hiện nay ở Việt Nam, bã cà phê được sử dụng chủ yếu để làm phân bón Vì trong
bã cà phê vẫn còn chứa một lượng đáng kể các hợp chất dinh dưỡng như protein, lipid, tro… Ngoài ra, bã cà phê còn là một nguồn nguyên liệu tiềm năng để trích một số hợp chất, đặc biệt là các hợp chất chứa hoạt tính sinh học Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, việc bổ sung bã cà phê vào thực phẩm chưa xuất hiện tại Việt Nam Vì thế, với
đề tài nghiên cứu này, chúng tôi hy vọng có thể tạo ra một loại sản phẩm thực phẩm mới đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của người tiêu dùng
Ở đề tài này, chúng tôi tiến hành sử dụng enzyme để xử lý bã cà phê và khảo sát ảnh hưởng của enzyme đến hàm lượng chất xơ trong bã cà phê Bên cạnh đó, chúng tôi cũng tiến hành khảo sát ảnh hưởng của bã cà phê sau quá trình xử lý enzyme đến các
Trang 3620
tính chất của bột nhào và bánh quy Từ đó làm cơ sở để chọn ra tỉ lệ bã cà phê thích hợp
để bổ sung vào công thức bánh quy
Theo các kết quả nghiên cứu đã công bố và nguồn thông tin chúng tôi tiếp cận được, chúng tôi nhận thấy đề tài “Xử lý enzyme bã cà phê và ứng dụng để sản xuất bánh cookies giàu xơ” có những điểm mới hơn về nguồn nguyên liệu và công đoạn xử lý
Cụ thể, về nguyên liệu, chúng tôi sử dụng nguồn nguyên liệu giàu xơ là một phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan Về công đoạn tiền xử lý, chúng tôi xử lý hóa sinh trước khi tiến hành bổ sung vào công thức bánh quy Trong các nghiên cứu đã công bố trước đây đa số các tác giả quan tâm đến việc sử dụng bã cà phê không tiền xử lý để bổ sung trực tiếp vào bánh nướng.Với nghiên cứu này chúng tôi hi vọng sau khi xử lý bã cà phê với enzyme, có thể làm tăng được tỉ lệ bổ sung bã cà phê và bánh quy so với những nghiên cứu đã nêu trên và tăng hàm lượng xơ tan có trong thành phẩm
Trang 37Để đảm bảo sự đồng nhất và ổn định về tính chất của nguyên liệu, bã cà phê được lấy về một lần, sấy nhiệt độ 60oC trong 8 giờ để đạt độ ẩm 6-10% Sau đó, bã cà phê được đem đi nghiền và rây qua rây có kích thước lỗ mesh 40 Cuối cùng, bột bã cà phê
sẽ được chia nhỏ vào các túi PE, đuổi khí, hàn kín và lưu trữ trong tủ đông trong suốt quá trình nghiên cứu
3.1.2 Chế phẩm enzyme
Chế phẩm cellulase sử dụng để xử lý bã cà phê trong nghiên cứu này có tên thương mại là Celluclast 1.5L, do công ty Novozymes (Đan Mạch) sản xuất Các đặc tính của chế phẩm được trình bày trong Bảng 3.1
Bảng 3 1 Một số đặc tính của chế phẩm Celluclast 1.5L
Hoạt tính ban đầu (Endoglucanase unit/g - EGU/g) 700
Phương pháp sản xuất Phương pháp lên men bề sâu
Trang 3822
Một đơn vị hoạt độ endoglucanase (1 EGU) được định nghĩa là lượng enzyme cần thiết để giải phóng 1 µmol D-glucose từ carboxymethyl cellulose (CMC) trong một phút
ở điều kiện nhiệt độ 50oC, pH 4.8
Chế phẩm Celluclast 1.5L được bảo quản ở 0oC – 5oC và tránh ánh sáng mặt trời trong suốt quá trình nghiên cứu Khi được bảo quản theo khuyến cáo, sản phẩm được
sử dụng tốt nhất trong 18 tháng kể từ ngày giao hàng
EC 3.2.1.4 – endoglucanase hay 1,4-β-D glucan-4-glucanohydrolase: là một endoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết β-1,4 glycoside ở những vị trí giữa mạch phân tử cellulose
Ngoài cellulase, chúng tôi còn sử dụng ba chế phẩm enzyme khác để phân tích xác định hàm lượng chất xơ bao gồm Termamyl®SC, SEBrew – GL và Alcalase®2.5
L đều do công ty Novozymes (Đan Mạch) sản xuất Đặc tính của các chế phẩm được trình bày trong Bảng 3.2
Trang 3923
Bảng 3 2 Đặc tính của các chế phẩm enzyme dùng trong phân tích chất xơ
Nguồn sản xuất
Bacillus licheniformis Aspergillus niger Bacillus licheniformis
Sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp lên men vi sinh vật
Protein enzyme được phân tách và tinh sạch sau quá trình lên men
Nhiệt độ tối ưu 95 o C – 100 o C 45 o C – 65 o C 60 o C – 65 o C
Trạng thái vật lý Dạng lỏng, màu hổ phách Dạng lỏng, màu nâu Dạng lỏng, màu hổ phách
Chất ổn định
Methionine Sodium chloride Sucrose
Sucrose/Glucose, D
Sodium benzoate Tài liệu tham khảo Product Data Sheet of
Một AGU/g (amyloglucosidase unit) là lượng enzyme glucoamylase cần dùng để giải phóng 0.1 μmol p-nitrophenol từ p-nitrophenol-alpha-glucopyromoside ở pH 4.3
và nhiệt độ 50oC
Một đơn vị hoạt độ Anson (1 AU) của protease được định nghĩa là lượng enzyme xúc tác thủy phân cơ chất hemoglobin trong 1 phút, giải phóng các acid amin và peptide cho phản ứng bắt màu với thuốc thử Folin – Ciocalteu Phenol; cường độ màu tương đương với 1 mEq tyrosine, ở điều kiện nhiệt độ 25oC, pH 7.5
Trang 40 Trứng gà: Trứng gà tươi của công ty cổ phần thực phẩm Vĩnh Thành Đạt Hàm lượng NH3 trong trứng gà không vượt quá 40 mg/100 g Thời gian bảo quản của trứng ở nhiệt độ thường là 7 ngày
Chất tạo ngọt: Đường được sử dụng trong công thức bánh là đường Isomalt và Acesulfame kali
Isomalt: Đường isomalt có xuất xứ từ công ty Boneo (Đức) Isomalt có độ tinh khiết 98%, hàm lượng carbohydrate 98% và hàm lượng Na nhỏ hơn 10 ppm
Acesulfame kali: Acesulfame kali có xuất xứ từ công ty Vitasweet (Trung Quốc)
Độ tinh khiết của acesulfame kali lớn hơn 99.87%
Bơ: Bơ lạt có xuất xứ từ công ty Pilot (Úc) Hàm lượng lipid trong bơ không thấp hơn 97%
Muối ăn: Muối tinh sấy có bổ sung iod do Tập đoàn Muối Miền Nam sản xuất Muối có hàm lượng NaCl lớn hơn 98%, hàm lượng iod từ 20 – 40 ppm, độ ẩm nhỏ hơn 1% và hàm lượng các chất không tan khác nhỏ hơn 0.2%
Hương vani: hương vani có xuất xứ từ Tập đoàn Rayner’s (Anh) Thành phần chính trong chế phẩm hương vani gồm có nước, propylene glycol, hương thực phẩm, chất tạo màu caramel lỏng (E150), acid citric (E330) và chất bảo quản natri benzoat (E211)