Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu từ quả nhàu tươi

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 3 chương Chương 1 Tổng quan Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Kết quả và thảo luận Noni Morinda citrifolia L đã được sử dụng trong các phương thuốc dân gian và được báo cáo là có nhiều tác dụng chữa bệnh Để tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch nhàu trước khi đưa vào sấy phun tạo sản phẩm bột nghiên cứu này tập trung khảo sát các phương pháp tiền xử lí trái nhàu bao gồm phương pháp chần phương pháp thu hồi dịch quả Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng khi chần quả nhàu bằng hơi nước trong 6 phút giữ lại hàm lượng vitamin C và polyphenol tổng số cao hơn trong nước nóng ở 85°C trong 4 phút Tuy nhiên sự thay đổi này không đáng kể với mức ý nghĩa α 0 05 So với kỹ thuật ép dịch quả được chiết xuất bằng cách xay nhàu với nước theo tỉ lệ 1 2 m w được cho là tốt nhất về hiệu suất thu hồi 80 37 và độ truyền quang 87 36 Dựa trên hiệu suất thu hồi và các tính chất hóa lý đáng kể quả nhàu được xử lý chần bằng hơi nước và tách dịch bằng phương pháp xay được khuyến nghị để nghiên cứu thêm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU ĐẾN HIỆU SUẤT THU HỒI DỊCH VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH NHÀU

TỪ QUẢ NHÀU TƯƠI

Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Thủy Tiên

MSSV: 107150184 Lớp: 15H2B

Đà Nẵng – Năm 2019

TÓM TẮT

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nguyên liệu đến

hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu từ quả nhàu tươi

Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Thủy Tiên

MSSV: 107150184 Lớp: 15H2B

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Noni (Morinda citrifolia L) đã được sử dụng trong các phương thuốc dân gian và

được báo cáo là có nhiều tác dụng chữa bệnh Để tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch nhàu trước khi đưa vào sấy phun tạo sản phẩm bột, nghiên cứu này tập trung khảo sát các phương pháp tiền xử lí trái nhàu bao gồm phương pháp chần, phương pháp thu hồi dịch quả Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi chần quả nhàu bằng hơi nước trong 6 phút giữ lại hàm lượng vitamin C và polyphenol tổng số cao hơn trong nước nóng ở 85°C trong 4 phút Tuy nhiên, sự thay đổi này không đáng kể với mức ý nghĩa α=0,05

So với kỹ thuật ép, dịch quả được chiết xuất bằng cách xay nhàu với nước theo tỉ lệ 1:2 (m/w) được cho là tốt nhất về hiệu suất thu hồi (80,37%) và độ truyền quang (87,36%) Dựa trên hiệu suất thu hồi và các tính chất hóa lý đáng kể, quả nhàu được xử lý chần bằng hơi nước và tách dịch bằng phương pháp xay được khuyến nghị để nghiên cứu thêm

Họ tên sinh viên: Hồ Thị Thủy Tiên Số thẻ sinh viên: 107150184

Lớp: 15H2B Khoa: Hóa Ngành: Công nghệ thực phẩm

1 Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu từ quả nhàu tươi

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

5 Các bản vẽ, đồ thị ( Không )

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /2019

LỜI NÓI ĐẦU

Sau hơn 3 tháng thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp

xử lý nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu từ quả nhàu tươi”,

dưới sự hướng dẫn của TS Mạc Thị Hà Thanh, em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô Mạc Thị Hà Thanh, cảm ơn cô đã luôn luôn giành thời gian quý báu của mình để hướng dẫn em rất tận tình

từ việc chọn đề tài cho đến khi hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong thời gian thực hiện

đề tài cô đã truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm, luôn định hướng và góp ý sửa chữa về phương pháp, nội dung cũng như các vấn đề liên quan đến đề tài để em có thể hoàn thành một cách tốt nhất

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Hóa - Trường Đại học Bách Khoa

Đà Nẵng nói chung, bộ môn Công nghệ thực phẩm nói riêng, đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng, nhiệt tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi về phòng thí nghiệm, trang thiết bị trong suốt thời gian em thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình Cuối cùng, em xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Hội đồng bảo vệ đồ

án tốt nghiệp đã dành thời gian quý báu của mình để đọc và đưa ra ý kiến đóng góp cho

đồ án tốt nghiệp của em

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hồ Thị Thủy Tiên

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do tôi tự thực hiện, phân tích một cách trung thực, khách quan Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

Sinh viên thực hiện

Hồ Thị Thủy Tiên

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu i

Cam đoan ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng, hình vẽ vi

Danh sách các kí hiệu, chữ viết tắt viii

Trang MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về cây nhàu 4

1.1.1 Giới thiệu chung về cây nhàu 4

1.1.2 Đặc điểm thực vật của cây nhàu 4

1.1.3 Thành phần hóa học của quả nhàu 6

1.1.4 Tác dụng dược lý của nhàu 9

1.1.5 Các hiện tượng hư hỏng xảy ra trong quá trình bảo quản nguyên liệu: 10

1.2 Tổng quan về Enzyme pectinase 11

1.2.1 Giới thiệu chung 11

1.2.2 Phân loại 12

1.2.3 Cơ chế tác dụng của enzyme pectinase 13

1.2.4 Trung tâm hoạt động của pectinase 13

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme 13

1.2.6 Ứng dụng của enzyme pectinase 13

1.3 Tổng quan về cơ chất pectin 14

1.3.1 Cấu tạo và phân loại 14

1.3.2 Tính chất chung của pectin 15

1.4 Tình hình nghiên cứu về quả nhàu 15

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 15

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 16

1.5 Đề xuất phương pháp xử lý nguyên liệu trái nhàu tươi thu dịch quả trong chuẩn bị cho quá trình sấy phun 17

1.5.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 17

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Đối tượng nghiên cứu 20

2.1.1 Qủa nhàu 20

2.1.2 Enzyme 20

2.1.3 Nước 21

2.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 21

2.2.1 Hóa chất 21

2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 21

2.2.3 Thiết bị thí nghiệm 21

2.2.4 Địa điểm tiến hành 22

2.3 Phương pháp nghiên cứu 22

2.3.1 Bố trí thí nghiệm 22

2.3.2 Phương pháp phân tích vật lý 28

2.3.3 Phương pháp phân tích hóa lý 29

2.3.4 Phương pháp phân tích hóa học 30

2.3.5 Phương pháp xác kiểm tra hoạt tính enzyme 35

2.3.6 Phương pháp xác định độ trong 35

2.3.7 Phương pháp xử lí số liệu 35

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Ảnh hưởng của các mức độ chín của trái nhàu đến khả năng trích li dịch nhàu 36 3.2 Xác định thành phần hóa học của quả nhàu chín 37

3.2.1 Xác định thành phần cấu tạo của quả nhàu 37

3.2.2 Xác định thành phần hóa học của quả nhàu chín 37

3.3 Ảnh hưởng của thời gian chần bằng hơi nước đến chất lượng dịch nhàu 39

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian chần bằng hơi nước đến khả năng ức chế các enzyme gây sẫm màu 39

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian chần đến hàm lượng vitamin C trong quả nhàu 40

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian chần bằng hơi nước đến hàm lượng polyphenol tổng trong quả nhàu 41

3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian chần đến hoạt tính kháng oxy hóa 42

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần bằng nước nóng đến chất lượng dịch nhàu 44

3.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần bằng nước nóng đến khả năng ức chế các enzyme gây sẫm màu 44

3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần bằng nước nóng đến hàm lượng vitamin C trong quả nhàu 44

3.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng polyphenol tổng trong

quả 45

3.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ chần và thời gian chần đến hoạt tính kháng oxy hóa 46

3.5 So sánh hai phương pháp xử lí nhiệt nguyên liệu đến chất lượng của nhàu 48

3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến chất lượng dịch quả nhàu khi thu dịch bằng phương pháp ép 49

3.6.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến hàm lượng chất tan và hiệu suất thu hồi của dịch quả nhàu 49

3.6.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến độ trong dịch quả nhàu 51

3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến chất lượng dịch quả nhàu khi thu dịch bằng phương pháp xay 52

3.7.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến hiệu suất thu hồi dịch quả nhàu 52

3.7.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến độ trong của dịch quả nhàu 53

3.8 So sánh hiệu quả của hai phương pháp xử lí nguyên liệu (xay và ép) đến hàm lượng chất tan, hiệu suất trích li và độ trong của dịch nhàu 54

3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH xử lí trong quá trình ủ đến hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu trong phương pháp xay 56

3.9.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH của dịch quả nhàu trong quá trình ủ đến hiệu suất thu hồi dịch quả 56

3.9.2 Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ ủ đến độ nhớt của dịch quả 57

3.9.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH dịch ủ đến độ truyền quang của sản phẩm 58

3.10 Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất bột nhàu sấy phun thử nghiệm 59

3.10.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 59

3.10.2 Thuyết minh quy trình 59

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 1 1

PHỤ LỤC 2 6

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của quả nhàu 6

Bảng 2.1 Ma trận thí nghiệm 1 22

Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm 2 24

Bảng 2.3 Ma trận thí nghiệm 3 24

Bảng 2.4 Ma trận thí nghiệm 4 26

Bảng 2.5 Ma trận thí nghiệm 5 28

Bảng 3.1 Thành phần cấu tạo cuả quả nhàu 37

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của quả nhàu 38

Bảng 3.3 Khả năng bắt gốc tự do DPPH của nhàu theo tỷ lệ pha loãng 42

Bảng 3.4 Giá trị IC50 của từng mẫu dịch chiết nhàu tại các chế độ chần 43

Bảng 3.5 Khả năng bắt gốc tự do DPPH của nhàu theo tỷ lệ pha loãng 47

Bảng 3.6 Giá trị IC50 của mẫu nhàu ở các nhiệt độ và thời gian chần 47

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của phương pháp xử lí nhiệt đến chât lượng dịch nhàu 48

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của phương pháp xử lí đến hàm lượng chất tan, hiệu suất trích li và độ trong của dịch nhàu 55

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Cây nhàu 4

Hình 1.2 Cấu tạo quả nhàu 5

Hình 1.3 Qúa trình chín của quả nhàu 5

Hình 1.4 Công thức cấu tạo vitamin C 7

Hình 1.5 Xeronine trong quả nhàu 7

Hình 1.6 Công thức cấu tạo Scopoletin 8

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của damnacanthal 8

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của một số dấn xuất terpene 9

Hình 1.9 (1) isomericanoic A và (2) 3- methoxy-americanoic A 9

Hình 1.10 Cơ chế tác dụng của PE 12

Hình 1.11 Cơ chế tác dụng của PG và PMG 13

Hình 1.12 Cấu tạo hóa học của pectinase 14

Hình 1.13 Các sản phẩm chiết xuất từ nhàu trên thị trường 17

Hình 1.14 Sơ đồ quy trình công nghệ cho công đoạn xử lý nhàu tươi để sản xuất bột nhàu bằng phương pháp sấy phun 19

Hình 2.1 Độ chín của trái nhàu 20

Hình 2.2 Enzyme pectinex Ultra 20Hình 2 3 Cơ chế bắt gốc tự do 33Hình 3.1 Hiệu suất trích li của các loại nguyên liệu ở các mức độ chín, điều kiện tồn trữ khác nhau 36 Hình 3.2 Các mẫu quả sau khi chần bằng hơi nước được rót dung dịch H2O2 39Hình 3.3 Hàm lượng vitamin C tại các chế độ chần 40Hình 3.4 Hàm lượng polyphenol tổng trong quả nhàu sau các chế độ chần khác nhau41Hình 3.5 Các mẫu quả sau khi chần trong nước nóng được rót dung dịch H2O2 44Hình 3.6 Hàm lượng vitamin C tại các chế độ chần 45Hình 3.7 hàm lượng polyphenol tổng trong quả nhàu sau các chế độ chần khác nhau 46Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến hàm lượng chất tan (A) và hiệu suất thu hồi (B) của dịch quả nhàu 49Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian ủ và tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung đến độ truyền quang T 51Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian ủ và tỉ lệ enzyme bổ sung đến hàm lượng chất tan (A), hiệu suất thu hồi (B) dịch quả nhàu 52Hình 3.11 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung và thời gian ủ đến độ trong của dịch quả nhàu 54Hình 3.12 Độ trong của dịch nhàu 55Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH của dịch nhàu trong quá trình ủ đến hiệu suất thu hồi 56Hình 3.14 Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ ủ dịch quả đến độ nhớt của dịch nhàu 57Hình 3.15 Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ ủ dịch quả đến độ truyền quang của sản phẩm 58Hình 3.16 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột nhàu bằng phương pháp sấy phun 61

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DAA Deacetylasperulosidic acid

DE Dextrose (Dextrose Equivalent)

UV- VIS Ultraviolet - visible

ASS Phương pháp phổ nguyên tử hấp phụ

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nhàu có tên khoa học là Morinda citrifolia L (noni), thuộc họ cà phê (Rubiacae) Cây thường mọc ở vùng nhiệt đới và ôn đới, trong đó có các tỉnh miền Nam Việt Nam [1] Qủa nhàu là giải pháp hoàn hảo cho nhiều vấn đề liên quan đến sức khỏe bởi thành

phần chứa rất nhiều dưỡng chất như các loại vitamin, hợp chất polyphenol, 20 loại acid amin… Đặc biệt, quả nhàu có chứa nhiều hợp chất sinh học có tác dụng chữa bệnh như proxeronine, scopoletin, damnacanthal, terpene, [2]

Dựa vào các tài liệu đã công bố về công dụng của trái nhàu cho thấy dịch trái nhàu

có rất nhiều tác dụng dược lý như: ngăn ngừa ung thư, kháng viêm, tăng cường miễn dịch, tác dụng chống oxy hóa, phòng chống bệnh tiểu đường, giảm đau, bổ sung dưỡng chất cho cơ thể… ngoài ra còn là thần dược của phái nữ làm da đẹp mịn màng, chống lão hóa, giảm vết nhăn, nám da Chính vì thế, nhàu được xem là vị thuốc hữu ích trong

y học cổ truyền của nhiều nước

Gần đây các lợi ích sức khỏe của nhàu đã dần được y học phương Tây khám phá Sản phẩm đã và đang được dùng rộng rãi hơn ở Mỹ, một số nước phát triển và thậm chí

có xu hướng phổ biến trên toàn thế giới Tuy nhiên quả nhàu tươi có mùi khai nồng khó chịu, khi chín quả mềm, dễ bị tổn thương do các va chạm cơ học trong quá trình vận chuyển và bảo quản Để khắc phục những khuyết điểm đó, việc nghiên cứu các phương pháp chế biến khác nhau để tạo ra các sản phẩm mới, dễ sử dụng hơn, tăng thời gian sử dụng và tăng giá trị cho sản phẩm là rất cần thiết Trong đó, bột nhàu được người tiêu dùng ưa chuộng hơn cả bởi nó dễ vận chuyển, bảo quản và cách sử dụng, pha chế sản phẩm đơn giản Đặc biệt, việc ứng dụng công nghệ sấy phun để tạo nên sản phẩm bột nhàu có chất lượng cao rất có tiềm năng phát triển

Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu quy trình chế biến bột nhàu bằng phương pháp sấy phun còn rất nhiều khó khăn và hạn chế trong việc chiết xuất dịch trong từ quả nhàu Bởi vì quả nhàu có hàm lượng chất khô hòa tan khá thấp, khi tiến hành cô đặc đảm bảo nồng độ thích hợp trước khi đưa vào sấy phun tốn khá nhiều thời gian và hàm lượng maltodextrin bổ sung cao làm giảm đi mùi vị đặc trưng của sản phẩm Hơn nữa, có rất

ít tài liệu liên quan đến hiệu quả của các phương pháp xử lý nhàu nguyên liệu đến chất lượng dịch nhàu thu được

Với tất cả lí do nêu trên, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu từ

quả nhàu tươi” là rất có ý nghĩa khoa học

2 Mục tiêu nghiên cứu

❖ Xác định được độ chín thích hợp cho quá trình chế biến

❖ Xác định thành phần hóa học của quả nhàu tươi

❖ Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp như xử lý nhiệt và xử lý cơ học đến chất lượng dịch quả thu được Từ đó tìm ra các thông số công nghệ phù hợp cho quy trình trích ly dịch quả trước khi sấy phun

❖ Đề xuất được quy trình sản xuất sản phẩm bột nhàu sấy phun

3 Đối tượng nghiên cứu

Quả nhàu được thu mua được thu mua tại xã Easô, Huyện Ea Kar, Tỉnh Đắk Lắk

4 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu được thực hiện tại các địa điểm sau:

❖ Phòng thí nghiệm xưởng Công nghệ Thực phẩm - Khoa Hóa, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

❖ Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học - Khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

❖ Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật dầu khí - Khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa

Đà Nẵng

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp vật lý, phương pháp hóa lý, phương pháp hóa học, phương pháp phân tích cảm quan và các phần mềm xử lý số liệu như Excel, Minitab, SPSS

6 Nội dung bài báo cáo

- Tổng quan về pectin (cấu tạo, phân loại, tính chất chung)

- Tình hình nghiên cứu về quả nhàu trên thế giới và Việt Nam

- Đề xuất phương pháp xử lý nguyên liệu dự kiến cho quá trình tạo sản phẩm bột nhàu bằng phương pháp sấy phun

❖ Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu

- Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu (bố trí thí nghiệm; phương pháp phân tích vật lý, hóa

- Kết luận về kết quả nghiên cứu

- Đề xuất hướng nghiên cứu mới

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cây nhàu

1.1.1 Giới thiệu chung về cây nhàu

Cây nhàu có tên khoa học là Morinda citrifolia L (noni), thuộc họ cà phê (Rubiacae) [1]

Tên khác: Nhàu núi, nhàu rừng, nhàu lớn, cây ngao

Tên nước ngoài: Great Morinda, Indian Mulberry, Nunaakai (India),Mengkudu (Malaysia) [2]

Lịch sử cây nhàu: Cây nhàu có nguồn gốc ở Đông Nam Á và sau đó được mang đến quần đảo Thái Bình Dương Những người dân ở Nam Thái Bình Dương, Đông Nam

Á đã sử dụng tất cả bộ phận cây nhàu gồm cả trái, lá, hạt và vỏ vì những lợi ích sức khỏe, để nâng cao hệ miễn dịch, thải độc tố, chống lão hóa, cải thiện làn da, mái tóc,… với 210 vi chất dinh dưỡng khác nhau, trái Nhàu được người dân Tahiti gọi thân thuộc

là “Quà tặng của Thượng đế” [3]

Nơi sống và thu hái: thường mọc ở vùng nhiệt đới và ôn đới Ở Việt Nam, nhàu

mọc nhiều ở những vùng ẩm thấp dọc theo bờ sông bờ suối, ao hồ hoặc mương rạch ở

khắp các tỉnh miền Nam và một số tỉnh miền Trung [4] Cây của vùng nhiệt đới thuộc châu Á và Châu Úc, còn phân bố ở Trung Quốc và Ấn Độ Ở Việt Nam cây mọc hoang khắp nơi, cũng có khi được trồng Cây thích nơi đất ẩm, gần nước, có nhiều ở miền Nam, gần đây còn thấy ở Quảng Bình, Quảng Trị, Huế Ra hoa quanh năm, nhiều nhất

là tháng 11-2, cho quả tháng 3 – 5 [2]

1.1.2 Đặc điểm thực vật của cây nhàu

Cây nhàu có chiều cao trung bình từ 3 – 10 m khi cây trưởng thành [5] Nhàu là loại cây bụi có thể phát triển trên những địa hình khác nhau như đất cát, đảo san hô, đất núi lửa, đất đỏ badan và có khoảng dao động độ ẩm của đất rộng trong các mùa trong năm Ngoài ra, độ acid của đất cũng ít ảnh hưởng đến cây, cây chịu được nồng độ muối

Hình 1.1 Cây nhàu [1]

cao, phát triển tốt nhất khi có đầy đủ ánh nắng mặt trời và bóng râm từ khoảng 100% đến 20% nắng Nhiệt độ thích hợp cho cây nhàu phát triển là từ 20 – 35oC trong khi nhiệt độ cao nhất là 32 – 38oC, tối thiểu từ 12 – 18oC và khi có lượng mưa từ 250 - 4000

mm Tốc độ tăng trưởng vừa phải 0,75 - 1,5 m/năm [6]

Cây nhàu có cành lớn và cứng Rễ tương tự như các cây họ Citrus, cà phê, phát

triển ăn sâu và rộng trong đất Thân cành nhẵn, cành non mập, có 4 cạnh rõ, hơi dẹt, có rãnh, màu lục hoặc màu nâu nhạt [1] Hoa mọc ngay trên quả còn non, không có cuống hoa, có đầu hình cầu với chiều rộng từ 1,5 - 2 cm tại vị trí cuống trái (hình 1.1) Hoa nhỏ hình ống dài khoảng 7 - 9 mm, nở từng chùm màu trắng, hơi xanh Lá thường có màu xanh đậm, bóng và có hình dạng khác nhau: tròn, elip, oval hoặc dài Lá tròn lớn rộng

15 - 35 cm, dài 20 - 40 cm Loại lá dài có chiều rộng 10 cm và dài 60 cm Lá hình elip, oval có chiều rộng từ 7 - 25 cm, dài 20 - 45 cm Gân lá nằm chính giữa màu xanh nhạt

và nổi bật trên nền lá và có nhiều gân nhỏ nằm ngang, không phân biệt rõ ràng (hình1.1) Quả nhàu hình trứng, mặt ngoài lồi lõm, chiều dài từ 5 - 10 cm, đường kính 3 - 4cm (hình 1.2) Quả nhàu có nhiều hạt và thịt quả, mỗi hạt có phôi nhũ cứng bên trong [7], [8]

Quả nhàu lúc còn non có màu xanh, cứng Khi chín quả có màu vàng mỡ gà hoặc trắng, mềm, có vị hơi đắng chát, chua và mùi khai nồng khó chịu (hình 1.3)[9]

Hình 1.3 Qúa trình chín của quả nhàu [10]

Các giống nhàu phổ biến trên thế giới:

+ Morinda citrifolia var citrifolia: gồm loại quả lớn và nhỏ Là giống phổ biến

vùng Nam Thái Bình Dương, được phân chia thành nhiều loài với các đặc tính khác nhau

+ Morinda citrifolia var baracteata: Là giống có quả nhỏ với lá nhỏ mọc đối xứng,

được tìm thấy ở Indonesia và các vùng khác của khu vực giữa Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương

+ Morinda citrifolia cultivar “Potteri”: Đây là giống duy nhất chỉ xuất hiện dọc

theo vùng biển Thái Bình Dương, lá có hai màu xanh và trắng [5]

Việt Nam phổ biến với giống nhàu Morinda citrifolia var citrifolia với chi nhàu Morinda citrifolia L được sử dụng trong nghiên cứu này

1.1.3 Thành phần hóa học của quả nhàu

Năm 1992 kết quả nghiên cứu của Duke JA cho thấy trong cây và trái nhàu có 23 hoạt chất khác nhau, 5 loại Vitamin và 3 loại khoáng chất Ngoài ra, trong trái nhàu còn

có các Enzymes, Polysaccharides, Dietary Fibers, acid béo chuỗi ngắn, Phytosterols [11]

Thành phần quả nhàu chủ yếu là nước (chiếm khoảng 96%), vitamin C, hợp chất polyphenol, 20 loại acid amin và nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe Đặc biệt là quả nhàu có chứa nhiều hợp chất sinh học có tác dụng chữa bệnh như proxeronine, scopoletin, damnacanthal, terpene, [12]

Theo nghiên cứu của Phan Thị Xuân Mai (2008), kết quả phân tích thành phần hóa học và dinh dưỡng trong quả nhàu như sau [12]:

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của quả nhàu

Hàm lượng chất khô hòa tan (0Brix) % 7,5

Bên cạnh đó, quả nhàu còn chứa các thành phần dinh dưỡng:

✓ Amino acids

Amino acid là hợp chất cấu tạo nên protein Quả nhàu gồm các acid amin cần thiết như Alanine, Arginina, Cistine, Phenylalanine, Glycine,… mà cơ thể không thể tự tổng hợp được Hàm lượng này trong nhàu khá cân đối gồm 17 acid amin trên tổng số 20 acid amin và 9 acid amin thiết yếu [13]

✓ Acid béo

Quả nhàu có chứa các acid béo như: hexanoic acid, octanoic acid và methyl ester của chúng, 1-pentene, 5-pentyloxyl, 2-pentenyl ester, decanoic acid và metyl ester của chúng Nó cung cấp chất béo, giúp bảo vệ da, cấu tạo nên các tế bào thần kinh, cấu tạo nên lớp mỡ mỏng bảo vệ tim và hệ thống mao mạch, cấu tạo thành tế bào giúp cho hoạt động trao đổi chất diễn ra bình thường [13]

Ngoài ra còn tìm thấy các loại acid khác trong quả nhàu như Isobutyric, Oleic, Stearic, Benzoic,…[14]

✓ Chất xơ

Chất xơ trong quả nhàu như cellulose, lignin, pectin, có tác dụng làm sạch máu, giảm cholesterol, liên kết với chất béo, cân bằng đường huyết trong cơ thể và hỗ trợ tiêu hóa [13]

✓ Vitamin C

Hàm lượng vitamin C trung bình trong nhàu khá cao Đây là hợp chất có vai trò là

chất chống oxy hóa thông qua việc loại trừ sự oxy hóa các lipid, phân hủy các acid béo chưa bão hòa Ngoài ra, vitamin C còn giữ vai trò trong việc duy trì sức đề kháng, kháng viêm,… Nếu thiếu nó, nhiều phản ứng miễn dịch sinh học của cơ thể giảm xuống [13]

Hình 1.4 Công thức cấu tạo vitamin C [13]

Ngoài ra, trong quả nhàu đặc biệt còn chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học với tác dụng phòng và chữa bệnh tuyệt vời Một số hợp chất nổi bật được tìm thấy trong quả nhàu như:

✓ Proxeronine

Proxeronine – một chất dinh dưỡng nhiều gấp 40 lần so với trong trái dứa [15] Là hợp chất alkaloid, tiền thân của xeronine, có tính kiềm và được Dr Ralph M.Heinicke – một nhà sinh học khám phá ra Nó có cấu tạo gồm đường, amino acid, không chứa acid nucleic Khi kết hợp với enzyme proxeronase (có trong dạ dày) sẽ tạo thành chất xeronine (hình 1.5)

Hình 1.5 Xeronine trong quả nhàu [12]

Xeronine thuộc hợp chất alkaloid, là chất ổn định của protein, nó cung cấp năng lượng cho protein và hoạt hóa cho hơn 220 enzyme Khi protein kết hợp với xeronine

có khả năng sinh năng lượng giúp cho tế bào cơ thể khỏe mạnh Theo Dr Ralph M.Heinicke (1936), xeronine là hợp chất mà cơ thể sản sinh ra nó để kích thích các enzyme hoạt động đúng mực, tuy nhiên nó không tồn tại trong cơ thể con người, vì ngay sau khi tạo ra, cơ thể lập tức sử dụng và sau đó phá hủy nó Sự thiếu hụt xeronine là nguyên nhân của nhiều loại bệnh Cho đến nay chưa có công bố chính thức nào về cấu trúc của xeronine hay proxeronine mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về tác dụng của hợp chất này [13]

✓ Scopoletin (C10H8O4 - 7, Hydroxyl-6-methoxylcoumarin)

Scopoletin có tác dụng dãn nở mạch máu, điều hòa huyết áp, ức chế histamin, chống

lại hoạt động của các vi khuẩn (Escherichia coli, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomonas) và vi nấm, kháng viêm, giảm đau, chữa các bệnh viêm khớp, dị ứng, khó

ngủ, chữa bệnh hen suyễn, viêm phổi, chữa bệnh dạ dày và các bệnh đường tiêu hóa (tiêu chảy, ợ nóng, buồn nôn), stress, suy nhược cơ thể, Nó kích thích việc sản xuất những tế bào T ( tế bào bạch cầu) - tế bào đóng vai trò chủ chốt trong việc chống lại bệnh tật Đồng thời, scopoletin còn tấn công nhiều loại vi khuẩn, kiềm chế khả năng tiền ung thư và sự phát triền khối u bằng cách cho phép các tế bào bình thường hoạt động trở lại [13]

✓ Anthraquinone Damnacanthal (C16H10O5 - 3, aldehyde)

Hydroxyl-methoxylanthraquinone-2-Hợp chất này có tác dụng tăng sức đề kháng cho cơ thể do kích thích tế bào bạch cầu và những bộ phận khác của hệ miễn dịch Bên cạnh đó, nó kìm hãm khả năng phát triển của những tế bào tiền ung thư (RAS) bằng cách cho phép những tế bào khác hoạt

động bình thường trở lại và có tác dụng như thuốc giảm đau, khử trùng (Escherichia coli, Salmonella, Shigella aradysenteriae và Staphylococcus aureaus ), ngăn chặn sự hình thành kháng thể sớm ở Epstein- Barr virus [12]

Hình 1 6 Công thức cấu tạo Scopoletin

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của damnacanthal

✓ Terpene

Là hợp chất hydrocarbon chưa bão hòa có mặt trong quả nhàu với tác dụng chống oxy hóa, có vai trò trong sự trao đổi chất của con người, giúp trẻ hóa các tế bào [12]

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của một số dấn xuất terpene [12]

✓ Phytochemical & Selenium

Là hợp chất có tác dụng bảo vệ như một chất chống oxy hóa các chất tự do Hoạt động chống oxy hóa do có nhóm phyto dựa trên khả năng ức chế gốc tự do DPPH (1,1-diphenyl 1,2-picryhydrazyl) bao gồm các chất như isomericanoic A và 3-methoxy-americanoic A với năm hợp chất: isoamercanol A, isoamercanin A, americanin A,

americanoic acid A và rutin [12]

Hình 1.9 (1) isomericanoic A và (2) 3- methoxy-americanoic A [12]

1.1.4 Tác dụng dược lý của nhàu

✓ Ngăn ngừa ung thư

Dịch chiết từ quả nhàu có chứa thành phần damnacanthal, thành phần có tác dụng

ức chế tế bào ung thư đồng thời làm giảm lượng máu tới khối u Bên cạnh đó, thành phần iriodoids acubin và geniposide có tác dụng ức chế hình thành khối u, chống đột biến tế bào

✓ Kháng viêm

Nhàu có tác dụng trong việc chữa các bệnh liên quan đến cơ và khớp như bệnh viêm khớp, hội chứng nhức xương cổ tay Bên cạnh đó, nhàu còn có tác dụng giảm đau và giảm sưng vết thương với các triệu chứng như các vết thâm tím, căng da và bỏng ngoài da

✓ Tăng cường miễn dịch

Thành phần proxeronine trong nhàu nhiều gấp 40 lần so với quả dứa Kích thích

sản xuất những tế bào bạch cầu - tế bào này đóng vai trò chủ chốt trong việc chống lại bệnh tật Giúp đai thực bào và tế bào bạch huyết hoạt động mạnh, ngăn chặn sự tấn công của rất nhiều loại vi khuẩn, kiềm chế khả năng tiền ung thư và sự phát triển của khối u bằng cách cho phép những tế bào khác hoạt động bình thường

✓ Tác dụng chống oxy hóa

Trong nhàu có chứa vitamin C, polyphenol, β-caroten, các thành phần này có tác dụng ức chế các gốc tự do, ngăn chặn quá trình oxy hóa tế bào mục đích phòng bệnh, nâng cao sức khỏe, chống lão hóa

✓ Phòng chống bệnh tiểu đường

Thành phần iridoids có trong quả nhàu không chỉ có tác dụng chống oxy hóa mà còn tăng khả năng dung nạp glucose, đồng thời cung cấp acid DAA có tác dụng làm giảm glucose huyết Qua các cơ chế đó, đưa tới tác dụng phòng chống bệnh tiểu đường

✓ Giảm đau

Việc thường xuyên sử dụng quả nhàu và các sản phẩm từ nhàu có thể hỗ trợ điều trị những cơn đau trong cơ thể như đau lưng, đau mỏi cơ, thần kinh, viêm khớp và những cơn đau như căng thẳng, đau nửa đầu,

✓ Bổ sung dưỡng chất cho cơ thể

Các nhà khoa học đã tìm thấy hơn 140 chất dinh dưỡng và hơn 130 loại vitamin, khoáng chất có trong nhàu như kẽm, canxi, sắt, vitamin C, vitamin E, vitamin B1, vitamin B12, acid folic, magie, phospho,

1.1.5 Các hiện tượng hư hỏng xảy ra trong quá trình bảo quản nguyên liệu:

Trong quá trình bảo quản, quả nhàu sẽ có hiện tượng giảm chất lượng ban đầu nếu không được bảo quản đúng cách Các nguyên nhân gây ra hư hỏng là do: vi sinh vật, côn trùng, bản thân khối hạt hoặc sai sót trong quá trình bảo quản

✓ Do vi sinh vật:

Vi sinh vật là tác nhân quan trọng dẫn đến giảm chất lượng của quả nhàu, dần dẫn đến

hư hỏng hoàn toàn Ban đầu rất khó phát hiện nếu không có dụng cụ đo tỉ lệ vi sinh Trong điều kiện nóng ẩm, các vi sinh vật phát triển mạnh mẽ làm quả nhàu bốc nóng Đây là hiện tượng tự bốc nóng của quả nhàu

Những hiện tượng hư hỏng xảy ra do sự phát triển của vi sinh vật bao gồm:

- Làm thay đổi màu sắc quả nhàu

- Làm thay đổi mùi vị quả nhàu

- Làm thay đổi nhiệt độ quả nhàu

Khi có bất kỳ các dấu hiệu trên, cần nhanh chóng phân loại và loại bỏ những nguyên liệu kém chất lượng

✓ Do côn trùng:

Côn trùng xoáy mòn nội nhũ hoặc ăn phôi nhàu Cường độ xâm nhập và mức độ xâm nhập phụ thuộc vào chất lượng giống nhàu, đất đai, độ ẩm, khí hậu thổ nhưỡng và các điều kiện môi trường khác

Những ảnh hưởng cơ bản của côn trùng tới chất lượng nguyên liệu nhàu bao gồm:

- Làm bẩn nguyên liệu

- Hao hụt về khối lượng nguyên liệu

- Kích thích tự bốc nóng trong nguyên liệu

- Gây nhiễm khuẩn nguyên liệu

- Phá hỏng bao bì, máy móc và các vật dụng phục vụ bảo quản và chế biến

✓ Do bản thân khối nguyên liệu:

Thường thấy hiện tượng xuất hiện nấm mốc ở nguyên liệu Khi độ ẩm nguyên liệu chưa đạt tiêu chuẩn đã đưa vào bảo quản, khối nguyên liệu bị bốc nóng làm giảm giá trị nguyên liệu như giảm giá trị dinh dưỡng, giảm màu sắc [17]

1.2 Tổng quan về Enzyme pectinase

1.2.1 Giới thiệu chung

Enzyme pectinase là một nhóm enzyme xúc tác cho sự thủy phân pectin, sản phẩm của quá trình thủy phân là acid galacturonic, galactose, arabinose, methanol Đây là nhóm enzyme được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chỉ sau amylase và protease Enzyme này được phát hiện trong các dịch trái cây như cà rốt, cà chua và ở đại mạch Đầu tiên là phát hiện của E Fremi (1840) trên cà rốt [18]

Enzyme pectinase được sử dụng nhiều trong công nghiệp chế biến trái cây nhằm mục đích gia tăng hiệu suất thu hồi dịch quả, cải thiện chất lượng dịch quả và có tác dụng làm trong (Nilay Demir et al, 2000)

Enzyme pectinase được tìm thấy ở thực vật bậc cao, có nhiều trong lá, củ khoai tây, trong chanh, cà chua, dứa, cỏ ba lá…Sau này, các nhà khoa học còn tìm thấy ở một

số loài vi sinh vật như Bacillus, Aspergillus, Pseudomonas, Penicillium, Trichoderma Trong đó Aspergillus niger là vi sinh vật chính được sử dụng để sản xuất enzyme

pectinase quy mô lớn cho ngành công nghiệp trái cây [19]

1.2.2 Phân loại

Enzyme pectinase được chia ra làm 2 nhóm như sau:

1.2.2.1 Nhóm enzyme thủy phân có sự tham gia của nước

❖ Pectinesterase (PE)

Xúc tác quá trình khử ester của nhóm methoxyl trong pectin, để tạo thành pectic acid và methanol Tuy nhiên, chúng hoạt động hiệu quả hơn khi tấn công vào các nhóm ester methyl của đơn vị galacturonate – nằm kế đơn vị không bị ester hóa Chúng sẽ hoạt động trước khi hai loại enzyme polygalacturonases và pectate lyases cần các chất không

bị ester hóa Cơ chế tác dụng của pectinesterase được mô tả ở hình 1.10

Cả hai enzyme nhóm hydrolase (PG và PMG) này đều có thể hoạt động trong chế

độ endo- hoặc exo- Endo-PG và endo-PMG xúc tác sự phân cắt ngẫu nhiên vào giữa mạch cơ chất (cắt nội mạch), exo-PG và exo-PMG xúc tác sự phân cắt từ đầu không khử của mạch (cắt ngoại mạch) [20]

Cơ chế tác dụng của polygalacturonase và polymethylgalacturonase được mô tả ở hình 1.11

Hình 1.11 Cơ chế tác dụng của PG và PMG [20]

R = H đối với PG và R = CH3 đối với PMG

1.2.2.2 Nhóm enzyme pectin không có sự tham gia của nước

Cắt đứt liên kết glycosid 1 - 4 Chúng thuộc nhóm enzyme phân cắt Tên chung của nhóm là Trans – elyminase (TE)

Liên kết glycosid 1 - 4 bị phân cắt bằng cách chuyển hydrogen của C3-C4 của một đơn vị galacturonic sang C1 của một đơn vị galacturonic khác và tạo nối đôi giữa C4, C5 và đồng thời phân cắt pectin thành các đơn vị sản phẩm [21]

1.2.3 Cơ chế tác dụng của enzyme pectinase

Trong chế biến nước quả, người ta thường sử dụng chế phẩm enzyme với hai mục đích chính sau:

- Phá vỡ thành tế bào thực vật nhằm nâng cao hiệu suất thu nước quả: tế bào của thực vật được cấu tạo bằng vỏ tế bào hay còn gọi là thành tế bào Vỏ tế bào thực vật như một lớp thành bảo vệ rất vững chắc và tạo hình ổn định cho tế bào Ở vỏ tế bào thực vật

có rất nhiều pectin, các chất pectin được xem như chất kết dính gắn các tế bào với nhau thành một khối vững chắc Phã vỡ sự gắn kết này sẽ tạo điều kiện tốt cho các vật chất trong tế bào thoát ra khỏi tế bào một cách dễ dàng và triệt để

- Làm trong và ổn định chất lượng nước quả: nước quả sau khi được tách ra khỏi

tế bào vẫn còn chứa rất nhiều chất khác Trong đó có chất pectin chiếm lượng lớn và pectin thường gây hiện tượng nhớt và làm đục nước quả

1.2.4 Trung tâm hoạt động của pectinase

Enzyme pectinase chứa vùng có 8 – 10 vòng xoắn kép về phía phải với 2 vòng tạo thành khe liên kết với cơ chất

Trung tâm hoạt động của enzyme này chứa axit amin Aspartate và Lysine Có 1 Histidine nằm gần trung tâm hoạt động sẽ ảnh hưởng đến khả năng xúc tác của enzyme Nhiệt độ tối ưu của enzyme pectinase khoảng từ 45 – 550C

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

Enzyme là xúc tác sinh học mang bản chất của protein nên hoạt động của enzyme phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khác như nhiệt độ, pH môi trường, nồng độ enzyme, nồng

độ cơ chất, sự có mặt của các chất hoạt hóa hoặc kìm hãm enzyme trong nguyên liệu [22]

1.2.6 Ứng dụng của enzyme pectinase

Trong công nghệ thực phẩm, người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dưới dạng tinh khiết Tỷ lệ pectinase trên lượng nguyên liệu sử dụng thường vào khoảng 0.10,3% [23], enzyme pectinase được sử dụng rộng rãi để:

- Tăng hiệu suất ép

- Tăng tốc độ lọc

- Giúp nước hoa quả trong

- Tách lớp nhớt có pectin bao quanh hạt

Trong công nghệ y dược: Tăng hiệu suất trích li dược liệu

Ngoài ra, enzyme pectinase còn được sử dụng trong quá trình ngâm đay, gai để tách sợi cellulose nhưng không phá hủy sợi, ứng dụng trong chế biến trà, cacao, nước táo và các loại nước giải khát khác

1.3 Tổng quan về cơ chất pectin

1.3.1 Cấu tạo và phân loại

Pectin là thành phần polysaccharide cấu trúc chủ yếu kết nối các thành phần trong vách tế bào, chúng có nhiều trong quả, củ hoặc thân cây Trong thực vật pectin tồn tại dưới hai dạng: protopectin (không tan, có mặt chủ yếu trong thành tế bào và polysaccharide araban (tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào) Dưới tác dụng của acid, các protopectin chuyển sang dạng hòa tan [22]

Pectin: là hợp chất gluxit cao phân tử với phân tử lượng nhỏ hơn xenlulozase và hemixenluloza Trong quả nhàu pectin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi nước và sự chuyển hóa các chất ở giai đoạn già chín

Cấu tạo pectin chủ yếu là mạch chính gồm các gốc acid α-D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucosid còn gọi là polygalacturonic hay acid pectic Khối lượng phân tử pectin dao động từ 20000 – 200000 dal phụ thuộc vào nguồn pectin [18] Cấu tạo hóa học của phân tử pectin được minh họa ở hình 1.12

Hình 1.12 Cấu tạo hóa học của pectinase [24]

Pectin tồn tại ở 2 dạng: dạng không hòa tan là protopectin (tiền pectin) và dạng hòa tan là pectin [24]

+ Protopectin thường tồn tại song song với xenluloza và hemixenluloza, không tan trong nước nhưng dễ bị thủy phân bởi enzyme pectinase hay acid để chuyển thành pectin Protopectin tạo nên độ rắn chắc cho rau quả khi còn xanh Trong quá trình chín của quả, protopectin chuyển thành pectin hòa tan làm giảm cường lực liên kết thành tế bào vỏ và mô nâng đỡ nên quả bị mềm dần Khi chịu tác động của nhiệt độ 80 – 85oC

và trong môi trường acid của quả, protopectin có thể chuyển thành pectin hòa tan Điều

này giải thích vì sao khi chín quả nhàu thường mềm hơn Sau đó pectin hòa tan dưới tác dụng của enzyme pectinase sẽ bị thủy phân thành đường và galactaldehyd

+ Pectin là chất không màu, không mùi vị, dễ tan trong nước Dung dịch pectin có tính keo lớn, độ nhớt và độ bền của keo pectin gây khó khăn cho nhiều quá trình chế biến như làm trong, lọc, cô đặc dịch quả nhàu và cho cả quá trình sấy phun Trong phân

tử pectin có các nhóm cacboxyl tự do (-COOH) mang điện tích âm Do vậy keo pectin

là keo âm nên dễ bị kết tủa bởi các cation kim loại, các keo dương để tạo thành các pectat Đây là phản ứng cơ bản của quá trình tự làm trong nước quả nhàu

1.3.2 Tính chất chung của pectin

Tính chất đặc trưng của pectin là khả năng tạo gel (tạo đông) ngay ở nồng độ thấp (1 – 1,5%) khi có đủ đường trong môi trường acid yếu Tính chất này được ứng dụng trong sản xuất kẹo mềm, bánh, mứt dẻo

Trong quá trình lớn lên và già chín của quả, hàm lượng pectin biến đổi liên tục, thường là đạt cao nhất khi chín tới Sau đó giảm dần vì bị demetoxyl hóa (khử nhóm -OCH3) và depolyme hóa (phân cắt mạch pectin)

Các pectin đều là những keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymetylgalacturonic Ngoài ra, các phân tử pectin có khả năng đẩy được nhau do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch [21]

1.4 Tình hình nghiên cứu về quả nhàu

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Các nghiên cứu trên quả nhàu bắt đầu được thực hiện từ những năm 1990 ở Mỹ, đặc biệt tập trung vào thành phần hóa học và tác dụng của quả nhàu trồng ở Hawaii Nhà nghiên cứu Duke JA (1992) đã phát hiện ra 23 hoạt chất, 5 thành phần vitamin, 3 khoáng chất có trong quả nhàu [16] Nhà khoa học Levand O và Larson HO (1974), đã đưa ra công bố quả nhàu có các hoạt chất như scopoletin, octoanic acid, terpenoids, flavonoids, rutin, amino acid,…[25] Theo Hirazumi và cộng sự (năm 1994-1999) cho thấy dịch chiết quả nhàu có tác dụng chống ung thư trên thực nghiệm [26][27][28][29] Neilsolomon cùng với 40 nhà nghiên cứu khoa học (1999-2000) đã phát hiện ra 200 hoạt chất trong quả nhàu, trong đó có các thành phần vitamin như A,

C, E, B1, B2, B6, B12 và các khoáng chất [30] Tomouri Hiramatsu và cộng sự (1999)

đã khẳng định damnacanthal trong dịch chiết quả nhàu có tác dụng ức chế các tế bào tiền ung thư [31]

Các sản phẩm chiết xuất từ quả nhàu đang ngày càng được các nhà khoa học đặc biệt nghiên cứu Theo Efsa (2009) sản phẩm từ quả nhàu được biết đến phổ biến dưới

dạng thực phẩm puree nổi bật với tên gọi Noni Fruit puree [32] Rawangban và cộng sự (2011) đã tiến hành nghiên cứu sự ổn định của sản phẩm bột nhàu, kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩm bột nhàu có thể bảo quản đến 451 ngày Chuang Zhang và cộng sự (2019) chỉ ra rằng, dịch nhàu lên men có bổ sung 28% maltodextrin (DE= 10 - 13) so với hàm lượng chất khô khi sấy phun cho lớp vỏ màng bao hình thành sớm hơn sản phẩm

có bổ sung 28% maltodextrin (DE = 17 - 20) và kích thước hạt tăng khi hàm lượng chất khô tăng [32]

Tập đoàn quốc tế Tahitian Noni International đã nghiên cứu và tạo ra sản phẩm chức năng Noni Juice là sản phẩm được chế biến từ quả nhàu có chất lượng tốt, kết hợp với công nghệ chiết xuất hiện đại của Hoa Kỳ nên rất an toàn Sản phẩm có tác dụng phòng và trị các chứng rối loạn chức năng các cơ quan như táo bón nặng, suy nhược cơ thể, mất ngủ, rối loạn tiền đình, sạn da…[33]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố ở nước ta nhưng chủ yếu tập trung vào tác dụng chữa bệnh của rễ nhàu Qua nhiều năm nghiên cứu, đến năm 1999, cơ sở chế biến trái nhàu Ninh Lộc (VINANONI) đã bào chế thành công nước ép trái nhàu theo phương pháp cổ truyền kết hợp với kỹ thuật hiện đại Xí nghiệp dược phẩm Trung ương

25 sản xuất sản phẩm quả nhàu ngâm rượu đóng chai 750 ml, trà quả nhàu hòa tan gói

5 g và 10 g Năm 2005, nhóm tác giả Nguyễn Trọng Thông mới tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học, độc tính và tác dụng dược lý trên quả nhàu cho thấy quả nhàu có tác dụng kích thích miễn dịch, chống viêm, giảm đau, hạ huyết áp, không có độc tính cấp [34]

Các nhóm nghiên cứu ở Việt Nam chỉ tập trung vào sản xuất các loại sản phẩm chiết xuất từ nhàu ở quy mô phòng thí nghiệm Nguyễn Diệu Thúy (2007) nghiên cứu sản xuất rượu vang nhàu [35] Phan Thị Xuân Mai (2008) nghiên cứu sản xuất nước ép nhàu - thực phẩm chức năng [12] Nguyễn Văn Quý (2011) nghiên cứu thử nghiệm sản xuất nước giải khát từ quả nhàu [21] Trần Thị Thu Trà (2018) nghiên cứu sản xuất nước

quả nhàu đục [36] Tuy nhiên, có rất ít tài liệu liên quan đến hiệu quả của các phương

pháp xử lý nhàu nguyên liệu đến chất lượng dịch nhàu thu được

Trên thị trường hiện nay đã xuất hiện rất nhiều sản phẩm làm từ quả nhàu như rượu nhàu, nước quả nhàu, trà nhàu,… và đặc biệt các sản phẩm bột nhàu, viên nhàu đang được người tiêu dùng ưa chuộng

1.5.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

Từ các nghiên cứu về quy trình sản xuất bột chanh dây, bột quả quách, bột cà chua,…[37]–[39] Kết hợp kết quả nghiên cứu của tác giả Lê Thị Thúy (2019) [40] và tác giả Cao Thị Ngọc Ánh (2019) [41], đề xuất quy trình xử lý nguyên liệu dự kiến cho quá trình tạo sản phẩm bột nhàu bằng phương pháp sấy phun như hình 1.14

1.5.2 Thuyết minh quy trình

❖ Kiểm tra, phân loại:

+ Tiêu diệt một phần vi sinh vật trên bề mặt quả nhàu

+ Làm mềm cấu trúc quả, tạo điều kiện thuận lợi và nâng cao hiệu suất cho công đoạn tiếp theo

+ Tăng cường hiệu quả tách dịch do protein trong quả hấp thụ nhiệt ngưng kết lại

và thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào, loại bớt không khí trong thịt quả, giảm bớt thất thoát vitamin C trong các công đoạn sau

- Cách thực hiện:

+ Chần bằng nước nóng: Sau khi rửa, nhàu được vớt ra để ráo và chần trong nước

nóng ở nhiệt độ 75 - 95°C trong thời gian 2 – 6 phút Sau khi chần, làm lạnh nhanh quả nhàu trong nước đá, vớt ra để ráo

+ Chần bằng hơi nước: Sau khi rửa, nhàu được vớt ra để ráo và chần bằng hơi

nước trong khoảng thời gian 2 – 8 phút Sau khi chần, làm lạnh nhanh quả nhàu trong nước đá, vớt ra để ráo

Việc làm lạnh có tác dụng tránh làm nát nguyên liệu, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ và hao hụt chất dinh dưỡng

❖ Xử lí nguyên liệu bằng cơ học:

- Mục đích:

Sử dụng phương pháp cơ học để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất

+ Xay: Phá vỡ cấu trúc quả nhàu, tạo điều kiện cho enzyme dễ dàng phân cắt các

liên kết trong cấu trúc quả nhàu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ủ tiếp theo Bổ sung nước để dễ dàng cho quá trình xay nhỏ nguyên liệu

+ Nghiền: Tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn trích và ép Khi nghiền nhàu thì

phần lớn tế bào bị tác dụng, mất tính bán thẩm thấu làm cho dịch bào dễ thoát ra khỏi tế bào Song vì kích thước tế bào khá nhỏ nên chỉ một số nhỏ tế bào bị phá hủy, do đó không nên nghiền quá to Tuy vậy, nếu nghiền quá nhỏ thì khi ép sẽ không tạo thành

rãnh thoát nước quả, cũng làm giảm hiệu suất ép

- Cách thực hiện:

+ Xay: Nhàu sau khi chần, được bổ sung thêm nước rồi xay nhuyễn thu được dịch

nhàu Việc bổ sung thêm nước để tạo điều kiện cho quá trình xay nhỏ nguyên liệu dễ dàng

+ Nghiền: Nhàu sau khi chần, nhàu được đem đi nghiền nhỏ

+ Hỗn hợp nhàu sau khi xay/ nghiền tiến hành ủ enzyme pectinase tỷ lệ 0,1 – 0,3%

so với khối lượng hỗn hợp, sau đó được ủ trong bể ổn định nhiệt ở nhiệt độ 450C trong

thời gian 1 - 3 giờ

+ Hỗn hợp sau khi ủ được vô hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong 5 phút [40] để

chuẩn bị cho quá trình lọc/ ép – lọc tiếp theo

❖ Ép, tách bã, lọc:

- Mục đích: Loại bỏ bã, cặn, protein đông tụ,… những thành phần không có lợi, ảnh

hưởng giá trị cảm quan cho sản phẩm và thu được dịch quả trong

- Cách thực hiện

+ Đối với dịch quả thu được sau khi xay, ủ enzyme tiến hành lọc, sử dụng các loại lưới lọc hoặc giấy lọc kết hợp thiết bị lọc hút chân không

+ Đối với dịch quả thu được sau khi nghiền, ủ enzyme tiến hành ép lấy phần dịch

và tiến hành lọc, sử dụng các loại lưới lọc hoặc giấy lọc kết hợp thiết bị lọc hút chân không

Tách bã/ Ép-Tách bã

Bã, hạt Lọc thô, Lọc tinh

Enzyme pectinase

Kiểm tra, phân loại

Rửa sạch

Xử lí nhiệt sơ bộ (Chần nước/Chần hơi)

Xử lí bằng cơ học (Xay nhỏ/ Nghiền) Nhàu tươi

Ủ enzyme

Dịch nhàu

Hình 1.14 Sơ đồ quy trình công nghệ cho công đoạn xử lý nhàu tươi để sản xuất bột

nhàu bằng phương pháp sấy phun

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Hình 2.2 Enzyme pectinex Ultra [42]

PectinexUltra SP - L là chế phẩm có nguồn gốc từ nấm mốc Aspergillus aculeatus

Đây là một enzyme hỗn hợp gồm nhiều loại enzyme trong đó thành phần chính là pectintranseliminase, polygalacturonase và pectinesterase Ngoài ra pectinex còn ch ứa một lượng nhỏ hemicellulose và cellulases Enzyme này có những đặc điểm sau:

- Dạng dung dịch

- Có màu nâu và mùi nhẹ của sản phẩm lên men

- Hoạt động ở khoảng pH 4 – 4,5 ở nhiệt độ 45 - 50OC [42]

• Metanol tuyệt đối 99,50 (Trung Quốc)

• DPPH: 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (Wako, Japan)

• Acid Gallic (Trung Quốc)

Các thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu này:

• Chiết quang kế cầm tay (Atago, Nhật)

• Cân điện tử (Ohaus, Mỹ)

• Cân phân tích (Marcus, Đức)

• Bể ổn định nhiệt (Wisd, Trung Quốc)

• Máy xay sinh tố (Sunhouse, Trung Quốc)

• Máy ép (Sunhouse, Trung Quốc)

• Bếp điện (HP-2100, Trung Quốc)

• Máy so màu UV-Vis (Jenway 6305 Spectrophotometer, Mỹ)

• Thiết bị lọc hút chân không

• pH để bàn (Horiba 25-HS-H, Hitek, Nhật)

Các thiết bị và dụng cụ có liên quan trong quá trình nghiên cứu được liệt kê ở trên được sử dụng tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Bộ môn Công nghệ

Sinh học, Kỹ thuật dầu khí của trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.

2.2.4 Địa điểm tiến hành

Thí nghiệm được tiến hành tại các địa điểm sau:

- Phòng thí nghiệm xưởng Công nghệ Thực phẩm - Khoa Hóa, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

- Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học - Khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

- Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật dầu khí - Khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

2.3 Phương pháp nghiên cứu

❖ Kết quả

Xác định hiệu suất thu hồi dịch nhàu

❖ Bố trí thí nghiệm

Lựa chọn những quả nhàu đạt tiêu chuẩn đã được khảo sát về mức độ trích ly dịch

ở thí nghiệm 1 để tiến hành phân tích các thành phần hóa học Mỗi thí nghiệm được bố trí với 3 lần lặp lại

❖ Tiến hành thí nghiệm

- Khảo sát thành phần cấu tạo của quả nhàu: tiến hành đánh giá khối lượng, chiều dài, đường kính quả và tỉ lệ phần trăm các thành phần trong quả nhàu như hạt, vỏ, thịt quả

- Phân tích các thông số sau: độ ẩm, hàm lượng tro, protein, đường, acid, vitamin

C, pH, hàm lượng chất tan, hàm lượng polyphenol tổng số,…

Lựa chọn phương pháp chần phù hợp để giữ được chất lượng trái nhàu cao nhất

❖ Bố trí thí nghiệm

Có nhiều phương pháp xử lý nhiệt khác nhau như chần bằng hơi nước, chần bằng nước nóng, chần ở áp suất thấp, chần microwave… Dựa vào điều kiện thí nghiệm và tính ứng dụng thực tiễn dễ dàng, nghiên cứu này tiến hành khảo sát hai phương pháp chần phổ biến là chần bằng hơi nước và chần trong nước nóng

Phương pháp chần bằng hơi nước:

Phương pháp chần bằng hơi nước là phương pháp thích hợp cho các loại rau, trái

sơ chế để tránh tổn thất các thành phần hòa tan trong nước Tốc độ của phản ứng enzyme

càng tăng khi nhiệt độ tăng dần đến khoảng 70°C Với nhiệt độ cao hơn thì các enzyme bắt đầu mất hoạt tính, nên tốc độ phản ứng giảm dần rồi ngừng hẳn sau khi các enzyme

đã bị mất hoạt tính hoàn toàn Kéo dài thời gian nâng nhiệt đồng nghĩa với tăng thời gian hoạt động của enzyme, vì khoảng thời gian lưu lại ở nhiệt dộ thích hợp cho hoạt động của enzyme kéo dài, nên làm thay đổi chất lượng sản phẩm nhiều hơn [23] Do đó, cần lựa chọn thời gian chần thích hợp Dựa vào các tài liệu tham khảo và quá trính nghiên cứu sơ bộ, bố trí thí nghiệm như bảng 2.2

❖ Tiến hành thí nghiệm

Nhàu được lựa chọn với độ chín giống nhau, không bị dập, thâm đen Rửa sạch quả nhàu với nước Tiến hành chần nguyên liệu theo 2 phương pháp sau:

Phương pháp chần bằng hơi nước:

Sử dụng nồi có nắp đậy vừa khít với giỏ lưới cách đáy nồi 7,5cm Đổ nước cao 2,5

- 5cm vào nồi và đun sôi Đem nhàu bỏ vào giỏ, tính thời gian ngay sau khi đậy nắp (theo ma trận thí nghiệm bảng 2.3) Sau khi chần làm lạnh nhanh nhàu bằng nước đá Lấy mẫu để xác định khả năng vô hoạt enzyme gây sẫm màu, hàm lượng polyphenol tổng số, hàm lượng vitamin C và hoạt tính kháng oxi hóa

Phương pháp chần bằng nước nóng:

Đem đi chần ở nhiệt độ và thời gian theo ma trận thí nghiệm bảng 2.3 Sau khi chần làm lạnh nhanh nhàu bằng nước đá Lấy mẫu để xác định khả năng vô hoạt enzyme gây sẫm màu, hàm lượng polyphenol tổng số, hàm lượng vitamin C và hoạt tính kháng oxi hóa Phân tích kết quả để chọn ra được nhiệt độ và thời gian chần tốt nhất

➢ So sánh hiệu quả của hai phương pháp chần

❖ Kết quả

Phân tích kết quả để chọn ra phương pháp chần tốt nhất

2.3.1.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp xử lý cơ học đến hiệu suất thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu

Có nhiều nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả của việc sử dụng enzyme pectinase trong quá trình trích ly dịch quả như nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu Sang, Nguyễn Phạm Khải Tú (2008) cho rằng khi ủ enzyme Pectinex Ultra SP – L với tỉ lệ 0,25% trong thời gian 3h đối với quả chanh dây tím sẽ cho hiệu suất thu hồi dịch quả lên 90%, chất lượng dịch tốt nhất [46] Nghiên cứu ứng dụng enzyme pectinase trong sản xuất nước

mơ đóng chai của Phạm Thị Hường, Nguyễn Thị Thu Sang đã xác định được rằng hàm lượng 0,2 % enzyme ủ trong 2 giờ cho kết quả tốt nhất [47] Vì vậy, kết hợp đồng thời kết quả khảo sát sơ bộ và các tài liệu tham khảo nói trên, tiến hành lựa chọn các thông

số thí nghiệm như sau:

- Các yếu tố cố định: Nhiệt độ ủ: 45℃

- Yếu tố thay đổi: Tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung: 0.1%, 0.2%, 0.3%

Thời gian ủ: 1 giờ, 3 giờ, 5 giờ Bảng 2.4 Ma trận thí nghiệm 4

TT Tỉ lệ enzyme

(%)

Thời gian ủ (Giờ)

Bảng bố trí thí nghiệm 3 áp dụng cho cả hai phương pháp ép và xay

Mỗi thí nghiệm được bố trí 3 lần lặp lại

❖ Tiến hành thí nghiệm

Phương pháp ép

Quả nhàu sau khi chần ở nhiệt độ và thời gian tốt nhất đã chọn ở thí nghiệm trước được nghiền sơ bộ Tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn trích và ép vì khi nghiền nhàu thì phần lớn tế bào bị tác dụng, mất tính bán thẩm thấu làm cho dịch bào dễ thoát ra khỏi

tế bào Enzyme sau đó được bổ sung với các tỉ lệ cần khảo sát được bố trí ở bảng 2.4 (tỉ

lệ enzyme được so với tổng khối lượng hỗn hợp sau khi nghiền) và đem đi ủ ở nhiêt độ 45ºC trong thiết bị điều nhiệt với các khoảng thời gian bố trí Sau đó, tiến hành vô hoạt

enzyme pectinase ở nhiệt độ 90oC trong 5 phút [40] rồi đem đi ép lấy dịch, tách bã Nguyên liệu sau khi ép còn lại khoảng 10 – 20% dịch nằm trong các vi mao quản [23],

ta tưới nước vào bã, để yên vài phút rồi ép lại Dịch thu được tiến hành lọc bằng thiết bị lọc hút chân không để thu được dịch trong Đo hiệu suất thu hồi, hàm lượng chất tan và

độ truyền quang ở bước sóng 600nm của dịch thu được Dựa vào kết quả phân tích để chọn ra thông số tốt nhất cho công đoạn ủ

Enzyme được bổ sung với các tỉ lệ bố trí như bảng 2.4 (tỉ lệ enzyme được so với tổng khối lượng hỗn hợp sau khi xay) và đem đi ủ ở nhiêt độ 45ºC trong thiết bị điều nhiệt với các khoảng thời gian bố trí Sau đó, tiến hành vô hoạt enzyme pectinase ở nhiệt

độ 90oC trong 5 phút rồi tách bã và lọc bằng thiết bị lọc hút chân không để thu được dịch trong Đo hiệu suất thu hồi, hàm lượng chất tan và độ truyền quang ở bước sóng 600nm của dịch thu được Dựa vào kết quả phân tích để chọn ra thông số tốt nhất cho công đoạn ủ

➢ Từ đó, so sánh hiệu quả thu hồi dịch và chất lượng dịch nhàu ở hai phương pháp

❖ Kết quả

Xác định phương pháp xử lí hiệu quả

Thí nghiệm 4.2: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ và pH xử lý enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch nhàu

❖ Mục đích

Nhiệt độ và pH có ảnh hưởng đáng kể đến họat tính của enzyme Với điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp sẽ tăng tốc độ của phản ứng do enzyme, từ đó tăng hiệu suất thu hổi chất khô của quá trình trích ly dịch quả nhàu Vì vậy, nghiên cứu này nhằm lựa chọn thông số thích hợp nhất cho quá trình xử lý dịch quả nhàu bằng enzyme pectinase

❖ Bố trí thí nghiệm

Từ các nghiên cứu của các tác giả Mai Thị Thuý Nga, Nguyễn Thị Thu Sang (2017) [48], nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu Sang, Nguyễn Phạm Khải Tú (2008) [46], tác giả Diệp Ngọc Tú và cộng sự (2013) [49], kết hợp đồng thời kết quả khảo sát sơ bộ tiến hành lựa chọn các thông số thí nghiệm như sau:

- Các yếu tố cố định: + Tỉ lệ enzyme pectinase bổ sung (từ thí nghiệm 4.1)

+ Thời gian ủ (từ thí nghiệm 4.1)

- Yếu tố thay đổi: Nhiệt độ ủ: 45 - 55℃ , pH: 4,0 – 5,0