Đề tài sử dụng chế phẩm sinh học lên men sản xuất tiêu trắng

Mặt khác yêu cầu của người tiêu dùng ngày càng cao về chất lượng sản phẩm, do hiện nay việc sản xuất tiêu sọ còn mang tính thủ công, có sử dụng hóa chất như H2O2, CaO, HCl… ảnh hưởng đến

PHẦN MỞ ĐẦU

Hồ tiêu không chỉ là loại hạt gia vị quen thuộc trong gia đình mà còn là loại cây công nghiệp mang lại giá trị kinh tế cao cho người nông dân Hằng năm đem lại nguồn thu ngoại tệ lớn cho đất nước Những năm gần đây, cây tiêu đã trở thành một trong những loại cây trồng chủ lực của cây công nghiệp, không chỉ giúp người dân xóa đói giảm nghèo mà còn là cây mang lại cuộc sống giàu có cho nhiều hộ nông dân Vì thế việc trồng, chế biến và xuất khẩu hồ tiêu đã được nước ta ưu tiên chú trọng đầu tư và phát triển

Mặt khác yêu cầu của người tiêu dùng ngày càng cao về chất lượng sản phẩm, do hiện nay việc sản xuất tiêu sọ còn mang tính thủ công, có sử dụng hóa chất như H2O2, CaO, HCl… ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng, nước thải sau khi sản xuất tiêu sọ có các chất màu, mùi và tính sát khuẩn mạnh nên tiêu diệt

hệ vi sinh vật gây ô nhiễm môi trường, mất cân bằng sinh thái

Lâu nay, người trồng tiêu thường có thói quen, sau khi thu hoạch chỉ phơi khô, sau đó đem vào máy chà để loại cuống và lá rồi bán cho các thương lái, hoặc sản xuất bằng cách ngâm nước, chà rửa và sử dụng hóa chất để làm tiêu sọ Chưa ai thực sự quan tâm đến khâu phơi, sơ chế đúng tiêu chuẩn, nên hạt tiêu đen thường bị nhiễm bụi, vi khuẩn, nấm mốc gây tác hại cho người tiêu dùng, giá lại thấp, nhất

là không có giá trị xuất khẩu Trong khi tiêu trắng (tiêu sọ) vừa đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, lại có giá trị xuất khẩu khá cao (gấp 2-2,5 lần tiêu đen)

Và hiện nay do vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm và ô nhiễm môi trường nên việc hạn chế sử dụng hóa chất và sử dụng các sản phẩm được sản xuất từ các enzym

vi sinh vật được khuyến khích Rất nhiều chủng vi sinh vật đã được sử dụng như

Aspergillus niger, Botrytis cinerea, Fusarium moniliforme, Rhizopus stolonifer, Trichoderma viride, Neurospora crassa, Altenaria tenuis, Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Celluvibrio gilvus, Fusarium culmorum, Trichoderma koningi…

Hiện nay trên thế giới có đề tài nghiên cứu của Vaidyanatha Lyer Thankamani, Raghavan Nair Giridhar Khoa Công nghệ sinh học, Trường đại học Kariavattom của Kerala lên men sản xuất tiêu trắng sử dụng các chủng vi khuẩn

Bacillus mycoides, Bacillus licheniformis, Bacillus brevis với kết quả định lượng

piperine 4%

Việt Nam đã góp phần nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học lên men sản xuất tiêu trắng với những đề tài khoa học của PGS.TS Nguyễn Đức Lượng và cộng

sự Trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu và cung cấp

các loại enzym hữu cơ (Aspergillus niger) cùng quy trình chế biến tiêu trắng

Kỹ sư Bùi Thanh Hòa và kỹ sư Võ Thị Ngọc Thanh Khoa Công Nghệ Sinh Học Trường Đại học Quốc Tế - ĐHQG đã áp dụng thành công chế phẩm sinh học

Biocoffee-3 (A phoenicis) tỉ lệ bóc vỏ 93% và định lượng piperine 5% Piperine

trích ly từ hạt tiêu lên men bằng chế phẩm Biocoffee-3 tăng 21% Chế phẩm sinh học

Biopep-6 (T piluliferum) kết quả hàm lượng các chất hòa tan tăng 25% và lượng

piperine cao 5.7%

Để góp phần nghiên cứu làm đa dạng thêm nhiều chế phẩm sinh học và tăng

hàm lượng piperine chúng tôi nghiên cứu đề tài “ SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH

HỌC LÊN MEN SẢN XUẤT TIÊU TRẮNG” từ enzym của vi sinh vật Aspergillus

niger, Aspergillus oryza và Bacillus polyfermenticus, Bacillus amyloliquefaciens

Mục đích đề tài: Sử dụng chế phẩm sinh học (có chứa vi sinh vật) tổng hợp

enzym pectinase và cellulase phân giải pectin, cellulose là thành phần chính cấu tạo nên vỏ hạt tiêu, sản xuất tiêu trắng (tiêu sọ) với hàm lượng piperine tăng cao cung cấp cho thị trường với quy trình sản xuất thân thiện với môi trường và sản phẩm vẫn giữ được màu sắc mùi vị đạt chất lượng, an toàn cho người sử dụng

Để đạt được mục đích của đề tài chúng tôi đề ra các nội dung nghiên cứu sau:

1) Khảo sát độ ẩm hạt tiêu cho quá trình lên men sản xuất tiêu trắng

2) Khảo sát tỷ lệ chế phẩm tốt nhất cho quá trình lên men sản xuất tiêu trắng 3) Khảo sát thời gian lên men đạt tỉ lệ bóc vỏ hạt tiêu cao nhất

4) Kiểm tra định lượng piperine trong hạt tiêu

5) Kiểm tra độc tính aflatoxin, ochratoxin

6) Kiểm tra hàm lượng vi sinh trong sản phẩm

Nếu đạt được các nội dung nghiên cứu trên thì có thể ứng dụng đề tài vào quy mô sản xuất công nghiệp ở các công ty sản xuất tiêu trắng Ý nghĩa khoa học đề tài là đã sử dụng chế phẩm từ vi sinh vật có nguồn gốc tự nhiên, không sử dụng chất hóa học, thời gian sản xuất ngắn, chi phí thấp, an toàn cho người sử dụng, sản phẩm đạt chất lượng cao, quy trình sản xuất thân thiện với môi trường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về cây hồ tiêu

Hồ tiêu có nguồn gốc từ Ấn Độ và được sử dụng làm gia vị trong các món ăn

ít nhất là từ 2000 năm trước công nguyên [26] Cây hồ tiêu (Piper nigrum L.) thuộc

họ Piperaceae, bộ Piperales, có số nhiễm sắc thể 2n = 52 [12] Hồ tiêu có danh pháp

hóa học là Piper nigrum là một loài cây leo có hoa thuộc họ hồ tiêu trồng chủ yếu

để lấy quả và hạt, thường dùng làm gia vị dưới dạng khô hoặc tươi [16]

1.1.1 Yêu cầu sinh thái và phân bố địa lý của cây hồ tiêu

Hồ tiêu là một loại cây đặc trưng của vùng nhiệt đới ẩm Các vùng trồng hồ tiêu chính trên thế giới chủ yếu nằm ở vùng Châu Á Thái Bình Dương như Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Sri Lanca, Thái Lan và Việt Nam Hồ tiêu cũng được trồng ở các nước khác như Brazil, Madagascar Cây hồ tiêu đòi hỏi lượng mưa cao, nhiệt độ khá cao đồng đều và ẩm độ không khí cao, đó là kiểu khí hậu đặc trưng của vùng nhiệt đới nóng và ẩm với sự thay đổi không đáng kể về độ dài ngày và ẩm độ không khí trong suốt năm [12]

Căn cứ vào các đặc tính thực vật của cây hồ tiêu như hình dạng lá, phác hoa, chùm quả v.v mà người ta phân biệt các giống hồ tiêu khác nhau Trong quá trình canh tác lâu đời tại mỗi khu vực hình thành nên những giống hồ tiêu địa phương như tiêu Tiên Sơn ở vùng Pleiku, tiêu Vĩnh Linh ở Quảng Trị, tiêu Lộc Ninh ở Bình Phước (gồm tiêu sẻ Lộc Ninh và tiêu trung Lộc Ninh), tiêu Phú Quốc v.v [12]

1.1.2 Đặc điểm hình thái của cây hồ tiêu

Thân: Hồ tiêu dạng dây leo bằng rể phụ Thân tròn nhẵn, tầy lên những mấu,

mọc uốn éo [16] Loại thân thảo mềm dẻo được phân thành nhiều đốt, tại mỗi đốt có

1 lá đơn [12]

Lá: Lá có cuống, mọc so le Hình bầu dục hoặc hình trứng, dài 11-15 cm,

rộng 5-9 cm, gốc tròn, đầu nhọn, có những chấm trong rất mờ, mặt trên lục sẫm bóng, mặt dưới màu xám nhạt, gân lá lồi rõ, cuống lá dài 2-3 cm [16]

Hoa: Cụm hoa mọc đối diện với lá thành bông ngắn hơn lá Lá bắc thuôn

dài, cùng lớn lên với trục bông, hoa khác gốc, đôi khi tạp tính được bao bọc bởi lá bắc, nhị 2, bao phấn hình thận, bầu thượng hình tròn [16] Hoa hồ tiêu ra không tập trung mà ra thành nhiều lứa Hoa tự của hồ tiêu hình gié, treo lủng lẳng, dài 7 - 12cm tùy giống và tùy điều kiện chăm sóc Trên hoa tự có bình quân 20-60 hoa xếp thành hình xoắn ốc, hoa lưỡng tính hay đơn tính Các giống hồ tiêu cho năng suất cao thường có tỷ lệ hoa lưỡng tính nhiều hơn [12]

Quả: Quả hồ tiêu thuộc loại quả hạch, không có cuống, quả hình cầu [12]

Khi chín màu đỏ, đem phơi khô thành đen, đường kính 3-4 mm, hạt tròn Mặt ngoài màu nâu đen, có nhiều vết nhăn hình vân lưới nổi lên Đỉnh đầu quả có vết của vòi nhụy nhỏ hơi nổi lên, gốc quả có vết sẹo của cuống quả Quả cứng Vỏ quả ngoài có thể bóc ra được Vỏ quả trong màu trắng tro hoặc màu vàng nhạt, mặt cắt ngang màu trắng vàng Quả có chất bột, trong có lỗ hổng nhỏ Mùi thơm, vị cay [16]

Mùa hoa quả: Tháng 5-8 [16]

Thành phần hóa học của hạt tiêu: Tinh dầu 1,2-2%, Piperin 5-9%,

Chanvixin 2,2-6%, Chất béo 8% ,Tinh bột 36% , Tro 4% [23], [25]

Hình 1.1: Cây tiêu đang ra hoa [48] Hình 1.2: Gié hoa và chùm quả cây tiêu[48] http://www.lrctnu.edu.vn:8080/gsdl/collect/khuyenno/index/assoc/HASH72d9.dir/do c.pdf [49]

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng hạt tiêu [47]

1 tbsp tiêu đen

Năng lượng 16Năng lượng từ chất béo 1.89

Tổng số %DV

Chất béo không bão hòa đơn 0.065g Chất béo không bão hòa đa 0.072g Đường 0.04g

1.1.3 Các loại sản phẩm hồ tiêu trên thị trường thế giới

Sản phẩm hồ tiêu thông dụng trên thị trường thế giới là tiêu đen và tiêu trắng Ngày nay nhiều loại sản phẩm có giá trị đã được phát triển thêm từ hồ tiêu Điều thuận lợi là không cần dùng nguyên liệu hồ tiêu tốt để chế biến ra các loại sản phẩm này Ví dụ như tiêu lép, là loại tiêu có phẩm cấp rất kém được dùng để sản xuất ra dầu tiêu Ấn Độ là một nước có vị trí quan trọng trong việc sản xuất và xuất khẩu các sản phẩm hồ tiêu có giá trị tăng thêm [12]

1.1.3.4 Tiêu bột

Hạt tiêu khô được nghiền ở các kích cỡ khác nhau tùy theo yêu cầu của người tiêu thụ Gần đây công nghệ xay tiêu bột ở nhiệt độ thấp đã được giới thiệu

để tránh sự mất mát các chất thơm bay hơi khi nghiền hạt tiêu Nghiền tiêu ở nhiệt

độ thấp cũng loại bỏ được vi khuẩn và nấm mốc [12]

1.1.3.5 Tiêu xanh ngâm nước muối

Tiêu xanh ngâm nước muối được chế biến từ quả tiêu chưa chín Sau khi hái, tách cẩn thận quả tiêu khỏi gié, tránh làm vỡ, dập quả Các quả tiêu (hạt tiêu xanh) này được ngâm trong dung dịch giấm và muối để giữ được màu xanh tự nhiên

và thể chất dòn, xốp của hạt tiêu xanh Tiêu thành phẩm có hương vị thơm ngon được người tiêu dùng chấp nhận [12]

1.1.3.6 Tiêu xanh khử nước

Đây là một loại sản phẩm được chế biến từ hạt tiêu xanh, bằng cách xử lý hạt

ở nhiệt độ cao để làm vô hiệu sự hoạt động của các enzym làm hạt tiêu hóa nâu đen Tiêu xanh qua xử lý nhiệt sau đó được sấy khô hay phơi khô ở nhiệt độ được kiểm soát, nhờ vậy giữ lại được màu xanh tự nhiên như khi thu hái Sau khi ngâm vào nước, hạt tiêu sẽ phục hồi lại hình dạng và màu sắc gần giống như hạt tiêu xanh khi

thu hái Mùa thu hoạch tiêu xanh chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn trong năm, trong khi đó nhu cầu tiêu dùng tiêu xanh suốt năm Tiêu xanh khử nước có thể tồn trữ được trong một năm, đáp ứng với nhu cầu tiêu dùng [12]

1.1.3.7 Tiêu xanh cải tiến

Để khắc phục nhược điểm về thể chất và hương vị của tiêu xanh khử nước, khắc phục nhược điểm về chi phí bao bì đóng gói của tiêu xanh ngâm muối, người

ta đã có những cải tiến trong chế biến tiêu xanh Để sản xuất ra loại tiêu xanh cải tiến này, hạt tiêu xanh được rửa sạch trong nước, bước tiếp theo là đem ngâm trong nước muối 2-3 tháng, xả nước rồi đóng gói trong các túi PE để đưa ra thị trường

[12]

1.1.3.8 Tiêu xanh đông khô

Đây là một sản phẩm tiêu xanh hảo hạng được chế biến bằng cách làm khô hạt tiêu xanh đến độ ẩm khoảng 4% ở nhiệt độ âm 30- 400C trong điều kiện chân không Màu sắc, hương thơm và thể chất của tiêu xanh đông khô tốt hơn nhiều so với tiêu xanh phơi khô dưới ánh sáng mặt trời hay được khử nước qua sấy Sản phẩm này có thể giữ ở nhiệt độ bình thường trong phòng Khi đuợc làm ẩm trở lại, sản phẩm này giống như sản phẩm tiêu xanh mới thu hái quá trình chế biến đòi hỏi máy móc phức tạp nên sản phẩm tiêu xanh đông khô có giá rất đắt [12]

1.1.3.9 Tiêu đỏ

Khi tiêu chín hoàn toàn, màu của quả tiêu chuyển từ xanh sang đỏ Màu đỏ rất hấp dẫn so với màu đen hay màu trắng ngà của tiêu trắng Để chế biến tiêu đỏ, thu hái tiêu khi nhiều quả tiêu trên chùm quả đã chín đỏ Các quả này được tách cẩn thận ra khỏi chùm quả Các quả còn lại được ủ lại 2-3 ngày cho tới khi chuyển sang màu đỏ thì được tiếp tục chế biến thành tiêu đỏ Các quả tiêu đỏ sau khi được tách

ra khỏi chùm trái phải chế biến trong ngày Màu đỏ của quả tiêu được giữ lại bằng cách ngâm quả tiêu vào dung dịch nước muối hay muối và giấm cùng với chất bảo quản thực phẩm Sau đó tiêu có thể được khử nước như quy trình khử nước của tiêu xanh Ngoài ra còn có các sản phẩm khác được chế biến từ tiêu như trà tiêu, kẹo tiêu, dầu thơm tiêu, tiêu dùng cho hương liệu mỹ phẩm [12]

Hình 1.3: Tiêu khô: Tiêu xanh, tiêu đen, tiêu đỏ, tiêu trắng [57]

http://www.uni-graz.at/~katzer/engl/Pipe_nig.html

1.1.3.10 Tiêu trắng

Tiêu trắng hay còn gọi là tiêu sọ Quả tiêu chín già được tách lớp vỏ bên ngoài rồi phơi khô Tiêu trắng thành phẩm hạt tròn nhẵn có màu trắng ngà

a Cách chế biến tiêu trắng thủ công

Là để tiêu chín già, chùm trái có hơn 50% trái chín đỏ mới hái, đem ủ 2 - 3 ngày đêm sau đó tách hạt, bỏ vào bao đem ngâm ở dòng nước chảy, hay trong bể ngâm có thay nước hàng ngày Ngâm từ 7-10 ngày cho đến khi vỏ nát rời, cho vào

rổ hay máy xát kỹ sau đó đãi hết vỏ và phơi 1-2 nắng trên nong, nia đến khi hạt có

độ ẩm 12 - 13% là có thể đem bảo quản và tiêu thụ Chế biến thủ công thường với

số lượng ít vì phải lựa từng chùm trái rất mất thời gian và nhân công khi thu hoạch [12]

b Chế biến bán công nghiệp quy mô nông hộ

Tiêu trắng còn được chế biến công nghiệp từ tiêu đen loại có dung trọng 570g/lít Để đạt được loại tiêu đen có dung trọng cao dùng làm nguyên liệu chế biến tiêu trắng thì phải thu hoạch lúc chùm trái đã có 2-3 quả chín đỏ Tiêu đen có chất lượng cao như đã nói trên đem về quạt kỹ để chọn hạt nặng, đem ngâm nước trong vòng 7-8 ngày Hai ba ngày thay nước một lần, đến khi vỏ trái tiêu nát rời thì đem

ra xay xát để loại bỏ vỏ hạt, đãi sạch rồi phơi khô trên bạt, sản phẩm có màu vàng

ngà [21] Theo yêu cầu của thị trường người ta có thể làm trắng bằng cách ngâm trong H2O2 2% trong vòng 30 phút để oxy hóa chất hữu cơ và chất màu Sau khi làm trắng tiến hành phơi trên sân có lót bạt, đệm hoặc sấy hạt tiêu ở nhiệt độ 50-

600C trong nhiều giờ liên tục để hạt đạt độ ẩm 12%.-13%

Chế biến tiêu đen thành tiêu trắng giúp các nông hộ tăng thu nhập, tuy vậy

do chưa chú ý đến vấn đề môi trường, tại các vùng chế biến tiêu trắng thường xảy ra tình trạng ô nhiễm môi trường do mùi hôi thối bốc lên từ các bể ngâm tiêu, nước rửa hạt tiêu sau khi ngâm ủ trong quá trình chế biến có chất màu, tính sát khuẩn mạnh tiêu diệt hệ sinh thái gây ô nhiễm môi trường [12]

Hình 1.4:Bể ngâm tiêu đen [12] Hình 1.5:Máy xát vỏ hạt tiêu sau khi ủ [12]

c Sản xuất tiêu trắng quy mô công nghiệp sử dụng chế phẩm sinh học

Chế phẩm Biovina 9 do ĐH Bách Khoa TP.HCM nghiên cứu, sản xuất được

áp dụng sản xuất tiêu sọ tại Công ty Olam Việt Nam, Công ty Long Xương (Quận

5) Chế phẩm Biocoffee-3 (A phoenicis) và Bipep-6 (T piluliferum).[29], [34]

Tiêu đen được lựa chọn loại bỏ tiêu không đủ tiêu chuẩn và tạp chất, ngâm nước để đạt độ ẩm tối ưu sau đó tiến hành phối trộn chế phẩm, thời gian lên men khoảng 4 ngày sau đó tiến hành chà xát và rửa bằng nước sạch nhiều lần, sấy đạt độ

ẩm 12-13% [12], [29], [34]

1.1.4 Độ chín thu hoạch của hạt tiêu theo sản phẩm [12]

Tùy theo sản phẩm được chế biến, tiêu được thu hoạch ở các độ chín khác nhau

Bảng 1.2: Độ chín thu hoạch của hạt tiêu theo sản phẩm

Tiêu ngâm nước muối/đóng hộp Đang xanh và còn chưa cứng hạt (vào

khoảng 4-5 tháng sau khi ra hoa Tiêu xanh khử nước (vẫn giữ màu

xanh)

10-15 ngày trước khi chín hoàn toàn

Dầu nhựa tiêu và Oleoresin 15-20 ngày trước khi chín

Tiêu bột Chín hoàn toàn với hạt tiêu đã cứng chắc Tiêu đen Chín hoàn toàn với hạt tiêu đã cứng chắc,

trên chùm quả có 1-2 quả bắt đầu chuyển sang vàng

Tiêu trắng Chín hoàn toàn, trên chùm quả có ít nhất

2-3 quả bắt đầu chuyển sang chín đỏ

quả chín đỏ

1.1.5 Tình hình sản xuất hồ tiêu trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.5.1 Tình hình sản xuất hồ tiêu trên thế giới

Theo ước tính Hiệp Hội tiêu thế giới, tình hình sản xuất hạt tiêu năm 2009 tăng 5% so với năm trước là 305.070 tấn Việc sản xuất tiêu đen đạt 246.600 tấn trong khi sản lượng hạt tiêu trắng ước tính đạt 58.470 tấn chiếm 19.17% và dự kiến tương lai sản lượng tiêu trắng sẽ tiếp tục tăng cao Tuy nhiên, con số tiêu thụ dao động xung quanh 315.000 tấn và còn lại tồn trữ trong kho là 68.700 tấn [32]

Biểu đồ 1.1: Tình hình sản xuất tiêu trên thế giới (đơn vị tấn) (nguồn IPC)[32]

Biểu đồ 1.1 mô tả rõ ràng xu hướng sản xuất tiêu toàn cầu từ năm 1995 Sản xuất hạt tiêu toàn cầu chỉ khoảng 220.000 tấn vào năm 1995 và trải qua một thời gian đã có một sự gia tăng đáng kể từ năm 1999 với sự đóng góp to lớn của các quốc gia có sản lượng tiêu lớn như Việt Nam, Ấn Độ, Malaysia, và Brazil Có được điều này là nhờ vào sự cải tiến trong cách quản lý, giống cây trồng cùng với việc trồng lại tiêu trong bốn năm trở lại đây

Nước sản xuất hồ tiêu lớn trên toàn thế giới là Việt Nam, Ấn Độ, Brazil, Indonesia, Malaysia, Trung Quốc, Srilanka, Thái Lan và Singapore Việt Nam đứng đầu danh sách với thị phần 34% trong sản xuất hạt tiêu toàn cầu Ấn Độ ở vị trí thứ hai (19%) được theo sau bởi Brazil 13%, Indonesia 9%, Malaysia 8%, Trung Quốc 7%, Srilanka 6 % [32]

Biểu đồ 1.2 : Các quốc gia sản xuất hồ tiêu chính trên thế giới [32]

a Việt Nam

Việt Nam quốc gia sản xuất và xuất khẩu hồ tiêu lớn nhất thế giới Việt Nam bắt đầu sản xuất hồ tiêu vào năm 1990 và bật lên là nước đứng đầu trong mười năm với đóng góp 95.000 tấn vào sản lượng tiêu toàn cầu hiện nay Đỉnh cao là năm

2004 và năm 2006 sản lượng tiêu Việt Nam đạt trên 100.000 tấn Diện tích sản xuất hạt tiêu tại Việt Nam dao động khoảng 50.000 ha [32]

Biểu đồ 1.3: Khuynh hướng sản xuất tiêu ở Việt Nam [32]

b Barzil

Brazil là nước sản xuất hồ tiêu lớn thứ 3 trên thế giới Việc sản xuất hồ tiêu ở Brazil chịu thất bại trong năm 2009 do thiệt hại về dịch bệnh Sản lượng thấp hơn 20% so với năm 2008 và chỉ đạt 30.000 tấn 2010 Số lượng xuất khẩu của Brazil đứng ở gần 22.000-25.000 tấn

Theo dữ liệu của hàng nhập khẩu Mỹ đến tháng 7/2009, xuất khẩu của Brazil sang Mỹ đã được 750 tấn trong khi Ấn Độ là 366 tấn Brazil năm 2009 đã đưa ra một sự cạnh tranh mạnh mẽ cho Ấn Độ bằng cách cung cấp giá thấp nhất trong bốn nước lớn xuất khẩu Việt Nam, Ấn Độ, Indonesia và bao gồm Brazil [32]

Biểu đồ 1.4: Khuynh hướng sản xuất tiêu ở Barzil [32]

c Indonesia

Indonesia đóng góp được 23.000 tấn trong năm 2009 cao hơn 12 phần trăm

so với 2009 Tình hình sản xuất tiêu của Indonexia không ổn định và có xu hướng giảm dần qua các năm Năm 2000 sản lượng tiêu đạt hơn 80.000 tấn nhưng năm

2006 chỉ đạt gần 30.000 tấn Nhưng Indonesia là một nước xuất khẩu hạt tiêu hoạt động trên toàn cầu 2010 và giá luôn thấp hơn Ấn Độ Indonesia đã dần dần nổi lên

là nước xuất khẩu tiêu lớn nhất cho thị trường Mỹ Theo dữ liệu đến tháng 7 năm

2009 Indonesia đã xuất khẩu số lượng cao nhất 2911 tấn trong một tháng nhiều hơn các con số Việt Nam 1.447 tấn và Ấn Độ và 366 tấn [32]

Biểu đồ 1.5: Khuynh hướng sản xuất tiêu ở Indonesia [32]

1.1.5.2 Tình hình sản xuất tiêu ở Việt Nam

Tiêu Việt Nam hiện nay được trồng chủ yếu ở các tỉnh Đông Nam Bộ, tập trung nhiều nhất Bình Phước, Bà Rịa – Vũng Tàu, và Đồng Nai, chủ yếu trên nền đất đỏ Vùng trồng tiêu tập trung thứ hai là Tây Nguyên, phân bổ chủ yếu ở hai tỉnh Đak Lak và Gia Lai.Trong đó, tiêu Chư sê ở Gia Lai có năng suất rất cao, trên dưới 4 tấn/ha, Mặc dù vậy, diện tích trồng tiêu ở các tỉnh Tây Nguyên cũng khá lớn, chiếm đến 13 ngàn ha, tỉnh Bình Phước với diện tích 12.300 ha, cao nhất nước

Ở các tỉnh Bắc Trung Bộ, nổi tiếng nhất là vùng tiêu Quảng Trị, có chất lượng tiêu cao (thơm, cay) và diện tích khá tập trung ở khu vực đất đỏ Cam Lộ Các tỉnh khác thuộc các vùng trên có diện tích trồng tiêu ít hơn, và không mang tính chất sản xuất hàng hóa lớn, tập trung cung cấp nguyên liệu cho xuất khẩu Tiêu Phú Quốc đã nổi tiếng từ lâu đời vì chất lượng tuyệt hảo [16]

Bảng 1.4 Sản lượng Việt Nam, thế giới giai đoạn 1998- 2010 ( Đơn vị: tấn) [53]

Tỷ trọng của Việt Nam Năm Việt Nam Thế giới so với thế giới

1.1.6 Tình hình xuất khẩu tiêu của Việt Nam

Lượng hạt tiêu của Việt Nam xuất khẩu trong tháng 5/2010 là hơn 15 nghìn tấn, giảm 6,4% và kim ngạch đạt 49 triệu USD, giảm 1,5% so với tháng 4/2010 Với kết quả xuất khẩu của tháng 05/2010 đã nâng tổng lượng hạt tiêu xuất khẩu của nước ta trong 5 tháng đầu năm 2010 lên 60 nghìn tấn với kim ngạch 184 triệu USD Lượng xuất khẩu nhóm hàng này chỉ tăng 11% nhưng do đơn giá xuất khẩu bình quân tăng 33,4% so với đơn giá bình quân của 5 tháng/2009, ở mức gần 3100 USD/tấn Do đó, trị giá xuất khẩu tăng tới 48,1% so với cùng kỳ năm 2009 Như vậy, xuất khẩu hạt tiêu của Việt Nam trong 5 tháng đầu năm 2010 tăng mạnh cả về lượng, trị giá và đơn giá so với 5 tháng/2009

Biểu đồ 1.7: Lượng, trị giá, đơn giá xuất khẩu bình quân hạt tiêu của Việt Nam năm 2009 và 5 tháng đầu năm 2010

Năm tháng đầu năm 2010, có hai thị trường xuất khẩu hạt tiêu đạt trên 25 triệu USD là Hoa Kỳ và Đức Trong 5 tháng đầu năm 2010, Hoa Kỳ và Đức tiếp tục

là hai đối tác nhập khẩu hạt tiêu lớn nhất của Việt Nam Đứng đầu về lượng và kim ngạch nhập khẩu hạt tiêu của Việt Nam là thị trường Hoa Kỳ với lượng đạt 8,3 nghìn tấn và trị giá là gần 27 triệu USD, tăng 91,3% về lượng và tăng gần 2,1 lần về trị giá so với cùng kỳ năm trước Đứng thứ 2 là thị trường Đức với lượng đạt 8,2 nghìn tấn, tăng 91,1% và trị giá là gần 26 triệu USD, tăng gần 2,5 lần so với 5 tháng năm 2009

Đặc biệt, lượng xuất khẩu hạt tiêu của Việt Nam sang hai thị trường này trong 5 tháng đầu năm chiếm tới gần 28% trong tổng lượng xuất khẩu nhóm hàng này của cả nước trong khi con số này chỉ là 17% trong 5 tháng 2008 và 16% trong

5 tháng 2009

Tính đến hết tháng 5/2010, kim ngạch xuất khẩu hạt tiêu của Việt Nam sang hầu hết các thị trường đều đạt mức tăng trưởng dương so với cùng thời gian một năm trước đó Ba thị trường có kim ngạch nhập khẩu hạt tiêu của Việt Nam lớn tiếp theo đều đạt trên 12 triệu USD là Ấn Độ với 4,4 nghìn tấn, tăng 71,8% và 2,2 lần về

trị giá; Tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất với lượng 4,2 nghìn tấn, giảm 12,5%

nhưng trị giá lại tăng 27,4% và Hà Lan với 3,7 nghìn tấn, tăng 7,6% về lượng và

40,1% về trị giá

Bảng 1.5 Lượng, trị giá xuất khẩu hạt tiêu của Việt Nam sang một số thị

trường chính trong 5 tháng đầu năm 2010 so với cùng kỳ 2009

5 tháng đầu năm 2010 với cùng kỳ 2009 (%) Tốc độ tăng/ giảm so

Nguồn: Tổng Cục Hải Quan

1.1.7 Chỉ tiêu chất lượng tiêu trắng Việt Nam [55]

Chất lượng tiêu trắng Việt Nam được đánh giá theo tiêu chuẩn Việt Nam

7037:2002 Tiêu trắng phải có mùi thơm đặc trưng của hạt tiêu trắng, cay và không

có mùi vị lạ Không có nấm mốc, côn trùng và các phần xác của côn trùng nhìn thấy

được bằng mắt thường (kể cả kính lúp) và phải đạt các chỉ tiêu vật lý, hóa học,vi

sinh theo tiêu chuẩn Việt Nam 7037:2002

Mức yêu cầu: Hạt tiêu SP: Hạt tiêu sơ chế

Hạt tiêu P: Hạt tiêu sản xuất

Bảng 1.6 Các chỉ tiêu vật lý của hạt tiêu trắng

Hạt tiêu SP Hạt tiêu P

1 Tạp chất lạ, % khối lượng, không lớn hơn 0,5 0,2

2 Hạt lép, % khối lượng, không lớn hơn 4,0 2,0

3 Hạt đầu đinh hoặc hạt vỡ, % khối lượng, không lớn hơn 15 10

4 Khối lượng theo thể tích, g/l, không nhỏ hơn 600 600

Bảng 1 7 Các chỉ tiêu hóa học của hạt tiêu trắng

Hạt tiêu SP hoặc P

Bột hạt tiêu

1 Độ ẩm,% khối lượng, không lớn hơn 13,0 12,5

2 Tro tổng số, % khối lượng theo chất khô, không lớn hơn 3,5 3,5

3 Chất chiết ete không bay hơi, % khối lượng tính theo chất

4 Dầu bay hơi, % (ml/100g) tính theo chất khô, không nhỏ

5 Piperin, % khối lượng tính theo chất khô, không nhỏ hơn 4,0 4,0

6 Tro không tan trong axit, % khối lượng tính theo chất khô,

7 Xơ thô, chỉ số không hòa tan, % khối lượng tính theo chất

* Dầu bay hơi cần được xác định ngay sau khi nghiền

Bảng 1.8 Các chỉ tiêu vi sinh vật đối với hạt tiêu trắng đã chế biến

1 Coliform, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 102

2 E.coli, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0

3 Salmonella, số khuẩn lạc trong 25g sản phẩm 0

4 S aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 102

Hình 1.6: Tiêu trắng [44]

http://binhminhfoods.com/chi-tiet-san-pham/ho-tieu-trang/526/573.html

1.2 Giới thiệu về cơ chất và enzym

Pectin và cellulose là hai thành phần chính cấu tạo nên lớp vỏ của tiêu Lớp

vỏ hạt tiêu này rất khó phân hủy bằng phương pháp vật lý

1.2.1 Giới thiệu chung về pectin:

a Nguồn gốc [1], [18], [19]

Pectin là một polymer của các acid polygalacturonic và các ester methyl của chúng Pectin có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng: Dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào dưới dạng kết hợp với polysaccharide araban, dạng hòa tan của pectin tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào Pectin như một loại keo gắn chặt các tế bào thực vật với nhau, vì thế người ta gọi chúng là chất ciment trong cấu trúc tế bào thực vật

Khi quả còn xanh, ciment là protopectin, protopectin chiếm tỉ lệ khá cao, protopectin không hòa tan trong nước giúp quả có độ cứng

Khi quả chín dần, dưới tác dụng enzyme protopectinase, protopectin sẽ

chuyển sang pectin hòa tan (pectin) và araban, làm giảm sự liên kết giữa các tế bào, quả trở nên mềm hơn Trong thực vật các pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp

Hình 1.7 : Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật [45]

http://www.ebook.edu.vn

Pectin tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củ hoặc thân của một số loài thực vật: Táo 10 – 15%, quả citrus 20 – 50%, củ cải đường 10 – 20%, trong cùng một loại quả nhưng ở các phần khác nhau thì hàm lượng pectin cũng khác nhau

b Cấu tạo phân tử pectin [18], [19]

Các chất pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch của phân tử acid D-galacturonic C6H10O7, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucoside Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl (-OCH3) Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic

Hình 1.8 : Cấu tạo của một đơn vị pectin [48]

http://files.myopera.com/luutrutailieu/giangday/pectin.doc

Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng tùy theo số phân tử acid galacturonic và thường thay đổi trong phạm vi từ 10.000 – 100.000 Trong các hợp chất dạng glucid so về chiều dài phân

tử thì pectin cao hơn tinh bột nhưng thấp hơn cellulose Ví dụ từ nguồn táo, mận thu được pectin có phân tử lượng từ 25.000 – 35.000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại

có phân tử lượng đạt tới 50.000

Tên gọi pectin dùng để chỉ các chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100% Tên gọi acid pectinic để chỉ chất được methyl hóa thấp hơn 100% Còn tên gọi acid pectic để chỉ acid polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm methoxyl

Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin

c Tính chất của pectin: [1], [5],[19]

Pectin thuộc nhóm các chất làm đông tụ Pectin được xem là 1 trong những phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt của acid và đường nó có khả năng tạo đông (tạo gel)

HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao (HMP): MI > 7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%)

Hình 1.9 : Công thức HM pectin [45]

http://www.ebook.edu.vn

♦ HMP : Tạo gel bằng liên kết hydro

♦ Điều kiện tạo gel: [đường] > 50%, pH = 3 - 3,5; [pectin] = 0,5 - 1%

♦ Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm

lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ

LMP (Low Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl thấp: MI< 7%, từ 3–5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE≤ 50%)

Hình 1.10: Công thức LM pectin [45]

http://www.ebook.edu.vn

♦ LMP : Tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+

♦ Điều kiện tạo gel: Khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1% miễn là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định, khi đó gel được tạo thành ngay

cả khi không thêm đường và acid

♦ Cấu trúc của gel: Phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl (MI) Gel pectin có chỉ số MI thấp thường có tính đàn hồi giống như gel agar – agar

để cầm máu trước và sau phẫu thuật [1], [18], [19]

1.2.2 Cellulose

a Nguồn gốc [1], [19],

Cellulose là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích D-Glucose, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000-14000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật Trong gỗ lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm 43-52% thể tích

β-Đối với người thì cellulose không có giá trị dinh dưỡng vì cellulose không bị thủy phân trong ống tiêu hóa Nhưng có vai trò trong điều hòa tiêu hoá Động vật ăn

cỏ thủy phân được cellulose nhờ enzyme cellulase

b Cấu tạo phân tử cellulose [1], [19], [35], [41], [49]

Phân tử cellulose có cấu trúc dạng mạch thẳng Cấu trúc này tạo điều kiện hình thành các liên kết hyđro giữa các phân tử cellulose nằm song song với nhau, tạo nên cấu trúc màng cellulose và vi sợi (micro fibrin) trong cấu trúc màng cellulose của tế bào thực vật

Các sợi này không tan trong nước, rất bền về cơ học nên tạo nên lớp màng cellulose bền chắc Thành phần hóa học của màng bảo vệ đã được phân tích, khá phức tạp Nước chiếm 60% được chứa trong các khoảng tự do của màng, 30% cellulose, các sợi cellulose liên kết với nhau tạo thành các mixen (khoảng 100 sợi cellulose bện lại với nhau tạo nên một mixen với kích thước 5nm, cứ 20 mixen kết với nhau lại tạo nên một sợi bé (microfibrin) với kích thước khoảng 10- 20 nm, và

cứ 250 sợi bé lại tạo nên sợi lớn (macrofibrin) Các sợi đan chéo với nhau theo nhiều hướng làm cho màng cellulose rất bền vững, nhưng lại có khả năng đàn hồi

Ở giữa các sợi là khối không gian chứa các chất vô định hình gồm hemicellulose, pectin và nước.

Hình 1.11 Cấu tạo của phân tử cellulose [56]

http://www.scribd.com/doc/38460876/So-An pdf

Cellulose có dạng hình sợi dài, nhiều sợi kết hợp song song với nhau thành chùm nhờ các liên kết hydro, mỗi chùm (micelle) chứa khoảng 60 phân tử cellulose

Giữa các chùm có những khoảng trống, khi hoá gỗ khoảng trống này chứa đầy lignin và ta xem lớp lignin này như là một lớp cement

Hình 1.12 Sơ đồ cấu tạo của sợi cellulose [50]

™ Tính chất hóa học

Cellulose do các mắt xích β-D-Glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucocid do vậy liên kết này thường không bền trong các phản ứng thủy phân

Tác dụng với dung dịch base

Tác dụng với dung dịch acid vô cơ

Tác dụng với dung dịch acid hữu cơ

d Ứng dụng [1], [19]

Cellulose vi tinh thể được sử dụng trong các loại thực phẩm calori thấp, trong salad, các món tráng miệng và kem Khả năng hydrat hóa và phân tán của

chúng được cải thiện rõ rệt khi sử dụng chung với một lượng nhỏ carboxymethyl cellulose

1.2.3 Giới thiệu về enzym

Enzyme là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein Trong cuộc sống sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, với một hiệu suất rất cao, mặc dù ở điều kiện bình thường về nhiệt độ, áp suất, pH Sở dĩ như vậy vì nó có sự hiện diện của chất xúc tác sinh học được gọi chung là enzyme Như vậy, enzyme là các protein xúc tác các phản ứng hóa học

Trong các phản ứng này, các phân tử lúc bắt đầu của quá trình được gọi là cơ chất (substrate), enzyme sẽ biến đổi chúng thành các phân tử khác nhau Tất cả các quá trình trong tế bào đều cần enzym Enzym có tính chọn lọc rất cao đối với cơ chất của nó Hầu hết phản ứng được xúc tác bởi enzym đều có tốc độ cao hơn nhiều

so với khi không được xúc tác Có trên 4.000 phản ứng sinh hóa được xúc tác bởi enzym

Hoạt tính của enzym chịu tác động bởi nhiều yếu tố Chất ức chế là các phân

tử làm giảm hoạt tính của enzym, trong khi yếu tố hoạt hóa là những phân tử làm tăng hoạt tính của enzym [4], [6], [19], [43]

1.2.3.1 Tính chất của enzym

♦ Enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc tính lý hóa của protein Đa

số enzym có dạng hình cầu và không đi qua màng bán thấm do có kích thước lớn

♦ Tan trong nước và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan trong ete

và các dung môi không phân cực

♦ Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, nhiệt độ cao thì enzym bị biến tính

♦ Môt trường axít hay bazơ cũng làm enzym mất khả năng hoạt động

♦ Enzym có tính lưỡng tính: Tùy pH của môi trường mà tồn tại ở các dạng: cation, anion hay trung hòa điện

Enzym chia làm hai nhóm: Enzym một cấu tử (chỉ chứa protein) như pepsin, amylase và các enzym hai cấu tử (trong phân tử còn có nhóm không phải protein) [5], [19]

1.2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của enzym

Các hoạt động enzyme bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, như nhiệt độ, độ pH, nồng độ enzyme, nồng độ của cơ chất và chất ức chế Là yếu tố trực tiếp tác động nhiều đến hoạt động của enzym

a Ảnh hưởng của nhiệt độ

Vận tốc phản ứng do enzym xúc tác chỉ tăng theo nhiệt độ trong một giới hạn xác định mà ở đó phân tử enzym chưa bị biến tính Nhiệt độ ứng với hoạt độ enzym cao nhất gọi là nhiệt độ tối ưu của enzym Đa số enzym có nhiệt độ tối ưu khoảng 40-50oC Tuy nhiên nhiệt độ tối ưu của một enzym không cố định mà có thể thay đổi tùy cơ chất, pH môi trường, thời gian phản ứng….Nhiệt độ mà enzym bị mất hoàn toàn hoạt tính xúc tác gọi là nhiệt độ tới hạn vào khoảng trên 700 C Ở nhiệt độ tới hạn enzym bị biến tính, ít khi có khả năng phục hồi lại được hoạt độ Ngược lại

ở nhiệt độ dưới 00C hoạt độ enzym tuy bị giảm nhưng lại có thể tăng lên khi đưa về nhiệt độ bình thường [19]

Hình 1.13 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng [43]

b pH môi trường

pH môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến phản ứng enzym vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzym và ảnh hưởng đến độ bền protein enzym Đa số

enzym bền trong giới hạn pH giữa 5-9, độ bền của enzym có thể tăng lên khi có cơ

chất, coenzym, Ca2+ …

pH làm thay đổi trạng thái ion hóa các nhóm định chức ở trung tâm hoạt

động enzyme làm thay đổi khả năng phản ứng của các nhóm này trong phản ứng

xúc tác và có thể làm thay đổi cấu trúc trung tâm hoạt động của enzyme

pH cũng làm thay đổi trạng thái ion hóa của cơ chất, tại pH tối thích phân tử

cơ chất được ion hóa tới trạng thái thích hợp nhất cho sự kết hợp với enzyme [19]

Hình 1.14: Ảnh hưởng pH đến tốc độ phản ứng [43]

c Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và cơ chất

Tỷ lệ phản ứng của enzym xúc tác phụ thuộc vào nồng độ của enzym và cơ

chất Như vậy tỷ lệ phản ứng enzym tăng khi tăng nồng độ enzym và chất nền

Hình 1.15: Ảnh hưởng của nồng độ enzym Hình 1.16: Ảnh hưởng của cơ chất lên tốc độ phản ứng [43] lên tốc độ phản ứng [43]

Giữ nguyên nồng độ enzym, tăng tốc độ phản ứng bằng cách tăng nồng độ

cơ chất lên đến một điểm nào đó, tốc độ phản ứng của enzym tăng nhanh sau đó chậm lại và không tăng nữa Điều này là do hoạt động của các phân tử enzym tại thời điểm đó gần như bão hòa với cơ chất Như vậy nồng độ chất nền là cao, nhiệt

độ và pH giữ không đổi, tỷ lệ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzym [43]

d Ảnh hưởng của các chất kìm hãm

Hoạt độ của enzym có thể bị thay đổi dưới tác dụng của một số chất có bản chất hóa học khác nhau Các chất làm giảm hoạt độ của enzym nhưng không bị chuyển hóa bởi enzym được gọi là chất kìm hãm hoặc chất ức chế [19]

Chất kìm hãm có có cấu trúc tương tự với cơ chất, do đó có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzym chiếm chỗ kết hợp với cơ chất gọi là chất kìm hãm cạnh tranh

Chất kìm hãm có khả năng kết hợp với enzym ở chỗ khác với trung tâm hoạt động làm thay đổi cấu trúc không gian của phân tử enzym theo hướng không có lợi cho hoạt độ xúc tác của nó làm giảm tốc độ phản ứng xúc tác gọi là chất kìm hãm không cạnh tranh [19]

1.2.4 Giới thiệu enzyme pectinase

Enzyme pectinase là enzyme xúc tác sự phân hủy của các polymer pectin Sự phân hủy pectin trong tự nhiên thường xảy ra khi trái cây chín Những enzyme này

vì vậy có một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình bảo quản trái cây và rau quả [5]

Enzyme pectinase cũng được ứng dụng nhiều trong quá trình chế biến thực phẩm, đặc biệt là khả năng làm trong nước quả qua khả năng kiểm soát được độ nhớt của sản phẩm [1]

1.2.4.1 Phân loại enzyme pectinase [1],[4], [5], [6], [7]

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

Pectinesterase (PE): Xúc tác sự thủy phân của các nhóm methyl ester Tạo

thành acid pectinic hoặc acid pectic và methanol

Pectinesterase thu được từ các nguồn khác nhau có giá trị pH tối ưu khác nhau Nếu thu từ nguồn vi sinh vật (nấm mốc, xạ khuẩn, vi khuẩn…) thì pHopt = 4,5-5,5, nguồn thực vật thì có pHopt = 5,0-8,5 Pectinesterase từ nấm mốc có Topt = 30-40oC và bị vô hoạt ở 55-62oC Pectinesterase thường được hoạt hoá bởi các ion

Ca2+ và Mg2+

Polygalacturonase còn có tên gọi là poly 1,4-galacturoniglucanohydrolase,

xúc tác sự phân cắt các mối liên kết 1,4-glycosid Polygalacturonase ít gặp trong thực vật nhưng có chủ yếu ở một số nấm mốc và vi khuẩn Polygalacturonase là một phức hệ enzyme gồm có nhiều cấu tử và thường có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất Trên cơ sở tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng với cơ chất, enzym polygalacturonase được chia thành:

Polymethylgalacturonasec (1,4-galacturonite-methylesglucanohydrolase)

tác dụng trên polygalactorunic acid đã được methoxyl hoá (tức là pectin) Enzyme này lại được phân thành hai nhóm nhỏ đó là endo-glucosidase-polymethyl galacturonase kiểu I và exo-glucosidase-polymethylgalaturonase kiểu III

Polygalacturonase enzyme tác dụng trên pectic acid hoặc pectinic, cũng

được chia thành hai nhóm nhỏ là endo-glucosidase-polygalacturonase kiểu II và exo-glucosidase-polygalacturonase kiểu IV Enzyme endo-glucosidase-Polymethyl-galacturonase kiểu I là enzyme polymethylgalacturonase dịch hoá pectin có mức độ methyl hoá càng cao thì bị thủy phân bởi enzyme này càng nhanh và càng có hiệu quả Trong dung dịch, khi có mặt của enzyme pectinesterase thì hoạt độ của enzyme này thường bị giảm Enzyme này rất phổ biến trong các vi sinh vật, đặc biệt là nấm

mốc Aspergillus niger, Aapergillus awamori

Pectate lyase (PEL): Xúc tác sự phân cắt các đơn vị galacturonate không bị

ester hóa Cả hai enzyme exo-PEL (exo-Poly (1,4-D-galacturonide) lyase) và PEL (endo-poly(1,4-D-galacturonic) lyase) đều tồn tại Pectate và pectin có lượng methoxyl thấp là các cơ chất thích hợp hơn cả cho các enzyme này

endo-Nói chung, cả hai enzyme này đều có khoảng pH tối đa nằm trong khoảng từ 8,0-11, đều cần ion Ca2+ để hoạt động Pectate lyase không được tìm thấy trong cây xanh, nhưng có ở vi khuẩn và nấm

Các enzyme vi sinh vật ngoại bào này đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình gây bệnh ở thực vật, gây ra sự phân hủy mô của thành tế bào, làm mềm và làm mục mô thực vật

Ngoài ra còn có:

Pectin-transeliminase hay còn được gọi là poly–1,4-galaturonite

methylesteglucanoliase, là enyme tác dụng trên pectin và pectinic acid

Polygalactorunate-transeliminase còn được gọi là poly -1,4 D-galaturonite

–glucanoliase, là enzyme tác dụng trên pectic acid và pectinic acid

Pectin lyase (PNL): Xúc tác sự phân cắt các đơn vị galacturonate đã bị ester

hoá Tất cả các PNL đều là endo-enzyme

1.2.4.2 Vi sinh vật sản xuất enzym pectinase

Pectinase được sản xuất chủ yếu bởi nấm mốc Aspergillus sp., Botrytis cinerea, Fusarium moniliforme, Rhizopus stolonifer, Trichoderma sp., Neurospora crassa… [4]

Nấm men: Saccharomyces fragillis

Vi khuẩn: Bacillus polymyxa, Flavobacterium pentinivorum, Klebsiella aerogenes [5], [20]

1.2.4.3 Ứng dụng pectinase

Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như: Sản xuất rượu vang, nước quả và nước uống không có cồn, các mặt hàng từ quả: nước quả cô đặc, mứt nhừ, mứt đông, sản xuất nước giải khát, sản xuất cà phê và cà

phê hòa tan [4], [19]

Sử dụng chế phẩm pectinase trong trích ly các dược liệu đông y Ứng dụng pectinaza trong chăn nuôi bổ sung vào khẩu phần ăn của trâu bò, ngỗng gà…

1.2.5 Giới thiệu về enzym cellulase

Enzym cellulase là một phức hệ enzym có tác dụng thuỷ phân cellulose thông qua việc thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucosid trong cellulose tạo ra sản phẩm glucose cung cấp cho công nghiệp lên men [2]

Cellulase dùng để chỉ một loại enzyme được sản xuất chủ yếu là do nấm , vi khuẩn , và các vi sinh vật đơn bào, thực vật và động vật [35]

1.2.5.1 Phân loại enzyme cellulase

Cellulase được phân thành 5 loại dựa vào phản ứng xúc tác Đó là cellulase, Exo-cellulase 2-4, Cellobiase, Cellulose phosphorylases, oxidative cellulase.[35]

Endo-Endo-cellulase bẻ gãy các liên kết bên trong làm phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể của cellulose và tạo ra các sợi polysaccharit riêng lẻ

Exo-cellulase cắt 2 – 4 đơn vị từ đầu các chuỗi mà được cắt bởi cellulase, kết quả tạo thành các tetrasaccharides hoặc disaccharide

endo-Cellobiase hay beta-glucosidase thủy phân exo-cellulase tạo thành các monosaccharit riêng rẽ

Oxidative cellulose thực hiện phản ứng trùng hợp cellulose bằng cách thúc đẩy các phản ứng

Cellulose phosphorylase thực hiện phản ứng trùng hợp cellulose bằng cách dùng các phosphate thay vì sử dụng nước

Sơ đồ minh họa cơ chế tác dụng của enzym cellulase [1]

Cellulose Cellulose Cellobiose Glucose

Cellulase C1 Cellulase Cx β-glucozidase

1.2.5.2 Vi sinh vật tổng hợp enzym cellulase

Từ nấm sợi: một số loài nấm sợi có khả năng sinh ra một lượng lớn cellulase, Altenaria tenuis, Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Celluvibrio gilvus, Fusarium culmorum, Trichoderma koningi Trong đó Trichoderma và Aspergillus

đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu để sản xuất cellulase [2], [19], [24], [35], [37]

Từ xạ khuẩn: Actinomyces celluloseac, Actinomyces diastatitus, Actinomyces roseus, Actinomyces griseus, Actinomyces melamocylas [1], [7]

Từ vi khuẩn: Bacillus megaterium, Mensenteroides, Pseudomonas fluorenscons, Clostridium sp, Acetobacter xylinum [7]

1.2.5.3 Ứng dụng cellulase

Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được

tăng lên

Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành,

cà rốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…

Ngoài ra còn sử dụng cellulase trong sản xuất agar-agar, hay phức hệ citase trong đó có cellulase trong sản xuất bia Đặt biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase

để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men [1]

Cellulase được ứng dụng để cải thiện giá trị dinh dưỡng của thức ăn gia súc, gia cầm, trích ly các chất từ thực vật, từ cây thuốc, đường hóa các phế liệu giàu cellulose để sản xuất ethanol [5] [6]

1.3 Giới thiệu chế phẩm Biopep-21, Biopep-22, Biopep-31, Biopep-32

Mục đích của nghiên cứu đề tài này là bóc vỏ hạt tiêu đen thành tiêu trắng Hai thành phần chính của vỏ hạt tiêu là pectin và cellulose Chúng rất khó tách ra bằng phương pháp vật lý Ví dụ tiêu được ngâm 10-15 ngày để vỏ mềm và được chà xát bằng máy và có kèm theo sử dụng hóa chất Việc sử dụng chế phẩm sinh học nhằm mục đích phân giải pectin và cellulose để bóc vỏ hạt tiêu trong thời gian ngắn,

nâng cao chất lượng hạt tiêu Chế phẩm Biopep-21 được sản xuất từ Aspergillus

niger , Biopep-22 từ Aspergillus oryzae, Biopep-31 từ Bacillus polyfermenticus,

Biopep-32từ Bacillus amyloliquefaciens

1.3.1 Chế phẩm Biopep-21

Được sản xuất từ chủng Aspergillus niger Chủng vi sinh vật này được cung

cấp từ phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học, trường Đại học Quốc tế

Apergillus niger thường thấy trên lương thực bảo quản, lúc vừa mới phân lập

thường có đầu nhớt nhầy Tuy nhiên, tiếp tục nuôi cấy, tính chất này biến mất

Apergillus niger trên thạch Czapek ở 250C, đường kính đạt 4-5 cm trong 7 ngày, dạng thảm thô hoặc dạng sợi, màu đen, màu nâu đen hoặc nâu tím, phát triển rất nhanh, thời kì đầu sợi mốc dạng lông dê trắng

♦ Đầu hạt đính: To, hình cầu, đường kính 300-500 µm, thậm chí tới 1000 µm, màu giống như màu của khóm mốc, khi mới thì không màu

♦ Cuống hạt đính rất dài từ 200 µm đến vài nm, mặt bóng nhẵn, không màu hoặc phía trên cuống màu vàng nhạt

♦ Bọng: Hình cầu, không màu hoặc vấy màu nâu vàng, đường kính 50-100µm

♦ Cuống: Hai hàng ở sát bọng là cuống thể bình, trong tới nâu thường có vách ngăn 15-25 x 4,5-6,0 µm, thể bình 7,0-9,5x3-4µm

♦ Hạt đính: Hình cầu tới tận cầu 3,5x5µm, mặt xù xì, màu nâu đen, không đều, mụn cơm, gai và lằn gợn

♦ Hạch nấm: Thường thường xuất hiện, hình thái từ không định đến hình cầu, màu xám hoặc màu đen [17]

Hình 1.17 : Aspergillus-niger [54]

http://permimalang.wordpress.com/2007/12/12/aspergillus-niger/

Có nhiều loại enzym có sức phân giải mạnh như amylaza, lypaza, proteaza, pectinnaza, cellulaze…có thể phân giải chất hữu cơ sinh ra nhiều axit hữu cơ [4], [5], [17], [20], [36]

Như vậy trong quá trình lên men sử dụng chế phẩm Biopep-21, pectin và cellulose trong vỏ hạt tiêu sẽ bị phân giải làm bóc được vỏ hạt tiêu

1.3.2 Chế phẩm Biopep-22

Được sản xuất từ chủng Aspergillus oryzae Chủng vi sinh vật này được

cung cấp từ phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học, trường Đại học Quốc tế

Aspergyllus oryzae là một loại vi nấm thuộc bộ Plectascales, lớp

Ascomycetes Cơ thể sinh trưởng của nó là một hệ sợi bao gồm những sợi rất mảnh, chiều ngang 5-7 µm, phân nhánh rất nhiều và có vách ngăn, chia sợi thành nhiều bao tế bào (nấm đa bào)

♦ Từ những sợi nằm ngang này hình thành những sợi đứng thằng gọi là cuống đính bào tử, ở đó có cơ quan sinh sản vô tính

♦ Cuống đính bào tử của Aspergyllus oryzae thường dài 1-2 mm nên có thể

nhìn thấy bằng mắt thường Phía đầu cuống đính bào tử phồng lên gọi là bọng

♦ Từ bọng này phân chia thành những tế bào nhỏ, thuôn, dài, gọi là những tế bào hình chai

♦ Ðầu các tế bào hình chai phân chia thành những bào tử đính vào nhau, nên gọi là đính bào tử

♦ Ðính bào tử của Aspergillus oryzae có màu vàng lục hay màu vàng hoa

cau…

Đặc điểm của giống Aspergyllus oryzae là giàu các enzyme thủy phân nội

bào và ngoại bào (amylase, protease, pectinase, cellulase…), ta rất hay gặp chúng ở các kho nguyên liệu, trong các thùng chứa đựng bột, gạo… đã hết nhưng không được rửa sạch, ở cặn bã bia, bã rượu, ở lỏi ngô, ở bã sắn… Chúng mọc và phát triển

có khi thành lớp mốc, có màu sắc đen ,vàng… Màu do các bào tử già có màu sắc