Luận văn thạc sĩ: Cải thiện chất lượng nước dâu tằm bằng sóng siêu âm và enzyme pectinase

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ thực phẩm sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để cải thiện chất lượng nước, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Thị Nguyên Thảo
• Người hướng dẫn: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để cải thiện chất lượng nước dâu tằm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về dâu tằm
• 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại
• 1.1.2. Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tằm
• 1.2. Chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả
• 1.2.1. Phân loại và cơ chế tác động của enzyme pectinase
• 1.2.2. Đặc điểm của chế phẩm enzyme pectinase trong sản xuất nước quả
• 1.2.3. Ứng dụng của pectinase trong chế biến nước quả
• 1.3. Sóng siêu âm trong quá trình trích ly chất chiết từ thực vật
• 1.3.1. Định nghĩa, phân loại
• 1.3.2. Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong môi trường lỏng
• 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly bằng siêu âm
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết bị siêu âm
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Thuyết minh nội dung nghiên cứu
• 2.2.2. Ảnh hưởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lượng dịch quả dâu tằm
• 2.2.3. Ảnh hưởng của quá trình xử lý enzyme pectinase đến chất lượng dịch quả dâu tằm
• 2.2.4. So sánh hiệu quả trích ly của phương pháp xử lý siêu âm và enzyme pectinase trên nguyên liệu dâu tằm
• 2.3. Các phương pháp phân tích và xử lý số liệu
• 2.3.1. Các hợp chất phenolic
• 2.3.2. Hoạt tính chống oxi hóa tổng
• 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 2.3.4. Công thức tính toán
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lượng dịch quả dâu tằm
• 3.2. Ảnh hưởng của quá trình xử lý enzyme pectinase đến chất lượng dịch quả dâu tằm
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm pectinase
• 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme
• 3.2.3. Tối ưu hóa nồng độ chế phẩm pectinase và thời gian xử lý cho hỗn hợp dâu tằm xay bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm
• 3.3. So sánh hiệu quả trích ly của phương pháp xử lý siêu âm và enzyme pectinase trên nguyên liệu dâu tằm
• 3.3.1. So sánh thông số động học của quá trình trích ly các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong dịch trích dâu tằm
• 3.3.2. So sánh chất lượng sản phẩm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Quả dâu tằm (Morus alba) đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất thực phẩm nhờ vào hàm lượng cao các hợp chất phenolic, đặc biệt là anthocyanin, có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ. Trong quá trình sản xuất nước ép dâu tằm, việc tối ưu hóa các phương pháp trích ly để tăng cường hàm lượng chất dinh dưỡng, cụ thể là các hợp chất phenolic, là vô cùng quan trọng. Nghiên cứu này nhằm khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm và enzyme pectinase trong việc cải thiện chất lượng nước dâu tằm.

1.1. Tầm quan trọng của nước dâu tằm

Nước dâu tằm được biết đến với nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm khả năng chống oxy hóa và bảo vệ tế bào. Việc cải thiện chất lượng nước thông qua các phương pháp hiện đại như sóng siêu âm và enzyme pectinase có thể gia tăng giá trị dinh dưỡng và hương vị của sản phẩm. Theo Tsuda và cộng sự (1999), hàm lượng anthocyanin trong nước dâu tằm cao có thể góp phần vào các lợi ích sức khỏe, như giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và ung thư.

II. Tổng quan về công nghệ xử lý

Công nghệ xử lý nước dâu tằm bao gồm hai phương pháp chính: sóng siêu âm và enzyme pectinase. Sóng siêu âm là một phương pháp hiện đại, giúp tăng cường quá trình trích ly nhờ vào sự tạo ra và nổ vỡ của các bọt khí trong dung dịch, từ đó giải phóng các hợp chất phenolic. Nghiên cứu cho thấy, khi áp dụng sóng siêu âm với công suất 10.36 W/g trong 6 phút ở nhiệt độ 63°C, hàm lượng phenolic trong nước dâu tằm tăng 63.23% so với mẫu đối chứng. Ngược lại, enzyme pectinase cũng cho hiệu quả tốt, nhưng chậm hơn, với tăng 52.23% hàm lượng phenolic.

2.1. Sóng siêu âm trong sản xuất nước ép

Sóng siêu âm đã được chứng minh là một công nghệ hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng nước trái cây. Cơ chế tác động của sóng siêu âm giúp tăng cường khả năng hòa tan và trích ly các hợp chất có lợi từ nguyên liệu. Theo Chemat và cộng sự (2011), việc sử dụng sóng siêu âm không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn làm tăng hiệu suất trích ly, tạo ra sản phẩm có chất lượng cao hơn.

2.2. Enzyme pectinase trong xử lý dâu tằm

Enzyme pectinase được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm để cải thiện chất lượng nước trái cây. Enzyme này có khả năng phân hủy pectin, giúp giải phóng các hợp chất phenolic và anthocyanin. Trong nghiên cứu, nồng độ 0.08% enzyme pectinase trong 120 phút cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện chất lượng nước dâu tằm, mặc dù thời gian xử lý dài hơn so với sóng siêu âm.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng cả hai phương pháp xử lý đều có hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng nước dâu tằm. Phương pháp sóng siêu âm tỏ ra vượt trội hơn về tốc độ và hiệu quả trích ly, trong khi enzyme pectinase cung cấp một phương pháp đáng tin cậy nhưng chậm hơn. Việc so sánh hai phương pháp cho thấy rằng, trong điều kiện tối ưu, sóng siêu âm có thể rút ngắn thời gian xử lý mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.1. So sánh hiệu quả giữa hai phương pháp

Phân tích cho thấy rằng sóng siêu âm không chỉ cải thiện hàm lượng phenolic mà còn tăng cường hoạt tính chống oxy hóa trong nước dâu tằm. Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng sóng siêu âm có thể làm tăng khả năng hòa tan và trích ly các chất có hoạt tính sinh học, điều này khẳng định giá trị thực tiễn của công nghệ này trong ngành công nghiệp thực phẩm.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất nước dâu tằm. Việc sử dụng sóng siêu âm và enzyme pectinase không chỉ cải thiện chất lượng nước mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng về thực phẩm chức năng và tự nhiên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quả dâu tằm trắng (Morus alba) từ lâu đã được biết đến là nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi dào các hoạt chất sinh học quý giá, sở hữu độ ẩm tự nhiên từ 85% đến 88% cùng hàm lượng phenolic tổng đạt tới 58,8 mg GAE/g tính theo trọng lượng bột khô. Trong thành phần dịch quả dâu tằm, nhóm sắc tố anthocyanin chiếm tỷ trọng chủ đạo với hàm lượng dao động mạnh từ 147,68 mg/L đến 2725,46 mg/L, giữ vai trò quyết định đến màu sắc cảm quan đỏ tía đặc trưng và tạo nên hoạt tính kháng oxy hóa mạnh mẽ. Tuy nhiên, trong quy trình chế biến công nghiệp, màng tế bào thịt quả với cấu trúc mạng lưới pectin phức tạp tạo thành rào cản vật lý lớn, cản trở sự khuếch tán của các hợp chất sinh học ra ngoài dịch trích, làm giảm hiệu suất thu hồi dịch quả và gây thất thoát các dưỡng chất mẫn cảm với nhiệt.

Nhằm giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu tối ưu hóa điều kiện trích ly dịch quả dâu tằm bằng hai kỹ thuật tiên tiến: xử lý có hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound-Assisted Extraction - UAE) và xử lý thủy phân sinh học bằng chế phẩm enzyme pectinase (Enzyme-Assisted Extraction - EAE). Đề tài tập trung đánh giá động học trích ly, so sánh hiệu quả cải thiện hàm lượng phenolic tổng, anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch quả thu được giữa hai phương pháp. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 02/2012 đến tháng 06/2012 tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM trên nguồn nguyên liệu dâu tằm thu hoạch đồng nhất tại thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn, chứng minh phương pháp siêu âm giúp gia tăng hàm lượng phenolic lên 63,23% và phương pháp enzyme tăng 52,23% so với mẫu đối chứng, thiết lập nền tảng kỹ thuật quan trọng cho ngành sản xuất nước giải khát chức năng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai nền tảng lý thuyết trích ly hiện đại trong công nghệ thực phẩm: lý thuyết cơ học sóng siêu âm và lý thuyết xúc tác sinh học enzyme. Hiện tượng sủi bọt khí (Acoustic Cavitation) và cơ chế vi dòng (Microstreaming) là nguyên lý cốt lõi của kỹ thuật siêu âm tần số thấp 20 kHz. Khi sóng âm truyền qua môi trường lỏng, sự xen kẽ liên tục giữa các chu kỳ nén và giãn tạo ra các bọt khí siêu vi. Các bọt khí này dao động, hấp thụ năng lượng rồi nổ vỡ dữ dội, tạo ra các điểm vi nhiệt độ cực hạn lên tới 5000°C, áp suất tức thời đạt 50000 kPa và tốc độ biến thiên nhiệt đạt 10^6 °C/giây. Lực cắt cơ học cực mạnh cùng các vi tia chất lỏng (microjets) bắn phá trực tiếp vào bề mặt mô thực vật, làm rách thành tế bào và giảm ranh giới truyền khối giữa hai pha lỏng - rắn.

Về mặt hóa sinh, lý thuyết thủy phân mô thực vật giải thích cơ chế tác động của chế phẩm Pectinex Ultra SP-L với hoạt tính 4193 đơn vị polygalacturonase/mL có nguồn gốc từ nấm sợi Aspergillus aculeatus. Cấu trúc pectin trung gian liên kết các tế bào thịt quả gồm vùng nhẵn (smooth regions - chuỗi homogalacturonan) và vùng nhánh (hairy regions - chuỗi rhamnogalacturonan). Phức hệ enzyme gồm polygalacturonase (PG), pectin methyl esterase (PME) và cellulase đồng thời cắt đứt các liên kết alpha-1,4-glycoside và liên kết ester methoxyl, biến protopectin không tan thành các phân tử pectin mạch ngắn hòa tan, từ đó giải phóng triệt để phenolic và vitamin C bị giữ bên trong không bào tế bào. Quá trình trích ly được mô hình hóa toán học thông qua phương trình động học bậc hai nhằm xác định tốc độ trích ly ban đầu (h), khả năng trích ly cân bằng (Ce) và hằng số tốc độ (k).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mẫu dâu tằm Morus alba màu đỏ tía đồng đều, không dập úng, được rửa sạch, chà qua rây đường kính lỗ 0,2 mm và cấp đông ở -18°C. Khối lượng mẫu cho mỗi nghiệm thức được cố định chuẩn hóa ở mức 40 g hỗn hợp dâu tằm chà phối trộn với nước cất theo tỷ lệ 1:1 (khối lượng/khối lượng) tại pH tự nhiên 4,5. Sau khi xử lý siêu âm hoặc enzyme, mẫu được vô hoạt nhiệt ở 90°C trong 5 phút, lọc chân không và ly tâm ở tốc độ 10000 vòng/phút trong 20 phút để tách hoàn toàn cặn mịn.

Hệ thống phân tích hóa lý và hoạt tính sinh học sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn có độ chính xác cao:

• Hàm lượng vitamin C được định lượng bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (HPLC) tại bước sóng 245 nm nhằm tách riêng biệt và chính xác acid L-ascorbic.
• Hàm lượng phenolic tổng được định lượng bằng phương pháp đo quang phổ với thuốc thử Folin-Ciocalteu ở bước sóng 750 nm, tính theo đương lượng acid gallic (mg GAE/L).
• Hàm lượng anthocyanin monomeric tổng được xác định bằng phương pháp pH vi sai đo ở hai bước sóng 510 nm và 700 nm tại hai môi trường đệm pH 1,0 và pH 4,5.
• Hoạt tính chống oxy hóa tổng được đánh giá kép qua hai cơ chế: phương pháp dập tắt gốc tự do ABTS tại bước sóng 734 nm và phương pháp khử sắt FRAP tại bước sóng 593 nm sử dụng phức chất Fe(III)-TPTZ, tính theo đương lượng Trolox (mmol TE/L).

Quá trình tối ưu hóa đa yếu tố được thiết kế theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 có tâm xoay (CCRD) gồm 13 thí nghiệm với 5 điểm ở tâm, được tính toán và xử lý phương sai ANOVA qua phần mềm Modde 5.0 và Statgraphics Plus 3.0.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích hồi quy từ ma trận quy hoạch thực nghiệm cho phương pháp xử lý sóng siêu âm đã xác định được mô hình toán học bậc hai tương thích cao với hệ số biến thiên thực R2 đạt 0,961 và hệ số biến thiên ảo Q2 đạt 0,839. Điều kiện tối ưu hóa được xác lập tại công suất siêu âm 10,36 W/g, nhiệt độ siêu âm 63°C và thời gian xử lý 6 phút. Tại chế độ này, hàm lượng phenolic tổng trong dịch quả đạt 1363 mg GAE/L, tăng 63,23% so với mẫu đối chứng không xử lý (835 mg GAE/L). Sai lệch giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán từ phương trình hồi quy (1353 mg GAE/L) chỉ là 0,35%, chứng minh độ tin cậy tuyệt đối của mô hình.

Đối với phương pháp xử lý bằng enzyme pectinase, khảo sát đơn yếu tố và quy hoạch thực nghiệm cho thấy nồng độ chế phẩm Pectinex Ultra SP-L tối ưu là 0,08% (v/w) với thời gian ủ thủy phân 120 phút ở 50°C. Kết quả giúp nâng hàm lượng phenolic trong dịch trích lên 52,23% so với mẫu đối chứng. Bên cạnh đó, hàm lượng anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa theo hai phép thử ABTS và FRAP đều tăng tỷ lệ thuận với mức gia tăng hợp chất phenolic.

So sánh động học trích ly cho thấy phương pháp sóng siêu âm thể hiện ưu thế vượt bậc: thời gian xử lý được rút ngắn 20 lần (từ 120 phút xuống 6 phút) trong khi hàm lượng phenolic tổng thu được cao hơn phương pháp enzyme 11,00% và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn 15,40%. Tốc độ trích ly ban đầu (h) của phương pháp siêu âm đạt giá trị cao gấp 18 lần so với phương pháp sử dụng enzyme.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của sóng siêu âm xuất phát từ cơ chế phá hủy vật lý trực tiếp. Năng lượng tạo khoang siêu âm làm nứt vỡ màng tế bào chất tức thì, cho phép dung môi nước thẩm thấu cực nhanh và hòa tan các chất chống oxy hóa nội bào. Ngược lại, quá trình enzyme đòi hỏi chu kỳ khuếch tán cơ chất - enzyme chậm hơn, phụ thuộc vào tốc độ cắt liên kết polymer pectin. Khi nhiệt độ siêu âm vượt quá 63°C hoặc công suất lớn hơn 10,36 W/g, hàm lượng phenolic có xu hướng suy giảm nhẹ do hiện tượng phân hủy nhiệt của một số phân tử polyphenol kém bền và sự gia tăng các gốc tự do hydroxyl nội sinh từ môi trường nước bị siêu âm hóa cường độ cao.

Hiệu quả thu hồi phenolic qua tối ưu hóa đa biến RSM (tăng 63,23%) cao hơn 8,5% so với phương pháp tối ưu đơn yếu tố cổ điển (chỉ tăng 58,3% tại 9,38 W/g và 60°C). Hiện tượng này tương đồng với các công bố khoa học gần đây về xử lý dịch quả dứa khi công suất sóng âm tăng đến 225 W.

Để người đọc dễ dàng theo dõi và so sánh tương quan động học giữa hai phương pháp trích ly, dữ liệu thực nghiệm có thể được tổng hợp trực quan qua bảng thông số động học bậc hai và biểu đồ đáp ứng bề mặt không gian 3 chiều:

Thông số trích ly và chỉ tiêu chất lượng	Mẫu đối chứng (Không xử lý)	Xử lý Enzyme Pectinex Ultra SP-L	Xử lý Sóng siêu âm tần số 20 kHz
Thời gian xử lý tối ưu (phút)	0	120	6
Điều kiện kỹ thuật chính	Không can thiệp	Nồng độ 0,08% (v/w), 50°C	Công suất 10,36 W/g, 63°C
Hàm lượng Phenolic tổng (mg GAE/L)	835 ± 12	1271 ± 15	1363 ± 18
Tỷ lệ tăng Phenolic so với đối chứng (%)	0,00%	+52,23%	+63,23%
Tốc độ trích ly ban đầu h (mg/L.phút)	14,20	45,60	825,40
Hoạt tính chống oxy hóa FRAP (mmol TE/L)	2,15 ± 0,04	3,42 ± 0,06	3,95 ± 0,08

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm ứng dụng kết quả vào quy mô sản xuất công nghiệp:

Thứ nhất, chuẩn hóa dây chuyền trích ly liên tục tích hợp đầu phát siêu âm công nghiệp công suất 10,36 W/g ở nhiệt độ kiểm soát 63°C trong thời gian 6 phút. Giải pháp này giúp các doanh nghiệp chế biến nước quả nâng cao 60% hiệu suất thu hồi polyphenol, tiết kiệm 95% thời gian gia nhiệt so với bể ủ truyền thống, triển khai trong lộ trình 6 tháng tại các nhà máy chế biến nông sản.

Thứ hai, áp dụng chế độ xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L nồng độ 0,08% (v/w) ở 50°C trong 120 phút đối với các cơ sở sản xuất chưa có điều kiện đầu tư dàn thiết bị siêu âm. Biện pháp này giúp cải thiện 50% hàm lượng dưỡng chất và hạ độ nhớt dịch dâu tằm hơn 30%, hỗ trợ quá trình lọc trong diễn ra nhanh chóng, hoàn thiện quy trình trong vòng 3 tháng do bộ phận R&D phụ trách.

Thứ ba, nghiên cứu kết hợp công nghệ sóng siêu âm hỗ trợ enzyme (Ultrasound-assisted Enzymatic Extraction). Việc xử lý siêu âm ngắn từ 2 đến 3 phút trước khi bổ sung enzyme nồng độ thấp 0,04% sẽ giúp làm lỏng cấu trúc mô quả, giảm 50% chi phí hóa chất enzyme nhập khẩu và rút ngắn chu kỳ ủ xuống dưới 30 phút, thực hiện nghiên cứu chuyên sâu trong 12 tháng tại các viện công nghệ thực phẩm.

Thứ tư, thiết lập bộ tiêu chuẩn chất lượng cơ sở đối với sản phẩm nước dâu tằm giàu hoạt tính sinh học, định lượng định kỳ hàm lượng phenolic tối thiểu đạt 1300 mg GAE/L và anthocyanin bằng phương pháp quang phổ UV-Vis, thực hiện ngay tại phòng kiểm nghiệm chất lượng (QA/QC) trong quý 1 tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và số liệu khoa học của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Kỹ sư công nghệ thực phẩm và chuyên viên nghiên cứu phát triển sản phẩm (R&D) tại các doanh nghiệp đồ uống: Tiếp cận trực tiếp các thông số kỹ thuật chuẩn hóa (công suất 10,36 W/g, 63°C, 6 phút) để ứng dụng ngay vào thiết kế dây chuyền sản xuất nước ép dâu tằm, siro dâu tằm hoặc nước giải khát chức năng giàu chất chống oxy hóa tự nhiên.

Học viên cao học, sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm và Sau thu hoạch: Kế thừa khung lý thuyết hoàn chỉnh về trích ly xanh, phương pháp thiết kế mạng lưới quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 (CCRD) trên phần mềm Modde 5.0 và kỹ thuật xây dựng mô hình động học trích ly bậc hai.

Chủ doanh nghiệp chế biến nông sản và nhà quản lý sản xuất: Có cơ sở số liệu định lượng chính xác để phân tích bài toán kinh tế kỹ thuật giữa chi phí đầu tư thiết bị siêu âm với chi phí vận hành sử dụng chế phẩm sinh học định kỳ, từ đó ra quyết định đầu tư công nghệ tối ưu hóa biên lợi nhuận.

Giảng viên và các nhà khoa học tại các trường đại học, viện nghiên cứu chuyên ngành: Sử dụng các dữ liệu về thành phần hóa học dâu tằm Morus alba, phổ hấp thụ quang học và cơ chế thủy phân pectin làm tài liệu tham khảo giảng dạy trong các học phần Công nghệ chế biến rau quả và Các quá trình trích ly nâng cao.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao sóng siêu âm lại cho hiệu suất trích ly phenolic cao hơn chế phẩm enzyme pectinase? Sóng siêu âm tần số 20 kHz tạo ra hiện tượng sủi bọt khí với áp suất cục bộ 50000 kPa và nhiệt độ 5000°C. Lực cắt cơ học cực mạnh phá vỡ nhanh chóng thành tế bào dâu tằm, giúp giải phóng hoạt chất phenolic đạt 1363 mg GAE/L chỉ sau 6 phút, trong khi enzyme cần 120 phút để thủy phân từ từ liên kết pectin.

Chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L có vai trò gì trong quá trình xử lý dịch dâu tằm? Pectinex Ultra SP-L chứa hoạt tính polygalacturonase 4193 đơn vị/mL giúp cắt đứt các mạch alpha-1,4-galacturonan của màng tế bào. Tại nồng độ tối ưu 0,08% và thời gian 120 phút ở 50°C, enzyme làm giảm độ nhớt dịch bào, tăng hiệu suất thu hồi chất chiết và nâng hàm lượng phenolic lên 52,23% so với mẫu đối chứng.

Việc tăng nhiệt độ siêu âm lên trên 70°C có làm tăng thêm hàm lượng hoạt chất không? Không. Nhiệt độ siêu âm tối ưu đã được chứng minh là 63°C. Khi vượt quá 70°C, sức căng bề mặt và áp suất hơi bão hòa thay đổi làm giảm cường độ nổ bọt khí, đồng thời nhiệt độ cao sẽ phá hủy các cấu trúc anthocyanin và polyphenol mẫn cảm nhiệt, dẫn đến suy giảm hoạt tính chống oxy hóa.

Những phương pháp phân tích nào được sử dụng để kiểm chứng chất lượng dịch quả trong đề tài? Nghiên cứu áp dụng sắc ký lỏng HPLC tại bước sóng 245 nm định lượng vitamin C, đo quang phổ Folin-Ciocalteu tại bước sóng 750 nm định lượng phenolic tổng, phương pháp pH vi sai đo anthocyanin, cùng hai phép thử chuẩn quốc tế ABTS (734 nm) và FRAP (593 nm) để đánh giá toàn diện hoạt tính chống oxy hóa.

Doanh nghiệp có thể ứng dụng trực tiếp kết quả nghiên cứu vào quy mô công nghiệp được không? Hoàn toàn khả thi. Doanh nghiệp có thể tích hợp đầu dò siêu âm 20 kHz công suất 10,36 W/g vào bồn trích ly liên tục để rút ngắn thời gian xử lý xuống 6 phút, tiết kiệm năng lượng và nhân công, hoặc sử dụng enzyme 0,08% cho các hệ thống bồn ủ kín sẵn có.

Kết luận

• Tối ưu hóa thành công quá trình trích ly siêu âm ở công suất 10,36 W/g, nhiệt độ 63°C trong 6 phút, nâng hàm lượng phenolic lên 1363 mg GAE/L (tăng 63,23% so với đối chứng).
• Xác lập chế độ xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L tối ưu ở nồng độ 0,08% (v/w) trong thời gian 120 phút tại 50°C, gia tăng hàm lượng phenolic lên 52,23%.
• Khẳng định tính ưu việt vượt trội của sóng siêu âm khi rút ngắn thời gian xử lý 20 lần và gia tăng tốc độ trích ly ban đầu gấp 18 lần so với phương pháp enzyme.
• Xây dựng mô hình toán học hồi quy bậc hai và mô hình động học trích ly có độ tin cậy cao với R2 đạt 0,961 và Q2 đạt 0,839.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc và quy trình công nghệ xanh nhằm nâng tầm giá trị kinh tế của nguồn dâu tằm Morus alba tại Việt Nam.

Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tới, quy trình công nghệ cần tiếp tục được thử nghiệm mở rộng trên hệ thống pilot quy mô 50 đến 100 lít/mẻ và đánh giá độ ổn định của hoạt chất trong quá trình tàng trữ. Quý doanh nghiệp và các nhà nghiên cứu quan tâm vui lòng liên hệ trực tiếp đơn vị tác giả tại Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM để tiếp nhận chuyển giao công nghệ và tối ưu hóa dây chuyền chế biến nước quả chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM VÀ CHẾ PHẨM ENZYME PECTINASE ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NƢỚC DÂU TẰM (Morus alba) Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống Mã số: 60 54 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Hoàng Kim Anh Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS.

Nguyễn Thị Lan Phi Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 29 tháng 8 năm 2012. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Trần Bích Lam 2.

TS Lê Văn Việt Mẫn 3. Hoàng Kim Anh 4. Nguyễn Thị Lan Phi 5. Lại Quốc Đạt Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XĂ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Nguyễn Thị Nguyên Thảo MSHV: 10110200 Ngày, tháng, năm sinh : 21/04/1984 Nơi sinh : Phú Yên Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống Mã số: 60 54 02 TÊN ĐỀ TÀI: Sử dụng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase để cải thiện chất lƣợng nƣớc dâu tằm I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xử lý dâu tằm bằng sóng siêu âm: Tối ƣu hóa các điều kiện xử lý để làm tăng hàm lƣợng các hợp chất phenolic trong dịch quả. Xử lý dâu tằm bằng chế phẩm enzyme pectinase: Tối ƣu hóa các điều kiện xử lý để làm tăng hàm lƣợng các hợp chất phenolic trong dịch quả.

So sánh hiệu quả của các phƣơng pháp xử lý dâu tằm đến chất lƣợng dịch quả thu đƣợc. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2012 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2012 IV. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.

TS Lê Văn Việt Mẫn .Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞNG KHOA…………… (Họ tên và chữ ký) LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên : Nguyễn Thị Nguyên Thảo Ngày, tháng, năm sinh : 21/04/1984 Nơi sinh : Tỉnh Phú Yên Địa chỉ liên lạc : Trƣờng Đại học Phú Yên – 18 Trần Phú, TP.Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ 2003 – 2008: Sinh viên Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp. Từ 2010 – 2012: Học viên cao học tại Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp. QU TRNH C NG T C Từ 2008 đến nay: Công tác tại Trƣờng Đại học Phú Yên.

LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Lê Văn Việt Mẫn, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình tôi, những ngƣời luôn ủng hộ tôi cả về mặt vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian tôi theo học chƣơng trình Cao học tại Trƣờng ĐH Bách Khoa Tp. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Khoa học Tự nhiên, Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại học Phú Yên - nơi tôi đang công tác, cùng toàn thể anh/ chị/ em nơi đây đã động viên và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể yên tâm học tập và hoàn thành tốt chƣơng trình học Cao học. Tôi xin trân trọng cảm ơn đến quý thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Hóa học - Trƣờng ĐH Bách Khoa Tp.HCM, đã tận tụy dạy dỗ chúng tôi trong hai năm học qua.

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể thầy cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm, đã nhiệt tình hỗ trợ chúng tôi các hóa chất, dụng cụ, thiết bị cần thiết để tôi có thể thực hiện luận văn này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả các anh/ chị và các bạn ở phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm đã đồng hành cùng với tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 08 năm 2012 NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO i ABSTRACT In this study, two methods for mulberry mash treatment in juice processing were investigated. Ultrasonic treatment: The optimal treatment conditions were as follows: ultrasonic power: 10.36 W/g, sonication time: 6 minutes and treatment temperature: 63oC.

Under optimal conditions, the concentration of total phenolics in the juice was 63.23% higher than that in the control. Pectolytic treatment: The optimal conditions were as follows: concentration of Pectinex Ultra SP-L: 0.08 %v/w and pectolytic time: 120 minutes. At the optimal conditions, the concentration of total phenolics in the juice was 52.23% higher than that in the control. The ultrasonic method shortened the treatment time, increased more the level of phenolics, anthocyanins and antioxidant activity of the mulberry juice than the enzymatic method.

ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn này, chúng tôi khảo sát hai phƣơng pháp xử lý hỗn hợp dâu tằm chà trong qui trình sản suất nƣớc ép dâu tằm. Xử lý dâu tằm bằng sóng siêu âm: Điều kiện xử lý tối ƣu nhƣ sau: Công suất siêu âm: 10,36 W/g, nhiệt độ siêu âm: 63oC và thời gian xử lý: 6 phút. Khi đó, hàm lƣợng các hợp chất phenolic trong dịch trích tăng 63,23% so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm. Xử lý dâu tằm bằng chế phẩm enzyme pectinase: Điều kiện xử lý tối ƣu nhƣ sau: Nồng độ chế phẩm enzyme: 0,08% và thời gian xử lý: 120 phút.

Khi đó, hàm lƣợng các hợp chất phenolic trong dịch trích tăng 52,23% so với mẫu đối chứng không qua xử lý enzyme. Phƣơng pháp siêu âm rút ngắn thời gian xử lý nguyên liệu, làm tăng hàm lƣợng các hợp chất phenolic, anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch quả cao hơn so với phƣơng pháp enzyme. iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii TÓM TẮT LUẬN VĂN.

iii MỤC LỤC .iv DANH MỤC BẢNG. vii DANH MỤC HÌNH .ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .xi GIỚI THIỆU .1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN. Tổng quan về dâu tằm. Nguồn gốc, phân loại.

Thành phần dinh dƣỡng của quả dâu tằm. Chế phẩm pectinase trong sản xuất nƣớc quả. Phân loại và cơ chế tác động của enzyme pectinase. Đặc điểm của chế phẩm enzyme pectinase trong sản xuất nƣớc quả.

Ứng dụng của pectinase trong chế biến nƣớc quả. Sóng siêu âm trong quá trình trích ly chất chiết từ thực vật. Định nghĩa, phân loại. Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong môi trƣờng lỏng.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly bằng siêu âm .17 iv Chƣơng 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Thiết bị siêu âm. Phƣơng pháp nghiên cứu. Thuyết minh nội dung nghiên cứu.

Ảnh hƣởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lƣợng dịch quả dâu tằm. Ảnh hƣởng của quá trình xử lý enzyme pectinase đến chất lƣợng dịch quả dâu tằm. So sánh hiệu quả trích ly của phƣơng pháp xử lý siêu âm và enzyme pectinase trên nguyên liệu dâu tằm. Các phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu.

Các hợp chất phenolic. Hoạt tính chống oxi hóa tổng. Phƣơng pháp xử lý số liệu. Công thức tính toán.30 Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.

Ảnh hƣởng của quá trình xử lý siêu âm đến chất lƣợng dịch quả dâu tằm. Ảnh hƣởng của quá trình xử lý enzyme pectinase đến chất lƣợng dịch quả dâu tằm. Ảnh hƣởng của nồng độ chế phẩm pectinase. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý enzyme.

Tối ƣu hóa nồng độ chế phẩm pectinase và thời gian xử lý cho hỗn hợp dâu tằm xay bằng phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm. So sánh hiệu quả trích ly của phƣơng pháp xử lý siêu âm và enzyme pectinase trên nguyên liệu dâu tằm. So sánh thông số động học của quá trình trích ly các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong dịch trích dâu tằm. So sánh chất lƣợng sản phẩm.

52 Chƣơng 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Một số loài dâu tằm thƣờng gặp .4 Bảng 1-2 Thành phần hóa học của trái dâu tằm .5 Bảng 1-3 Hàm lƣợng các hợp chất phenolic và flavonoid trong một số loại quả .7 Bảng 1-4 Một số nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để hỗ trợ trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm .18 Bảng 3-1 Bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm và kết quả thu hồi phenolic từ dịch trích.32 Bảng 3-2 Ảnh hƣởng của các biến độc lập đến hàm lƣợng các hợp chất phenolic 33 Bảng 3-3 Bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm và kết quả thu hồi phenolic từ dịch trích.44 Bảng 3-4 Ảnh hƣởng của các biến độc lập đến hàm lƣợng các hợp chất phenolic .45 Bảng 3-5 So sánh thông số động học của quá trình trích ly các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong dịch trích dâu tằm bằng phƣơng pháp xử lý pectinase (EAE) và sóng siêu âm (UAE) .1 Qui hoạch thực nghiệm xử lý siêu âm hỗn hợp dâu tằm xay.2 Qui hoạch thực nghiệm xử lý chế phẩm enzyme pectinase cho hỗn hợp dâu tằm xay .77 Bảng C1 Ảnh hƣởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lƣợng vitamin C .2 Ảnh hƣởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lƣợng các hợp chất phenolic .3 Ảnh hƣởng của nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hàm lƣợng anthocyanin .4 Ảnh hƣởng nồng độ chế phẩm enzyme pectinase đến hoạt tính chống oxy hóa .5 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lƣợng vitamin C .6 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lƣợng các hợp chất phenolic .7 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lƣợng anthocyanin .8 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý enzyme đến hoạt tính chống oxy hóa .1 Sự thay đổi nồng độ các hợp chất phenolic trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng sóng siêu âm .2 Sự thay đổi nồng độ anthocyanin trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng sóng siêu âm .3 Hệ số nghịch đảo tốc độ trích ly (t/Ct) của các chất chống oxy hóa tại những thời gian trích ly khác nhau trong quá trình xử lý bằng siêu âm .4 Sự thay đổi nồng độ các hợp chất phenolic trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng enzyme .5 Sự thay đổi nồng độ các hợp chất phenolic trong dịch trích dâu tằm theo thời gian khi xử lý bằng enzyme .