Tổng quan nghiên cứu

Bã cơm dừa là phụ phẩm dồi dào chất xơ thực phẩm (dietary fiber - DF) từ ngành chế biến dừa, với hàm lượng xơ tổng (NDF) khoảng 26,72%, trong đó hemicellulose chiếm 64%, cellulose 8% và lignin 28%. Việt Nam, đặc biệt tỉnh Bến Tre, có diện tích trồng dừa lớn nhất với khoảng 63.000 ha và sản lượng 493 triệu quả năm 2013, tạo ra khoảng 1.000 tấn bã cơm dừa mỗi năm từ một nhà máy sản xuất bột sữa dừa. Tuy nhiên, bã cơm dừa hiện chủ yếu được sử dụng làm thức ăn gia súc hoặc phân bón, chưa được khai thác hiệu quả để thu nhận chất xơ thực phẩm phục vụ con người.

Nghiên cứu này nhằm xây dựng quy trình công nghệ thu nhận bột xơ thực phẩm từ bã cơm dừa bằng phương pháp enzyme, góp phần nâng cao giá trị thương phẩm và đa dạng hóa sản phẩm từ dừa. Mục tiêu cụ thể gồm xác định thành phần hóa học của bã cơm dừa, loại bỏ tạp chất bằng enzyme BAN (alpha-amylase), Flavourzyme (protease) và Viscozyme Cassava C (cellulase), thu nhận chất xơ thực phẩm và đánh giá chất lượng sản phẩm bột xơ. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM trong năm 2016, với nguyên liệu bã cơm dừa từ Công ty TNHH MTV Dầu Thực Vật Pha Lê.

Việc thu nhận chất xơ thực phẩm từ bã cơm dừa không chỉ tận dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm dồi dào mà còn đáp ứng nhu cầu bổ sung chất xơ trong khẩu phần ăn, giúp kiểm soát đường huyết, giảm cholesterol và phòng ngừa các bệnh mãn tính. Hiệu suất thu hồi xơ thực phẩm đạt khoảng 77%, sản phẩm bột xơ có hàm lượng chất xơ lên đến 80,95%, kích thước hạt nhỏ với 37% qua rây 0,105 mm, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong ngành công nghệ thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về cấu trúc hóa học và tính chất của chất xơ thực phẩm, bao gồm:

  • Chất xơ thực phẩm (Dietary Fiber - DF): Hỗn hợp polysaccharide phi tinh bột như cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, gum, không bị thủy phân bởi enzyme tiêu hóa người nhưng có thể lên men ở đại tràng, cung cấp năng lượng khoảng 1,5-2 kcal/g.

  • Cấu trúc cellulose: Polymer glucan không phân nhánh, liên kết β-1,4-glycoside, gồm vùng tinh thể bền vững và vùng vô định hình dễ bị thủy phân, tạo thành vi sợi và bó sợi có lớp bao hemicellulose và lignin.

  • Hemicellulose: Polymer phức tạp, mạch ngắn, chứa các đường pentose và hexose, dễ bị thủy phân bởi enzyme hemicellulase, tạo nên tính chất hòa tan và cấu trúc vách tế bào.

  • Lignin: Polymer phenylpropanoid phức tạp, liên kết chặt với cellulose và hemicellulose, khó tách rời, ảnh hưởng đến độ bền và khả năng thủy phân của chất xơ.

  • Enzyme thủy phân: Sử dụng enzyme BAN (alpha-amylase) để loại bỏ a-glucan, Flavourzyme (protease) để loại protein, và Viscozyme Cassava C (cellulase) để thủy phân và giảm kích thước hạt xơ, tăng khả năng hòa tan và hấp thụ nước.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu bã cơm dừa thu thập từ Công ty TNHH MTV Dầu Thực Vật Pha Lê, TP.HCM. Enzyme BAN 480L, Flavourzyme 500MG và Viscozyme Cassava C được mua từ hãng Novozymes, Đan Mạch.

  • Phương pháp phân tích: Thành phần hóa học được xác định bằng phương pháp phân tích Van Soest (NDF, cellulose, hemicellulose, lignin), phương pháp Kjeldahl (protein), Soxhlet (lipid), và các phương pháp chuẩn khác để đánh giá kích thước hạt, hàm lượng chất hòa tan.

  • Quy trình xử lý: Bã cơm dừa được sấy khô, chiết lipid bằng dung môi diethyl ether, rửa loại bỏ chất hòa tan, xử lý enzyme BAN để loại a-glucan, enzyme Flavourzyme để loại protein, enzyme Viscozyme Cassava C để thủy phân xơ và giảm kích thước hạt. Sau mỗi bước enzyme, mẫu được lọc, rửa và sấy khô.

  • Thiết kế thí nghiệm: Các thí nghiệm khảo sát tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S) và thời gian thủy phân được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên đơn yếu tố, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần. Cỡ mẫu mỗi lần xử lý là 1g bã cơm dừa. Các chỉ tiêu theo dõi là mức giảm khối lượng mẫu (đánh giá loại bỏ tạp chất) và hàm lượng chất xơ thu nhận.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng 6 tháng, từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2016, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, khảo sát điều kiện enzyme, thu nhận và đánh giá sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thành phần hóa học bã cơm dừa: Bã cơm dừa chứa 38% lipid, 15% protein, 3,5% khoáng, 38% chất hòa tan trong nước, và 26,72% xơ tổng (NDF). Trong đó, hemicellulose chiếm 64%, cellulose 8%, lignin 28%.

  2. Loại bỏ lipid: Lipid được loại hoàn toàn bằng dung môi diethyl ether trong 16 giờ chiết, giúp tăng khả năng hấp thụ nước của bột xơ.

  3. Xử lý enzyme BAN (alpha-amylase): Tỷ lệ E/S tối ưu là 240 µl/g, thời gian xử lý 20 phút, đạt hiệu quả loại bỏ hoàn toàn a-glucan, giảm khối lượng mẫu tương ứng với lượng glucan mất đi.

  4. Xử lý enzyme Flavourzyme (protease): Tỷ lệ E/S tối ưu là 80 µl/g, thời gian xử lý 25 phút, loại bỏ protein hiệu quả, giảm khối lượng mẫu tương ứng với lượng protein mất đi.

  5. Xử lý enzyme Viscozyme Cassava C (cellulase): Tỷ lệ E/S tối ưu là 80 µl/g, thời gian xử lý 50 giờ, thủy phân xơ hiệu quả, làm giảm kích thước hạt, tăng hàm lượng xơ hòa tan và khả năng hấp thụ nước.

  6. Chất lượng sản phẩm bột xơ: Bột xơ thu được chứa 80,95% chất xơ, kích thước hạt nhỏ với 37% qua rây 0,105 mm, hiệu suất thu hồi xơ đạt 77%.

Thảo luận kết quả

Quá trình loại bỏ lipid bằng dung môi giúp tăng khả năng tiếp xúc enzyme với cơ chất, nâng cao hiệu quả xử lý enzyme. Việc sử dụng enzyme BAN loại bỏ a-glucan nhanh chóng trong thời gian ngắn, phù hợp với đặc tính enzyme alpha-amylase hoạt động tối ưu ở 75°C, pH 6. Enzyme Flavourzyme hiệu quả trong việc thủy phân protein, giúp làm sạch nguyên liệu, tăng độ tinh khiết của bột xơ.

Xử lý với Viscozyme Cassava C kéo dài 50 giờ nhằm thủy phân hemicellulose và cellulose, làm giảm kích thước hạt xơ, tăng hàm lượng xơ hòa tan, cải thiện tính chất vật lý của sản phẩm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ứng dụng cellulase trong xử lý nguyên liệu thực vật để thu nhận chất xơ.

So sánh với các nguồn chất xơ khác như yến mạch (8,3%) hay hạt lanh (28%), bã cơm dừa có hàm lượng xơ rất cao (60,9%), cho thấy tiềm năng lớn trong phát triển sản phẩm bổ sung chất xơ. Sản phẩm bột xơ dừa có thể ứng dụng trong thực phẩm chức năng, hỗ trợ kiểm soát cholesterol, đường huyết và phòng ngừa bệnh mãn tính.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mức giảm khối lượng mẫu theo tỷ lệ E/S và thời gian xử lý enzyme, bảng phân tích thành phần hóa học trước và sau xử lý, cũng như biểu đồ phân bố kích thước hạt bột xơ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng quy trình enzyme trong công nghiệp: Các doanh nghiệp chế biến dừa nên áp dụng quy trình xử lý enzyme BAN, Flavourzyme và Viscozyme Cassava C để thu nhận bột xơ thực phẩm từ bã cơm dừa, nâng cao giá trị phụ phẩm, giảm chi phí nguyên liệu đầu vào. Thời gian thực hiện quy trình khoảng 3 ngày, phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ.

  2. Phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng: Khuyến khích nghiên cứu và phát triển các sản phẩm bổ sung chất xơ từ bột xơ dừa như viên uống, bột hòa tan, bánh quy giàu xơ, nhằm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và sức khỏe cộng đồng. Mục tiêu tăng tỷ lệ bổ sung chất xơ trong khẩu phần ăn lên 10-15g/ngày trong vòng 1-2 năm.

  3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật xử lý enzyme và kiểm soát chất lượng sản phẩm cho cán bộ kỹ thuật và doanh nghiệp chế biến dừa tại các vùng trọng điểm như Bến Tre, Đồng bằng sông Cửu Long. Thời gian đào tạo dự kiến 6 tháng.

  4. Nghiên cứu mở rộng: Tiếp tục nghiên cứu thu nhận xơ hòa tan từ bã cơm dừa, tối ưu hóa điều kiện enzyme và quy trình công nghệ để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời đánh giá tác động sinh học của bột xơ dừa trên sức khỏe người tiêu dùng trong các nghiên cứu lâm sàng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến dừa: Có thể áp dụng quy trình enzyme để tận dụng phụ phẩm bã cơm dừa, giảm chi phí nguyên liệu và đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị kinh tế.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp xử lý enzyme, phân tích thành phần và đánh giá chất lượng sản phẩm bột xơ thực phẩm từ nguyên liệu thực vật.

  3. Chuyên gia dinh dưỡng và y tế công cộng: Hiểu rõ vai trò của chất xơ thực phẩm từ nguồn bã cơm dừa trong hỗ trợ điều trị bệnh mãn tính như tiểu đường, béo phì, rối loạn lipid máu.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khuyến khích phát triển công nghiệp chế biến dừa bền vững, nâng cao giá trị phụ phẩm và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bã cơm dừa có thành phần chính là gì?
    Bã cơm dừa chứa khoảng 38% lipid, 15% protein, 3,5% khoáng, 38% chất hòa tan trong nước và 26,72% xơ tổng (NDF), trong đó hemicellulose chiếm 64%, cellulose 8%, lignin 28%.

  2. Tại sao phải sử dụng enzyme trong thu nhận chất xơ?
    Enzyme giúp loại bỏ các tạp chất như a-glucan, protein và thủy phân xơ để giảm kích thước hạt, tăng hàm lượng xơ tinh khiết và cải thiện tính chất vật lý của sản phẩm, nâng cao hiệu suất thu hồi.

  3. Quy trình xử lý enzyme gồm những bước nào?
    Quy trình gồm chiết lipid bằng dung môi, rửa loại bỏ chất hòa tan, xử lý enzyme BAN để loại a-glucan, enzyme Flavourzyme để loại protein, enzyme Viscozyme Cassava C để thủy phân xơ và giảm kích thước hạt, sau đó lọc, rửa và sấy khô.

  4. Hiệu suất thu hồi xơ thực phẩm đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất thu hồi xơ thực phẩm từ bã cơm dừa đạt khoảng 77%, với sản phẩm bột xơ chứa 80,95% chất xơ.

  5. Ứng dụng của bột xơ thực phẩm từ bã cơm dừa là gì?
    Bột xơ có thể được sử dụng làm nguyên liệu bổ sung trong thực phẩm chức năng, bánh quy, viên uống bổ sung chất xơ, giúp kiểm soát cholesterol, đường huyết, hỗ trợ tiêu hóa và phòng ngừa các bệnh mãn tính.

Kết luận

  • Bã cơm dừa là nguồn nguyên liệu giàu chất xơ thực phẩm với hàm lượng xơ tổng 26,72%, tiềm năng lớn để khai thác trong công nghiệp thực phẩm.
  • Quy trình xử lý enzyme gồm BAN, Flavourzyme và Viscozyme Cassava C hiệu quả trong việc loại bỏ tạp chất và thu nhận bột xơ thực phẩm có hàm lượng xơ trên 80%.
  • Hiệu suất thu hồi xơ đạt 77%, sản phẩm có kích thước hạt nhỏ, phù hợp ứng dụng trong thực phẩm chức năng và bổ sung dinh dưỡng.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị phụ phẩm bã cơm dừa, thúc đẩy phát triển ngành chế biến dừa bền vững tại Việt Nam.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu quy trình, mở rộng ứng dụng và chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp trong 1-2 năm tới.

Hãy tận dụng nguồn nguyên liệu bã cơm dừa phong phú để phát triển các sản phẩm chất xơ thực phẩm chất lượng, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng và giá trị kinh tế ngành dừa.