Luận văn thạc sĩ: Thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi bằng phương pháp enzyme trong công nghệ thực phẩm

Nghiên cứu hệ thống thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi bằng enzyme trong công nghệ thực phẩm, phương pháp định lượng kết hợp định tính, góp phần phát triển

• Tác giả: Bùi Thiên Thanh
• Người hướng dẫn: GS. Đống Thị Anh Đào
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Thu Nhận Chất Xơ Từ Vỏ Bưởi Bằng Enzyme Trong Công Nghệ Thực Phẩm
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi bằng phương pháp enzyme, một công nghệ hiện đại trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm. Vỏ bưởi chứa một lượng lớn chất xơ, tuy nhiên, việc sử dụng vỏ bưởi như một nguồn nguyên liệu chưa được khai thác triệt để. Mục tiêu của nghiên cứu là tối ưu hóa quy trình thu nhận chất xơ bằng cách loại bỏ các tạp chất như tinh bột và protein thông qua quá trình thủy phân sử dụng các loại enzyme như α-amylase và protease. Việc này không chỉ giúp tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao.

1.1 Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là xây dựng quy trình thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi và tối ưu hóa các điều kiện thủy phân nhằm đạt hiệu quả cao nhất. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc phát triển sản phẩm mới mà còn trong việc giảm thiểu lãng phí từ nông sản. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng công nghệ enzyme trong công nghệ thực phẩm, giúp bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.

II. Tổng quan về chất xơ

Chất xơ là thành phần dinh dưỡng quan trọng, được chia thành hai loại chính: chất xơ hòa tan và chất xơ không hòa tan. Chất xơ hòa tan có khả năng hấp thụ nước và tạo gel, giúp làm chậm quá trình tiêu hóa, trong khi chất xơ không hòa tan giúp tăng cường sức khỏe đường tiêu hóa. Nghiên cứu cho thấy, vỏ bưởi chứa một lượng lớn chất xơ có lợi cho sức khỏe, có thể được sử dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm chức năng. Việc thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi không chỉ giúp cung cấp dinh dưỡng mà còn góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu chất thải từ nông sản.

2.1 Đặc điểm của vỏ bưởi

Vỏ bưởi có chứa nhiều chất xơ, pectin, và các hợp chất hữu cơ khác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vỏ bưởi có thể cung cấp nguồn chất xơ dồi dào cho cơ thể. Bên cạnh đó, vỏ bưởi còn chứa các thành phần dinh dưỡng khác như vitamin và khoáng chất, giúp tăng cường sức khỏe. Việc sử dụng enzyme trong quá trình thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi không chỉ nâng cao hiệu quả thu nhận mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thủy phân enzyme để thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi. Các enzyme như α-amylase và protease được sử dụng để loại bỏ tinh bột và protein trong nguyên liệu. Quy trình này bao gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu, phối trộn với nước, hồ hóa và thực hiện quá trình thủy phân. Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân được xác định thông qua các thí nghiệm nhằm tối ưu hóa pH, nhiệt độ, và thời gian. Kết quả cho thấy, với điều kiện tối ưu, hiệu suất thu nhận chất xơ đạt 69,379%, cho thấy tính khả thi của phương pháp này trong công nghiệp thực phẩm.

3.1 Quy trình thu nhận

Quy trình thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi bắt đầu bằng việc chuẩn bị nguyên liệu, sau đó thực hiện quá trình hồ hóa và thủy phân. Các enzyme được thêm vào với nồng độ và điều kiện pH, nhiệt độ được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất. Kết quả thu được không chỉ đảm bảo chất lượng chất xơ mà còn giúp tăng cường giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ việc xử lý chất thải nông nghiệp.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng enzyme để thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi mang lại hiệu suất cao và sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng. Qua quá trình thủy phân, lượng tinh bột và protein được loại bỏ hiệu quả, giúp tăng cường hàm lượng chất xơ trong sản phẩm cuối cùng. Sản phẩm thu được không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà còn có khả năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm chức năng và bổ sung dinh dưỡng. Điều này cho thấy, việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm từ vỏ bưởi có thể mở ra hướng đi mới trong ngành công nghiệp thực phẩm.

4.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm

Chất lượng sản phẩm thu được từ quá trình nghiên cứu được đánh giá dựa trên các tiêu chí như hiệu suất thu nhận, khả năng hút nước và tính chất hóa học. Kết quả cho thấy, sản phẩm có độ hút nước cao gấp 4,76 lần so với khối lượng chất xơ khô ban đầu, cho thấy tính khả thi của sản phẩm trong việc ứng dụng thực phẩm chức năng. Việc tối ưu hóa quy trình thu nhận không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi bằng phương pháp enzyme là khả thi và hiệu quả. Kết quả thu được không chỉ cung cấp nguồn chất xơ dồi dào cho sức khỏe mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ chất thải nông nghiệp. Nên tiếp tục nghiên cứu và phát triển ứng dụng của chất xơ từ vỏ bưởi trong các sản phẩm thực phẩm chức năng nhằm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của người tiêu dùng.

5.1 Kiến nghị

Cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về các ứng dụng thực tiễn của chất xơ từ vỏ bưởi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Đồng thời, khuyến khích các doanh nghiệp áp dụng công nghệ enzyme trong sản xuất thực phẩm nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng và giảm thiểu chất thải từ nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hiện nay phương pháp hóa học được dùng phổ biến để thu nhận chất xơ bằng cách sử dụng các hóa chất đậm đặc, tức là xử lí nguyên liệu trong những điều kiện “khắc nghiệt” (môi trường axit mạnh, bazơ mạnh, nhiệt độ cao và thời gian kéo dài), thường dẫn tới làm giảm chất lượng chất xơ (Caprita R. Các hư hỏng của sản phẩm chất xơ thường gặp khi thu nhận theo phương pháp hóa học là: Biến dạng cấu trúc phân tử, giảm độ hút nước của cellulose. Bên cạnh đó việc bảo quản và sử dụng các hóa chất có độ đậm đặc cao mà đòi hỏi sự tiếp xúc trực tiếp của công nhân gây nhiều quan ngại trong vấn đề bảo đảm an toàn và sức khỏe cho người lao động. Các hướng sử dụng chất xơ trong thực phẩm những năm gần đây không ngừng được mở rộng dẫn tới cần tìm kiếm và thử nghiệm các phương pháp mới là sử dụng enzyme để thu nhận các polymer sinh học này.

Một vấn đề có tính thời sự còn tồn tại là nghiên cứu phương pháp xử lý các chất hữu cơ tạo điều kiện thu hồi toàn bộ các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học, bên cạnh việc hướng tới phát triển bền vững trên cơ sở giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Trong nguyên liệu vỏ quả bưởi, chất xơ liên kết rất chặt chẽ với tinh bột, protein (pha rắn). Việc thu nhận chất xơ từ nguồn nguyên liệu này xây dựng trên căn bản là đưa protein và tinh bột về trạng thái lỏng (pha lỏng), và từ đó loại bỏ chúng ra khỏi chất xơ. Mặt khác thành phần vỏ bưởi chứa chất hữu cơ chiếm 90,2% chất khô, trong đó có tinh bột chiếm 21,5%, protein chiếm 3,95%.

Nếu không sử dụng nguồn vỏ bưởi hiệu quả sẽ gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào điều kiện thủy phân tinh bột và protein với mục đích thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi.2 Mục đích nghiên cứu - Xây dựng quy trình thu nhận chất xơ từ vỏ trái bưởi quy mô phòng thí nghiệm. - Tối ưu hóa quá trình thủy phân tinh bột và protein để tìm các điều kiện thuận lợi nhất cho quá trình thu nhận chất xơ đạt hiệu quả cao.3 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu này được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm. - Đối tượng nghiên cứu là vỏ trái bưởi.

- Enzyme Termamyl và Alcalase sử dụng cho nghiên cứu là sản phẩm của công ty Novozymes A/S (Bagsvaerd, Denmark).4 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu này tập trung vào các nội dung sau: - Tổng quan tài liệu về nguyên liệu vỏ bưởi và enzyme sử dụng. - Phân tích một số thành phần hóa học của vỏ bưởi. - Thiết lập quy trình công nghệ thu nhận chất xơ từ vỏ bưởi. [8] - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng chất xơ thu nhận được trong quá trình thủy phân.

- Tối ưu hóa quá trình thủy phân. - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến thời gian sấy và màu sắc sản phẩm. - Đánh giá hiệu quả thu nhận xơ và khả năng hút nước của xơ vỏ bưởi.1 Ý nghĩa khoa học - Xác định được một số thành phần hóa học của vỏ bưởi. - Xác định được điều kiện để thủy phân vỏ bưởi bằng enzyme với quy mô phòng thí nghiệm.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tận dụng phế liệu của ngành nông nghiệp để thu nhận nguồn chất xơ.

- Góp phần vào việc cung cấp chế phẩm bột xơ từ vỏ trái bưởi. [9] 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về chất xơ 2.1 Khái quát về chất xơ Chất xơ thực phẩm là hỗn hợp các polysaccharide thực vật như là cellulose, pectin, chất keo, hemicellulose, chất nhầy và lignin. Chất xơ có nhiều trong trái cây, ngũ cốc, các loại rau, củ, quả, đậu. Mỗi loại rau quả chứa loại và lượng chất xơ khác nhau, nếu loại nào càng nhiều bã và càng già thì chứa càng nhiều chất xơ.

Vì thế chất xơ hiện diện trong vỏ và thành tế bào của thực vật, chất xơ hoặc rất cứng và có dạng sợi (xơ không tan) hoặc nhầy có dạng keo (xơ tan được). Khi tan trong nước, chất xơ biến thành dạng giống như keo. Trong tế bào thực vật, chất xơ được chia thành hai loại là chất xơ không hòa tan và chất xơ hòa tan. - Chất xơ hòa tan trong nước: Bao gồm pectin, các chất keo và chất nhầy.

Nguồn cung cấp chất xơ hòa tan trong nước tốt nhất là các loại trái cây, các loại rau xanh, vỏ quả họ cam chanh, bã táo và quả dâu tây, cám kiều mạch, đại mạch, cám gạo, vỏ hạt, các loại đậu sấy khô, sữa đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành v. Chất xơ hòa tan trong nước khi đi qua ruột sẽ tạo ra thể đông làm chậm quá trình hấp thu một số chất dinh dưỡng vào máu; làm tăng độ xốp, mềm của bã thải tiêu hóa. Sợi hòa tan có xu hướng làm chậm sự di chuyển của thực phẩm qua hệ thống - Chất xơ không hòa tan trong nước: Bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin, chúng là thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Nguồn cung cấp chất xơ tốt nhất là cám gạo, cám lúa mì, cám ngô, vỏ quả, các loại hạt, các quả có hạch và vỏ trái cây, các thực phẩm nguyên hạt, các loại đậu đỗ sấy khô, cải bắp, củ cải, cà rốt, vỏ táo tây v.

Chất xơ không hòa tan trong nước có đặc tính thẩm thấu nước trong ruột, trương lên tạo điều kiện cho chất thải dễ thoát ra ngoài. Ngoài ra nó có thể được trao đổi chất trơ và cung cấp trương nở (bulking) hoặc tiền sinh, chuyển hóa lên men trong ruột già. Sợi trương nở hấp thụ nước khi chúng di chuyển qua hệ tiêu hóa, làm dịu việc đại tiện. Xơ không hòa tan lên men nhẹ thúc đẩy đi tiêu liên tục.

Sợi không hòa tan có xu hướng đẩy nhanh sự di chuyển của thực phẩm qua hệ thống.2 Đặc điểm một số loại chất xơ phổ biến 2.1 Pectin Pectin là polysaccharide phức tạp có chứa ít nhất 65% acid galacturonic được liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glycoside, trong đó một số gốc –COOH được methoxyl hóa –CH3O. Pectin là hợp chất không tan trong nước, khi được thủy phân bởi axit hoặc enzyme pectin trở thành dạng hòa tan trong nước.1: Hàm lượng pectin trong nguyên liệu tươi Nguyên liệu % Pectin( trọng lượng tươi) Táo 1 -1.4 Vỏ quýt 30 Pectin không cung cấp năng lượng nhưng có nhiều giá trị trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. - Trong công nghệ thực phẩm, pectin được dùng để chế bánh kẹo cao cấp nhờ tính chất dễ tan trong nước. Trong môi trường axit, pectin tạo thể keo, được dùng như một tác nhân đông đặc, tác nhân làm tăng độ nhớt của dung dịch.

- Trong công nghệ dược phẩm, pectin được dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm (bắp, dưới da) để cầm máu trước và sau phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụ khoa. Chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu. Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 (nước oxy già) trong phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng (không gây xót lại cầm máu tốt) hay thấm bông nhét vào chỗ nhổ răng để cầm máu. Trên thị trường hiện có biệt dược Hacmophobin (Ðức) và Arhemapectin (Pháp).

- Bên cạnh đó, pectin còn có vai trò trong việc điều trị giảm cân ở người béo phì do kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng hấp thu dưỡng chất trong thức ăn nhờ đó tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào. Một chế độ ăn uống hằng ngày giàu pectin (táo, bưởi, cam …) rất có lợi cho sức khỏe tim mạch, giảm nhẹ tình trạng tăng cao lipit máu, đường máu, giảm bớt được liều lượng của các thuốc dùng hằng ngày của bệnh nhân đái tháo đường, cao huyết áp hoặc cholesterol/lipit máu cao.2 Cellulose Cellulose là cacbonhydrat cơ thể không có khả năng tiêu hóa, được tìm thấy ở lớp vỏ ngoài của các loại rau và trái cây. Là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi. Chúng có tác dụng rất tốt trong việc ngăn ngừa bệnh trĩ, viêm ruột kết, chứng táo bón và loại bỏ các cơ chất gây ung thư cho ruột kết.

Cellulose hiện diện trong táo, các loại cải củ, các quả có hạch ở Brazil, cải xanh, carot, các loại rau họ đậu và ngũ cốc nguyên hạt. Cellulose là hợp chất tự nhiên khá bền, phần vô định hình không tan trong nước, bị trương lên do hấp thụ nước, phần kết tinh có cấu trúc trật tự cao hơn, bền vững với tác động vật lí, hoá học. Trong tế bào thực vật thì cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose, lignin, pectin. Dưới tác dụng của axít vô cơ loãng ở nhiệt độ và áp suất cao thì cellulose sẽ biến thành β-glucose.

[11] Việc bổ sung cellulose vào khẩu phần ăn sẽ gây cảm giác chóng no, hơn nữa nó chứa ít chất béo, trong dạ dầy chất xơ thường có dạng gel vì vậy làm chậm quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của hệ tiêu hóa nên cũng gây cảm giác no lâu nhờ đó giảm nhu cầu ăn của người bệnh.3 Nguồn gốc chất xơ Chất xơ cực kì quan trọng đối với cơ thể. Nó không bị tiêu hóa trong dạ dày và ra được tới ruột. Ở đó, nó cung cấp thức ăn cho vi khuẩn trong ruột tạo ra hàng loạt lợi ích cho sức khoẻ. Tuy nhiên, hầu hết mọi người chỉ ăn khoảng một nửa số đó, tương đương 15-17 gram chất xơ mỗi ngày.

Mặt khác việc tăng lượng chất xơ lại tương đối đơn giản; một số thực phẩm có nhiều chất xơ cũng rất ngon và dễ dàng đưa vào chế độ ăn uống.2: Nguồn gốc một số loại chất xơ Dinh dưỡng Phụ gia thực Nguyên liệu phẩm Các chất xơ không tan trong nước β-glucans (một vài trong số đó là hòa tan trong nước) Cellulose E 460 các loại ngũ cốc, quả, rau (trong tất cả các thực vật nói chung) Chitin — trong nấm, bộ khung ngoài của côn trùng và động vật giáp xác Hemicellulose các loại ngũ cốc, các loại cám, gỗ, các loại đậu Hexose — lúa mì, lúa mạch Pentose — lúa mạch, yến mạch Lignin — các loại hạt của quả, rau (các sợi của garden bean), các loại ngũ cốc. Xanthan E 415 sản phẩm với Xanthomonas-vi khuẩn từ các chất nền đường (trong hộp kính thí nghiệm) Các chất xơ tan trong nước Fructans thay thế hoặc bổ sung trong một số thực vật tỉ lệ tinh bột như lưu trữ carbohydrate Inulin — trong các thực vật khác nhau, vd: cúc vu, chicory, vv.