Đặt vấn đề - Trong thời gian gần đây, giá trị của phụ phẩm trong công nghiệp ngày càng được chú trọng vì muốn tạo giá trị gia tăng cũng như là vấn đề về môi trường. - Trong ngành công nghiệp sản xuất cacao, lượng phụ phẩm thải bỏ của trái cacao bao gồm vỏ cacao (pod), vỏ trấu cacao (husk), cơm cacao. Chúng chiếm hơn 60% tổng khối lượng của trái cacao. Sản lượng hạt cacao trên thế giới mùa vụ 2020/21 theo ước tính của tổ chức cacao quốc tế (International cocoa organization) vào khoảng 5 244 ngàn tấn [1].
Do đó với sản lượng này thì lượng vỏ cacao vào khoảng hơn 3 000 ngàn tấn/ mùa vụ. Với thể tích lớn và cấu trúc cố định, các chất thải từ cacao rất khó xử lý và phân hủy. Từ đó gây nên nhiều vấn đề nghiêm trọng cho môi trường [2]. - Vì vậy, trong các năm gần đây có rất nhiều nghiên cứu để chuyển phụ phẩm vỏ cacao thành các thành phần của thực phẩm.
Trong vỏ cacao chứa nhiều thành phần tiềm năng có chứa hoạt tính sinh học như nguồn polyphenols đáng kể, hàm lượng xơ dồi dào với thành phần pectin cao (6,1 – 9,2 g/100g chất khô) cùng với các loại đường và các acid hữu cơ phức tạp. Do đó, trong nghiên cứu này chúng tôi khảo sát các điều kiện trích ly nhằm tìm ra điều kiện trích ly phù hợp để tăng lượng polyphenol được trích ly và cải thiện hiệu suất trích ly của pectin.2 Mục tiêu nghiên cứu Thu nhận hoạt chất sinh học là hợp chất phenolic và pectin từ phụ phẩm vỏ cứng cacao bằng cách: - Khảo sát các điều kiện trích ly: nhiệt độ chần, thời gian chần, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, nồng độ ethanol, tỷ lệ nguyên liệu – dung môi từ đó lựa chọn điều kiện phù hợp nhất để trích ly polyphenol từ vỏ cacao. - Khảo sát tỷ lệ của dung môi trong hỗn hợp dung môi dùng trích lý pectin từ vỏ cacao từ đó xác định cấu trúc của pectin thu được ứng với từng tỷ lệ dung môi khảo sát.3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu Đối tượng: Vỏ trái cacao thu được từ trái cacao được trồng tại các nông hộ ở Tiền Giang. Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm B10 - Trường Đại học Bách Khoa TP.
Thời gian thực hiện: từ ngày 05/09/2022 đến ngày 10/12/2022. Nghiên cứu bao gồm những nội dung sau: ‐ Nội dung 1: Xác định các thành phần hóa học của vỏ cacao. ‐ Nội dung 2: Khảo sát nhiệt độ và thời gian trong quá trình chần. Hai yếu tố ảnh hưởng đến khả năng bất hoạt enzyme polyphenol oxydase và hiệu suất trích ly ‐ Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, nồng độ ethanol, tỷ lệ nguyên liệu – dung môi đến quá trình trích ly polyphenol từ vỏ cacao.
‐ Nội dung 4: Khảo sát các tỷ lệ hỗn hợp dung môi trích ly pectin bởi citric acid và acetic acid. Từ đó, xác định các đặc tích của pectin thu được.4 Tính mới của đề tài Nghiên cứu trích ly polyphenol: Khảo sát trên nguyên liệu tươi và nguyên liệu đã qua chần. Các nghiên cứu trước được tiến hành trên nguyên liệu đã sấy khô điều này sẽ làm mất đi lượng đáng kể polyphenol. Vì vậy, nghiên cứu này hướng đến việc bảo toàn lượng polyphenol tối đa trong quá trình trích ly, đồng thời sử dụng phương pháp chần để làm bất hoạt enzym PPO giảm bớt sự tổn thất polyphenol.
Nghiên cứu trích ly pectin: Khảo sát quá trình trích ly pectin bởi hỗn hợp dung môi của 2 axit yếu: acid citric và acid acetic để nhằm giảm thiểu sự phân cắt chuỗi polyme của pectin giúp tăng hiệu suất trích ly pectin so với sự trích ly bởi dung môi gồm các acid mạnh như HCl, HNO3. 3 Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về cacao 2.1 Giới thiệu chung Cacao (Theobroma cacao L) có nguồn gốc từ các vùng rừng nhiệt đới của Châu Mỹ nhiệt đới từ Peru đến Mexico [3]. Cacao được trồng rộng rãi trên thế giới đặc biệt là ở các nước đang phát triển [4]. Cacao là một trong những sản phẩm thực vật được sử dụng nhiều nhất trong sô cô la, đồ ăn nhẹ và đồ uống.
Sản lượng cacao hàng năm đạt khoảng 4,72 triệu tấn vào năm 2020, với giá trị bán ra dự kiến khoảng 20 tỷ USD vào năm 2021 [5]. Mỗi loại cacao có đặc tính và hương vị khác nhau.1: Đặc tính hương vị của hạt cacao từ các nguồn gốc khác nhau [6]. Nguồn gốc Giống Hương vị đặc trưng Hương cacao tốt, ít đắng, acid thấp, Côte d’Ivoire Forastero hương trái cây, mùi thơm. Ghana Hạt lai Forastero Hương chocolate mạnh Nigeria Hạt lai Forastero Hương cacao trung bình, São Tomé & Hương cacao tốt, đắng, hơi cay, hương Forastero Principe trái cây và màu ánh đỏ.
Madagascar Criollo Mùi rượu, thối và vị chanh Criollo Hương cacao dịu, hơi đắng, hương trái Venezuela “Porcelana” cây Hương cacao, đắng, acid cao, chát và đôi Brazil Forastero khi có hương trái cây Trinitario và Colombia Hương trái cây, đắng và vị cacao Criollo Peru Forastero Hơi đắng và có hương trái cây Ecuador (home of Forastero Chocolate thấp, hương hoa, hương trái Arriba) (Nacional) cây, mùi cỏ khô và mùi đất. Hạt lai Chocolate thấp, acid cao, hương trái cây Mexico (Tabasco) Criollo/Forastero nhẹ. 4 Chocolate trung bình, vị chua, hương trái Panama Forastero cây và tinh dầu. Jamaica Forastero Hương trái cây Cộng hòa Dominica Hạt lai Cacao thấp, không thơm, đắng (Sanchez) Criollo/Forastero Cộng hòa Dominica Hạt lai Mùi rượu, mùi đất và có thể có mùi thuốc (Hispaniola) Criollo/Forastero lá Costa Rica Forastero Hương trái cây, hương cacao Trinidad & Tobago Trinitario Cacao cao, mùi đậu, mùi rượu và thơm Chocolate, hương trái cây, hương hoa, Grenada Trinitario mùi cỏ khô và mùi gỗ Hạt lai Indonesia Chocolate thấp, chua và có vị trái cây Criollo/Forastero Hạt lai Sulawesi Cacao thấp, đắng, hơi chua và có vị chát Criollo/Forastero Hạt lai Cacao thấp, hương dịu, acid và có màu Java Criollo/Forastero nhạt Hạt lai Criollo Acid biến đổi mạnh, hương hoa, dịu và có Papua New Guinea thuần/Forastero mùi đậu Cacao từ thấp đến trung bình, độ chua từ Malaysia Hạt lai Foratero trung bình đến cao, chát Có khoảng 20 loại cacao (T.
Cacao) trong đó có 3 loại phổ biến (Criollo, Forastero và Trinitario) và 3 loại này chiếm sản lượng 95% trong tổng số sản lượng cacao trên thế giới [4]. Gần đây, ngoài 3 giống cacao được trồng phổ biến trên thì có thêm một giống khác được trồng ở Ecuado, được gọi là Nacional. Các giống chính của cây cacao gồm: - Forastero có nguồn gốc ở lưu vực sông Amazon [7]. - Criollo hiếm khi được trồng vì cây dễ nhiễm bệnh, cho sản lượng thấp.
- Trinitario là cây lai giữa 2 giống Forastero và Criollo, với ưu điểm là năng suất cao và kháng bệnh tốt. 5 - Nacional với sản lượng ít nhất nhưng lại đem đến hương vị hảo hạng, được trồng nhiều ở Ecuador. Các giống cây Forastero có sản lượng lớn nhất trên thế giới. Sản lượng hạt cacao hàng năm trên thế giới khoảng 4,25 triệu tấn với các nhà sản xuất chính là Ghana, Indonesia, Brazil, Ecuador… Hình 2.1: Các giống chính của cây cacao [8].
Cacao Forastero Forastero có nguồn gốc từ cao nguyên Amazon và phần lớn được trồng ở Tây Phi và Đông Nam Á. Nó chiếm khoảng 70% sản lượng cacao trên thế giới và được sử dụng nhiều nhất do năng suất cao hơn so với giống Criollo [9]. Giống này được trồng chủ yếu ở Tây Phi, đặc biệt ở Bờ Biển Ngà, Ghana, Nigeria và Cameroon. Cây cacao, giống Forastero có khả năng kháng sâu bệnh hại ở mức khá [10].
Mặc dù sản lượng cao hơn, khả năng sinh trưởng tốt hơn nhưng chất lượng lại kém hơn loại Criollo (vị đắng hơn). Forastero khi chín có vỏ cứng, màu vàng và có dạng tròn như quả dưa. Bên trong chứa khoảng 30 hạt hoặc nhiều hơn. Chocolate được sản xuất từ hạt cacao này sẽ có hương vị rất phong phú [11].
Forastero có nhiều phân loài: Amelonado, Cundeamor và Calabacillo, trong đó, Amelonado được trồng phổ biến nhất [6]. Cacao Criollo 6 Criollo có nguồn gốc ở Châu Mỹ [12]. Được khám phá bởi Christopher Columbus vào năm 1502 trên đảo Guanaja. Là loại cây nhỏ, có chất lượng cao nhưng cây này có sức sống kém, dễ nhiễm bệnh và sự tấn công của côn trùng.
Sản lượng thu hoạch thấp nhưng giá lại đắt nên ít được trồng trên thế giới (chỉ khoảng 5 – 10% sản lượng cacao trên thế giới). Loại này hiện nay rất hiếm và chỉ có ở các đồn điền cũ ở Venezuela, Trung Mỹ, Madagascar, Sri Lanka và Samoa [11]. Hạt có màu trắng, trắng ngà hoặc có màu tím nhạt là do có gen gây ức chế hoạt động của anthocyanin [12]. Hạt cacao của nó có chất lượng cao nhất, nó ít đắng hơn nhưng lại thơm hơn.
Đây cũng là lý do giá thành của nó cao hơn các loại khác [11]. Hạt cacao giống này có chứa hàm lượng lớn pyrazine và pH thấp rất dễ ảnh hưởng đến hương vị [6]. Năng suất của Criollo thấp hơn so với các loại giống khác mặc dù cùng quy mô [11]. Criollo cũng mẫn cảm với sâu bệnh hại.
Ngày nay, giống này chỉ được trồng giới hạn ở Trung Mỹ và một số vùng ở Châu Á [13]. Quả của Criollo thường có vỏ mỏng mềm, màu đỏ và bên trong chứa từ 20 – 30 hạt. Khi quả chín, quả dài, vỏ có màu vàng hoặc đỏ, có rãnh sâu và mụn cóc lớn [11]. Cacao Trinitario Trinitario có nguồn gốc từ Trinidad do đó tên của nó được đặt dựa theo tên của địa phương này, đây là sản phẩm lai tạo tự nhiên và tái tổ hợp giữa các quần thể Criollo và Forastero [14].
Giống này có chất lượng cao hơn so với Criollo và năng suất cao hơn, kháng bệnh tốt hơn Forastero trước đây [15]. Giống cây này chiếm khoảng 10 – 15% sản lượng cacao trên thế giới. Trinitario có vỏ cứng, màu sắc của vỏ có thể thay đổi. Chúng có thể dài hoặc tròn.
Bên trong chứa từ 30 hạt hoặc nhiều hơn [11]. Hạt cacao trinitario có màu trắng và mức chống chịu sâu bệnh hại ở mức trung bình giữa Criollo và Forastero [10].2 Cấu tạo, thành phần quả cacao Quả cacao có cấu tạo như sau: Lớp vỏ cứng bên ngoài (Pod shell/Husk): Vỏ cacao bao ở bên ngoài cứng và dày. Vỏ cacao chiếm tỷ lệ 67-76% so với tổng khối lượng quả cacao và được cấu tạo bởi 3 lớp: Epicarp – Lớp ngoài cùng; Mesocarp 7 – Lớp trong; Endocarp – Lớp trong cùng. Endocarp là một mô mềm màu trắng có chức năng bảo vệ các hạt ở bên trong.
Mesocarp có cấu trúc cứng, có khả năng giữ các hạt bên trong ngay ngắn dưới các tác động bên ngoài.