Nghiên Cứu Ứng Dụng Sóng Siêu Âm Để Tăng Hiệu Suất Thu Hồi Chất Chiết Trong Sản Xuất Nước Chuối

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong thu hồi chất chiết nước chuối musa paradisiaca, nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Trần Thị Hồng Hạnh
• Người hướng dẫn: GS. TS. Lê Văn Việt Mẫn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Sóng Siêu Âm Tăng Hiệu Suất Thu Hồi Chất Chiết Trong Sản Xuất Nước Chuối
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về chuối
• 1.2. Tổng quan enzyme Pectinase
• 1.3. Tổng quan về siêu âm
• 3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nguyên liệu
• 3.2. Chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L
• 3.3. Sơ đồ nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3.5. Khảo sát quá trình xử lý chuối bằng sóng siêu âm
• 3.6. Khảo sát quá trình xử lý chuối bằng enzyme pectinase
• 3.7. Khảo sát quá trình xử lý chuối bằng sóng siêu âm và enzyme pectinase
• 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Xử lý puree chuối bằng sóng siêu âm
• 4.2. Ảnh hưởng của công suất siêu âm
• 4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm
• 4.4. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm
• 4.5. Ảnh hưởng đồng thời của công suất, nhiệt độ và thời gian siêu âm
• 4.6. Xử lý puree chuối bằng enzyme
• 4.7. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L
• 4.8. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme
• 4.9. Xử lý puree chuối bằng sóng siêu âm và enzyme Pectinex Ultra SP-L
• 4.10. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme bổ sung sau xử lý siêu âm
• 4.11. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme sau xử lý siêu âm
• 4.12. So sánh giữa ba giải pháp xử lý puree chuối
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC A: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• PHỤ LỤC B: CÁC KẾT QUẢ XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN TRONG PHÂN TÍCH
• PHỤ LỤC C: CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sản xuất nước chuối

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sản xuất nước chuối đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm. Phương pháp này không chỉ giúp tăng hiệu suất thu hồi chất chiết mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng sóng siêu âm trong quy trình sản xuất nước chuối có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và chất lượng sản phẩm.

1.1. Lợi ích của sóng siêu âm trong sản xuất nước chuối

Sóng siêu âm giúp phá vỡ cấu trúc tế bào của chuối, từ đó tăng cường khả năng tách chiết các chất dinh dưỡng. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng sóng siêu âm có thể làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết lên đến 35,8% so với phương pháp truyền thống.

1.2. Tình hình nghiên cứu hiện tại về nước chuối

Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp sóng siêu âm với các phương pháp khác như enzyme có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất nước chuối. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong sản xuất nước chuối

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng sóng siêu âm trong sản xuất nước chuối cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu, quy trình kỹ thuật phức tạp và sự cần thiết phải đào tạo nhân lực là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Chi phí đầu tư và thiết bị

Việc đầu tư vào thiết bị sóng siêu âm có thể tốn kém, đặc biệt đối với các cơ sở sản xuất nhỏ. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài từ việc tăng hiệu suất thu hồi chất chiết có thể bù đắp cho chi phí này.

2.2. Đào tạo nhân lực và quy trình kỹ thuật

Để áp dụng hiệu quả công nghệ sóng siêu âm, cần có sự đào tạo chuyên sâu cho nhân viên. Quy trình kỹ thuật cũng cần được chuẩn hóa để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Phương pháp nghiên cứu sóng siêu âm trong sản xuất nước chuối

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hiệu suất thu hồi chất chiết trong sản xuất nước chuối. Các yếu tố như công suất, nhiệt độ và thời gian xử lý được xem xét kỹ lưỡng.

3.1. Ảnh hưởng của công suất sóng siêu âm

Nghiên cứu cho thấy, công suất sóng siêu âm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi chất chiết. Công suất tối ưu được xác định là 16,6 W/g, cho phép đạt được hiệu suất cao nhất.

3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý

Nhiệt độ và thời gian xử lý cũng đóng vai trò quan trọng trong quy trình. Nghiên cứu chỉ ra rằng, nhiệt độ 50°C và thời gian 107 giây là điều kiện tối ưu để đạt được hiệu suất thu hồi cao nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng sóng siêu âm kết hợp với enzyme pectinase mang lại hiệu suất thu hồi chất chiết cao nhất. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng nước chuối.

4.1. So sánh hiệu quả giữa các phương pháp

Kết quả cho thấy, phương pháp kết hợp sóng siêu âm và enzyme cho hiệu suất thu hồi đạt 77,6%, cao hơn so với từng phương pháp riêng lẻ. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của việc kết hợp công nghệ hiện đại trong sản xuất.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm

Nghiên cứu này mở ra cơ hội cho các nhà sản xuất nước chuối áp dụng công nghệ mới, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ứng dụng sóng siêu âm trong sản xuất nước chuối đã chỉ ra nhiều tiềm năng phát triển. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất không chỉ giúp tăng hiệu suất thu hồi mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm.

5.1. Tương lai của công nghệ sóng siêu âm

Công nghệ sóng siêu âm hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Khuyến nghị cho các nhà sản xuất

Các nhà sản xuất nên xem xét áp dụng công nghệ sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả sản xuất. Đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng cường khả năng cạnh tranh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghệ thực phẩm, hiệu suất thu hồi chất chiết trong sản xuất nước quả đóng vai trò quan trọng quyết định hiệu quả kinh tế của quy trình. Chuối là loại trái cây phổ biến tại Việt Nam với sản lượng ngày càng tăng, tuy nhiên việc chế biến nước chuối vẫn còn hạn chế và chưa được nghiên cứu sâu rộng. Nước ép chuối giàu năng lượng, vitamin và các hợp chất chống oxy hóa, có tiềm năng phát triển thành sản phẩm nước uống tự nhiên có giá trị dinh dưỡng cao.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm kết hợp với chế phẩm enzyme pectinase nhằm gia tăng hiệu suất thu hồi chất chiết trong sản xuất nước chuối. Nghiên cứu khảo sát ba giải pháp kỹ thuật: xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm, xử lý bằng enzyme pectinase, và xử lý kết hợp lần lượt sóng siêu âm và enzyme. Mục tiêu là xác định điều kiện tối ưu để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết, đồng thời cải thiện chất lượng dịch chuối về hàm lượng đường, phenolic, vitamin C và hoạt tính chống oxy hóa.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chuối sứ thu hoạch tại Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang, với độ chín cấp 7, trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất nước chuối, giảm thời gian xử lý và tăng giá trị dinh dưỡng sản phẩm, góp phần phát triển ngành chế biến nông sản tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết cấu trúc tế bào thực vật và pectin: Pectin là thành phần chính trong lớp kết dính giữa các tế bào quả, ảnh hưởng đến độ cứng và khả năng trích ly chất chiết. Enzyme pectinase phân giải pectin, làm phá vỡ thành tế bào, tăng hiệu suất thu hồi chất chiết.
• Mô hình tác động của sóng siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction - UAE): Sóng siêu âm tạo ra hiện tượng sủi bong bóng, phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng tốc độ truyền khối và khuếch tán các chất hòa tan từ tế bào ra môi trường dung môi.
• Khái niệm enzyme pectinase: Bao gồm các nhóm protopectinase, esterase và depolymerase, xúc tác thủy phân pectin, làm tăng độ trong và giảm độ nhớt dịch quả.
• Các chỉ số chất lượng dịch quả: Hiệu suất thu hồi chất chiết (%), hàm lượng đường tổng và đường khử (g/L), hàm lượng phenolic (mg GAE/L), hàm lượng vitamin C (ppm), hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp ABTS (µmol TEAC/L).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu là chuối sứ thu hoạch tại Mỹ Tho, Tiền Giang, độ chín cấp 7, được xử lý trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
• Phương pháp xử lý nguyên liệu:
  • Xử lý bằng sóng siêu âm: sử dụng thiết bị siêu âm dạng thanh tần số 20 kHz, công suất tối đa 750 W, điều chỉnh công suất, nhiệt độ và thời gian xử lý.
  • Xử lý bằng enzyme pectinase: sử dụng chế phẩm Pectinex Ultra SP-L với nồng độ và thời gian xử lý biến đổi, nhiệt độ 50°C, pH 4.5.
  • Xử lý kết hợp: xử lý lần lượt bằng sóng siêu âm và enzyme với điều kiện tối ưu từ hai phương pháp trên.
• Phương pháp phân tích:
  • Hiệu suất thu hồi chất chiết được tính theo tỷ lệ chất hòa tan trong dịch chiết so với chất khô nguyên liệu ban đầu.
  • Hàm lượng đường khử và đường tổng được xác định bằng phương pháp phản ứng màu với thuốc thử DNS và phenol.
  • Hàm lượng phenolic được đo bằng phản ứng Folin-Ciocalteu.
  • Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp ABTS.
  • Hàm lượng vitamin C được xác định bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
• Thiết kế thí nghiệm: Kết hợp phương pháp cổ điển và quy hoạch thực nghiệm Box-Hunter bậc hai có tâm để khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố công suất, nhiệt độ, thời gian siêu âm và nồng độ, thời gian xử lý enzyme.
• Cỡ mẫu và lặp lại: Mỗi nghiệm thức sử dụng 60 g puree chuối, thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.
• Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion XV và Modde 5, phân tích phương sai ANOVA với mức ý nghĩa P < 0.05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của công suất sóng siêu âm:

   • Hiệu suất thu hồi chất chiết tăng từ 43,4% lên 47,3% khi công suất tăng từ 11,0 W/g đến 17,6 W/g, đạt giá trị cao nhất tại 15,4 W/g với 46,8%, tăng 14,7% so với mẫu đối chứng.
   • Hàm lượng đường tổng và đường khử đạt cực đại lần lượt 64,3 g/L và tăng 20,4% so với mẫu không xử lý.
   • Hàm lượng phenolic, vitamin C và hoạt tính chống oxy hóa tăng lần lượt 133,6%, 59,5% và 132,6% so với mẫu đối chứng.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm:

   • Hiệu suất thu hồi chất chiết tăng từ 46,6% lên 52,1% khi nhiệt độ tăng từ 30°C lên 50°C, tương ứng tăng 14,7% so với mẫu không xử lý.
   • Nhiệt độ trên 50°C làm giảm hiệu suất thu hồi do giảm cường độ vỡ bong bóng khí và tăng áp suất hơi.

3. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm:

   • Thời gian siêu âm 107 giây cho hiệu suất thu hồi chất chiết cao nhất 55,3%, tăng 35,8% so với mẫu đối chứng.

4. Xử lý bằng enzyme pectinase:

   • Nồng độ enzyme 0,2% (v/w) và thời gian xử lý 90 phút đạt hiệu suất thu hồi chất chiết tối đa 77,3%, tăng 89,5% so với mẫu đối chứng và 39,8% so với xử lý sóng siêu âm.

5. Xử lý kết hợp sóng siêu âm và enzyme:

   • Ở điều kiện công suất siêu âm 16,6 W/g, nhiệt độ 50°C, thời gian 107 giây, enzyme 0,2% và thời gian xử lý enzyme 30 phút, hiệu suất thu hồi đạt 77,6%, tăng 90,4% so với mẫu đối chứng, tương đương với xử lý enzyme đơn lẻ nhưng rút ngắn thời gian xử lý enzyme xuống 3 lần.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả của sóng siêu âm trong việc phá vỡ cấu trúc tế bào chuối được giải thích bởi hiện tượng sủi bong bóng khí tạo ra áp lực và vi tia nước, làm tăng tốc độ truyền khối và khuếch tán chất chiết. Công suất siêu âm tối ưu 15,4 W/g cân bằng giữa hiệu quả phá vỡ tế bào và hạn chế tăng độ nhớt dịch do hòa tan pectin và hemicellulose. Nhiệt độ 50°C là điểm cân bằng giữa tăng tốc độ phản ứng và duy trì cường độ vỡ bong bóng khí.

Xử lý enzyme pectinase làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết nhờ xúc tác thủy phân pectin, làm giảm độ nhớt và tăng độ trong dịch chuối. Tuy nhiên, thời gian xử lý enzyme dài (90 phút) là hạn chế về mặt kinh tế.

Kết hợp xử lý sóng siêu âm và enzyme không làm tăng thêm hiệu suất thu hồi so với enzyme đơn lẻ nhưng tăng hàm lượng các chất chống oxy hóa và rút ngắn thời gian xử lý enzyme xuống còn 30 phút, giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao năng suất. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly chất chiết từ các loại quả khác như nho, dứa và sơ ri.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa công suất, nhiệt độ, thời gian xử lý với hiệu suất thu hồi chất chiết và các chỉ số chất lượng dịch chuối, giúp minh họa rõ ràng xu hướng và điểm tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ xử lý kết hợp sóng siêu âm và enzyme pectinase trong sản xuất nước chuối nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng sản phẩm, giảm thời gian xử lý enzyme từ 90 phút xuống còn 30 phút. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: các nhà máy chế biến nước quả.

2. Tối ưu hóa điều kiện công nghệ sóng siêu âm với công suất 15,4 W/g, nhiệt độ 50°C, thời gian 107 giây để đảm bảo hiệu quả phá vỡ tế bào và giữ nguyên chất lượng dinh dưỡng. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng. Chủ thể: phòng R&D công nghiệp thực phẩm.

3. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành thiết bị siêu âm và enzyme để đảm bảo quy trình sản xuất ổn định, hiệu quả và an toàn. Thời gian: 3 tháng. Chủ thể: các cơ sở đào tạo và doanh nghiệp.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ này cho các loại quả khác nhằm đa dạng hóa sản phẩm nước ép có giá trị dinh dưỡng cao, tăng sức cạnh tranh trên thị trường. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất nước quả và thực phẩm chức năng: Nắm bắt công nghệ mới giúp nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết, cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, thiết kế thí nghiệm và ứng dụng sóng siêu âm kết hợp enzyme trong trích ly chất chiết.

3. Các cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp, công nghiệp chế biến: Đánh giá tiềm năng ứng dụng công nghệ mới trong phát triển sản phẩm nông sản chế biến, góp phần nâng cao giá trị gia tăng.

4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị siêu âm và enzyme: Hiểu rõ nhu cầu và hiệu quả ứng dụng thực tế để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường chế biến nước quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Sóng siêu âm có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng nước chuối?
   Sóng siêu âm làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết, đồng thời giữ hoặc nâng cao hàm lượng vitamin C, phenolic và hoạt tính chống oxy hóa nhờ phá vỡ cấu trúc tế bào và giảm oxy hòa tan, giúp bảo quản chất dinh dưỡng tốt hơn.

2. Tại sao phải kết hợp sóng siêu âm với enzyme pectinase?
   Kết hợp giúp tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp: sóng siêu âm phá vỡ tế bào nhanh, enzyme xúc tác phân giải pectin, từ đó tăng hiệu suất thu hồi chất chiết và rút ngắn thời gian xử lý enzyme từ 90 phút xuống còn 30 phút.

3. Điều kiện xử lý sóng siêu âm tối ưu là gì?
   Công suất 15,4 W/g, nhiệt độ 50°C, thời gian 107 giây được xác định là điều kiện tối ưu để đạt hiệu suất thu hồi chất chiết cao nhất mà không làm giảm chất lượng dịch chuối.

4. Hiệu suất thu hồi chất chiết tăng bao nhiêu khi sử dụng công nghệ này?
   Xử lý enzyme đơn lẻ tăng hiệu suất thu hồi lên khoảng 77,3%, tăng 89,5% so với mẫu không xử lý; kết hợp sóng siêu âm và enzyme đạt 77,6%, tăng 90,4% so với mẫu đối chứng.

5. Công nghệ này có thể áp dụng cho các loại quả khác không?
   Có, các nghiên cứu tương tự trên nho, dứa, sơ ri đã cho thấy hiệu quả tương tự, do đó công nghệ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong chế biến nước quả khác nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Kết luận

• Ứng dụng sóng siêu âm trong xử lý nguyên liệu chuối giúp tăng hiệu suất thu hồi chất chiết lên đến 55,3%, tăng 35,8% so với mẫu không xử lý.
• Xử lý enzyme pectinase đạt hiệu suất thu hồi cao nhất 77,3%, tăng 89,5% so với mẫu đối chứng.
• Kết hợp xử lý sóng siêu âm và enzyme không làm tăng thêm hiệu suất thu hồi nhưng tăng hàm lượng chất chống oxy hóa và rút ngắn thời gian xử lý enzyme xuống 3 lần.
• Điều kiện tối ưu xử lý sóng siêu âm là công suất 15,4 W/g, nhiệt độ 50°C, thời gian 107 giây; enzyme pectinase 0,2% (v/w), thời gian 30 phút.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ chế biến nước chuối hiệu quả, tiết kiệm thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần phát triển ngành công nghiệp thực phẩm Việt Nam.

Khuyến nghị tiếp theo: Triển khai ứng dụng công nghệ tại quy mô công nghiệp, đào tạo nhân lực vận hành và nghiên cứu mở rộng cho các loại quả khác nhằm đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao giá trị gia tăng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan phi enzyme của các polyphenol xảy ra trong quá trình chế biến và tồn trữ nên sản phẩm chuối bị biến màu [6].2 mô tả thành phan dinh dưỡng của chuối sứ và chuối già tại Việt nam [7] Bang 1.2 Thành phần dinh dưỡng trong 100 gr chuối Thành phần Chuối sứ Chuối già Nước (%) 653 70 Calories (kcal) 122 90 Protein (%) 13 1,1 Béo (%) 037 033 Carbohydrates (%) 24.3 Sự bién đổi trong quá trình chín của chuối Độ chín thu hái của chuối là lúc vỏ chuối còn xanh thẫm, quả đã phát triển hết cỡ, không còn các ngạnh (hay gờ), còn thịt chuối thì có màu trăng ngà đến màu vàng ngà. Trong quá trình chín của chuối thì hàm lượng protopectin chuyển thành pectin làm cho vỏ mềm ra và hàm lượng diệp lục giảm; do đó vỏ quả chuyển từ màu xanh thẫm dan sang màu vàng, vỏ chuối có độ dày giảm dan từ khi còn sống đến khi chin mùi. Trong khi đó, lượng tinh bột và tanin trong thịt chuối giảm dan và hàm lượng đường tăng lên, thịt chuối chuyển từ màu trăng ngà sang màu vàng, vị chát chuyển sang vị ngọt dịu với mùi thơm nhẹ.

Tổng quan Trên thê giới, người ta đánh giá độ chín của chuôi dựa vào thang màu với 8 mức phân chia theo màu sắc của vỏ chuối (Hình 1. Ngoài ra, còn có cách xác định độ chín của chuôi theo một sô yêu tô khác như: độ dày của vỏ, tỷ trọng của chuôi, độ cứng của chuối, màu sắc thịt quả chuối, hàm lượng đường và tinh bột. Dựa vào thang màu, chuối ở cấp độ 1-3 thường không ăn được do chuối có vị chát và cứng. Khi chuối đạt cấp độ 8 thì quá chín và mềm [3].

Barrett (2004) đã mô tả sự thay đổi đặc điểm của chuối trong qua trình chín của chuối ở 8 mức độ chín khác nhau (Bảng 1.3 Sự thay đồi đặc điểm của chuối trong quá trình chín của chuối Biến đỗi tỉnh bột- đường Độ Mau sắc v6 ~ đ aed : A Đường ; F Đặc chin chuối “a Tình bột“) | (øy | Xanh đậm Cứng, ruột màu trắng, chưa chín, vỏ dày 21,5+19,5 0,1+1,2 Xanh có cha oy 2 ame es Hơi mềm, ruột trắng 195+165 2+5 vàng 3 Xanh vàng Ương 18+14.5 3 5+7 4 Vàng, xanh Chớm chín, ruột mềm 15+9 6+ 12 Vang, 2 da , , 5 aes Chín, ruột hơi vàng, khó bóc vỏ 10,5+2,5 10+18 xanh 6 Vang hoan toan Chin, chắc, ruột mềm, dễ bóc vỏ 4T] 16,5* 19,5 7 Vang châm nâu | Chín hoàn toàn, thơm, ruột mềm, vỏ mỏng 2,5+1 17,5+ 19 3 Vàng mảng nâu Quá chín. Ruột rất mềm và màu vàng, rat 1521 185+19 thơm, vỏ mỏng Hình 1.2 Các cấp độ chín của chuối Nhờ có sự tham gia của các enzyme thủy phân pectin bao gồm polygalacturonase (PG) và pectin methyl esterase (PME) trong quá trình chín sinh hóa của chuối mà hàm lượng pectin tan trong nước tăng lên, khi đó khối lượng phân tử pectin giảm xuống tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly chất chiết [8, 9]. Ngoài ra, còn một số enzyme khác tham gia trong quá trình chín của chuối như œ-amylase, B-amylase và glucoamylase. Trong quá trình bảo quản chuối, các phản ứng thủy phân xảy ra chủ yếu làm tăng hàm lượng các chất hòa tan.

Nghiên cứu của Adisa (1987) trên trái chuối cho thay hàm lượng protein và cellulose trong thịt trái hầu như không thay đổi, nhưng hàm lượng tinh bột giảm rõ rệt từ 34% xuống còn 10% sau | tuần bảo quản ở 28°C. Đồng thời với hiện tượng giảm tinh bột, nồng độ đường tăng mạnh từ 8,6 đến 40% [10]. Sự thay đổi hàm lượng các hợp chất pectin có ảnh hưởng rất lớn đến độ cứng của chuối khi chín. Khi quả chín, các protopectin có xu hướng bị thủy phân thành các pectin hòa tan làm giảm liên kết giữa các tế bào trong mô thực vật nên trái bị mềm đi.

Tốc độ thủy phân protopectin phụ thuộc vào hoạt tính hệ enzyme pectinase. Hoạt động cua enzyme pectinase trong quá trình chín làm cho khả năng liên kết giữa tế bào và mô yếu di, thành tê bào mỏng dân, các mô bị xôp và trái mêm dân. Khi các chât kêt dính giữa các tê Chương 1. Tổng quan bao tan hoàn toàn, các tế bào và mô sẽ tách rời xa nhau, đó là quá trình nhữn trái.

Dưới tác dụng của enzyme pectinase, pectin sẽ bị thủy phân tạo thành rượu methylic và các chất keo đông: khi đó, cấu trúc trái bat đầu bi phân hủy.4 trình bày hàm lượng polyphenol của chuối sứ theo độ chín [7].4 Hàm lượng polyphenol của chuối sứ theo độ chín : Hàm lượng theo độ chín (mg?) Thành phân polyphenol Ương Chín tới Chín Anthocyan 10,5 9 2,67 Leucoanthocyan 95 147 140 Flavol 3,9 1,83 1,83 Catechin tu do 158 67 5 Tannin 72 90 100 Tổng số 1140 1140 1100 Trái chuối có hàm lượng polyphenol khá lớn nên có thể gây vị chát. Trong quá trình chín hàm lượng các chất này trong quả giảm đi dần. Dưới tác dung của acid hay enzyme tannase, các tannin sẽ bị phân giải tạo ra hỗn hợp các ester của glucose va các acid hydrocarboxylic thơm (acid galic, acid metadigalic và các acid khác). Do đó, khi chín chuối sẽ thay đổi vị và có mùi thơm đặc trưng.

Còn các hợp chất chát ngưng tụ (đại diện là các catechin) tác dụng với sắt (IID) tạo hợp có màu xanh lá cây sam. Đồng thời, khi chất chát tiếp xúc với oxy không khí sẽ bị oxi hóa do tác dụng của enzyme oxidase, đây là nguyên nhân chính làm cho chuối bi sam màu khi chế biến. Ngoài ra trong quá trình chín, màu trái chuối có thay đổi rõ rệt. Hàm lượng chlorophyll giảm nhưng hàm lượng carotenoid va flavonoid tăng.

Khi chin, chlorophyll bị oxy hóa tạo ra hợp chất không màu. Hàm lượng này làm mat màu xanh lá và làm cho các màu khác hiện khá rõ.2 Tổng quan enzyme Pectinase e Pectin trong thit qua Pectin là thành phan chủ yếu trong lớp kết dính giữa các thành tế bào trong cấu tao của mô quả. Nhiều nhà khoa học cho răng pectin như lớp xi măng để găn kết các viên gạch để tạo nên bức tường gach [ [ |. Về mặt hóa học, các chất pectic là các polysaccharide phức tạp với bộ khung gồm các đơn vi acid galacturonic được liên kết với nhau băng các liên kết a-(1,4) glycoside.

Các mạch nhánh của phân tử pectin bao gồm L-rhamnose, arabinose, galactose và xylose. Nhóm carboxyl của acid galacturonic bi ester hóa một phan bởi nhóm methyl và kết hop một phan hay hoàn toàn với các ion của Na, K hay AI. Các chất pectic được chia thành 4 nhóm như sau: - Protopectin: là các chất pectie không hòa tan trong nước, chúng có mặt ở các mô còn nguyên. Protopectin bị thủy phân hạn chế hơn so với pectin hay acid pectic.

- Acid pectic: là polymer galacturonan hòa tan, chứa lượng nhỏ các nhóm methoxyl. Các muối của acid pectic được gọi là pectate. - Acid pectinic: là chuỗi polygalacturonan có mức độ methyl hóa của các đơn vị galacturonate từ 0-75%. Các mudi của acid pectinic được gọi là pectinate.

- Pectin: là chuỗi polygalacturonan có các nhóm carboxyl của các đơn vị galacturonate bi ester hóa với methanol lớn hơn 75%. Pectin tạo tính cứng chắc khi được liên kết với cellulose thành tế bào [11]. Hàm lượng pectin trong một số loại cây ăn quả đã được Tapre (2014) tổng kết và được trình bày trong Bang 1. Tổng quan Bảng 1.5 Hàm lượng pectin trong một số loại cây ăn quả Loại trái cây Pectin (%) Táo 0,5-1,6 Mo 0,7-13 Chuối 0,7-1,2 Oi 0,7-1,5 Nho 0,2-1,0 Dứa 0.5 © Cấu trúc thành tế bào quả Theo Whitehurst và cộng sự (2002) tế bào quả được kết dính với nhau nhờ lớp phiến mỏng (middle lamella), mỗi tế bào đều có thành (primary cell wall) bao bọc xung quanh (Hình | 4) - Thành tế bào: Bao gồm các vi sợi cellulose xếp song song, được nối với hemicellulosic xyloglucan polymer.

- Lớp phiến mong: Pectin là thành phần chủ yếu của nó. Pectin trong vùng nhãn (60- 90%) có thành phần homogalacturnan và trong ving gd ghé (10-40%) là rhammogalacturonan [13, 14].4 Cấu trúc thành tế bao thực vật 1.1 Hệ enzyme pectinase Pectinase được phân loại thành 3 nhóm chính: 10 Chương 1. Tổng quan -Nhóm protopectinase: xúc tác cho phản ứng phân giải protopectin không tan thành pectin hòa tan. -Nhóm esterase: thủy phân liên kết ester giữa gốc methoxyl và gốc carboxylic ở vị trí C6 của acid galacturonic trên mạch chính của phân tử pectin.

Sản phẩm của phan ứng thủy phân là acid pectinic (có mức độ ester hóa thấp hơn) hoặc acid pectic và methanol. -Nhóm depolymerase: xúc tác phản ứng depolymer hóa mạch pectin, tác dụng chủ yếu lên các hợp chất pectic, gây ra sự phân cat và làm giảm kích thước phân tử. Cơ chế xúc tác của nhóm enzyme này có thể là phản ứng thủy phân hoặc phản ứng trans- elimination [11, 15]. Cơ chê phan cat của các enzyme pectinase —-.

TT ay, * 2:24 #<£ + ped endo POLYGALACTURONASE (PG) @ Acid Galaturonic @ Acid Cacboxylic Nhóm Methyl Hình 1.5 Co chế phân cắt của các enzyme pectinase 1.2 Ung dụng chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả Trong công nghiệp sản xuất nước quả, người ta thường tạo ra 2 dạng sản phẩm là nước quả trong và nước quả đục. Phương pháp tạo nước quả trong thường dùng để sản xuất nước ép táo, lê, nho, dau,. Phương pháp tạo nước qua duc được dùng để sản xuất nước ép các loại citrus (cam, chanh, bưởi,. ), xoài, mo, ôi, đu đủ, dứa, chuối.

Mục đích sử dụng pectinase là: Nâng cao hiệu suất thu hôi chất chiết trong quá trình thu nhận dich quả 11 Chương 1. Tổng quan Trích ly hoặc ép quả để thu hồi chất chiết là một trong những công đoạn quan trọng cả về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế trong công nghệ chế biến nước quả. Hiệu suất thu hồi chất chiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ thâm thấu của tế bào mô quả, cầu tạo tế bào, mô thực vật và tính chất cơ lý của nguyên liệu, độ nhớt của dịch bào, độ chắc của thịt quả, thành phân, hàm lượng và sự phân bố của pectin trong rau quả, mức độ nghiền nguyên liệu. Thông thường, hiệu suất thu hồi chất chiết từ quả đạt dưới 70%, nhưng nếu ta bổ sung chế phẩm enzyme pectinase trong quá trình xử lý thì sẽ làm tăng hiệu suất thu hồi chất chiết lên thêm 15-25%.

Y Làm tăng giá trị dinh dưỡng của dich quả Chế phẩm pectinase làm phá vỡ cấu trúc tế bào thịt quả cũng như vỏ quả, do đó làm tăng sự trích ly các hợp chất hòa tan từ bên trong tế bào chất ra bên ngoài tế bào. Kết quả là hàm lượng đường, acid amin, chất màu, mùi, cũng như các vitamin trong dịch quả thu được sẽ tăng cao hơn trường hợp không có sử dụng chế phẩm pectinase.