Luận văn nâng cao hóa hiệu suất trích ly trái quách

  • 11 trang
  • file .pdf
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
PHẠM BẢO NGUYÊN
NÂNG CAO HIỆU SUẤT TRÍCH LY DỊCH QUẢ
TỪ TRÁI QUÁCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME
ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT THỨC UỐNG
(Limonia acidissima L.)
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số: 605402
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................. i
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... v
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
2.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................... 2
1.3 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................... 2
1.4 Nội dung nghiên cứu:.................................................................................................. 2
1.5Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 3
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ................................................................................................ 4
2.1 Tổng quan về cây quách. ............................................................................................ 4
2.1.1 Phân loại khoa học ............................................................................................... 4
2.1.2 Phân bố và đặc điểm ............................................................................................ 4
2.1.3 Thành phần của quách ........................................................................................ 5
2.1.4 Một số nghiên cứu về trái quách .......................................................................... 8
2.2 Tổng quan về enzyme ................................................................................................. 9
2.2.1 Cơ sở của việc chọn kết hợp hai enzyme làm đối tƣợng nghiên cứu để thủy
phân thịt quả quách ....................................................................................................... 9
2.2.2 Cellulose và cellulase ........................................................................................... 9
2.2.3 Pectin và pectinase ............................................................................................. 16
2.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của enzyme ............................................. 21
2.3 Tổng quan maltodextrin ........................................................................................... 22
2.4 Tổng quan về sấy phun ............................................................................................. 24
2.4.1 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun ............................................................. 24
2.4.2 Ƣu điểm của quá trình sấy phun ........................................................................ 24
2.4.3 Nhƣợc điểm của quá trình sấy phun .................................................................. 25
2.4.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy phun: .................................................. 25
2.4.5 Một số nghiên cứu ứng dụng của sấy phun trong sản xuất thực phẩm: ............. 25
CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 28
3.1 Nguyên vật liệu ......................................................................................................... 28
3.1.1 Nguyên liệu trái quách ....................................................................................... 28
3.1.2 Enzyme .............................................................................................................. 28
3.1.3 Maltodextrin:..................................................................................................... 28
3.1.4 Hóa chất ............................................................................................................. 28
3.2 Dụng cụ và thiết bị .................................................................................................... 29
3.2.1 Dụng cụ .............................................................................................................. 29
3.2.2 Thiết bị ............................................................................................................... 29
3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 30
3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................... 30
3.3.2 Quy trình trích ly dịch quả bằng enzyme ........................................................... 31
3.3.3 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm thủy phân thịt quả quách: ................................. 33
3.3.4 Sấy phun nguyên liệu dịch lọc quách từ điều kiện thủy phân tối ƣu ................. 38
3.3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu: ................................................................................ 39
3.3.6 Các phƣơng pháp phân tích ............................................................................... 39
i
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................ 40
4.1 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng; tỷ lệ thịt quả, vỏ, hạt và xơ sợi,
trong trái quách ............................................................................................................... 40
4.1.1 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng trong thịt quả quách ............. 40
4.1.2 Kết quả xác định tỷ lệ thịt quả, vỏ, hạt và xơ sợi ............................................... 41
4.2 Kết quả xác định tỷ lệ cellulase/pectinase xúc tác cho quá trình thủy phân thịt quả
quách ............................................................................................................................... 42
4.3 Kết quả xác định tỷ lệ pha loãng thích hợp cho quá trình thủy phân thịt quả quách 44
4.4 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy phân thịt quả quách ...... 46
4.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH trong quá trình thủy phân đến H (%) thịt
quả quách. ................................................................................................................... 46
4.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%) thịt quả .......... 47
4.4.3 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ enzyme thủy phân đến H (%) thịt quả
và hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa ........................................................ 48
4.4.4 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến H (%) thịt quả, hàm
lƣợng phenolic và hoạt tính chống oxi hóa ................................................................. 52
4.4.5 Kết quả tối ƣu các điều kiện thủy phân bằng cellulase và pectinase ................. 55
4.4.6 Kết quả kiểm chứng giá trị dự đoán H (%) tối ƣu từ mô hình với giá trị thực
nghiệm......................................................................................................................... 58
4.5 Kết quả đánh giá chất lƣợng bột quách sấy phun ..................................................... 63
4.5.1 Kết quả khảo sát sự biến đổi hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo
nhiệt độ sấy. ................................................................................................................ 63
4.5.2 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng và các chỉ tiêu vi sinh của bột
quách ........................................................................................................................... 65
4.5.3 Kết quả kiểm tra vi sinh vật trong bột quách ..................................................... 66
4.5.4 Kết quả đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột quách ............................. 66
4.6 Kết quả đánh giá sự biến đổi một số thành phần dinh dƣỡng quan trọng từ nguyên
liệu đến sản phẩm bột quách sấy phun............................................................................ 70
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 73
5.1 Kết luận ..................................................................................................................... 73
5.2 Kiến nghị ................................................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO … .............................................................................................. 75
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 81
Phụ lục A: Các phƣơng pháp phân tích .......................................................................... 81
Phụ lục B: Các giá trị phân tích, thực nghiệm ................................................................ 94
Phụ lục C: Các bảng thống kê. ...................................................................................... 111
ii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần trong 100g thịt quả và hạt quách tƣơi ............................................... 5
Bảng 2.2 Hàm lƣợng các thành phần trong thịt quả quách khô .......................................... 6
Bảng 2.3 Hàm lƣợng các aminoacid trong thịt quả ............................................................. 7
Bảng 2.4 Phân loại cellulase .............................................................................................. 11
Bảng 2.5 Hoạt tính cụ thể trên các cơ chất khác nhau của cellulase từ T.reesei ............... 14
Bảng 2.6 Thành phần các phân tử trong maltodextrin với các chỉ số DE khác nhau: ....... 23
Bảng 2.7 Tóm tắc một số công trình nghiên cứu khác về sấy phun .................................. 27
Bảng 3.1 Bảng quy hoạch cấu trúc có tâm xoay cấp hai, bốn yếu tố ................................ 36
Bảng 3.2 Giá trị tâm và bƣớc nhảy trong thí nghiệm tối ƣu quá trình thủy phân .............. 37
Bảng 4.1 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g thịt quả quách theo số liệu phân tích ........ 40
Bảng 4.2 Tỷ lệ các thành phần trong trái quách ................................................................ 41
Bảng 4.3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ enzyme sử dụng để thủy phân đến H (%) của quá trình
thủy phân thịt quả quách .................................................................................................... 42
Bảng 4.4 Kết quả H (%) theo tỷ lệ pha loãng ................................................................... 44
Bảng 4.5 Kết quả H (%) theo pH ...................................................................................... 46
Bảng 4.6 Kết quả H (%) theo nhiệt độ thủy phân ............................................................. 47
Bảng 4.7 Kết quả H (%), phenolic, DPPH, ABTS theo nồng độ enzyme ......................... 48
Bảng 4.8 Kết quả H (%), phenolic, DPPH, ABTS theo thời gian thủy phân .................... 53
Bảng 4.9 Kết quả H (%) theo các yếu tố pH, nhiệt độ , nồng độ enzyme và thời gian thủy
phân khi tiến hành thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm ............................................. 55
Bảng 4.10 Hệ số phƣơng trình hồi quy và độ tin cậy của các hệ số tƣơng ứng với các yếu
tố của quá trình thủy phân bằng enzyme ........................................................................... 56
Bảng 4.11 H (%) từ phƣơng trình hồi quy và thực nghiệm .............................................. 58
Bảng 4.12 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g thịt quả và dịch lọc thu từ 100g thịt quả . 60
Bảng 4.13 Kết quả hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo các nhiệt độ sấy
khác nhau. .......................................................................................................................... 63
Bảng 4.14 Kết quả xác định một số thành phần dinh dƣỡng trong bột quách ................... 65
Bảng 4.15 Kết quả xác định một số chỉ tiêu vi sinh trong bột quách ................................ 66
Bảng 4.16 Kết quả đánh giá cảm quan dịch hoàn nguyên từ bột quách theo phƣơng pháp
cho điểm thị hiếu . .............................................................................................................. 66
Bảng 4.17 Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu cảm quan sau khi điều chỉnh độ chua, độ ngọt
............................................................................................................................................ 68
Bảng 4.18 Khối lƣợng các thành phần carotene, phenolic, hoạt tính chống oxi hóa theo
phƣơng pháp DPPH và ABTS trong các nguyên liệu khảo sát ......................................... 70
iii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Cây quách.............................................................................................................. 7
Hình 2.2 Các liên kết (l,4)-glucoside giữa các phân tử D-glucose .................................... 10
Hình 2.3 Sự hình thành cầu nối hydro trong chuỗi ............................................................ 10
Hình 2.4 Cơ chế thủy phân cellulose ................................................................................. 12
Hình 2.5 Cơ chế enzyme thủy phân cellulose ................................................................... 13
Hình 2.6 Cấu trúc của pectin trong tế bào thực vật ........................................................... 16
Hình 2.7 Cấu tạo phân tử pectin……………………………………………………...…..17
Hình 2.8 Cơ chế tác động của pectinase vào phân tử pectin ............................................ 19
Hình 4.1 Tỷ lệ các thành phần trong trái quách ................................................................. 41
Hình 4.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ cellulase/pectinase sử dụng để thủy phân ......................... 42
Hình 4.3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ pha loãng đến H (%)thịt quả quách ................................... 45
Hình 4.4 Ảnh hƣởng của pH trong quá trình thủy phân đến H (%)thịt quả quách. ........... 46
Hình 4.5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%) từ thịt quả quách. ...................... 47
Hình 4.6 Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme thủy phân đến H (%). ..................................... 49
Hình 4.7 Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến hàm lƣợng phenolic................................. 49
Hình 4.8 Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng pháp
DPPH và ABTS. ................................................................................................................ 50
Hình 4.9 Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến H (%) từ thịt quả quách ...................... 53
Hình 4.10 Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hàm lƣợng phenolic. ......................... 53
Hình 4.11 Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính chống oxi hóa theo phƣơng
pháp DPPH và ABTS………..……………………………………………………….….53
Hình 4.12 Ảnh hƣởng của pH và nhiệt độ thủy phân đến H (%) dịch quả trái quách ....... 57
Hình 4.13 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến H (%) dịch quả trái
quách .................................................................................................................................. 58
Hình 4.14 H (%) từ phƣơng trình hồi quy và thực nghiệm ................................................ 59
Hình 4.15 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g thịt quả và dich lọc thu từ 100g thịt quả . 61
Hình 4.16 Hiệu suất thu hồi các thành phần dinh dƣỡng trong dịch trích sau thủy phân ở
điều kiện tối ƣu .................................................................................................................. 61
Hình 4.17 Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến hàm lƣợng phenolic, DPPH và ABTS. ........ 64
Hình 4.18 Điểm cảm quan theo phép thử thị hiếu. ............................................................ 68
Hình 4.19 Tỷ lệ phần trăm của các mức điểm thị hiếu ứng với từng chỉ tiêu cảm quan ... 69
Hình 4.20 Sự biến đổi hàm lƣợng carotene, phenolic và hoạt tính chống oxi hóa trong
100g nguyên liệu thịt quả quách đến sản phẩm bột quách….............................................71
Hình 4.21 Trái quách và sản phẩm bột quách sấy phun ………………………………..72
iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ
1 ANOVA Analysis of variance- Phân tích phƣơng sai
2 AOAC Association of Official Analytical Chemists
3 B. cereus Bacillus cereus
4 CFU Colony Forming Unit - Đơn vị khuẩn lạc
5 DPPH 2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl
6 %v/dwt %volume/dry weight - % thể tích/khối lƣợng chất khô
7 GAE/L Gallic acid equivalent/Lit - Hàm lƣợng acid gallic tƣơng
đƣơng/Lit
8 H (%) Hiệu suất thu hồi chất khô
9 LSD Least Significance Difference – Sự khác biệt ý nghĩa
10 mM mili mol/lit
11 MD Maltodextrin
12 ISO International Organization for Standardization
13 RSM Response surface Modeling - Mô hình bề mặt đáp ứng
14 TEAC Trolox Equivalent Antioxidant Capacity – Khả năng chống
oxi hóa tƣơng đƣơng trolox
15 TSVSVHK Tổng số vi sinh vật hiếu khí
16 TSNM-M Tổng số nấm men mấm mốc
17 WPI Whey protein isolate
v
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, các điều kiện khai thác tối ưu cho việc thu hồi chất
khô từ thịt quả trái quách bằng cellulase và pectinase đã được tối ưu hóa bởi
phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM). Các biến độc lập được khảo sát là pH (x1:
3.95.1), nhiệt độ (x2: 4060oC), tổng nồng độ cellulase và pectinase (x3: 0.42.0%
v/dwt) (với tỷ lệ cellulase/pectinase là 1/1) và thời gian thủy phân (x4: 30180
phút). Kết quả phân tích ANOVA cho thấy rằng các biến có ảnh hưởng đến hiệu
suất thu hồi chất khô (H (%)) của quá trình trích ly dịch quả. Các giá trị tối ưu cho
quá trình thủy phân của các biến x1, x2, x3, x4 lần lượt là tại pH: 4.2, nhiệt độ: 45oC,
tổng nồng độ cellulase và pectinase: 1.6% v/dwt, thời gian thủy phân: 120 phút.
Khi đó H (%) theo dự đoán từ mô hình là 54.76%. Kết quả này không có sự khác
biệt ý nghĩa so với giá trị thực nghiệm đạt được H (%): 54.690.12% (p < 0.05),
tăng 20.89% so với quá trình trích ly không sử dụng enzyme. Bên cạnh đó hiệu suất
thu hồi carbohydrate đạt 87.74%. Ngoài ra các hợp chất phenolic, hoạt tính chống
oxi hóa DPPH, ABTS, carotene thu được lần lượt là 106.72.6 (mgGAE), 67.10.6
(mgTEAC), 102.10.6 (mgTEAC) và 86.615.0 (mg), tương ứng tăng 41.0%,
30.2%, 40.3% và 22.2% so với quá trình trích ly không sử dụng enzyme. Các thí
nghiệm được lặp lại ba lần. Từ dịch quả thu được, tiến hành sấy phun ở 160oC, lưu
lượng nạp liệu mức 6 (tương đương 5.4 ml/phút), áp lực nén 3bar, bổ sung
maltodextrin vào dịch lọc quách đến 22% chất khô cho sản phẩm có độ ẩm đạt
4.670.31%, đồng thời các hợp chất phenolic, DPPH, ABTS, carotene giảm không
đáng kể so với dịch quả đem sấy, sản phẩm bột thu được đạt an toàn về vi sinh vật.
Đồng thời bột có màu sáng, ít dính. Dịch hoàn nguyên từ bột quách sau khi đã bổ
sung 11% đường saccharose 0.1% acid citric, 0.1% acid ascorbic đáp ứng tốt được
thị hiếu của người tiêu dùng là 100 sinh viên, kết quả đạt được điểm yêu thích
chung 4.520.5 trên thang điểm 5.
ABSTRACT
In this study, the optimum conditions for the recovery of dry matter extraction
in Limonia acidissima (L. acidissima) pulp from hydrolysis by the catalysis of
cellulase and pectinase were optimized by response surface methodology (RSM).
The independent variables were viz. pH (x1: 3.95.1), incubation temperature (x2:
40  60oC), the total concentration of cellulase and pectinase (x3: 0.42.0% v/dwt),
(the ratio of cellulase/pectinase was 1/1), and hydrolysis time (x4: 30180 minutes).
The results of ANOVA analysis showed that the variables affected the performance
of dry matter recovery in L. acidissima pulp extraction process. The optimal
conditions for the hydrolysis of the variables x1, x2, x3, x4 were derived at pH: 4.2,
45oC, 1.6% v/dwt, 120 minutes, respectively for performance in the prediction of
model was 54.76%. This result was no significant difference compared with the
experimental values (54.690.12%, p < 0.05), an average dry matter yield increase
was 20.89% compared with the performance obtained from non-enzymatic
extraction. Besides, the performance of carbohydrates recovered was 87.74%. In
addition, total phenolic content, DPPH and ABTS radical scavenging activity,
carotene content were found at 106.72.6 (mgGAE), 67.10.6 (mgTEAC),
102.10.6 (mgTEAC) and 86.615.0 (mg), the average increases 41.0%, 30.2%,
40.3% and 22.2% respectively compared with the process without enzymes. The
samples were analyzed in triplicates. Then the juice was dried at: inlet temperature
at 160oC, the feed rate of the spray drying process was 5.4 ml/minute, pressure of 3
bars, maltodextrin was added in juice with total solids of 22%. The results showed
that the moisture contents of the powders were in the range of 4.455.07%. The
powder product showed that it was not only better retention of phenolic, carotene
content, DPPH and ABTS radical scavenging activity but also safety of
microorganisms, less stickiness and bright colors. The sensory was evaluated using
5-point scale test for juice from dried powder (adding in amounts of 11%
saccharose, 0.1% citric acid, 0.1% ascorbic acid) by 100 panelists who were the
students, the results for the overall favorite level reached 4.52 points in comparison
with the total scale of 5