Ảnh hưởng của xử lý bằng sóng siêu âm và enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi dịch quả thanh long ruột đỏ

Kỷ yếu kỷ niệm 35 năm thành lập Trường ĐH C ng nghiệp Th c ph m T<br /> <br /> Ch<br /> <br /> inh<br /> <br /> -2017)<br /> <br /> ẢNH HƢỞNG CỦA XỬ LÝ BẰNG SÓNG SIÊU ÂM VÀ ENZYME<br /> PECTINASE ĐẾN HIỆU SUẤT THU HỒI DỊCH QUẢ<br /> THANH LONG RUỘT ĐỎ<br /> Mạc Xuân Hòa*, Dƣơng Thị Thu Hƣơng<br /> Trường Đại học C ng nghiệp Th c ph m Thành phố<br /> *<br /> <br /> Ch<br /> <br /> inh<br /> <br /> Email: hoamx@cntp.edu.vn<br /> <br /> Ngày nhận bài: 29/06/2017; Ngày chấp nhận đăng: 30/08/2017<br /> TÓM TẮT<br /> Ảnh hưởng của sóng siêu âm và xử lý bằng enzyme pectinase lên hiệu suất thu hồi dịch quả thanh<br /> long ruột đỏ được khảo sát bằng phương pháp thực nghiệm. Các thông số được khảo sát của quá trình<br /> trích ly có enzyme pectinase là nồng độ pectinase (0,1; 0,3; 0,35 và 0,4% mL/g) và thời gian trích ly (10;<br /> 20; 30; 40; 50 và 60 phút). Các thông số được khảo sát của quá trình trích ly có siêu âm là công suất siêu<br /> âm (150 W và 262,5 W) và thời gian trích ly (5, 10 và 15 phút). Cả hai phương pháp trên đều làm giảm<br /> độ nhớt và tăng hiệu suất thu hồi dịch quả. Trong phương pháp xử lý enzyme, hiệu suất thu hồi đạt cao<br /> nhất bằng 80,94% ở điều kiện nồng độ enzyme 0,35% (mL/g) trong 50 phút. Còn trong phương pháp có<br /> siêu âm thì hiệu suất đạt cao nhất bằng 75,11% ở công suất 262,5 W trong 5 phút. Nhìn chung cả hai<br /> phương pháp trích ly đều cho hiệu suất thu hồi cao hơn so với mẫu đối chứng.<br /> Từ khóa: thanh long ruột đỏ (hylocereus polyrhizus), enzyme pectinase, siêu âm, hiệu suất thu hồi.<br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Thanh long có tên khoa học là Hylocereus spp., thuộc họ Xương rồng (Cactaceae). Việt Nam là một<br /> trong những nước có diện tích và sản lượng thanh long lớn nhất châu Á và cũng là nước xuất khẩu thanh<br /> long hàng đầu thế giới. Theo Hiệp hội Rau quả Việt Nam [1], hiện nay nước ta có 35,665 ha diện tích<br /> trồng thanh long với tổng sản lượng đạt khoảng 614,246 tấn. Trong đó, thanh long hiện đang được trồng<br /> trên 32 tỉnh thành, nhưng phát triển mạnh thành các vùng chuyên canh quy mô lớn tập trung ở các tỉnh<br /> như Bình Thuận, Tiền Giang và Long An (chiếm 93% tổng diện tích và 95% sản lượng của cả nước). Tuy<br /> có vùng nguyên liệu rộng lớn nhưng ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm từ trái thanh long chưa<br /> phát triển.<br /> Trái thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) với màu sắc và hương vị hấp dẫn là nguyên liệu<br /> tiềm năng lớn cho ngành chế biến các sản phẩm từ trái cây, đặc biệt là sản phẩm nước quả. Để tạo ra nước<br /> quả thương phẩm, nguyên liệu thanh long cần trải qua quá trình trích ly thu dịch quả ép. Tuy nhiên, quá<br /> trình khai thác ruột quả thường gặp khó khăn do thành phần pectin trong nguyên liệu gây cản trở quá<br /> trình lọc dẫn đến làm giảm hiệu suất thu hồi và hiện tượng vẩn đục trong nước ép thành phẩm.<br /> Ứng dụng quá trình xử lý enzyme để cải thiện vấn đề trên là cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sản<br /> phẩm và giảm chi phí sản xuất [2]. Enzyme pectinase có khả năng thủy phân pectin và làm cho phức<br /> pectin-protein bị kết bông [3] và từ đó dễ dàng được loại bỏ bằng các phương pháp lọc hoặc ly tâm.<br /> Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được hiệu quả làm trong dịch ép của pectinase trong sản xuất thực<br /> phẩm [4].<br /> Ngoài phương pháp thủy phân bằng pectinase, một số nghiên cứu gần đây cho thấy sóng siêu âm có<br /> khả năng nâng cao hiệu suất thu hồi dịch lọc. Sóng siêu âm có khả năng thay đổi tính chất vật lý và hóa<br /> học của nguyên liệu thực vật, hiệu ứng sinh vi bọt khí của siêu âm còn thúc đẩy sự giải phóng các hợp<br /> chất trích ly và tăng cường truyền khối thông qua sự phá vỡ thành tế bào [5].<br /> 109<br /> <br /> ạc u n<br /> <br /> a Dư ng Th Thu ư ng<br /> <br /> Vì vậy ở nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hai phương pháp trích ly<br /> có siêu âm và trích ly có xử lý bằng enzyme pectiase đến việc làm tăng hiệu suất thu hồi dịch quả thanh<br /> long ruột đỏ.<br /> 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP<br /> 2.1. Vật liệu<br /> Thanh long ruột đỏ (hylocereus polyrhizus) được mua ở siêu thị Aeon (quận Tân Phú, Tp.HCM); có<br /> nguồn gốc từ miền Tây Nam Bộ do Công ty Nhất Điền-TP HCM cung cấp. Thanh long ruột đỏ được<br /> chọn có khối lượng 400-500 gram, ở giai đoạn chín đều, không bị héo, không bị dập nát, mùi tự nhiên<br /> không bị ung thối. Thanh long được làm sạch, bóc vỏ và xay nhỏ để thu puree và được bảo quản dưới 180C trong tủ đông. Khi tiến hành trích ly, mẫu được rã đông ở nhiệt độ phòng cho tới khi trở về dạng<br /> puree ban đầu.<br /> Enzyme Pectinase Ultra SPL (9500 PGU/mL) do hãng Novozyme (Đan Mạch) sản xuất.<br /> Thiết bị siêu âm do hãng Sonics sản xuất, tần số 20 kHz, công suất cực đại 300 W.<br /> 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu<br /> hư ng pháp ph n t ch các thành phần hóa lý c bản của thanh long ruột đỏ<br /> Hàm lượng chất khô hòa tan tổng (°Brix) được đo bằng khúc xạ kế cầm tay Atago Master 20M<br /> (thang đo 0-200Brix; Nhật Bản) theo AOAC 932.12 [6].<br /> Hàm lượng axit tổng (g/l) được xác định theo phương pháp chuẩn độ bằng NaOH 0,1N theo AOAC<br /> 981.12 [6]; pH ở điểm dừng bằng 8,2.<br /> Hàm lượng đường tổng tính theo glucose (g/100g) xác định theo phương pháp được mô tả ở AOAC<br /> 981.18 [6].<br /> Màu sắc được đo bằng thiết bị CR-400; Konica Minolta (Nhật Bản) dựa trên không gian màu Hunter<br /> L, a, b (L: thể hiện độ sáng, có phạm vi từ 0 (đen) đến 100 (trắng); a: thể hiện màu từ xanh lục đến đỏ, có<br /> phạm vi từ -a (xanh lục) đến +a (đỏ); b: thể hiện màu từ xanh dương đến vàng, có phạm vi từ -b (xanh<br /> dương) đến +b (vàng)).<br /> hư ng pháp tr ch ly d ch quả có sử dụng enzyme pectinase<br /> Lấy 50 g puree thanh long được trộn với 50 g nước cất (pH của hỗn hợp xấp xỉ 5). Quá trình thủy<br /> phân được tiến hành ở nhiệt độ phòng (trung bình 30 °C); nồng độ enzyme (%, mL/g) và thời gian trích ly<br /> (phút) được điều chỉnh theo kế hoạch thực nghiệm; khuấy trộn được tiến hành thủ công bằng đũa thủy<br /> tinh. Sau thủy phân hỗn hợp được lọc qua rây 0,3 mm để thu dịch lọc.<br /> Các tổ hợp của nồng độ pectinase (0,1; 0,3; 0,35; 0,4% mL/g) (dựa trên cơ sở của một số nghiên cứu<br /> trước đó [7,8] và thời gian xử lý (10; 20; 30; 40; 50; 60 phút) được xây dựng theo phương pháp thực<br /> nghiệm yếu tố toàn phần; mỗi tổ hợp được lặp lại 3 lần. Theo đó có 24 tổ hợp và 24 3= 72 mẻ thí<br /> nghiệm.<br /> Hiệu quả trích ly được đánh giá qua hiệu suất thu hồi và độ nhớt của dịch lọc.<br /> 2.2.3. hư ng pháp tr ch ly d ch quả có sử dụng sóng siêu m<br /> Nguyên liệu trích ly gồm puree và nước cất được phối trộn theo tỷ lệ tương tự ở mục 2.2.2. Đầu<br /> phát sóng siêu âm được nhúng ngập vào hỗn hợp 2 cm tại tâm becher. Các thông số của quá trình trích ly<br /> là thời gian trích ly (phút) và công suất siêu âm (W) được thực hiện theo kế hoạch thực nghiệm. Sau trích<br /> ly, hỗn hợp được làm nguội về nhiệt độ phòng dưới vòi nước và lọc qua rây 0,3 mm để thu dịch lọc.<br /> Các tổ hợp của công suất siêu âm (150 W và 262,5 W) và thời gian trích ly (5; 10; 15 phút) được xây<br /> dựng theo phương pháp thực nghiệm yếu tố toàn phần; mỗi tổ hợp được lặp lại 3 lần; tương ứng 6×3=18<br /> mẻ thí nghiệm.<br /> Hiệu suất thu hồi và độ nhớt của dịch lọc được xác định để đánh giá hiệu quả trích ly.<br /> 2.2.4. hư ng pháp chu n b mẫu đối chứng<br /> Ở mỗi thí nghiệm, song song với mẫu có siêu âm hoặc có xử lý pectinase, mẫu đối chứng được thực<br /> 110<br /> <br /> Ảnh hưởng của xử lý bằng sóng siêu m và enzyme pectinase đến hiệu suất thu h i d ch quả...<br /> hiện ở điều kiện thời gian tương tự nhưng không được siêu âm hay xử lý enzyme pectinase.<br /> 2.2.5. Các phư ng pháp ph n t ch trên d ch tr ch ly<br /> Hiệu suất thu hồi: Là tỉ lệ % khối lượng dịch lọc và khối lượng hỗn hợp (puree và nước cất) ban đầu.<br /> H(%) =<br /> <br /> x 100<br /> <br /> Trong đó:<br /> m: Khối lượng dịch lọc thu được sau khi lọc, g.<br /> m0: Khối lượng mẫu ban đầu (gồm puree và nước cất), g.<br /> Các khối lượng được xác định bằng cân kỹ thuật (độ chính xác 0,01g).<br /> Xác định độ nhớt bằng nhớt kế mao quản:<br /> Nguyên tắc: Độ nhớt của dung dịch càng lớn thì thời gian chảy của một thể tích xác định của dung<br /> dịch qua ống mao quản càng kéo dài.<br /> Tiến hành: Lấy chính xác 10 mL nước cất đổ vào nhớt kế mao quản để tính thời gian chảy. Sau đó,<br /> lấy chính xác 10 mL dịch cũng đổ vào nhớt kế mao quản trong cùng một điều kiện để tính thời gian chảy.<br /> Các phép đo được tiến hành ở nhiệt độ phòng (25-30 °C).<br /> Kết quả:<br /> <br /> Trong đó: ndd là độ nhớt của dung dịch<br /> Ndm là độ nhớt của dung môi, ở đây dung môi là nước cất có độ nhớt là 1.002 mPas<br /> Tdd là thời gian chảy của dung dịch<br /> Tdm là thời gian chảy của dung môi<br /> 2.2.6<br /> <br /> hư ng pháp xử lý thống kê<br /> <br /> Sự khác biệt về hiệu suất thu hồi dịch quả được đánh giá bằng phương pháp phân tích phương sai<br /> ANOVA (α=0,05) và kiểm định Student (α=0,05); số liệu thực nghiệm được trình bày dưới dạng trung<br /> bình và độ lệch chuẩn, mỗi phép đo được lặp lại 3 lần (n = 3). Phần mềm quy hoạch thực nghiệm và xử lý<br /> thống kê được sử dụng là JMP 10.0.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN<br /> 3.1. Thành phần hóa lý cơ bản của thanh long ruột đỏ<br /> Bảng 1. Thành phần hóa lý cơ bản của thanh long ruột đỏ<br /> Chỉ tiêu<br /> <br /> Trung bình<br /> <br /> Độ lệch chuẩn (SD)<br /> <br /> L<br /> <br /> 26,29<br /> <br /> 3,39<br /> <br /> a<br /> <br /> 25,89<br /> <br /> 3,50<br /> <br /> b<br /> <br /> 2,75<br /> <br /> 1,18<br /> <br /> °Brix<br /> <br /> 12,20<br /> <br /> 0,63<br /> <br /> Hàm lượng axit tổng (g/100g)<br /> <br /> 0,25<br /> <br /> 0,01<br /> <br /> Hàm lượng đường tổng (g/100g)<br /> <br /> 8,9<br /> <br /> 0,73<br /> <br /> Màu sắc<br /> <br /> Kết quả khảo sát nguyên liệu ở Bảng 1 cho thấy thịt quả thanh long ruột đỏ có màu đỏ tím đặc<br /> trưng với giá trị trung bình của L, a, b lần lượt bằng 26,29; 25,89; 2,75. Thành phần đặc trưng cho trái cây<br /> là hàm lượng chất khô hòa tan tổng Brix là 12,20; axit tổng là 0,25 g/100g và hàm lượng đường tổng là<br /> 111<br /> <br /> ạc u n<br /> <br /> a Dư ng Th Thu ư ng<br /> <br /> 8,9 g/100g. Theo Viện Nghiên cứu cây ăn quả miền Nam (VNCCAQMN), trái thanh long ruột đỏ cho<br /> điểm cảm quan cao nhất (đạt 4,5 trên thang điểm 5) khi hàm lượng chất khô hòa tan tổng (°Brix) nằm<br /> trong khoảng 13,0-13,9 [9]. Như vậy, có thể thấy rằng chất lượng cảm quan của mẫu thanh long ruột đỏ ở<br /> nghiên cứu này thấp hơn so với thông số mà VNCCAQMN đưa ra; cụ thể là vị ít ngọt so với trái có chất<br /> lượng tối đa. Nguyên nhân ở đây có thể là do các trái có chất lượng cao đã được xuất khẩu dẫn đến hầu<br /> hết thanh long ruột đỏ được phân phối trong nước là hàng thứ phẩm có chất lượng thấp hơn.<br /> 3.2. Ảnh hƣởng của điều kiện xử lý pectinase đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi dịch quả<br /> Thủy phân pectin trong dịch quả trước khi lọc bằng pectinase là phương pháp truyền thống giúp làm<br /> tăng độ trong của sản phẩm cũng như hiệu suất thu hồi dịch [10]. Kết quả thực nghiệm cho thấy nồng độ<br /> enzyme và thời gian trích ly ảnh hưởng có nghĩa (p