Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu ứng dụng enzym tanase để thủy phân tanin và thử nghiệm lên men rượu vang từ dịch ép quả điều

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu sử dụng kết hợp giữa enzym tanase và gelatin để xử lý tách loại tanin hiệu quả, giảm vị quá chát và tăng hàm lượng polyphenol ở dịch sau xử lý, nhằm làm nguồn nguyên liệu bổ dưỡng tạo ra đặc sản của địa phương, giảm ô nhiễm môi trường và tăng thu nhập cho người nông dân.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu ứng dụng enzym tanase để thủy phân tanin và thử nghiệm lên men rượu vang từ dịch ép quả điều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- VÕ THỊ THU GIANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYM TANASE ĐỂ THỦY PHÂN TANIN VÀ THỬ NGHIỆM LÊN MEN RƯỢU VANG TỪ DỊCH ÉP QUẢ ĐIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC TP. Hồ Chí Minh - 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- VÕ THỊ THU GIANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYM TANASE ĐỂ THỦY PHÂN TANIN VÀ THỬ NGHIỆM LÊN MEN RƯỢU VANG TỪ DỊCH ÉP QUẢ ĐIỀU Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Hướng dẫn 1: TS. NGUYỄN VĂN KHOA Hướng dẫn 2: TS: LÊ THỊ ÁNH HỒNG TP. Hồ Chí Minh - 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng enzym tanase để thủy phân tanin và thử nghiệm lên men rượu vang từ dịch ép quả điều” là do tôi thực hiện với sự đồng ý và hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Nguyễn Văn Khoa và cô TS. Lê Thị Ánh Hồng. Đây không phải là bản sao chép của bất kì một cá nhân, tổ chức nào. Các kết quả thực nghiệm, số liệu, nguồn thông tin trong luận văn là do tôi tiến hành, trích dẫn, tính toán và đánh giá. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày ở luận văn này. TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 Người cam đoan Võ Thị Thu Giang
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Văn Khoa và cô TS. Lê Thị Ánh Hồng đã dành rất nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Sinh học nhiệt đới và Viện Công nghệ Hóa học, thầy cô giảng viên và Học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành khóa học. Tôi xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp, những người luôn động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình học tập, làm việc và nghiên cứu. Và cuối cùng, tôi xin dành những tình cảm trân trọng nhất cho những người thân trong gia đình đã luôn động viên và giúp tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình học tập, làm việc và nghiên cứu. Võ Thị Thu Giang
iii DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT BYT: Bộ Y Tế NN&PTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn EC: Cộng đồng Châu Âu (European Community) FAO: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) IWSR: Phân tích thị trường đồ uống của Anh NT: Nghiệm thức OIV: Tổ chức Rượu vang và Rượu Quốc tế QCVN: Quy Chuẩn Việt Nam S1: Saccharomyces cerevisiae K1 V1116 (S1) S2: Saccharomyces uvarum 664 (S2) SBD: Sabouraud TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam
iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số thành phần dinh dưỡng ở quả điều……………………… .9 Bảng 2.1: Một số thành phần dinh dưỡng ở dịch ép quả điều. ....................... 27 Bảng 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ của dịch ép quả điều đến hoạt tính của enzym tanase. ............................................................................ 27 Bảng 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng enzym tanase. ....................... 28 Bảng 2.4: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng gelatin đến quá trình tách loại tanin trong dịch ép quả điều. ........................................................................... 29 Bảng 2.5: Lựa chọn môi trường nhân giống nấm men. .................................. 30 Bảng 2.6: Giá trị thay đổi của các thông số trong quá trình lên men chính. .. 31 Bảng 2.7: Thiết kế thí nghiệm CCD để tối ưu hóa quá trình lên men chính ở dịch ép quả điều............................................................................................... 32 Bảng 2.8: Kết quả xây dựng đường chuẩn axit gallic. ................................... 33 Bảng 2.9: Điểm trung bình và hệ số trọng lượng............................................ 37 Bảng 2.10: Bảng điểm chất lượng của sản phẩm. ........................................... 38 Bảng 3.1: Một số các chỉ tiêu dinh dưỡng trong dịch ép quả điều ban đầu... 40 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến quá trình thủy phân tanin bằng enzym tanase trong thời gian 30 phút. ............................................................ 42 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng enzym tanase đến tách loại tanin. ....... 43 Bảng 3.4: Một số thành phần dinh dưỡng ở dịch quả điều sau quá trình tách loại tanin. ......................................................................................................... 47 Bảng 3.5: Kết quả phân tích ANOVA đến quá trình hình thành cồn trong lên men chính. ....................................................................................................... 54 Bảng 3.6: Tác động các yếu tố đến quá trình hình thành độ cồn theo phần mềm JMP......................................................................................................... 55
v Bảng 3.7: Kết quả kiểm tra thực nghiệm từ thông số của............................... 58 Bảng 3.8: Kết quả một số chỉ tiêu ở sản phẩm rượu vang điều. ..................... 60 Bảng 3.9: Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh vật ở rượu vang điều. ........... 60
vi DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ Hình 1.1: Cây điều. ........................................................................................... 3 Hình 1.2: Khu vực trồng điều trên thế giới. ...................................................... 5 Hình 1.3: Đóng góp của các nước đối với sản lượng điều thế giới năm .......... 6 Hình 1.4: Thị trường xuất khẩu hạt điều của Việt Nam ................................... 6 Hình 1.5: Quả điều. ........................................................................................... 8 Hình 1.6: Quả điều bị vứt bỏ khi đến mùa thu hoạch. ...................................... 8 Hình 1.7: Phản ứng thủy phân ellagitanin....................................................... 11 Hình 1.8: Phản ứng thủy phân gallotanin. ...................................................... 11 Hình 1.9: Cấu trúc của các flavonoic. ............................................................. 12 Hình 1.10: Phản ứng xúc tác thủy phân ở enzym tanase. ............................... 13 Hình 2.1: Quá trình ép quả điều bằng máy ép trục vít………………………24 Hình 3.1: Hiệu quả tách loại tanin bằng gelatin ở các nồng độ khác nhau….45 Hình 3.2: Hiệu quả tách loại tanin bằng gelatin ở các nhiệt độ khác nhau..... 46 Hình 3.3: Dịch ép quả điều trước và sau xử lý bằng enzyme tanase và gelatin. ......................................................................................................................... 48 Hình 3.4: Đường cong sinh trưởng của nấm men Saccharomyces cerevisiae K1 V1116 (S1). ............................................................................................... 49 Hình 3.5: Đường cong sinh trưởng của nấm men Saccharomyces uvarum 664 (S2). ................................................................................................................. 49 Hình 3.6: Sự biến thiên oBrix .......................................................................... 51 Hình 3.7: Sự biến thiên độ cồn........................................................................ 51 Hình 3.8: Sự biến đổi hàm lượng axit tổng số trong quá trình lên men chính. ......................................................................................................................... 52 Hình 3.9: Sự biến đổi giá trị pH trong quá trình lên men chính. .................... 52
vii Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của 3 yếu tố khảo sát đến độ cồn tạo thành trong không gian 3 chiều. ...................................................................... 55 Hình 3.11: Kết quả tối ưu hóa ba yếu tố ảnh hưởng theo phần mềm JMP. .... 56 Hình 3.12: Kết quả các chỉ tiêu theo dõi trong quá trình lên men. ................. 58 Hình 3.13: Rượu vang điều. ............................................................................ 59 Sơ đồ 3.1: Giản đồ phân tích HPLC xác định axit gallic trong dịch ép quả điều trước và sau khi thủy phân bằng enzym tanase............................................... 44 Sơ đồ 3.2: Quy trình sản xuất rượu vang điều……………………………….61
viii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢN, SƠ ĐỒ MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3 1.1. CÂY ĐIỀU ................................................................................................. 3 1.1.1. Khái quát về cây điều ........................................................................... 3 1.1.2. Tình hình sản xuất, chế biến và tiêu thụ hạt điều ................................ 5 2. QUẢ ĐIỀU .................................................................................................... 7 1.3. TANIN ..................................................................................................... 10 1.3.1. Định nghĩa .......................................................................................... 10 1.3.2. Phân loại và cấu trúc ...................................................................... 10 1.4. ENZYM TANASE ................................................................................... 12 1.4.1. Định nghĩa và tính đặc hiệu .............................................................. 12 1.4.2. Thành phần cấu tạo và cơ chế xúc tác của enzym tanase ................. 12 1.4.3. Ứng dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzym.................. 13 1.5. GELATIN................................................................................................. 14 1.5.1. Định nghĩa .......................................................................................... 14 1.5.2. Tính chất ............................................................................................ 14 1.5.3. Liên kết hóa học giữa gelatin và tanin ............................................... 15 1.6. RƯỢU VANG .......................................................................................... 16
ix 1.6.1. Giới thiệu chung về rượu vang .......................................................... 16 1.6.2. Phân loại rượu vang .......................................................................... 16 1.6.3. Tình hình sản xuất rượu vang ............................................................ 18 1.6.3.1. Trên thế giới ................................................................................ 18 1.6.3.2. Ở Việt Nam................................................................................... 18 1.6.4. Cơ chế lên men rượu vang ................................................................. 19 1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men .................................... 20 1.6.5.1. Nấm men ...................................................................................... 20 1.6.5.2. Ảnh hưởng của pH ...................................................................... 21 1.6.5.3. Ảnh hưởng của hàm lượng khí oxy .............................................. 21 1.6.5.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................... 21 1.6.5.5. Ảnh hưởng của nồng độ đường .................................................. 22 1.6.6.6. Ảnh hưởng của nồng độ etanol .................................................... 22 1.6.6.7. Ảnh hưởng của thời gian lên men ................................................ 22 1.6.6.8. Ảnh hưởng của CO2 .................................................................... 23 Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 24 2.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ......................................... 24 2.1.1. Thời gian ............................................................................................ 24 2.1.2. Địa điểm ............................................................................................. 24 2.2. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ................................................... 24 2.2.1. Dịch ép quả điều ................................................................................ 24 2.2.2. Enzym tanase ..................................................................................... 24 2.2.3. Gelatin ................................................................................................ 25 2.2.4. Vi sinh vật .......................................................................................... 25
x 2.3. MÔI TRƯỜNG, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ................................................................................................................ 25 2.3.1. Môi trường ......................................................................................... 25 2.3.2. Hóa chất ............................................................................................. 25 2.3.4. Dụng cụ và thiết bị ............................................................................. 26 2.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................... 26 2.4.1. Xác định thành phần dinh dưỡng ở dịch ép quả điều ban đầu........... 26 2.4.2. Xác định sự ảnh hưởng của giá trị pH, nhiệt độ ở dịch ép quả điều và hàm lượng enzym tanase đến hiệu suất thủy phân tanin ............................. 26 2.4.3. Xác định sự ảnh hưởng của hàm lượng gelatin và nhiệt độ ở dịch ép quả điều đến hiệu suất tách loại tanin. ........................................................ 28 2.4.5. Khảo sát môi trường nuôi cấy và xác định chủng nấm men thích hợp cho quá trình lên men dịch ép quả điều ....................................................... 29 2.4.6. Xác định điều kiện tối ưu hóa trong quá trình lên men rượu vang điều ...................................................................................................................... 30 2.4.7. Xây dựng quy trình lên men rượu vang điều ..................................... 32 2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 32 2.5.1. Xác định hàm lượng tanin theo phương pháp Lowenthal ................. 32 2.5.2. Xác định hàm lượng polyphenol ........................................................ 33 2.5.3. Khả năng bắt gốc tự do theo DPPH (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl) ...................................................................................................................... 34 2.4.4. Xác định năng lực khử ....................................................................... 34 2.5.5. Xác định hiệu suất tách loại tanin ...................................................... 35 2.5.6. Xác định hàm lượng chất khô hòa tan (oBrix) .................................. 35 2.5.7. Xác định pH ....................................................................................... 35 2.5.8. Xác định hàm lượng axit tổng số ....................................................... 35
xi 2.5.9. Xác định tế bào nấm men bằng buồng đếm hồng cầu ....................... 36 2.5.10. Xác định độ cồn trong rượu ............................................................. 36 2.5.11. Đánh giá cảm quan........................................................................... 37 2.5.12. Xử lí số liệu ...................................................................................... 38 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 39 3.1. MỘT SỐ CHỈ TIÊU DINH DƯỠNG TRONG DỊCH ÉP QUẢ ĐIỀU BAN ĐẦU ....................................................................................................... 39 3.2. KHẢO SÁT THỦY PHÂN TANIN BẰNG ENZYM TANASE ........... 41 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÁCH LOẠI TANIN BẰNG GELATIN ........ 45 3.4. MỘT SỐ THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG TRONG DỊCH ÉP QUẢ ĐIỀU SAU XỬ LÝ ......................................................................................... 47 3.5. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VÀ NẤM MEN THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN ................................................ 48 3.5.1. Kết quả xác định môi trường và thời điểm dừng ở quá trình nhân giống nấm men ............................................................................................. 48 3.5.2. Kết quả lựa chọn nấm men để lên men rượu vang điều .................... 50 3.6. TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN LÊN MEN................................................... 54 3.7. XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU VANG ĐIỀU ............ 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH .......................................................................... 61 KẾT LUẬN .................................................................................................. 62 KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 64 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 71
1 MỞ ĐẦU Cây điều (đào lộn hột) có tên khoa học Anacardium occidentale, là cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt ở những quốc gia thuộc khu vực cận xích đạo, nơi có nhiệt độ và độ ẩm cao. Ở Việt Nam, điều là cây kinh tế vườn quan trọng trong cơ cấu cây trồng của các tỉnh phía Nam như: Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, Bình Thuận, Gia Lai, Bình Định...với tổng diện tích thu hoạch hơn 300 nghìn hecta [1]. Theo ước tính năm 2017, lần đầu tiên nước ta vươn lên là nước xuất khẩu hạt điều đứng đầu thế giới với tổng sản lượng xuất khẩu đạt hơn 360 nghìn tấn hạt điều và giá trị đạt hơn 3 tỷ đô la Mỹ [2]. Quả điều gồm hạt điều và cuống điều (hay còn gọi là quả điều giả, trong dân gian gọi là quả điều, ở đề tài này cũng gọi là quả điều). Theo các nghiên cứu tại Ấn Độ, Brasil, Nigeria hàm lượng vitamin C trong dịch ép quả điều đạt tới 219 mg/100mL cao gấp 5 lần cam, 12 lần so với dứa [3,4]. Dịch ép quả điều còn chứa hàm lượng cao các hợp chất tanin, polyphenol là các hợp chất kháng oxy hóa tự nhiên rất có lợi cho sức khỏe giúp ngăn ngừa ung thư và phòng chống các vi khuẩn gây viêm dạ dày [3]. Thế nhưng khi đến mùa thu hoạch hạt điều được giữ lại để chế biến, quả điều bị vứt bỏ, nguyên nhân do chứa hàm lượng tanin (250-470 mg/100mL) cao gây chát, sít lưỡi và khô rát vòm họng khi sử dụng. Theo thống kê, cứ khoảng 8-10 tấn quả điều sẽ thu về khoảng 1 tấn hạt điều thô, như vậy lượng quả điều đang bị bỏ hiện nay của nước ta ước khoảng 2,5-3 triệu tấn [5]. Quả điều rất giàu dinh dưỡng, có khả năng kháng oxy hóa cao là bạn của sức khỏe, nhưng đang bị vứt bỏ vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa lãng phí. Nếu loại bỏ được vị chát tận dụng được nguồn nguyên liệu quả điều, mang nhiều ý nghĩa to lớn. Theo các nghiên cứu trước đây, để tách loại hàm lượng tanin thường sử dụng gelatin, casein, lòng trắng trứng, tinh bột gạo, tinh bột sắn… nhằm tạo kết tủa protein-tanin loại ra khỏi dung dịch [4]. Phương pháp truyền thống này có nhược điểm là tiến hành ở nhiệt độ cao 60-80oC làm mất đi các vitamin B, C có trong dịch quả điều. Đồng thời tanin cũng là một polyphenol hữu ích bị loại hẳn ra khỏi dịch ép, làm giảm hàm lượng polyphenol hữu ích và
2 khả năng kháng oxy hóa của dịch ép quả điều ban đầu. Dịch ép sau xử lý thu được chế biến các loại đồ uống như: nước giải khát, nước lên men,...vẫn còn vị quá chát và sít lưỡi. Do vậy, ở nước ta vẫn chưa có nơi nào sản xuất rượu/nước uống dinh dưỡng từ dịch ép quả điều. Ngược lại các loại nước uống được lên men từ các loại quả cho độ cồn nhẹ, hương vị thơm tự nhiên, tốt cho sức khỏe như: kích thích tiêu hóa, giảm stress…thì đang được ưa chuộng và mang lại nhiều giá trị kinh tế. Từ lý do trên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng enzym tanase để thủy phân tanin và thử nghiệm lên men rượu vang từ dịch ép quả điều” được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu sử dụng kết hợp giữa enzym tanase và gelatin để xử lý tách loại tanin hiệu quả, giảm vị quá chát và tăng hàm lượng polyphenol ở dịch sau xử lý, nhằm làm nguồn nguyên liệu bổ dưỡng tạo ra đặc sản của địa phương, giảm ô nhiễm môi trường và tăng thu nhập cho người nông dân. * Mục tiêu đề tài Xác định điều kiện tối ưu của enzym tanase và gelatin trong quá trình thủy phân và tách loại tanin đạt hiệu suất cao nhất nhưng vẫn giữ được dinh dưỡng trong dịch ép quả điều. Xây dựng quy trình sản xuất rượu vang điều từ dịch ép quả điều sau khi tách loại tanin. * Ý nghĩa khoa học Sử dụng enzym tanase để thủy phân tanin thủy phân trong dịch ép quả điều là nghiên cứu rất mới, vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào ở Việt Nam và thế giới sử dụng enzym này cho dịch ép điều. Sử dụng kết hợp phương pháp sinh hóa (enzym tanase và gelatin) đã xử lý tanin hiệu quả cao, giảm vị chát nhưng vẫn giữ được hàm lượng dinh dưỡng trong dịch quả điều. * Ý nghĩa thực tiễn Tận dụng nguồn nguyên liệu đang bị vứt bỏ tạo thành sản phẩm có ích giúp làm giảm ô nhiễm môi trường và tăng thu nhập cho nông dân, góp phần đa dạng hóa sản phẩm cho ngành điều.
3 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY ĐIỀU 1.1.1. Khái quát về cây điều Phân loại thực vật: Giới: Thực vật (Plantae) Ngành: Thực vật có hoa (Angiospermae) Lớp: Hai lá mầm thực sự (Eudicots) Phân lớp: Phân lớp Hoa hồng (Rosids) Bộ: Bồ hòn (Sapindales) Hình 1.1: Cây điều. Họ: Đào lộn hột (Anacardiaceae) Chi: Đào lộn hột (Anacardium) Loài: Đào lộn hột (Anacardium occidental) Cây điều (hình 1.1) có tên khoa học là Anacardium occidentale Linn., còn được gọi là cây đào lộn hột có nguồn gốc từ Brasil-khu vực Nam Mỹ. Cây có đặc tính gỗ tốt, gây hiệu ứng cảnh quan. Quả có chứa các thành phần dinh dưỡng tốt cho sức khỏe con người (vitamin, khoáng, hàm lượng polyphenol,...) và có thể ăn được nên nhanh chóng được phổ biến rộng rãi trên khắp thế giới. Điều là cây công nghiệp lâu năm có tuổi thọ lên tới 40 năm tuổi; cây thường cho năng suất ổn định trong giai đoạn từ 10 đến 20 năm sau khi trồng. Cây điều có thể sinh trưởng và phát triển từ vĩ độ 25o Bắc đến 25o Nam nhưng vùng sản xuất chủ yếu từ vĩ độ 15o Bắc đến 15o Nam. Độ cao so với mặt nước biển của vùng đất trồng phụ thuộc vào vĩ độ, địa hình và vùng khí hậu nhưng thích hợp nhất là dưới 600 m so với mặt nước biển. Độ dài ngày và thời gian chiếu sáng không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển, cây có thể sống từ 5-45oC nhưng nhiệt độ trung bình thích hợp nhất là khoảng 27oC. Đồng thời cây điều thích nghi với lượng mưa hàng năm biến động từ 400-5000 mm, thích hợp nhất là 1000-2000 mm và ở cây cần ít nhất 2 tháng khô hạn hoàn toàn để phân hóa mầm hoa. Độ ẩm tương đối ít ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển ở cây điều, tuy nhiên nếu độ ẩm quá cao trong thời kỳ ra hoa có thể làm gia tăng bệnh thán thư ở cây do bọ xít và muỗi gây ra. Trong khi đó độ ẩm
4 tương đối thấp kết hợp với gió nóng sẽ gây khô bông và rụng quả non. Đất trồng cây điều thích hợp nhất là các loại đất giàu chất hữu cơ, pH từ 6,3-7,3 không thích hợp với các loại đất ngập úng, nhiễm phèn, mặn, hay đất có tầng canh tác mỏng [6]. Cây điều phát triển tốt ở những nơi có ánh sáng mạnh, thân cao khoảng từ 3-8 m, trong điều kiện sinh trưởng tốt cây có thể cao tới 10 m. Thân và cành cây thường có nhiều mủ, cành thường phát sinh theo chiều ngang, tán cây có dạng hình dù. Rễ cây điều thuộc loại rễ cọc, các rễ ngang phát triển mạnh, ăn sâu vào trong đất để tìm kiếm chất dinh dưỡng. Khi trồng nơi đất tơi xốp thì chỉ cần sau 2 đến 3 tháng, cây có thể cắm sâu xuống 80 cm, sau khi trồng được 5 tháng, rễ cây ăn sâu vào đất tới 2 m. Tùy vào loại đất và khả năng sinh trưởng của cây, bộ rễ có thể ăn sâu hàng chục mét. Vì vậy mà cây có khả năng chịu hạn rất tốt, có thể sinh trưởng bình thường trong mùa khô từ 5-6 tháng. Bộ lá ở cây thường tập trung ở đầu cành, lá thường có chiều dài từ 10-20 cm, chiều rộng từ 5-10 cm, cuống lá ngắn. Phiến lá khá dày với những đường gân nổi rõ đặc biệt là mặt dưới, khi còn non lá điều thường có màu đỏ hoặc hơi xanh nhạt, khi già lá chuyển sang màu xanh đậm. Bộ tán của cây điều thường rất rộng, khi cây trưởng thành thì bộ tán có thể rộng đến 5 m tính từ gốc [6]. Cây điều thường ra hoa vào lúc kết thúc mùa mưa chuẩn bị chuyển sang mùa khô. Hoa điều có cả hoa đơn tính và hoa lưỡng tính, mọc thành từng chùm, số lượng hoa mỗi chùm có khoảng từ vài chục hoặc hàng trăm. Hoa điều thường có màu vàng hoặc trắng có 5 cánh, đối với hoa đực chỉ có nhị đực còn hoa lưỡng tính thì có tới 8 đến 10 nhị đực và 1 nhụy cái. Thông thường thì chỉ có 1 nhị đực ở hoa lưỡng tính phát triển đầy đủ các chức năng và có khả năng tung phấn. Hoa điều thường mọc ở đầu cành, bao gồm cả hoa đực lẫn hoa lưỡng tính. Hoa thường chỉ thụ phấn bằng côn trùng hoặc gió, nở vào buổi sáng nhưng trong lúc hoa đang nở có xuất hiện mưa thì bao phấn sẽ không thể nứt ra để phấn rớt vào nên quá trình thụ phấn sẽ không xảy ra khiến mất mùa. Cây điều sau 2-3 năm trồng mới thì bắt đầu trổ hoa, thời gian ra hoa thường kéo dài khoảng 3 tháng [6].
5 1.1.2. Tình hình sản xuất, chế biến và tiêu thụ hạt điều + Trên thế giới [7]: Hình 1.2: Khu vực trồng điều trên thế giới. (Nguồn: Various trade and government, 2016). Trong những năm gần đây, hạt điều đã qua chế biến trở thành mặt hàng cao cấp ngày càng được ưa chuộng và tiêu thụ mạnh trên khắp thế giới như: Mỹ, Anh, Pháp, Nhật Bản,... Theo thống kê của FAO, hiện nay có 32 quốc gia trồng điều với tổng sản lượng hạt điều thô trên toàn thế giới từ 1.500-1.600 ngàn tấn. Nhưng cây điều sinh trưởng và phát triển tốt ở những quốc gia thuộc khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới - nơi có nhiệt độ và độ ẩm cao, do vậy việc canh tác cây điều được phân bố chủ yếu ở các nước (hình 1.2): Ấn Độ, Brasil, Việt Nam, Thái Lan, Indonesia, Philippin, các nước ở Tây Phi và Đông Phi… Sản lượng điều toàn cầu ở giai đoạn 2015-2016 đạt gần 3,25 triệu tấn hạt điều tươi. Từ hình 1.3, có thể thấy rằng Tây Phi đứng đầu về sản lượng điều toàn cầu (45%), tiếp theo là Ấn Độ (22%), Việt Nam (12%), Đông Phi (9%) sau đó ở các nước: Brasil, Indonesia, Campuchia...Trong số những quốc gia sản xuất và chế biến điều lớn nhất thế giới như: Ấn Độ, Brasil và Việt Nam… Việt Nam lần đầu tiên vươn lên là nước chế biến và xuất khẩu hạt điều đứng đầu thế giới, chiếm thị phần trên 60% tổng giá trị xuất khẩu hạt điều toàn cầu, xếp trên cả Ấn Độ và Brasil. Sản lượng chế biến đạt 1,65 triệu tấn hạt điều thô; xuất khẩu 391.000 tấn nhân điều, đạt kim ngạch xuất khẩu 3,52 tỷ USD, tăng 7,8% về lượng so với năm 2017. Với năng lực chế biến lớn nước ta phải nhập khẩu điều thô từ các nước châu Phi, Campuchia… Trong đó các quốc gia thuộc khu vực châu Phi sản lượng điều chế biến rất ít, hơn 90% lượng điều thô của các
6 quốc gia thuộc khu vực này đều được xuất khẩu sang Việt Nam, Ấn Độ, Brasil. Hiện nay các quốc gia châu Phi đang có nhiều nỗ lực nhằm gia tăng năng lực chế biến hạt điều. Theo số liệu của INC Global Statistics Review, nhu cầu về hạt điều nhân trên thế giới giai đoạn 2009-2016 khá cao khoảng 6,1%, trong khi sản lượng điều nhân thế giới giai đoạn 2005-2006 chỉ đáp ứng được khoảng ½ nhu cầu. Nhu cầu tiêu thụ hạt điều chế biến qua nhiều thập niên ngày một gia tăng do ở hạt điều mang lại hàm lượng dinh dưỡng và năng lượng cao. Cụ thể, các quốc gia có mức tăng trưởng tiêu thụ nhanh nhất gồm: Liên Bang Nga, các nước Trung Đông và Canada với lượng tiêu thụ điều nhân lần lượt là 15,6%, 8,7% và 5,6%. Hình 1.3: Đóng góp của các nước đối với sản lượng điều thế giới năm 2015-2016 (nguồn: Various trade and government, 2016). + Ở Việt Nam Hình 1.4: Thị trường xuất khẩu hạt điều của Việt Nam (nguồn Bộ NN&PTNT, 2017).
7 Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tổng diện tích trồng điều ở nước ta khoảng 337 nghìn hecta. Trong đó tỉnh Bình Phước có hơn 134 nghìn hecta đang được sử dụng canh tác điều, chiếm khoảng 40% diện tích trồng điều cả nước, cùng với đó là khoảng hơn 200 doanh nghiệp và 400 hộ kinh doanh tham gia vào khâu chế biến và xuất khẩu hạt điều. Điều đó làm cho tỉnh này trở thành “thủ phủ” điều của cả nước [8]. Theo Tổng Cục Hải Quan Việt Nam, kết quả thống kê giá trị xuất khẩu hạt điều của Việt Nam tăng qua các năm. Cụ thể, giá trị xuất khẩu năm 2007 đạt 654 triệu USD, năm 2008 đạt 920 triệu. Đến năm 2010, nước ta xuất khẩu 80.000 tấn hạt điều, đạt 1.136 triệu USD tăng đến 26% giá trị và 6% số lượng so các năm trước. Thống kê của FAO năm 2017, cả nước chế biến hơn 1,6 triệu tấn nguyên liệu nhưng nguồn cung trong nước chỉ đáp ứng được 220 nghìn tấn, phần còn lại phải nhập khẩu và doanh thu vượt mốc 3,5 tỷ USD/năm, lần đầu tiên vươn lên là nước xuất khẩu hạt điều lớn nhất thế giới. Trong các năm gần đây Mỹ trở thành thị trường xuất khẩu lớn nhất chiếm 34% lượng điều xuất khẩu, theo sau là Trung Quốc (14%), Hà Lan (13%), Úc, Anh, Canada và một số nước khác (hình 1.4). Theo Hiệp Hội Điều Việt Nam, nước ta được dự đoán sẽ có doanh thu xuất khẩu điều liên tục tăng trong những năm tới đây [2]. 2. QUẢ ĐIỀU Ở cây điều sau khi hoa được thụ phấn thành công thì quả thật (hạt điều) sẽ phát triển kích thước rất nhanh trong vòng 1,5 tháng đạt kích thước tối đa. Từ đó quả ngừng phát triển chuyển sang phình to phần cuống quả tạo thành quả giả, ở quả điều thường có hai phần là quả giả và quả thật (hình 1.5). Quả thật (gọi là hạt điều) thường chỉ chiếm 10-15% khối lượng quả. Hạt điều thường có dạng hình hạt đậu lớn, lớp vỏ ngoài thường có màu xám xanh khi còn tươi và sau quá trình phơi khô sẽ chuyển sang màu nâu. Hạt điều thường nhẵn có trọng lượng từ 3-5 g, để lấy được nhân hạt điều cần loại bỏ lớp vỏ hạt (lớp vỏ hạt này thường chiếm tới 70% khối lượng hạt và có vỏ dày đến 2,5-3 mm), vỏ hạt cũng được chia làm 4 phần để bao bọc lấy nhân. Ngoài cùng là vỏ ngoài rất dai và cứng, tiếp đến là vỏ giữa khá xốp, vỏ giữa thường chiếm 30% trọng lượng vỏ, đây là phần chứa dầu của hạt điều. Để lấy được nhân điều chúng