Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình rang trong quy trình sản xuất trà Cascara

Chia sẻ: Mộ Dung Vân Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình rang trong quy trình sản xuất trà Cascara" được thực hiện nhằm tối ưu hóa quá trình rang nhằm tận dụng tối đa được lượng dinh dưỡng mà vỏ cà phê mang lại hướng đến sức khỏe của người tiêu dùng và ngoài ra còn nâng cao giá trị của loại phế phẩm này. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình rang trong quy trình sản xuất trà Cascara

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH RANG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT TRÀ CASCARA Dương Anh Tân* Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: TS. Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Vỏ cà phê, nguồn phụ phẩm thu được sau khi đã tách hạt cà phê, có hàm lượng chất dinh dưỡng cao với tiềm năng được sử dụng làm nguyên liệu thô trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên, vỏ cà phê lại thường bị vứt đi hoặc sử dụng dưới dạng phế phẩm nông nghiệp. Nghiên cứu này tối ưu hóa quá trình rang nhằm tận dụng tối đa được lượng dinh dưỡng mà vỏ cà phê mang lại hướng đến sức khỏe của người tiêu dùng và ngoài ra còn nâng cao giá trị của loại phế phẩm này. Từ khóa: Cascara, phụ phẩm từ cà phê, tối ưu hóa, vỏ cà phê. 1. GIỚI THIỆU Theo Cục Trồng Trọt, Việt Nam là quốc gia xuất khẩu cà phê đứng thứ hai trên Thế Giới, sau Brazil; đồng thời là nước sản xuất và xuất khẩu cà phê Robusta lớn nhất toàn cầu (2018). Lượng vỏ cà phê từ ngành công nghiệp cà phê nhân thải ra rất lớn nhưng chỉ một lượng nhỏ vỏ được sử dụng trong nông nghiệp, công nghiệp mỹ phẩm và sử dụng làm nhiên liệu. Phần còn lại được thải ra môi trường và điều này gây ảnh hưởng xấu đến môi trường tự nhiên (Navia P et al., 2011). Mặt khác, trong vỏ cà phê chứa rất nhiều chất có lợi cho sức khỏe như caffein, acid chlorogenic, tannin, anthocyanin,… (Esquivel et al., 2012). Nhiều nghiên cứu áp dụng vỏ cà phê để làm bánh cookie giàu xơ và hoạt tính kháng oxy hóa (Damat et al., 2019). Ngoài ra, nhiều nhóm nghiên cứu khác cũng cho thấy chiết xuất vỏ cà phê trong nước có nhiều hoạt tính sinh học như trà Cascara theo công thức của La Semeuse S.A ghi nhận chứa 226 mg caffein/ L và 283 mgGAE/ L (Heeger et al., 2017). Chiết xuất từ vỏ cà phê cũng có tác dụng bảo vệ gan, chống lại gan nhiễm mỡ (Atcharaporn Ontawong et al., 2019). Do đó, đề tài “Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Quá Trình Rang Trong Quy Trình Sản Xuất Trà Cascara” được thực hiện để tìm ra thông số tối ưu cho quá trình rang nhằm tạo ra được loại thức uống có giá trị cao mang đến nhiều lợi ích cho sức khỏe và ngoài ra nghiên cứu còn là tiền đề cho sự phát triển của vỏ cà phê cho các ứng dụng trong thực phẩm khác. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu Vỏ cà phê sử dụng trong nghiên cứu là phế liệu của quá trình chế biến khô cà phê nhân Robusta tại nông trại cà phê ở Thạnh Mỹ - Lâm Đồng. 533
Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu: thuốc thử Folin, Na2CO3, Acid Gallic, Ethanol. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Xác định hàm lượng polyphenol tổng: Lấy 0,5 mL mẫu đã pha loãng 100 lần vào ống nghiệm. Cho 2,5 mL thuốc thử Folin-Ciocalteu vào lắc đều. Sau 4 phút, cho thêm 2 mL dung dịch Na2CO3 7,5% vào lắc đều. Giữ ống nghiệm trong bóng tối 60 phút. Sau đó mang đi đo độ hấp thụ ở bước sóng 765 nm (Agbor et al., 2014) 2.3. Thiết kế mô hình cho quá trình rang Quá trình rang được bố trí thí nghiệm theo Central Composite Design (CCD) và có 2 yếu tố tác động chính (nhiệt độ rang, thời gian rang) được thể hiện ở bảng 1. Bảng 10: Bố trí thí nghiệm quá trình rang Yếu tố Đơn vị Kí hiệu Phạm vi Mức độ -1 0 +1 - + Nhiệt độ rang ℃ X1 100 - 180 83 100 140 180 197 Thời gian rang Giây X2 150 - 270 125 150 210 270 295 Để tối ưu hóa cho quá trình rang thì nhiệt độ rang, thời gian rang là các biến quan trọng và được chỉ định lần lượt là X1 và X2. Mô hình hồi quy là phương trình bậc hai được thể hiện trong phương trình (*). Y= + .X1 + .X2 + .X1.X2 + .X12 + .X22 + (*) Trong đó: : Hệ số tự do. , , : Hệ số tuyến tính. , , : Hệ số tương tác. , , : Hệ số bậc hai. : Sai số thống kê. Y: Hàm lượng polyphenol tổng. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hai yếu tố tác động chính đến quá trình rang trà Cascara là nhiệt độ rang (X1) và thời gian rang (X2) được chọn làm biến quan trọng và được chỉ định ở 5 cấp độ khác nhau: cộng alpha và trừ alpha, cộng một và trừ một, điểm trung tâm. 534
Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ rang và thời gian rang đến hàm lượng Polyphenol tổng Nhiệt độ Thời gian TPC (Y1) STT X1 X2 rang rang (mg GAE/g chất khô) 1 0 140 125 - 33,51 2 -1 1 100 270 39,82 3 0 0 140 210 39,26 4 0 0 140 210 38,85 5 -1 -1 100 150 31,87 6 0 140 295 + 29,36 7 1 -1 180 150 33,67 8 0 0 140 210 39,26 9 0 0 140 210 38,98 10 0 197 210 + 27,83 11 0 83 210 - 29,12 12 1 1 180 270 23,42 13 0 0 140 210 38,87 Các hệ số hồi quy đã được tính toán và ý nghĩa thống kê của chúng đã được kiểm tra bằng mô hình hồi quy tuyến tính của Design-Expert. Ảnh hưởng của các hệ số hồi quy trong các mô hình có thể không có ý nghĩa nếu giá trị p value lớn hơn 0,05 và bị loại khỏi phương trình hồi quy. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình cho thấy giá trị hệ số xác định R2 = 91,24%. Kiểm định F của mô hình đạt 0,0014. Điều này thể hiện độ tương thích tốt của phương trình hồi quy so với số liệu thực nghiệm, từ đó cho thấy độ tin cậy thống kê cao. Phương trình hồi quy biểu diễn ảnh hưởng của X1 (nhiệt độ rang, ℃), X2 (thời gian rang, giây) đến hàm mục tiêu Y1 (hàm lượng polyphenol tổng, mgGAE/g chất khô) thu được như sau: Y1 = 39,05 - 2,04X1 - 4,55X1X2 - 4,68X12 - 3,26X22 535
Mối quan hệ giữa nhiều biến đầu vào và một biến đầu ra được biểu thị bằng biểu đồ bề mặt đáp ứng như trong hình 1. Hình 31: Mô hình đáp ứng bề mặt của quá trình rang Tác động giữa các biến chính ( , , ) và tương tác giữa chúng ( , , ) đối với các giá trị trên bề mặt đáp ứng được trình bày trong hình 1. Khi nhiệt độ rang tăng lên thì thời gian rang sẽ giảm xuống và giá trị của polyphenol tổng thu được cao nhất. Như thể hiện trong hình 1, mối quan hệ giữa nhiệt độ rang và thời gian rang là một đường cong bậc hai và giá trị lớn nhất polyphenol tổng đạt được là 39,239 mg GAE/g chất khô. Điều kiện tối ưu được xác định là nhiệt độ rang 133℃, thời gian rang 202 giây. Trong quá trình rang, hàm lượng polyphenol tổng của vỏ cà phê dần tăng lên theo nhiệt độ và khi nhiệt độ tăng cao thì hàm lượng polyphenol tổng giảm. Sự thay đổi của polyphenol tổng khi nhiệt độ tăng lên cao có thể bao gồm sự phân hủy axit chlorogenic và sự gia tăng hàm lượng axit ferulic, axit caffeic, axit p-coumaric. Tuy vậy, khi nhiệt độ tăng lên quá cao sẽ phân hủy các chất hữu cơ có bên trong vỏ cà phê nên làm giảm hàm lượng polyphenol. Thời gian rang là một thông số quan trọng quyết định đến hàm lượng polyphenol tổng. Theo đó, kết quả từ đồ thị cho thấy rằng hàm lượng polyphenol tổng tăng trong khi thời gian được kéo dài và đạt cực trị trong vùng thời gian từ 200 – 205 giây xét trong mối tương tác giữa thời gian rang và nhiệt độ rang và giảm dần khi thời gian rang kéo dài. Áp dụng kết quả theo CCD, điều kiện tối ưu được xác định là nhiệt độ rang 133℃, thời gian rang 202 giây cho giá trị thực nghiệm như bảng 3. Bảng 3: Hàm lượng TPC theo giá trị mô hình và giá trị thực nghiệm tại điều kiện rang tối ưu Giá trị mô hình Giá trị thực nghiệm Nhiệt độ Thời gian rang rang TPC TPC (mg GAE/g chất khô) (mg GAE/g chất khô) 133,223 202,023 39,239 39,92 536
4. KẾT LUẬN Nghiên cứu cho thấy 2 yếu tố (nhiệt độ rang, thời gian rang) ảnh hưởng đến quá trình rang và đạt điều kiện tối ưu lần lượt là 133,223℃ và 202,023 giây. Áp dụng điều kiện rang tối ưu cho hàm lượng polyphenol tổng là 39,92 mg GAE/g chất khô. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Agbor, G. A., Vinson, J. A., & Donnelly, P. E. (2014). Folin-Ciocalteau reagent for polyphenolic assay. International Journal of Food Science, Nutrition and Dietetics (IJFS), 3(8), 147- 156. 2. Cục Trồng Trọt. (2018). Cà phê Việt Nam xuất khẩu sang 80 quốc gia và vùng lãnh thổ. http://www.cuctrongtrot.gov.vn/TinTuc/Index/4325. 3. Damat, D., Anggriani, R., Setyobudi, R. H., & Soni, P. (2019). Dietary fiber and antioxidant activity of gluten-free cookies with coffee cherry flour addition. 4. Esquivel, P., & Jimenez, V. M. (2012). Functional properties of coffee and coffee by- products. Food research international, 46(2), 488-495. 5. Heeger, A., Kosińska-Cagnazzo, A., Cantergiani, E., & Andlauer, W. (2017). Bioactives of coffee cherry pulp and its utilisation for production of Cascara beverage. Food chemistry, 221, 969- 975. 6. NAVIA P, D. P., VELASCO M, R. D. J., & HOYOS C, J. L. (2011). Production and evaluation of ethanol from coffee processing by-products. Vitae, 18(3), 287-294. 7. Ontawong, A., Boonphang, O., Pasachan, T., Duangjai, A., Pongchaidecha, A., Phatsara, M., ... & Srimaroeng, C. (2019). Hepatoprotective effect of coffee pulp aqueous extract combined with simvastatin against hepatic steatosis in high-fat diet-induced obese rats. Journal of Functional Foods, 54, 568-577. 537