Bài viết Ảnh hưởng của dung dịch ECA lên chất lượng chất xơ thực phẩm thu hồi từ phế liệu chế biến rau quả bằng phản ứng enzyme trình bày kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của dung dịch điều chỉnh pH là nước hoạt hóa điện hóa (ECA) lên sản phẩm chất xơ thu hồi từ phế liệu sản xuất chuối và xoài bằng phản ứng enzyme.
Phạm Thị Mỹ, Bùi Xuân Đông 122 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH ECA LÊN CHẤT LƯỢNG CHẤT XƠ THỰC PHẨM THU HỒI TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN RAU QUẢ BẰNG PHẢN ỨNG ENZYME THE INFLUENCE OF THE ECА SOLUTION ON THE QUALITY OF DIETARY FIBERS RECLAIMED FROM THE WASTED MATERIALS OF PROCESSED FRUIT AND VEGETABLES VIA ENZYMES REACTIONS Phạm Thị Mỹ1, Bùi Xuân Đông2 Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng; phammy@mail.ru Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; xdbui@dut.udn.vn Tóm tắt - Nghiên cứu công nghệ phức hợp xử lý phụ phẩm chế biến rau nhằm hướng tới sản xuất hướng nghiên cứu có tính thời Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch điều chỉnh pH nước hoạt hóa điện hóa (ECA) lên sản phẩm chất xơ thu hồi từ phế liệu sản xuất chuối xoài phản ứng enzyme Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng nước ECA để điều chỉnh pH phản ứng enzyme làm tăng hiệu suất loại bỏ tạp chất thu hồi chất xơ từ vỏ chuối lên 1,3 lần từ phụ phẩm xoài lên 1,6 lần Ngoài đánh giá chất lượng sản phẩm chất xơ thu được, nhận thấy khả giữ nước chất xơ tăng13%, khả hấp phụ kim loại nặng tăng 10% sản phẩm chất xơ thu có độ tinh cao Abstract - Researching the complex technology for the treatment of the by-products of processed fruit and vegetables towards cleaner production is a pressing need This article presents the results of a study on the influence of the pH adjustment solution called ECA electrolyzed water on the fiber retrieved from the wasted materials of the processed bananas and mangoes by means of enzymes reactions The research results show that using the ECA solution to regulate the pH of the enzymes reactions increases the productivity of the extraction of impurities in retrieving fibers from banana peel up to 1.3 times and from mango waste to 1.6 times In addition, the evaluation of the quality of the retrieved fiber products shows a 13% rise in the water retention capability of fiber, a 10% increase in heavy metal absorption capability and the retrieved fiber products are within safety limits in terms of purity Từ khóa - chất xơ; vỏ chuối; vỏ bã xoài; phản ứng enzyme; dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA; khả giữ nước; khả hấp phụ kim loại nặng Key words - dietary fiber; banana peel; mango skin and waste; enzymes reactions; ECA electrolyzed water; water retention capability; heavy metal absorption capability Đặt vấn đề Nghiên cứu công nghệ phức hợp xử lý phụ phẩm chế biến rau nhằm hướng tới sản xuất hướng nghiên cứu có tính thời [1] Sản xuất chất xơ từ phụ phẩm chế biến rau sản xuất loại nước ép trái nhiều nhà khoa học ngồi nước quan tâm nghiên cứu [2; 3] Lợi ích việc sử dụng chất xơ sức khỏe người nhiều cơng trình khoa học cơng bố Việc sử dụng chất xơ hòa tan chứng minh làm giảm hàm lượng cholesterol giúp ổn định hàm lượng glucose máu [4; 5] Trong đó, việc sử dụng chất xơ khơng hịa tan giúp cho thể ngăn ngừa bệnh ung thư ruột bệnh rối loạn tiêu hóa [6] Ngồi ra, việc tiêu thụ loại thực phẩm có hàm lượng chất xơ cao ngăn ngừa bệnh tim mạch, tiểu đường béo phì [7] Tuy nhiên, thực tế sản xuất chất xơ theo phương pháp hóa học cần sử dụng lượng lớn bazơ axit mạnh điều kiện nhiệt độ cao để thực công đoạn loại bỏ protein tinh bột, gây nhiều hậu đáng lo ngại cho môi trường [2] Trong nghiên cứu trước đây, số tác giả thu hồi chất xơ từ vỏ chuối, vỏ bã xoài phương pháp sinh học (sử dụng chế phẩm enzyme alcalase amylase) [8] kết hợp sử dụng dung dịch nước hoạt hóa điện hóa cơng nghệ ECA (Electro Chemical Activation) [9] làm dung dịch điều chỉnh pH cho phản ứng enzyme Mục tiêu nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nước hoạt hóa điện hóa ECA đến chất lượng sản phẩm chất xơ thu hồi từ vỏ chuối, vỏ bã xoài phản ứng enzyme Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Quy trình thu nhận chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối xoài Chất xơ thu nhận từ vỏ chuối hỗn hợp vỏ, bã xoài sau nghiền nhỏ phản ứng enzyme với hai giai đoạn khác Đối với chất xơ từ vỏ chuối giai đoạn dùng enzyme alcalase giai đoạn dùng enzyme amylase Trong đó, chất xơ từ hỗn hợp vỏ, bã xồi giai đoạn dùng enzyme amylase giai đoạn dùng alcalase Để điều chỉnh pH tối ưu cho phản ứng enzyme alcalase, sử dụng dung dịch ECA-catolyte NaOH 0,1N Dung dịch ECA-anolyte HCl 0,1% dùng để điều chỉnh pH cho phản ứng enzyme α-amylase Vỏ chuối hỗn hợp vỏ, bã xoài, sau tham gia phản ứng enzyme quay ly tâm thu chất xơ phần rắn Chất xơ thành phẩm sấy khô nhiệt độ 60ºC thời gian 5,5-6h Sau hỗn hợp nghiền nhỏ với kích thước 0,5 mm, đóng gói bảo quản nhiệt độ 22ºC độ ẩm 70% 2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bao gồm hai nhóm chất xơ sau: - Nhóm chất xơ thu hồi từ vỏ chuối + Chất xơ thu hồi từ vỏ chuối (kí hiệu C-H) phản ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase với dung dịch điều chỉnh pH NaOH 0,1N HCl 0,5% + Chất xơ thu hồi từ vỏ chuối (kí hiệu C-E) phản ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase với dung dịch ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 đệm nước ECA - Nhóm chất xơ thu hồi từ vỏ bã xoài + Chất xơ thu hồi từ hỗn hợp vỏ bã xồi (kí hiệu XH) phản ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase với dung dịch điều chỉnh pH NaOH 0,1N HCl 0,5% + Chất xơ thu hồi từ hỗn hợp vỏ bã xồi (kí hiệu XE) phản ứng thủy phân enzyme alcalase amylase với dung dịch điều chỉnh pH nước ECA 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp thu nhận dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA Nước hoạt hóa điện hóa ECA thu cách sử dụng máy sản xuất nước hoạt hóa điện hóa СТЭЛ-20 АК Q trình hoạt hóa kéo dài khoảng 10-15 phút thu dung dịch ECA-anolyte với giá trị pH 2,0-6,5 dung dịch ECA-catolyte với giá trị pH 7,5-12,0 2.3.2 Phương pháp xác định thành phần hóa học xơ thành phẩm +Hàm lượng protein (%) xác định phương pháp Kjeldahl +Hàm lượng nước (%) xác định theo GOST 28561-90, Liên bang Nga + Hàm lượng tro (%) xác định theo GOST 2555582, Liên bang Nga + Hàm lượng gluxit tổng số (%) tính theo cơng thức: G = 100 – (N+P+L+T) N – a hàm lượng nước, P - hàm lượng protein, L – hàm lượng lipid, T – hàm lượng tro 2.3.3 Phương pháp xác định thành phần gluxit chất xơ + Hàm lượng đường khử (%) xác định phương pháp Bertrand [10] + Hàm lượng tinh bột (%) xác định phương pháp Everse [11] + Hàm lượng cellulose (%) xác định phương pháp Kiusner Ganek [10] + Hàm lượng hemicellulose (%) xác định phương pháp Obolenska [11] + Hàm lượng pectin (%) xác định phương pháp canxi pectat [10] 2.3.4 Phương pháp nghiên cứu tính chất công nghệ chất xơ Khả giữ nước chất xơ xác định phương pháp Loxeva Khả hấp phụ kim loại nặng chất xơ xác định dựa vào khả hấp phụ ion Hg2+ theo phương pháp Loxeva Starkova [12] Khả oxi hóa thành phần chất xơ dung môi hữu xác định phương pháp von-ampe kế tuần hoàn thiết bị IPC-Pro-MF Bản chất phương pháp dựa vào phụ thuộc cường độ dịng điện điện hóa mà anod nhúng vào dung dịch hữu СН 3СN vào hiệu điện Trên anod bạch kim xảy trình oxi hóa thành phần chất xơ, qua xác định hàm lượng tương đối chúng 123 Kết nghiên cứu khảo sát 3.1 Kết nghiên cứu thành phần hóa học chất xơ thu hồi phản ứng enzyme với dung dịch đệm khác Kết phân tích thành phần hóa học chất xơthành phẩm C-H, C-E, X-H, X-E trình bày Bảng Bảng Thành phần hóa học chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối xoài STT Sản phẩm C-H C-E X-H X-E Hàm lượng, % Nước 9,7±0,3 9,7±0,2 10,5±0,4 9,9±0,1 Protein 1,3±0,05 0,9±0,05 0,97±0,05 0,7±0,05 Gluxit 85,7±0,5 86,1±0,5 86,4±0,4 87,6±0,4 Tro 3,3±0,3 3,3±0,2 1,9±0,2 1,8±0,2 So sánh thành phần hóa học sản phẩm chất xơ thu hồi (Bảng 1) nhận thấy dung dịch điều chỉnh pH ảnh hưởng không đáng kể đến thành phần hóa học chúng Tiếp theo, chúng tơi tiến hành phân tích hàm lượng thành phần gluxit sản phẩm chất xơ thu phản ứng enzyme với dung dịch đệm khác (Bảng 2) Bảng Thành phần gluxit chất xơ thu từ phụ phẩm chế biến chuối xoài STT Thành phần Đường Tinh bột Cellulose Hemixellulose Pectin Chất xơ từ vỏ chuối C-H 14,6±0,1 0,6±0,04 50,7±0,4 11,3±0,2 8,4±0,1 C-E 5,1±0,1 0,3±0,02 55,5±0,5 14,4±0,2 10,8±0,1 Chất xơ từ hỗn hợp vỏ bã xoài X-H X-E 15,0±0,3 6,3±0,1 1,1±0,05 0,8±0,04 44,1±0,4 50,1±0,6 13,5±0,2 15,0±0,3 12,5±0,2 15,3±0,3 Từ kết nghiên cứu Bảng 2, nhận thấy chất xơ thu hồi phản ứng enzyme với dung dịch đệm nước ECA (C-E, X-E) có hàm lượng cellulose, hemicellulose pectin cao hàm lượng đường, tinh bột thấp so với sản phẩm dùng hóa chất làm dung dịch đệm (C-H, X-H) Việc sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA làm dung dịch điểu chỉnh pH tăng hàm lượng pectin, cellulose, hemicellulose chất xơ từ vỏ chuối 22%, 21%, 8,6% làm giảm hàm lượng đường 2,8 lần, hàm lượng tinh bột 2,3 lần Trong sản phẩm chất xơ thu hồi từ phụ phẩm xoài tăng hàm lượng pectin, cellulose, hemicellulose tương ứng 18,3%, 10%, 12% hàm lượng đường giảm 2,4 lần, hàm lượng tinh bột giảm 1,6 lần Phần trăm chất xơ tinh khiết sản phẩm C-E, X-E tương ứng 93,7% 91,6%, cao 12% so với sản phẩm C-H X-H Như biết, hoạt hóa điện hóa nước, ta nhận hai dung dịch ECA-anolyte có giá trị рН 2,0 – 6,5 ECAkatolyte có рН 7,5 – 12,5 [13] Nghiên cứu tiến hành nhà khoa học Nga giới cho thấy dung dịch điện hóa ECA có khả thâm nhập qua màng sinh học cao, có tác dụng ức chế hệ thống enzyme, chất xúc tác hiệu chất oxi hóa mạnh [9, 14] Do nhận thấy kết nghiên cứu tác giả hoàn tồn Phạm Thị Mỹ, Bùi Xn Đơng 124 phù hợp với nghiên cứu nhà khoa học trước Khả diệt khuẩn dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA thể khả oxi hóa chất tế bào vi khuẩn, đặc biệt lipoprotein Các nhà khoa học chứng minh dung dịch điện hóa với giá trị pH khác có khả tiêu diệt tất vi sinh vật S aurreus, S choleraesuis, E coli, Salm enteritidis Chính vậy, khảo sát số an tồn vi sinh vật cho thấy sử dụng nước ECA thu sản phẩm chất xơ có số vi sinh vật nằm giới hạn an toàn [14] 3.2 Kết đánh giá hiệu suất phản ứng enzyme thu hồi chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối xoài Để so sánh hiệu suất loại bỏ tạp chất trình tách chiết chất xơ từ phụ phẩm chuối xoài sử dụng hai dung dịch đệm hóa chất (NaOH 0,1N; HCl 0,5%) nước ECA tiến hành nghiên cứu trình oxi hóa thành phần chất xơ thu hồi phương phápvon-ampe kế tuần hoàn thiết bị IPC-Pro-MF Cường độ dòng điện, mA Cường độ dòng điện, mA Hiệu điện thế, mV Hiệu điện thế, mV Hình Đồ thị oxi hóa: chất điện ly (3); chất xơ nhãn hiệu C-E, X-E (2); chất xơ nhãn hiệu C-H, X-H (1) (Pt-anod, Ag/AgCl, СН3CN, 0,1 М n-Bu4NClO4) Theo kết nghiên cứu đồ thị Hình 1, dựa vào chiều cao đỉnh đường cong oxi hóa nhận thấy phản ứng enzyme sử dụng nước ECA làm dung dịch điều chỉnh pH để thu hồi chất xơ oxi hóa thành phần chất xơ từ vỏ chuối thấp 1,3 lần từ hỗn hợp vỏ, bã xoài bé 1,6 lần so với dùng hóa chất thơng thường làm dung dịch đệm Như vậy, đưa kết luận việc sử dụng hóa chất (HCl 0,5% NaOH 0,1N) để tạo dung dịch điều chỉnh pH cho phản ứng enzyme tách chiết chất xơ từ phụ phẩm chuối xoài đưa lại hiệu suất thấp sử dụng nước ECA làm dung dịch đệm 3.3 Kết nghiên cứu chất lượng sản phẩm chất xơ thu hồi từ phụ phẩm chế biến chuối xoài Kết nghiên cứu tiêu đánh giá chất lượng khảo sát tính chất công nghệ chất xơ thu hồi từ phụ phẩm chế biến chuối xồi trình bày Bảng Bảng Các tiêu chất lượng tính năng, cơng nghệ sản phẩm chất xơ STT C-H C-E X-H X-E Hình dạng Màu Dạng bột, dễ tan tác dụng học Mùi, vị Khả giữ nước, g nước/g chất xơ 7,9±0,3 9,0±0,3 9,1±0,2 10,5±0,2 Khả hấp phụ, mg Hg2+/g chất xơ 15,4±0,4 17,2±0,4 16,6±0,3 18,5±0,4 Nâu tối Nâu sáng Vàng Kem sữa Đặc trưng sản phẩm chất xơ Khảo sát tiêu chất lượng tính cơng nghệ sản phẩm chất xơ (Bảng 3) cho thấy rằng, so với sử dụng dung dịch đệm hóa chất nước ECA cho phép thu nhận sản phẩm có màu sắc tươi sáng Kết hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu nhà khoa học trước tính chất oxi hóa, khả tẩy màu dung dịch điện hóa ECA [14] Kết nghiên cứu chứng minh sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA làm tăng khả giữ nước chất xơ lên 13% khả hấp phụ kim loại nặng lên 10% Kết phù hợp với kết nghiên cứu trước nhà khoa học Dukin M.S., Ông chứng minh khả giữ nước chất xơ liên quan đến mức độ ưa nước số lượng polime sinh học có nó, đặc trưng bề mặt độ xốp phần tử kích thước chúng Chất xơ tổ hợp thành phần chúng polime sinh học với lực khác nước Pectin số hemicellulose thuộc nhóm keo háo nước Cellulose không tan nước, chứa lượng lớn nhóm –OH hệ thống mao quản nhỏ, yếu tố tạo nên khả hấp thụ giữ nước [2] Việc sử dụng nước ECA làm tăng hàm lượng pectin, hemicellulose cellulose ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 chất xơ, mà tăng khả giữ nước hấp thụ kim loại nặng chúng Kết luận Trong nghiên cứu tác giả trình bày kết thí nghiệm nhằm xác định ảnh hưởng đệm ECA lên phản ứng enzyme thu hồi chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối xồi Kết thí nghiệm cho thấy sử dung dung dịch ECA, hiệu suất loại bỏ tạp chất thu hồi chất xơ từ vỏ chuối tăng 1,3 lần từ phụ phẩm xoài tăng 1,6 lần Ngoài ra, đánh giá chất lượng sản phẩm chất xơ thu được, nhận thấy khả giữ nước chất xơ lên 13%, tăng khả hấp phụ kim loại nặng lên 10% Các chất xơ thu được sử dụng với vai trị chất phụ gia để tạo sản phẩm thực phẩm chức có ích cho sức khỏe người, đặc biệt dùng để sản xuất thực phẩm chức dành cho người béo người có nguy tăng đường huyết TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Бутова, С Н., Биотехнологическая деградация отходов растительного сырья, М.: МГУПП, 2004 [2] Дудкин, М Си Черко Н.К., Пищевые волокна, К.: Урожай, 1988 [3] Пат 2336731 Российская Федерация, МПК А 23 L 1/05, А 23 L 1/308, А 23 L 1/0524, Способ получения растительных пищевых волокон, Г.Н Румянцева, С.В Макурина; патентообладатель: Московский государственный университет прикладной биотехнологии, № 2007133465/13, заявл 07.09.07; опубл 27.10.08, Бюл № 30 – с.: ил 125 [4] Anderson W., Deakins D.A., Floore T.L., Smithy B.M &Whitis S.E.,“Dietary fiber and coronary heart disease”, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, Volume 29, 1990, p.95-147 [5] Brown L., B R os Пег, Willett W & Sacks F., “Cholesterollowering effects of dietary fiber: A meta-analysis”, American Journal of Clinical Nutrition, Volume 69, 1999, p.30- 42 [6] McIntosh G.H & Racobs D.R.,“Cereal- grain foods, fibers, and cancer prevention”, Whole-grain foods in health and disease L Marquart, J L Slavin, & IL G Fulcher (Eds.), AACC International: St Paul, MN, 2002, p 201-232 [7] Slaving J.L.,Dietary fiber and body weight, Nutrition, Volume 21, 2005, p 411-418 [8] Фам, Т.М., “Разработка технологии получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов”, Известия вузов Пищевая технология, 2013, № – (336 - 337),С.61 - 63 [9] Thorn R M S., Lee S W H., Robinson G M., Greenman J & Reynolds D M., “Electrochemically activated solutions: evidence for antimicrobial efficacy and applications in healthcare”, European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases, Volume 31,2012, p 641-653 [10] Широков, Е.П, Практикум по технологии хранения и переработки плодов и овощей, М.: Агропромиздат, 1985 [11] Ермаков А И., Арасимович В.Ви др,Методы биохимического исследований растений,, Л.« Колос», Линингр Отд-ие, 1972 [12] Лосева, В А., Способ получения пищевых волокон, их свойства и использования для очистки соков свеклосахарного производства: Мед указания к лабораторным работам по курсу « Технология отрасли», Воронеж: ВГТА, 2002 [13] ПрилуцкийВ И и БахирВ М., Электрохимическая активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия, М.: ВНИИИМТ, 1997 [14] Бахир, В М., Электрохимическая активация, М.: ВНИИИ мед.техники, 1992, ч (BBTnhậnbài: 09/12/2014, phảnbiệnxong: 29/01/2015) ... ECA làm dung dịch đệm 3.3 Kết nghiên cứu chất lượng sản phẩm chất xơ thu hồi từ phụ phẩm chế biến chuối xoài Kết nghiên cứu tiêu đánh giá chất lượng khảo sát tính chất cơng nghệ chất xơ thu hồi. .. nước ECA - Nhóm chất xơ thu hồi từ vỏ bã xoài + Chất xơ thu hồi từ hỗn hợp vỏ bã xồi (kí hiệu XH) phản ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase với dung dịch điều chỉnh pH NaOH 0,1N HCl 0,5% + Chất. .. vật cho thấy sử dụng nước ECA thu sản phẩm chất xơ có số vi sinh vật nằm giới hạn an toàn [14] 3.2 Kết đánh giá hiệu suất phản ứng enzyme thu hồi chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối xoài Để so sánh