Tình hình tận dụng phế phẩm từ quả điều trong sản xuất các sản phẩm định hướng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và sản xuất nhiên liệu

Bài viết Tình hình tận dụng phế phẩm từ quả điều trong sản xuất các sản phẩm định hướng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và sản xuất nhiên liệu giới thiệu khái quát về quả điều; Tình hình sản xuất các sản phẩm chế biến từ quả điều.

TÌNH HÌNH TẬN DỤNG PHẾ PHẨM TỪ QUẢ ĐIỀU TRONG SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU Hồ Thị Hồng Thi Nguyễn Thị Cẩm Mi* (*) Viện Khoa học Ứng Dụng, Trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD: ThS Trần Thị Ngọc Mai TĨM TẮT Điều có tên khoa học Anacardium occidentale Linn.; nhiệt đới, thường xanh (xanh quanh năm) cơng nghiệp trọng điểm Việt Nam Ngồi hạt điều mang lại giá trị kinh tế cao, dịch điều (CAJ) với hàm lượng vitamin C, khoáng chất hàm lượng polyphenol cao thích hợp sản xuất loại nước giải khát lên men, mứt, kẹo,…Phần bã thịt điều sau ép (CAB) chứa hàm lượng chất xơ khoảng 15 – 18% trích ly thu nhận pectin cellulose hay lên men thu ethanol ứng dụng vào nhiều mục đích Phần vỏ lụa hạt điều (Testa) ép để thu dịch chiết (CNSL) ứng dụng làm dầu diesel, nhựa, chất kết dính, đánh vecni cách điện,… Quả điều với vỏ hạt điều phế phẩm từ ngành công nghiệp sản xuất hạt điều bước tạo vị riêng cho từ góp phần nâng cao giá trị điều Từ khóa:cơng nghiệp, hạt điều, nhiên liệu, điều, sản phẩm GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ QUẢ ĐIỀU Điều hay gọi Đào lộn hột, tên tiếng Anh Cashew tên khoa học Anacardium occidentale Linn Cây điều có nguồn gốc từ Đơng Bắc Nam Phi (Brasil), Đơng Nam Venezuela sau phân bố rộng rãi khắp giới nhờ nhà thám hiểm Bồ Đào Nha vào năm 1500 Nhiều năm trở lại điều biết đến trồng có giá trị kinh tế nước ta Ở Việt Nam, điều du nhập vào Việt Nam từ năm 1980, sau phát triển thành cơng nghiệp, phủ xanh đất trống đồi trọc trồng rộng rãi tỉnh khu vực Đông Nam Bộ, Tây Nguyên Duyên hải Nam Trung Bộ cụ thể như: Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa – Vũng Tàu, Bình Thuận, Lâm Đồng, Đắk Lắk, Đắk Nông,… Điều công nghiệp quan trọng nước ta với tổng diện tích trồng Việt Nam năm 2021 đạt 297.000 ha, 99,7 % so với năm 2020 Theo Cục Xuất nhập (Bộ Cơng Thương), tính đến q I/2021 xuất hạt điều ước đạt 108 nghìn Việt Nam nước cung cấp hạt điều lớn cho Thế Giới với xấp xỉ 285 nghìn năm 2020 419 Trái điều 90% Hình Cấu tạo điều TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM CHẾ BIẾN TỪ QUẢ ĐIỀU 2.1 Giới thiệu Xét nhu toàn cầu thị trường hạt điều Thế giới ngành cơng nghiệp chế biến hạt điều có giá trị kinh tế lớn Vì thành phần hóa học có sẵn chất chuyển hóa thứ cấp hợp chất phenolic, acid amin thiết yếu hạt điều chứng tỏ lồi trồng có giá trị dinh dưỡng cao, ngành thực phẩm hạt điều chế biến thành dạng hạt rang muối, sấy khô, sữa hạt điều Tuy nhiên, q trình chế biến hạt điều cơng nghiệp tạo khối lượng không nhỏ sản phẩm phụ, điều gây lo ngại môi trường Chúng bao gồm dịch chiết vỏ hạt điều (CNSL), testa (vỏ lụa), thịt điều bã thịt điều sau ép (CAB) Các sản phẩm phụ có đóng góp khơng nhỏ vào ngành cơng nghiệp khác chúng sau xử lý tạo thành số hợp chất hoạt tính sinh học, polyme sản phẩm khác, từ giải vấn đề ô nhiễm môi trường tạo nhiều sản phẩm thân thiện, thúc đẩy kinh tế phát triển bền vững Ví dụ, thịt điều ép thu dịch để làm nước uống lên men, mặt khác bã sau ép nhiều chất hữu nguồn nguyên liệu lignocellulosic mạnh để sản xuất cồn sinh học, thu cellulose, thu pectin sản phẩm khác 2.2 Chế phẩm từ điều Quả thịt điều Trái điều có hai phần: phần hạt phần cuống Phần hạt điều có lợi ích kinh tế lớn Hạt điều khơ có giá trị dinh dưỡng cao sử dụng ăn nhiều thập kỷ qua Phần cuống tức thịt trái điều h a y c ò n g ọ i l giả có thời gian bảo quản ngắn nên thường tiêu thụ khu vực địa phương dạng trái tươi Dịch điều – CAJ (Cashew apple juice) Quả giả người biết rộng rãi có chất làm se nhẹ hương vị chứa nhiều tannin Lượng trái điều bị lãng phí năm rơi vào khoảng 85%, tức khoảng triệu Dịch điều điều sử dụng 420 để tạo loạt sản phẩm bao gồm nước lên men, rượu vang, mứt, thạch, kẹo loại sản phẩm khác nghiên cứu làm bột, bánh ngọt, ngũ cốc,… (Araújo cộng sự, 2011) CAJ kho lưu trữ loại đường khử, đặc biệt sucrose fructose hoạt động chất cho vi sinh vật để hỗ trợ chuyển đổi thành sản phẩm ethanol rượu vang Ngồi ra, CAJ hoạt động chất để tổng hợp enzyme oligosaccharide prebiotic ứng dụng sản xuất loại thực phẩm có lợi cho đường tiêu hóa, điều giúp làm giảm lãng phí phần cuống trái điều Mặt khác, CAJ cịn có hợp chất metyl-3-metyl pentanoat, trans-2-hexenal, etyl-2-metyl2-bu tenoat, 2-metyl-2-pentenal, loại vitamin (đặc biệt vitamin C), amino axit, chất xơ, khoáng chất, chất dinh dưỡng thực vật carotenoid -caroten, cis-β-caroten, trans-caroten, auroxanthin diện β-cryptoxanthin, hợp chất có lợi có tính ứng dụng cao ngành công nghiệp thực phẩm Bã thịt điều sau ép – CAB (Cashew apple bagasse) Sau thu dịch, bã điều thu nhận sản phẩm phụ trình xử lý CAJ CAB chủ yếu bao gồm chất xơ lại sử dụng làm chất bổ sung vào thức ăn chăn nuôi (De Abreu cộng sự, 2013) CAB chất thải lignocellulosic xuất dạng nguyên liệu thô đầy hứa hẹn cho ngành khoa học vật liệu CAB có tiềm sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học, enzyme, ethanol xylytol, tổng hợp biohydrogen Biohydrogen sản xuất cách xử lý trước CAB với hydro peroxit kiềm để tạo CAB-AHP, sau thủy phân CAB-AHP enzyme tạo hydro (Silva cộng sự, 2018) Vỏ lụa hạt điều – Testa Hạt điều bao phủ lớp mỏng giàu chất chống oxy hóa màu nâu đỏ, gọi testa Testa chiếm khoảng – 3% tổng trọng lượng hạt điều (Viswanath cộng sự, 2018), nguồn tannin thủy phân catechin, epicatechin epi gallocatechin proanthocyanidin cao phân tử Ngồi ra, cịn chứa các acid phenolic acid syringic, acid gallic acid p-coumaric Mặt khác, testa chất thải hàm lượng tannin nên mang lại giá trị cao, kết hợp tannin testa lớp phủ giúp làm giảm ăn mịn ứng dụng chất thuộc da Quan trọng hết testa có tiềm phát triển hợp chất để ứng dụng ngành sản xuất vật liệu thân thiện với mơi trường tính ổn định nhiệt Tannin testa có hiệu chất đơng tụ chứng minh việc loại bỏ chất rắn khỏi nước thải ngành công nghiệp xi măng, loạt thí nghiệm keo tụ cho thấy tannin có vỏ lụa hạt điều có đặc tính keo tụ liều thấp điều kiện kiềm (Hamad cộng sự, 2015) Tannin vỏ lụa hạt điều có hiệu suất tối ưu 84% để loại chất rắn lơ lửng có nước thải cơng nghiệp 421 Chất lỏng vỏ hạt điều – CNSL (Cashew nut shell liquid) Chất lỏng từ vỏ hạt điều chất lỏng nhớt màu xanh lục, màu vàng nhạt màu nâu đỏ tìm thấy vỏ tổ ong mềm vỏ hạt điều, sản phẩm phụ tái tạo sử dụng CNSL chiếm khoảng phần ba trọng lượng hạt 30 – 35% trọng lượng vỏ hạch tùy thuộc vào phương pháp thu hồi Thành phần CNSL chứa cardanol (3-pentadecenyl phenol), cardol (5-pentade cenyl resorcinol), acid anacardic (6-pentadecenyl salicylic axit) Các thành phần CNSL thường có tính kỵ nước chuỗi bên, có mức độ khơng bão hịa khác có – 8% bão hịa, 48 – 49% monoene, 16 – 17% diene 29 – 30% triene Có nhiều phương pháp để chiết xuất CNSL rang, chiết xuất dung môi, nhiệt phân chân không, ép đùn lạnh, chiết xuất dựa carbon dioxide siêu tới hạn Qua đó, người ta nhận thấy phương pháp chiết xuất ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng (về thành phần) số lượng CNSL; sử dụng phương pháp ép đùn lạnh thu khoảng 70% acid anacardic, 18% cardol, 5% cardanol, phenol chất phân cực (Patel cộng sự, 2006) Trên sở thành phần hoá học phối hợp phương pháp chiết xuất khác nhau, CNSL chia thành hai loại CNSL tự nhiên CNSL kỹ thuật Để chiết xuất CNSL tự nhiên, phương pháp áp dụng sử dụng kỹ thuật chiết xuất dung môi carbon dioxide siêu tới hạn chiết xuất Soxhlet để thu thành phần ban đầu CNSL mà không bị xáo trộn CNSL tự nhiên bao gồm acid anacardic 60 – 70%, cardols 10 – 20%, cardanols – 10%, 2-metylcardols – 5%, thành phần phụ khác CNSL kỹ thuật nguồn hợp chất phenol có giá trị mặt kinh tế để tổng hợp polyme phenol / formaldehyde CNSL kỹ thuật khác với CNSL tự nhiên mặt hóa học chủ yếu bao gồm cardanol 60 – 70%, cardol 10 – 20%, 2-metylcardol – 5%, vật liệu cao phân tử – 10%, với thành phần phụ khác Để thu CNSL kỹ thuật, ta tiến hành ngâm vỏ hạt điều CNSL tự nhiên gia nhiệt 180 – 190 °C, acid anacardic trải qua phản ứng khử cacboxyl để tạo cardanol (Lomonaco, D Mele cộng sự, 2017) Ngoài việc, làm chất màu thực phẩm, CNSL cịn có ứng dụng lĩnh vực khác bao gồm dược phẩm, nhựa, vật liệu phủ lót, chất kết dính, dẫn xuất nhiên liệu sinh học, thuốc trừ sâu thay hồn tồn phần trình phát triển sản phẩm Bảng 1: Một số ứng dụng phế phẩm ngành công nghiệp sản xuất hạt điều sản xuất chế phẩm định hướng ứng dụng công nghệ thực phẩm: STT Nguyên liệu từ điều CAB Phương pháp sản xuất Sản phẩm Lên men (Clostridium Ethanol hệ thứ roseum) 422 Tài liệu tham khảo (Araújo cộng sự, 2011) CAJ CNSL Trái điều Lên men (Kluyveromyces marxianus CE025) Testa Quá trình tỏa nhiệt Dầu ethanol sinh học CAB Hấp phụ kết tinh Glucose fructose (Araújo cộng sự, 2011) Tannase (Aspergillus niger CEPC Hydro peroxyde kiềm (Araújo cộng sự, 2011) Ethanol hệ thứ Chưng cất hydro hóa (Arẳjo cộng sự, 2011) 11) (Arẳjo cộng sự, 2011) Lên men trạng thái rắn Ethanol Thuốc nhuộm Testa (Silva cộng sự, 2018) (AshokPandey, Poonam Sharma cộng sự, 2020) Dẫn xuất Cardanol, Chất màu thực phẩm phenolic (E102, E110,…) thuốc nhuộm CNSL Cardanol kết hợp với Thuốc nhuộm Bis diamines amin thơm (azo) Quá trình khử oxy, hydro Dầu diesel xanh (Patel cộng sự, 2006) hóa cracking CO2 siêu tới hạn 120 – Phenolic (86%), 300 bar 30 – 60 C cardanol Polyme hóa axit Chất phủ bề mặt o CNSL (sơn, sơn mài) Trộn cao su Chất kết dính kim polychloroprene nhựa loại – kim loại (Lomonaco cộng sự, 2017) CNSL 10 11 CAJ CAJ Lên men (Saccharomyces Rượu vang cerevesiae) (Nguyễn Mạnh Hùng, 2017) Lên men (Leuconostoc Enzyme dextran mesenteroides nrrl b512f) sucrase (Sueli Rodrigues and Talita L Honorato 2008) Gia nhiệt truyền thống 12 Pectin Quả thịt điều (Camila Tamiello Rosa, Thaisa Jungles cộng ,2019) 423 13 CAB Thủy phân enzyme Ethanol hệ thứ lên men (Hanseniaspor hai sp.) (AshokPandey, Poonam Sharma cộng sự, Lên men (Saccharomyces Ethanol 2020) Prebiotic (AshokPandey, Poonam cerevesiae) Enzyme dextransucrase 14 CAJ oligosaccharides Sharma cộng sự, 2020) KẾT LUẬN Sản phẩm q trình chế biến hạt điều cho suất hạt điều có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp tất acid amin thiết yếu Phế liệu trình chế biến hạt điều nguyên liệu phế thải lại có tiềm vơ lớn để sản xuất số sản phẩm ứng dụng ngành thực phẩm nước giải khát, ethanol, pectin số chế phẩm có hoạt tính sinh học ứng dụng dược phẩm, hay sản xuất dầu diesel, thuốc nhuộm, chất kết dính, Dịch chiết từ vỏ hạt điều, bã thịt điều sau ép testa lên nguồn tự nhiên để thu sản phẩm cao cấp Ứng dụng đa dạng sản phẩm phụ từ hạt điều vào đời sống cần đòi hỏi nhiều nghiên cứu chi tiết khả ứng dụng chúng lĩnh vực khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Araújo, S.M., Silva, C.F., Moreira, J.J.S., Narain, N., Souza, R.R., (2011) Biotechnological process for obtaining new fermented products from cashew apple fruit by Saccharomyces cerevisiae strains J Ind Microbiol Biotechnol 38 (9), 1161–1169 [2] De Abreu, F.P., Dornier, M., Dionisio, A.P., Carail, M., Caris-Veyrat, C., Dhuique-Mayer, C., (2013) Cashew apple (Anacardium occidentale L.) extract from by-product of juice processing: a focus on carotenoids Food Chem 138 (1), 25–31 [3] Dextransucrase Stability in Cashew Apple Juice by Sueli Rodrigues and Talita L Honorato (2008) [4] Hamad, F.B., Mubofu, E.B., (2015) Potential biological applications of bio-based anacardic acids and their derivatives Int J Mol Sci 16 (4), 8569–8590 [5] Lomonaco, D Mele, G Mazzetto, S.E., (2017) Cashew nutshell liquid (CNSL): from an agroindustrial waste to a sustainable alternative to petrochemical resources Cashew Nut Shell Liquid Springer, pp 19–38 [6] Nguyễn Mạnh Hùng, 2017, Khảo sát điều kiện lên men nhằm nâng cao chất lượng rượu trái điều Luận văn, Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh [7] Patel, R.N., Bandyopadhyay, S., Ganesh, A., (2006) Extraction of cashew (Anacardium occidentale) nut shell liquid using supercritical carbon dioxide Bioresour Technol 97 (6), 847–853 424 [8] Pectins from cashew apple fruit (Anacardium occidentale): Extraction and chemical characterization by Camila Tamiello Rosa, Thaisa Jungles et al (2019) [9] Silva, J.S., Mendes, J.S., Correia, J.A.C., Rocha, M.V.P., Micoli, L., (2018) Cashew apple bagasse as new feedstock for the hydrogen production using dark fermentation process J Biotechnol 286, 71–78 [10] Valorization of cashew nut processing residues for industrial applications by AshokPandey, Poonam Sharma et al (2020) [11] Viswanath, V., Leo, V.V., Sabna Prabha, S., Prabhakumari, C., Potty, V.P., Jisha, M.S., (2016) Thermal properties of tannin extracted from Anacardium occidentale L Using TGA and FT-IR spectroscopy Nat Prod Res 30 (2), 223–227 425 ... xuất hạt điều sản xuất chế phẩm định hướng ứng dụng công nghệ thực phẩm: STT Nguyên liệu từ điều CAB Phương pháp sản xuất Sản phẩm Lên men (Clostridium Ethanol hệ thứ roseum) 422 Tài liệu tham...Trái điều 90% Hình Cấu tạo điều TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM CHẾ BIẾN TỪ QUẢ ĐIỀU 2.1 Giới thiệu Xét nhu toàn cầu thị trường hạt điều Thế giới ngành cơng nghiệp chế biến hạt điều có giá... phẩm, nhựa, vật liệu phủ lót, chất kết dính, dẫn xuất nhiên liệu sinh học, thuốc trừ sâu thay hoàn toàn phần trình phát triển sản phẩm Bảng 1: Một số ứng dụng phế phẩm ngành công nghiệp sản xuất