Nghiên cứu quy trình sản xuất chất xơ thực phẩm từ nguồn nguyên liệu thực vật ứng dụng làm hoạt chất sinh học bổ sung vào thực phẩm ăn liền và thực phẩm chức năng

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ____________ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ Đề tài NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHẤT XƠ THỰC PHẨM TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ

Đề tài

NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHẤT XƠ THỰC PHẨM

TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT ỨNG DỤNG LÀM HOẠT CHẤT

SINH HỌC BỔ SUNG VÀO THỰC PHẨM ĂN LIỀN

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ

Đề tài

NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHẤT XƠ THỰC PHẨM

TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT ỨNG DỤNG LÀM HOẠT CHẤT SINH HỌC BỔ SUNG VÀO THỰC PHẨM ĂN LIỀN

VÀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG

Thực hiện theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ

số 28.08.RDBS/HĐ-KHCN ký ngày 20 tháng 5 năm 2008 và số 036.09.RD-KHCN ký ngày 25/2/2000 giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp thực phẩm

Chủ nhiệm đề tài: Ths Hồ Kim Vĩnh Nghi Các cộng tác viên: Ths Nguyễn Thúy Hường

KS Nguyễn Minh Thu

KS Nguyễn Thị Thà

HÀ NỘI 12/2009

MỤC LỤC

Trang MỤC LỤC

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

I.4.1 Quy trình công nghệ sản xuất chất xơ không hòa tan (xenlulo) từ lõi dứa 10

I.4.2 Quy trình công nghệ sản xuất chất xơ hòa tan (pectin) từ phế liệu quả citrus 10

I.4.3 Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ hòa tan (oligosaccharit) từ cám gạo 11

I.5 Giới thiệu một số công nghệ sấy chất xơ thực phẩm 12

I.6 Vai trò của chất xơ đối với sức khỏe con người 14

II.1 Nguyên vật liệu thiết bị, dụng cụ và hóa chất 19

II.2.1 Phương pháp xây dựng qui trình thu hồi IDF và SDF 20

II.2.2 Phương pháp xây dựng qui trình ứng dụng IDF và SDF vào một số thực phẩm 21

III.2 Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu 26

III 3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến thu nhận IDF từ bã dứa 27

III.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch kiềm loãng và bã dứa 27

III.5 Nghiên cứu công nghệ sấy chất xơ thực phẩm 35

III.5.2.1 Nghiên cứu công nghệ sấy chất xơ từ vỏ chanh dây

III.5.2.2 Nghiên cứu công nghệ sấy chất xơ từ cám gạo

36

38

III.6 Sản xuất thực nghiệm chất xơ hòa tan và không hòa tan 40

III.6.2 Sản xuất thực nghiệm chất xơ hòa tan từ vỏ chanh dây 40

III.7 Nghiên cứu công nghệ bảo quản chất xơ thực phẩm 42

III.8 Xây dựng quy trình ứng dụng chất xơ trong một số sản phẩm thực phẩm 45

III.8.1 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chất xơ vào sản phẩm bánh mỳ 45

III.8.2 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chất xơ vào sản phẩm nước ngọt pha 48

chế

III.8.3 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chất xơ vào sản phẩm xúc xích 52

III.8.4 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chất xơ vào sản phẩm cháo ăn liền 55

III.8.5 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chất xơ vào sản phẩm thực phẩm

đường xông

56

III.9.2 Quy trình sản xuất chất xơ hòa tan (pectin) từ vỏ chanh dây 63

III.9.3 Quy trình sản xuất chất xơ hòa tan (oligosaccharide) từ cám gạo 65

III.9.4 Quy trình ứng dụng chất xơ trong một số sản phẩm thực phẩm 67

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

SDF (Soluble Dietary Fiber): Chất xơ hoà tan

IDF (Insoluble Dietary Fiber): Chất xơ không hoà tan

TDF (Total Dietary Fiber): Chất xơ tổng số

VSATTP: Vệ sinh an toàn thực phẩm

OS: Oligosaccharide

SDFo: Chất xơ hoà tan dạng oligosaccharide

SDFp: Chất xơ hoà tan dạng pectin

HPLC (High Performal Layer Chromotography): Sắc ký lỏng cao áp

Termamyl: Chế phẩm enzym α- amylaza

AMG: Chế phẩm enzym β-glucoamylaza

Celluclast: Chế phẩm enzym xenlulaza

Novozyme 188: Chế phẩm enzym β-glucoxidaza

Xylanase: Xylanaza

xơ hòa tan bao gồm pectin, inullin, các chất keo và các đường chức năng v.v

Nguồn chất xơ cung cấp cho cơ thể con người chủ yếu là từ trái cây, rau ăn lá,

củ rễ, rau đậu, các loại đậu hạt, ngũ cốc và các lớp vỏ cám, cám gạo Chất xơ không hòa tan chủ yếu là xenlulo và các dẫn xuất của nó có mặt trong hầu hết các loại thực vật Chất xơ hòa tan có nhiều trong rau mồng tơi, rau đay, mướp, thanh long, hoàng tinh, hột é (húng quế), hột é trắng (trà tiên), vỏ hột lười ươi, mủ trôm, rau câu, lá găng v.v [40] Thành phần và tỉ lệ chất xơ của mỗi loại thực vật khác nhau là khác nhau

Vai trò chính của chất xơ trong khẩu phần ăn là giúp cho hệ tiêu hóa luôn khỏe mạnh Ngoài ra nó cũng tham gia vào nhiều quá trình chuyển hóa khác, như giúp ổn định hàm lượng đường và cholesterol trong máu Theo Tổ chức Y tế thế giới thì tầm quan trọng của chất xơ thực phẩm với sức khỏe con người có thể so sánh ngang bằng với vai trò của vitamin, của các nguyên tố vi lượng và khoáng chất [40]

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại rau quả cũng như các loại ngũ cốc Bã thải của các quá trình chế biến dứa, chanh dây và phần cám gạo còn lại sau khi xay xát thực sự là một nguồn nguyên liệu

có giá trị để sản xuất chất xơ

Hiện nay việc tăng cường chất xơ trong bữa ăn hằng ngày trở nên rất quan trọng Chất xơ được xem như là tác nhân loại bỏ các độc tố gây nên những căn bệnh chết người như tim mạch, tiểu đường Trước kia, người ta xem chất xơ là một chất trơ không có giá trị dinh dưỡng vì không tiêu hoá được Nhưng ngày nay các chuyên gia

đã chú ý đến vai trò của nó nhiều hơn trong khẩu phần ăn của con người Dần dần chất

xơ được xem như là thành phần chính nhằm tăng cường sức khỏe lâu bền cho mọi người đặc biệt dành cho những người cần giảm trọng lượng cơ thể

Trong công nghiệp thực phẩm, chất xơ được sử dụng như một chất bổ sung trong quá trình sản xuất các loại đồ uống, kẹo, các loại bánh nướng, sữa chua, các sản phẩm sữa cho trẻ em Với mong muốn nghiên cứu công nghệ thu nhận chất xơ từ phế phụ liệu của các quá trình chế biến dứa, chanh dây và cám gạo Năm 2008 - 2009, chủ

nhiệm đề tài đã được giao nhiệm vụ “Nghiên cứu quy trình sản xuất chất xơ thực

phẩm từ nguồn nguyên liệu thực vật ứng dụng làm hoạt chất sinh học bổ sung vào thực phẩm ăn liền (súp ăn liền, bột làm bánh, đồ uống) và thực phẩm chức năng”

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

Xuất xứ của đề tài

Đề tài được thực hiện theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 28.08.RDBS/HĐ-KHCN ký ngày 20 tháng 5 năm 2008 giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp thực phẩm và hợp đồng số 036.09.RD/HĐ-KHCN ký ngày 25 tháng 2 năm 2009 giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp thực phẩm (Chi tiết hợp đồng tại phần phụ lục)

Nội dung nghiên cứu năm 2008

1 Lựa chọn nguồn nguyên liệu để thu nhận chất xơ thực phẩm

2 Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu

3 Xác định các điều kiện thu nhận chất xơ thực phẩm dạng hòa tan

4 Xác định các điều kiện thu nhận chất xơ thực phẩm dạng không hòa tan

Nội dung nghiên cứu năm 2009

1 Nghiên cứu hoàn chỉnh qui trình công nghệ sản xuất chất xơ thực phẩm:

- Nghiên cứu điều kiện sấy

- Nghiên cứu phối trộn tạo chế phẩm chất xơ ứng dụng cho các sản phẩm thực phẩm khác nhau

- Nghiên cứu công nghệ bao gói, bảo quản chế phẩm

2 Ứng dụng bổ sung chế phẩm chất xơ vào sản xuất một số thực phẩm ăn liền

và chức năng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

I.1 Giới thiệu chung về chất xơ thực phẩm

I.1.1 Định nghĩa chất xơ thực phẩm

Chất xơ thực phẩm đã được xác định bao gồm lignin và các thành phần của thành tế bào thực vật, các chất không bị thuỷ phân bởi các enzym của hệ tiêu hoá (Trowell, 1972) Các polysacarit thực vật được chia thành polysacarit không phải tinh bột và polysacarit dạng tinh bột với các tính chất hoá lý khác nhau Tinh bột được xem như là chất được thủy phân trong ruột non của người, vì vậy chất xơ thực phẩm chỉ bao gồm lignin và các polysacarit không phải là tinh bột (NSP) (Cummings, 1981a; Bright - See, 1988) Các polysacarit không phải tinh bột có thể chia thành xenlulo và các polysacarit không phải xenlulo (NCP) như: Hemixenlulo, pectin, các chất keo, các chất nhày (Southgate và cộng sự, 1978, Schneeman, 1986)

I.1.2 Nguồn gốc và phân loại

Chất xơ thực phẩm là hỗn hợp của các polysaccharit thực vật như là xenlulo, hemixenlulo, pectin, chất keo, chất nhầy và lignin [1; 5; 8] Chất xơ có nhiều trong trái cây, ngũ cốc, các loại rau, củ, quả, đậu Mỗi loại rau quả chứa loại và lượng chất xơ khác nhau, nếu loại nào càng nhiều bã và càng già thì chứa càng nhiều chất xơ Chất

xơ hiện diện trong vỏ và thành tế bào thực vật Trong tế bào thực vật, chất xơ được chia thành hai loại là chất xơ không hòa tan (rất cứng và có dạng sợi) và chất xơ hòa tan (nhầy, có dạng keo)

Chất xơ không hòa tan: Bao gồm xenlulo, hemixenlulo và lignin, chúng là thành phần

chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật Nguồn cung cấp chất xơ tốt nhất là cám gạo, cám lúa mì, cám ngô, vỏ quả, các loại hạt, các quả có hạch và vỏ trái cây, các thực phẩm nguyên hạt, các loại đậu đỗ sấy khô, cải bắp, củ cải, cà rốt, vỏ táo tây v.v Chất

xơ không hòa tan có đặc tính thẩm thấu nước trong ruột, trương lên tạo điều kiện cho chất bã thải dễ thoát ra ngoài [1; 15]

Chất xơ hòa tan: Bao gồm pectin, các chất keo và chất nhầy Nguồn cung cấp chất xơ

hòa tan tốt nhất là các loại trái cây, các loại rau xanh, vỏ quả họ cam chanh, bã táo và quả dâu tây, cám kiều mạch, đại mạch, cám gạo, vỏ hạt, các loại đậu sấy khô, sữa đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành v.v Chất xơ hòa tan khi đi qua ruột sẽ tạo ra thể đông làm chậm quá trình hấp thu một số chất dinh dưỡng vào máu và cũng làm tăng

độ xốp, mềm của bã thải tiêu hóa [1; 15]

I.1.3 Đặc điểm một số loại chất xơ phổ biến

Pectin

Pectin là một loại chất xơ hòa tan trong nước Pectin không cung cấp năng lượng nhưng có nhiều giá trị trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, pectin được dùng để chế bánh kẹo cao cấp nhờ tính chất

dễ tan trong nước Trong môi trường axit, pectin tạo keo vì vậy nó được dùng như một tác nhân đông đặc, tác nhân làm tăng độ nhớt của dung dịch [34; 40]

Trong công nghệ dược phẩm, pectin được dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm (bắp, dưới da) để cầm máu trước và sau phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụ khoa Chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 (nước oxy già) trong phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng (không gây xót lại cầm máu tốt) hay thấm bông nhét vào chỗ nhổ răng để cầm máu Trên thị trường hiện có biệt dược Hacmophobin (Ðức) và Arhemapectin (Pháp) Bên cạnh đó, pectin còn có vai trò trong việc điều trị giảm cân ở người béo phì do kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất trong thức ăn nhờ đó tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào

Mặt khác, pectin có tác dụng hạ cholesterol, hạ LDL - loại cholesterol không có lợi cho tim mạch Ngược lại, pectin làm tăng HDL - chất có lợi cho tim mạch Một chế độ

ăn uống hằng ngày giàu pectin (táo, bưởi, cam …) rất có lợi cho sức khỏe tim mạch, giảm nhẹ tình trạng tăng cao lipit máu, đường máu, giảm bớt được liều lượng của các thuốc dùng hằng ngày của bệnh nhân đái tháo đường, cao huyết áp hoặc cholesterol/lipit máu cao

Các oligosaccharit

Oligosaccharit là cacbohydrat, được cấu tạo từ 3 -10 phân tử đường đơn Chúng bao gồm: Gluco-, iso malto-, galato-, xylo-, inulo- và Fructo-oligosaccharit Các oligosaccharit loại thực phẩm được sản xuất hoặc bằng con đường thủy phân polysaccharit thực vật bằng axit hoặc enzym hoặc được chuyển hóa từ các loại đường nhờ enzym transglycosylation [19]

Các oligosaccharit chỉ chứa liên kết α- 1,4 glucosit được gọi là malto-oligosaccharit Khi chứa cả liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glucosit chúng được gọi là oligosaccharit phân nhánh hay isomaltooligosaccharit [38]

Các oligosaccharit được chia thành một số loại tùy thuộc vào cơ chất tạo ra nó

Bảng 1.1 Một số chất xơ chuyển hoá và sinh tổng hợp

Xylo-oligosacarit Thuỷ phân một phần xylan bằng enzym xylanase của Trichoderma sp

Polydextrose Polime hoá nhiệt glucose với sorbitol và axit

Maltodextrin bền vững Xử lý tinh bột với kiềm nóng

Tinh bột bền vững Giảm hàm lượng tinh bột dạng amylose được sản xuất hoặc bằng con

đường thủy phân polysaccharit thực vật bằng axit hoặc enzym

Bảng 1.2 Các loại oligosaccharit khác nhau được sản xuất tại Nhật [31]

Tính chất chung của oligosaccharit [23]

- Giảm độ ngọt của cacbonhydrat

- Không bị phân hủy bởi các enzim trong dạ dày và ruột non

- Được sử dụng bởi nhóm vi khuẩn probiotic (Bifidobacteria)

- Làm thay đổi độ nhớt và điểm đông đặc của thực phẩm

- Tác động đến khả năng nhũ hóa, khả năng tạo gel và khả năng gắn kết của gel

- Có khả năng ổn định hệ vi khuẩn

- Có thể thay thế chất mầu thực phẩm

- Đóng vai trò như chất giữ ẩm và kiểm soát hàm ẩm

- Có tính chất tương tự như chất xơ thực phẩm

Xenlulo là hợp chất tự nhiên khá bền, phần vô định hình không tan trong nước, bị trương lên do hấp thụ nước, phần kết tinh có cấu trúc trật tự cao hơn, bền vững với tác

Oligosaccharit liên quan đến

tinh bột

Maltooligosaccharit: maltoza ~maltoheptaoza Isomaltooligosaccharit: Isomaltoza; Panoza; Isomaltotrioza Cyclodextrin (CDs): α- CD; β – CD; HP-β – CD; CD phân nhánh Các oligosaccharit khác: Maltitol; Gentilooligosaccharit; Trehaloza; Nigeroza; Cyclic tetrasacchrit

Oligosaccharit liên quan đến

đường saccaroza Glycosylsucroza; Fructooligosaccharit; Palatinoza; Lactosucroza; Xylsucroza; Raffinoza; starchyoza; Trehaluloza Oligosaccharit liên quan đến

động vật lí, hoá học Trong tế bào thực vật thì xenlulo liên kết chặt chẽ với hemixenlulo, lignin, pectin Dưới tác dụng của axít vô cơ loãng ở nhiệt độ và áp suất cao thì xenlulo sẽ biến thành β-glucoza[39] Việc bổ sung xenlulo vào khẩu phần ăn sẽ gây cảm giác chóng no, hơn nữa nó chứa ít chất béo, trong dạ dầy chất xơ thường có dạng gel vì vậy làm chậm quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của hệ tiêu hóa nên cũng

gây cảm giác no lâu nhờ đó giảm nhu cầu ăn của người bệnh [6; 18; 25; 40; 41]

I 1.4 Nguồn cung cấp chất xơ

Theo báo cáo của Trung tâm vi chất dinh dưỡng của Viện Linus Pauling năm loại thực vật giàu chất xơ nhất đó là: Các loại rau đậu, cám lúa mì, quả mận khô, quả lê của Châu Á và quả quinoa Đáng chú ý nhất trong số các thực phẩm có nguồn gốc thực vật,

quả palmberry (Euterpe oleracea Mart.) của tộc người vùng Amazon, đã được phân

tích bởi hai nhóm nghiên cứu và kết quả là chúng có hàm lượng chất xơ thực phẩm từ 25-44% khối lượng ở dạng bột sấy khô [21]

Theo hiệp khuyến cáo của hội dinh dưỡng Mỹ một số thực phẩm giàu chất xơ nên được sử dụng (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Nguồn cung cấp chất xơ thực phẩm

Phân loại Nguồn cung cấp

Chất xơ hòa tan

- Rau họ đậu (đậu đỗ, đậu tương, các loại đậu khác)

- Các loại yến mạch, kiều mạch, đại mạch

- Các loại trái cây (đặc biệt là táo, chuối) và quả dâu

- Các loại rau xanh như cây bông cải xanh, carot

- Các loại rau củ như khoai tây, khoai mỡ và hành (vỏ của các rau xanh này cung cấp chất xơ không tan)

- Vỏ hạt mã đề (chất xơ hòa tan dạng chất nhầy)

Chất xơ không tan

- Các thực phẩm nguyên hạt

- Cám của các loại ngũ cốc

- Các loại quả hạch và các loại hạt

- Các loại rau xanh như đậu xanh, súp lơ, cần tây

- Các loại vỏ trái cây bao gồm cả cà chua

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại rau quả cũng như các loại ngũ cốc Tuy nhiên, để hạ giá thành sản phẩm, việc tận thu được nguồn chất xơ từ phụ phẩm của các quá trình chế biến thực phẩm là rất có ý nghĩa, vừa tiết kiệm công thu gom nguyên liệu vừa tạo ra một sản phảm có giá trị từ phụ phẩm của các nhà máy

I.2 Tình hình nghiên cứu chất xơ trên thế giới

Nhờ có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người, chất xơ thực phẩm ngày càng được chú ý nghiên cứu Pilnik, W.; Voragen, A G J năm 1970, đã nghiên cứu thu nhận các cơ chất pectin từ quả táo [32] Năm 1984, De Vries, J A và cộng sự đã tiến hành so sánh đặc điểm cấu trúc của pectin thu nhận từ táo và pectin thu từ vỏ quả citrus [22] Năm 1990, May, C D đã thu nhận pectin từ vỏ cam ứng dụng trong chế biến thực phẩm và dược phẩm [26] Năm 2004, Chau, C F.; Huang, Y L đã thu nhận chất xơ không hòa tan từ hạt quả chanh dây [15]

Thompson, J.B (1984) và T Prakongpan và cộng sự (2006) đã tiến hành nghiên cứu

sản xuất chất xơ thực phẩm và xenlulo từ lõi dứa Chất xơ thực phẩm từ lõi dứa nhận được bằng phương pháp trích ly bằng cồn Xenlulo từ lõi dứa được sản xuất theo phương pháp trích ly bằng dung dịch kiềm với một quá trình tẩy trắng Tổng số chất

xơ thực phẩm và xenlulo thu được đạt 99,8% và 95,2% (so với lượng chất khô) và hoạt

độ nước của chúng là 0,25 Mẫu xenlulo từ lõi dứa chứa 91,2% xenlulo có pH 4,0 trong khi chất xơ thực phẩm từ lõi dứa có pH 6,2 Sản phẩm chất xơ có kích thước lớn hơn thì có giá trị hơn sản phẩm có kích thước nhỏ do khả năng giữ dầu, giữ nước và

pH, thể tích lắng và khả năng tạo nhũ tương Cả hai sản phẩm trên đều có bề mặt lồi lõm, khô ráp và thể hiện các chức năng nổi trội khi bổ sung vào các loại bánh rán, các loại bánh nướng nhiều lớp và bánh hambeger thịt bò [37; 42]

Năm 2006, TS Katrin Hasekopf, viện nghiên cứu Frauenhof IVV, Freising (Đức) đã kết hợp với trường Đại học Mailand (Ý) và 11 nhà sản xuất thực phẩm và các chất phụ gia đã triển khai dự án sản xuất chất xơ thực phẩm từ đậu tương và ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm như súp ăn liền, bột làm bánh, pizza, đồ uống, các loại xúc xích v.v

Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm như: Xu Yunshe (Trung Quốc) năm 1997 đã nghiên cứu thành công công nghệ tách chiết chất xơ thực phẩm từ quả chuối OUYANG Linghua , PU Biao , ZHANG Xuemei , Li Siming (Đài Loan) 1996, đã nghiên cứu công nghệ tách chiết chất xơ thực phẩm từ vỏ quả chanh XU Guang-chao, YAO Hui-yuan (Đài Loan) 1997, đã nghiên cứu thu nhận chất xơ thực phẩm từ hạt đậu tương Cũng trong năm 1997, Yin Boxing , Sun Jian , Zhang Cuiying cũng đã nghiên cứu ứng dụng chất xơ thực phẩm trong sản

xuất sữa chua ZHANG Yan-rong , ZHANG Ya-yuan , WANG Da-wei (1997), đã nghiên cứu sử dụng chất xơ thực phẩm thu nhận từ ngô trong sản xuất bánh qui

Trong những năm 1970 - 1975, Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm dạng oligosaccharit Vào đầu những năm 1980 đến cuối những năm 1990, cùng với sự phát triển của công nghệ sản xuất enzim, một vài loại oligosaccharit đã được sản xuất ở qui mô công nghiệp như: Maltooligosaccharit, Isomaltooligosaccharit, Cyclodextrin (CDs), Fructooligosaccharit v.v trong số các công trình nghiên cứu đó phải kể đến một loạt các công trình nghiên cứu của Tiến sỹ Teruo Nakakuki [24; 35; 38]

I.3 Tình hình nghiên cứu chất xơ ở Việt Nam

Ở Việt nam, đã có một số công trình nghiên cứu về chất xơ thực phẩm được công bố như: Nghiên cứu sản xuất pectin từ vỏ trái cây bằng phương pháp thủy phân axit của các tác giả Nguyễn Đăng Diệp – Phân Viện Công nghiệp Thực phẩm (Tp Hồ Chí Minh); Nghiên cứu công nghệ sản xuất pectin có chỉ số methoxyl thấp từ vỏ cam của ThS Nguyễn Thúy Hường, Viện Công nghiệp Thực phẩm (2007); Công trình nghiên cứu sản xuất fructooligosaccharit từ đường saccaroza của TS Trịnh Kim Vân, Viện Công nghiệp Thực phẩm (2003); Nghiên cứu công nghệ sản xuất Cyclodextrin từ tinh bột sắn của ThS Đàm Lam Thanh, Viện Công nghiệp Thực phẩm (2005)

Trong vài năm gần đây, sản phẩm chất xơ thực phẩm đã được một số Viện nghiên cứu và công ty ứng dụng để sản xuất thực phẩm chức năng cho bệnh nhân tiểu đường, cho mục đích giảm cân, bổ sung chất xơ vào sản phẩm sữa, bột dinh dưỡng cho trẻ em v.v Tuy nhiên, các chế phẩm chất xơ sử dụng đều được nhập ngoại Việc sản xuất chất xơ từ nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền trong nước hiện vẫn chưa được nghiên cứu

I.4 Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ

Theo số liệu báo cáo của sở Khoa học và Công nghệ Bến Tre, vào mùa dứa ước tính mỗi ngày, một nhà máy chế biến rau quả (làm nước cô đặc) cũng thải ra khoảng

50 tấn bã Nếu số bã này đổ đi, phải mất chi phí khoảng 200 triệu đồng/năm Công ty

cổ phần chế biến thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao là một trong 6 trung tâm chế biến thực phẩm hiện đại và quy mô nhất ở nước ta Năm 2001 công ty đã đầu tư vào 4 dây chuyền đồ hộp, cô đặc, đông lạnh và nước quả với công suất 19.000 tấn sản phẩm/năm Năm 2007, tổng doanh thu ước đạt 120 tỷ đồng, kim ngạch xuất khẩu 7 triệu USD Sản phẩm chính của công ty là nước dứa cô đặc, nước dứa lạnh, nước vải thiều, nước lạc tiên… Cùng với công nghệ này, hàng năm nhà máy thải ra hàng trăm tấn bã dứa

Theo Niên giám Thống kê 2007, sản lượng lúa của Việt nam năm 2006 là 35849,5 nghìn tấn [3], tương ứng với nó là khoảng 3584,95 nghìn tấn cám thải ra Theo số liệu báo cáo của công ty dầu thực vật Cái Lân xây dựng tại Cần Thơ (2004) và khu công nghiệp Hiệp Phước (2007) với tổng năng suất hơn 200.000 tấn cám/năm qua trích ly có hơn 170.000 tấn cám tách béo Đây thực sự là nguồn nguyên liệu đầu vào rẻ tiền, sẵn có để sản xuất chất xơ của Việt Nam Vì vậy các công nghệ tham khảo cũng tập trung chủ yếu vào sản xuất chất xơ từ các nguyên liệu này

I.4.1 Quy trình công nghệ sản xuất chất xơ không hòa tan (xenlulo) từ lõi dứa [32;37]

Lõi dứa ép loại bỏ dịch, xay nhỏ Ngâm trong dung dịch kiềm loãng, nóng Ly tâm thu

bã xenlulo, rửa lại bằng nước nóng 3 lần Rửa bằng cồn 70%, ly tâm và sấy khô Xenlulo từ lõi dứa có thể phải qua với một quá trình tẩy trắng Tổng số chất xơ thực phẩm và xenlulo thu được đạt 99,8% và 95,2% (so với lượng chất khô) Mẫu xenlulo

từ lõi dứa chứa 91,2% xenlulo có pH 4,0 trong khi chất xơ thực phẩm từ lõi dứa có pH 6,2

I.4.2 Quy trình công nghệ sản xuất chất xơ hòa tan (pectin) từ phế liệu quả citrus

[9; 22]

Cùi và bã citrus được rửa sạch, tách hạt, cắt nhỏ rồi rửa nước ấm (50 – 600C) để loại

bỏ các glucozit còn sót lại Sau đó đưa nhiệt độ lên tới 95 – 980C để làm mất hoạt tính của enzim phân giải pectin

Sau đó là giai đoạn tách chiết pectin bằng cách đun nóng trong nước chứa axit (chlohydric, sulfuric) Thông thường, người ta dùng lượng nước gấp ba lần lượng vỏ khô, pH =1,3 – 1,4; nhiệt độ 90 – 1000C và thời gian đun là khoảng 1 giờ Quá trình thủy phân kết thúc khi độ khô dung dịch đạt 2% (pectin 0,7 – 1,0%; đường 1,0 – 1,3%) Một ít tạp chất như tinh bột và protein lẫn với pectin sẽ được loại bỏ nhờ các enzim phân giải Việc xử lý này được thực hiện ở pH = 4,5 – 5 (điều chỉnh bằng dung dịch natri cacbonat) và ở nhiệt độ 40 – 500C

Khi đã loại bỏ hết tinh bột (kiểm tra bằng iốt), điều chỉnh pH dung dịch tới 3 bằng cách thêm axit xitric, rồi đưa nhiệt độ lên 800C để làm mất hoạt tính của enzim Dung dịch có thể được làm mất màu nhờ anhydrit sulfurơ, rồi cho lọc ép bằng máy ép thuỷ lực sau đó dung dịch pectin được làm sạch và lắng gạn, thu dung dịch pectin trong suốt Sau khi lọc lấy dung dịch rồi cô đặc đến độ khô 10% thu được chế phẩm pectin với hàm lượng 4 – 5% đem bảo quản để nấu mứt Cô đặc trong chân không ở nhiệt độ

55 – 600C và độ chân không từ 600 mmHg trở lên Sau khi cô đặc thì nâng nhiệt lên 75 – 790C, rót vào bao bì và thanh trùng Pectin cô đặc có thể bảo quản bằng SO2 không

qua thanh trùng Trung bình 100kg cùi quả cho 50 – 70 lít dung dịch pectin độ khô 10%

Để thu pectin ở dạng bột người ta đông tụ pectin lỏng bằng cồn ethylic 950C rồi lọc để tách pectin khỏi hỗn hợp rượu – nước Kết tủa pectin được rửa lại bằng cồn 90% (v/v), đem sấy ở máy sấy chân không trục rỗng ở 60 –700C đến khi độ ẩm còn 3 –4%, nghiền nhỏ và đóng bao

I.4.3 Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ hòa tan (oligosaccharit) từ cám gạo

Cám gạo sau khi tách lipit được xử lý bằng enzim xenlulaza nồng độ 2% ở 500C/3 giờ Tổng số hydratcacbon, đường khử, protein thô của dịch chiết sấy khô đạt 87,2% Mono và disaccharit chiếm hơn 50%, oligosaccharit không nhỏ hơn 25% [30]

Theo nghiên cứu của Trường Đại học Tổng hợp Tohoku (Nhật Bản) các polysaccharit (thành phần chất xơ) của cám gạo đen có thể được trích ly bằng nước chưa bão hòa ở nhiệt độ từ 20 – 2600C/ 5 phút [16]

Để thu nhận các oligosaccharit từ cám gạo, Ken Youn Li đã sử dụng phương pháp thủy phân axit [17] Theo Hashim M.A cám gạo được đun sôi trong dung dịch kiềm loãng, sau đó được rửa và được đường hóa Kiềm được dùng để hòa tan xylan Quá trình đường hóa được thực hiện bởi enzim beta 1-4 xylanaza Sản phẩm chính của quá trình này là xyloza, xylobioza, xylotrioza trong đó xylobioza chiếm ưu thế [19] Iso-maltooligosaccharit được sản xuất từ tinh bột, các iso-maltooligosaccharit thương mại hiện nay được sản xuất bởi bốn công ty của Nhật Bản với sản lượng hơn 10.000 tấn/năm Alpha amylaza và beta glucoxidaza được dùng để đường hóa tinh bột Sản phẩm chủ yếu chứa isomaltoza, panoza và isomaltotrioza [19]

Cám gạo được dùng để ép thu dầu cám và dùng làm thức ăn chăn nuôi Theo Abdul & Luan, (2000) cám gạo cung cấp các chất giúp tăng cường sức khỏe chống lại các bệnh mãn tính Cũng theo tác giả này, chất xơ thực phẩm từ cám gạo tách dầu có khả năng gắn với nước, khả năng gắn với chất béo và tạo nhũ tương cao hơn chất xơ thương phẩm sản xuất từ củ cải đường [19]

Hamid-Theo phương pháp truyền thống hầu hết các cơ chất chức năng từ cám gạo được tách chiết bằng các dung môi hữu cơ như axeton, methanol và ethanol Tuy nhiên, phương pháp này mất nhiều thời gian và một số dung môi độc hại, nên phương pháp tách chiết bằng nước kết hợp với nhiệt độ đã được thay thế phương pháp truyền thống [20] Để thu nhận các oligosaccharit từ cám gạo, Ken Youn Li đã xử dụng phương pháp thủy phân axit [21], hoặc thủy phân bằng enzim xenlulaza, α-amylaza [30; 35] Đây thực sự

là một nguồn sản xuất chất xơ thực phẩm có giá trị

I.5 Giới thiệu một số công nghệ sấy chất xơ thực phẩm

I 5.1 Phân loại vật liệu sấy

Theo quan điểm hoá lý, vật ẩm là một hệ liên kết giữa pha phân tán và môi trường phân tán Dựa theo tính chất lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:

- Vật liệu keo: là vật có tính dẻo, nước ở dạng liên kết Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo Ví dụ: gelatin, pectin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột

- Vật liệu xốp mao dẫn: Nước ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao dẫn Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại và dễ dàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v

- Vật liệu keo xốp mao dẫn: Về cấu trúc các vật này thuộc xốp mao dẫn, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy khô thì co lại Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy Ví dụ: ngũ cốc, các hạt họ đậu, rau, quả v.v

I.5.2 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để mang hơi ẩm tách ra từ vật sấy Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy

Nếu lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại Do vậy, cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật để hoá hơi ẩm lỏng, cần phải sử dụng tác nhân sấy (như không khí, khói, hơi quá nhiệt) để mang hơi ẩm ra khỏi buồng sấy Trong đa số quá trình sấy, tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy, vừa làm nhiệm vụ tải ẩm

I.5.3 Một số thiết bị sấy

Phương pháp sấy đối lưu được sử dụng rộng rãi để sấy chất xơ thực phẩm Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu bằng cách truyền nhiệt đối lưu Quá trình sấy được thực hiện trong các thiết bị sấy như thiết bị sấy buồng, sấy băng tải, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín và thiết bị sấy phun

* Thiết bị sấy phun:

Nguyên lý làm việc: Quá trình sấy thực hiện bằng cách phun vật liệu (chất lỏng) thành hạt nhỏ và rơi tự do trong buồng sấy Môi chất sấy (không khí nóng, khói v.v) được thổi vào và chuyển động cùng với hạt vật liệu và sấy khô vật liệu Nhờ quá trình phun vật liệu thành hạt nhỏ (đường kính vài chục micron) nên bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu

và môi chất sấy rất lớn nên cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn (vài giây đến hàng chục giây) Quá trình sấy tiến hành nhanh đến mức không kịp đốt nóng sản phẩm quá nhiệt độ cho phép mặc dù nhiệt độ tác nhân sấy cao hơn nhiều Sấy phun dùng để sấy các dung dịch thành bột như: sữa, trứng, gelatin, albumin, nấm men

* Thiết bị sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín: Là loại thiết bị sấy ở dải nhiệt độ thấp có thể

làm việc trong khoảng ±15oC so với môi trường, hiệu quả nhất ở 45oC Nguyên lý chính của thiết bị là: tuần hoàn tác nhân sấy ở nhiệt độ thấp, sản phẩm sau sấy có độ

ẩm tương đối thấp nhờ quá trình tách nước trực tiếp của không khí ẩm sau khi đi qua buồng sấy (nhận ẩm của vật sấy) tiếp tục đi qua thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh, giảm nhiệt độ đến điểm đọng sương Trạng thái của tác nhân lúc này có nhiệt độ thấp

và độ ẩm thấp tiếp tục hành trình đi qua thiết bị ngưng tụ để nhận nhiệt, như vậy nhiệt

độ nâng lên đến trạng thái ban đầu đồng thời độ ẩm tương đối giảm Sự tuần hoàn kín của tác nhân có độ ẩm tương đối thấp tạo động lực trao đổi ẩm với vật sấy, thực hiện quá trình làm khô sản phẩm Với tính năng ưu việt trên thiết bị sấy bơm nhiệt là loại sấy sạch, do chế độ sấy nhiệt độ thấp nên chất lượng sản phẩm luôn giữ được màu sắc, mùi vị và không làm thay đổi các tính chất cơ, lý, hóa của sản phẩm Mặt khác do chế

độ sấy kín nên quá trình sấy không bị phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường như các phương pháp sấy thông thường khác

- Thiết bị sấy bơm nhiệt bao gồm: Buồng sấy kín có cách nhiệt, cửa kiểm tra ra và vào sản phẩm có gioăng kín, các khay chứa sản phẩm sấy dạng lưới Hệ thống lạnh được thiết kế làm việc ở chế độ tác nhân lạnh sôi bay hơi ở 0- 2oC, có thể điều khiển được nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh thông qua điều khiển áp suất làm việc để khai thác năng suất tối ưu và quá trình đọng sương cao nhất Các thiết bị bay hơi và ngưng tụ được lắp kín bên trong trên đường tuần hoàn các tác nhân sấy Các thiết bị phụ khác như: thiết bị ngưng tụ phụ đặt bên ngoài để có thể điều khiển thải nhiệt khi dư so với chế độ công nghệ yêu cầu, thiết bị bay hơi phụ đặt bên ngoài nhằm bổ sung nhiệt khi cần thiết, các thiết bị điều khiển và hiển thị bằng hệ vi xử lý kỹ thuật số: nhiệt độ sấy, độ

ẩm tác nhân sấy và các thiết bị khác Toàn bộ hệ thống được thiết kế dạng khối đồng

bộ có thể di động được đối với các thiết bị nhỏ dạng tủ hoặc cố định đối với các thiết

bị lớn dạng buồng hay tháp đứng

I.6 Vai trò của chất xơ đối với sức khỏe con người

Chất xơ thực phẩm có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người, nó có thể so sánh ngang bằng với vai trò của vitamin, của các nguyên tố vi lượng và khoáng chất Việc đảm bảo đủ nhu cầu chất xơ hàng ngày để có chế độ dinh dưỡng hợp lý đã được Viện Dinh dưỡng Việt Nam khuyến nghị Việc ăn đủ chất xơ có tác dụng tích cực đối với sức khỏe bao gồm:

™ Tác dụng làm giảm cholesterol máu

Trong quá trình lên men ở ruột, chất xơ hòa tan tạo ra các axít mạch ngắn như acetic, propionic, butyric, giúp hạn chế và ngăn chặn sự tổng hợp cholesterol ở gan Mặt khác, chất xơ hòa tan còn có tác dụng hấp thụ cholesterol trong lòng ruột và đào thải ra

ngoài giúp giảm lượng cholesterol trong máu, chống xơ vữa động mạch, tạo sự lưu thông tốt cho hệ tuần hoàn máu, giúp tim khỏe mạnh Theo kết quả nghiên cứu của Trường Khoa học về dinh dưỡng thuộc Đại học tổng hợp Deakin (Úc) đã công bố, các chất xơ hòa tan có tác dụng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu thông qua việc gắn kết với các axit mật để phân hủy các chất béo có trong thức ăn và sau đó bài tiết chúng ra ngoài Theo kết quả nghiên cứu của Hall và các cộng sự (tạp chí dinh dưỡng

và sức khỏe của châu Âu 2005 số 59 trang 325), hàm lương cholesterol, lipoprotein như LDL giảm 5% sau 4 tuần khi bổ sung 17-30g chất xơ từ cây họ đậu Chất xơ hòa tan như cám yến mạch, pectin, lúa mạch, đậu hạt, rau đậu, trái cây và rau có thể làm giảm được 5-10% lượng cholesterol máu, có khi tới 25%; Ngoài ra chúng còn có tác dụng tăng cường sự tạo thành các axit béo mạch ngắn và kích thích sinh trưởng của hệ

vi sinh vật hữu ích trong đường ruột, giảm sự có mặt của Clostridium (Johnson và các

cộng sự, tạp chí dinh dưỡng của Anh năm 2006, số 95 trang 372)

™ Duy trì ổn định đường máu

Tác dụng quan trọng của chất xơ thực phẩm là hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường Nhiều nghiên cứu đã chứng minh một số chất xơ hòa tan làm tinh bột lưu lại lâu trong ruột, nhờ đó làm chậm quá trình hấp phụ glucoza từ ruột non vào máu, do đó làm lượng đường trong máu không tăng cao đột ngột Tinh bột chậm tiêu hóa còn tạo cảm giác no, góp phần làm dịu đáp ứng đường huyết Theo Trowell H C (1975) và Marlett J Á (2002), bệnh tiểu đường rất hiếm gặp ở những người sống ở các thị trấn nhỏ của Châu Phi, những người ăn nhiều chất xơ, trong khi bệnh này lại rất phổ biến ở các cư dân phương Tây, những người có khẩu phần ăn với hàm lượng chất xơ rất thấp [25; 41]

™ Chống táo bón

Tác dụng đáng chú ý nhất của chất xơ là giúp cải thiện chức năng ruột già, chống táo bón và cung cấp năng lượng hoạt động cho tế bào ruột già Chất xơ giúp giảm triệu chứng một số bệnh liên quan đến táo bón và tiêu chảy cấp (như trĩ, mạch lươn, táo bón

ở phụ nữ mang thai, hội chứng đại tràng kích thích, bệnh túi thừa đại tràng và viêm đại tràng mạn tính và giúp điều chỉnh rối loạn hoạt động ruột do tiêu chảy hay sau mổ ruột già hoặc hồi tràng)

Chất xơ vào cơ thể có tác dụng thẩm thấu nước, nở to ra và làm tăng khối lượng bã thải Nó kích thích nhu động ruột non, ruột già co bóp mạnh làm tăng sự bài tiết và chống táo bón một cách hiệu quả Mặt khác, chất xơ hòa tan khi được đưa vào lòng ruột sẽ làm gia tăng sự lên men của hệ vi sinh vật có lợi cho đường ruột, đặc biệt là

Lactobacillus và Bifidus

™ Ngăn ngừa béo phì

Đối với những người mắc chứng béo phì, khi tăng hàm lượng chất xơ trong khẩu phần

ăn hàng ngày, đặc biệt là chất xơ hòa tan cho thấy có sự giảm đáng kể chất béo dư thừa Vì chất xơ dạng sợi thường có kích thước lớn nên khi ăn gây cảm giác chóng no hơn nữa, nó chứa ít chất béo, trong dạ dầy chất xơ thường có dạng gel, vì vậy làm chậm quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của hệ tiêu hóa, gây cảm giác no lâu nhờ đó giảm nhu câu ăn của người bệnh

Khi bị lên men bởi hệ vi sinh vật đường ruột, chất xơ hòa tan sinh ra một nguồn năng lượng rất thấp 1Kcal/g, tuy nhiên vẫn đảm bảo cảm giác no nhờ khả năng trương nở khi thẩm thấu nước, mặt khác với độ ngọt gần như bằng không nên không gây tích mỡ tại các mô mỡ, do đó mang lại hiệu quả rất cao cho việc ngăn ngừa bệnh béo phì

™ Các tác dụng khác

Các oligosaccharit có các chức năng sinh lý khác nhau Con người không thể tiêu hóa oligosaccharit bởi vì cơ thể chúng ta không sinh ra các enzim cần thiết để chuyển hóa chúng Thay vào đó chúng được lên men và được tiêu thụ bởi các vi khuẩn

đường ruột có lợi (Bifidobacteria) trong ruột kết Vì vậy, oligosaccharit được coi là

“tiền chất kháng sinh” bởi vì chúng kích thích sự phát triển của vi khuẩn có ích (còn gọi là các vi khuẩn Probiotic), làm tăng cường sự khỏe mạnh của hệ tiêu hóa, cân bằng các vi sinh vật có lợi và có hại Trong quá trình đồng hóa oligosaccharit, nhờ các vi khuẩn ở ruột kết tạo ra các axit béo mạch ngắn, làm tăng sự hấp thụ canxi và magie đồng thời kích thích sự phát triển các vi khuẩn có lợi trong đường tiêu hóa [19; 25; 30; 40]

Ngoài các tác dụng trên, việc lên men của chất xơ hòa tan trong ruột còn hỗ trợ hiệu quả cho việc tăng hấp thu canxi, magiê đồng thời sản sinh ra nhiều butyrat, là một nguồn năng lượng quan trọng cung cấp cho cơ thể và cho các tế bào của hệ miễn dịch,

và các kháng thể IgA trong thành ruột, giúp ức chế khả năng phát triển của các vi khuẩn gây bệnh đường ruột

Bên cạnh đó, do làm giảm thời gian thức ăn lưu lại trong ruột nên chất xơ cũng

có tác dụng giải độc Các nghiên cứu dịch tễ học cho hay lượng chất xơ trong khẩu phần ăn tỷ lệ nghịch với số ca bị tử vong do ung thư ruột kết Việc bổ sung chất xơ trong khẩu phần ăn cũng có tác dụng làm giảm hoặc kiểm soát được triệu chứng rối loạn đường ruột do sình hơi như bệnh ruột thừa, sỏi mật, táo bón Ở các nước có thói quen sử dụng nhiều chất xơ trong bữa ăn, số lượng người mắc các chứng bệnh như: ung thư ruột, bệnh tiểu đường và các bệnh liên quan đến động mạch vành ít hơn rất

nhiều so với các nước phương Tây

I.7 Nhu cầu chất xơ của con người

Nhu cầu tiêu thụ chất xơ hàng ngày của con người phụ thuộc rất nhiều vào tuối tác và giới tính và thói quen ăn uống của từng Quốc gia Năm 1993, Ủy ban Châu Âu đưa ra mức tiêu thụ chất xơ thực phẩm cho các nước thành viên trong khối cộng đồng chung Châu Âu là từ 21- 25,3g/ngày Người Mỹ trung bình một ngày tiêu thụ 14g chất xơ, ít hơn mức được khuyến cáo Năm 2005, trong sách viết về khẩu phần ăn của người Mỹ qui định, sử dụng 14g chất xơ/1000calo tiêu thụ Như vậy, nếu một bữa ăn tiêu thụ

2500 calo, cần xấp xỉ 35g chất xơ Dupin (1992) cho rằng người Pháp tiêu thụ 30 -40g chất xơ /ngày Một vài nước khác như: Đan Mạch, Thuỵ Sỹ có mức tiêu thụ chất xơ thấp hơn, khoảng 25 -30g/ngày

Đối với các nước kém phát triển lượng tiêu thụ khoảng 10 - 40 g/người/ngày chủ yếu

từ nguồn tinh bột, các loại ngũ cốc, rau họ đậu Hội những người mắc bệnh tim mạch ở

Úc khuyến cáo mỗi người, mỗi ngày nên tiêu thụ vào khoảng 30 gram chất xơ Theo các chuyên gia Úc, trẻ nhỏ nên ăn khoảng 10 gam chất xơ mỗi ngày và cứ tăng thêm 1 tuổi thì nên bổ sung thêm 1 gam chất này Đối với người cao tuổi, cùng với tuổi tác, hệ tiêu hóa dần dần lão hóa nên việc bổ sung chất xơ trong khẩu phần thức ăn cũng đặc biệt quan trọng

Năm 2002, Ủy ban thực phẩm và dinh dưỡng thuộc hội đồng nghiên cứu hàn lâm khoa học Quốc gia (Mỹ) đã ban hành qui định về việc bổ sung chất xơ vào thực phầm (bảng 1.4; 1.5)

Bảng 1.5 Mức tiêu thụ chất xơ thực phẩm ở một số quốc gia

DF Uỷ ban Quốc gia về dinh dưỡng

Mỹ 25g/2000 Kcal (Người lớn)

3 -20g (tuỳ thuộc lứa tuổi)

0,5g/BDW đến 25g/ngày (thanh niên)

DF Tổ chức sức khỏe Mỹ

Nhật 20 -25g TDF Bộ sức khoẻ và phúc lợi xã hội

Trong đó: DF: Chất xơ thực phẩm; TDF: Chất xơ tổng số; NSP: Polysacarit không phải tinh bột

Bảng 1.6 Nhu cầu sử dụng chất xơ theo độ tuổi và giới tính

Độ tuổi g chất xơ /ngày Độ tuổi g chất xơ /ngày

I.8 Ứng dụng chất xơ trong chế biến thực phẩm

Chất xơ là những chất bền với nhiệt và duy trì sự ổn định trong suốt quá trình chế biến

thậm chí cả khi các thành phần đạt đến nhiệt độ sôi (trong sản xuất kẹo, bánh nướng,

hay ép đùn) Trong môi trường axit, chất xơ khá bền vững, vì vậy chúng còn được

dùng để bổ sung vào nước ép quả, hàm lượng chất xơ trong sản phẩm được duy trì ổn

định sau vài tháng tàng trữ Trong chế biến thực phẩm, chất xơ được bổ sung vào với

mục đích làm tăng hàm lượng chất xơ Chúng có thể được bổ sung vào nhiều loại sản

phẩm khác nhau như: Các loại đồ uống, kẹo, bánh nướng, các sản phẩm sữa, sản phẩm

chế biến từ ngũ cốc, các loại quả chế biến, các thực phẩm bổ sung, các sản phẩm dinh

dưỡng đặc biệt Chất xơ có thể được thêm vào với một lượng khá lớn mà không ảnh

hưởng đến tính chất lưu biến, mầu sắc và mùi vị của sản phẩm

Bảng 1.8 Một số ứng dụng của chất xơ trong sản phẩm thực phẩm

Ứng dụng Chức năng Số lượng

trong sản phẩm cuối

(g/kg)

Ước tính tiêu thụ sản phẩm tương đương ở Châu Âu

(g/người/ngày)

Ước tính tiêu thụ sản phẩm tương đương ở Anh

CHƯƠNG II : THỰC NGHIỆM II.1 Nguyên vật liệu thiết bị, dụng cụ và hóa chất

II.1.1 Nguyên liệu

- Bã dứa được thu mua từ nhà máy đồ hộp xuất khẩu Đồng Giao (Thanh Hóa)

- Vỏ chanh dây được thu mua từ nhà máy đồ hộp Tân Bình, tp Hồ Chí Minh

- Cám gạo được thu mua từ cơ sở xay xát gạo ở Tiền Giang và Hà Tây

II.1.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm

- Máy sấy đối lưu tuần hoàn nhiệt

- Máy sấy phun

- Máy sấy lạnh khô (Free dryer)

- Máy nghiền

II.1.3 Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu

- Hóa chất dùng cho xử lý Ethanol 99%v/v, Axít HCl, NaOH

- Hóa chất dùng cho phân tích: Fe2(SO4)3; KMnO4; CuSO4; Potassium sodium

tartate ; (Rochelle salt); Thuốc thử Folin-Ciocalteau (Merck) ; Natri acetat ;

Na2CO3; Kali tetrate; NaHCO3 v.v

- Các đường chuẩn: glucoza, xyloza, galactoza, xylooligosacharit, galactooligosaccharit

- Các hóa chất kiểm tra vi sinh vật: Cao nấm men; Malt extract; Pepton; Cao thịt

; Muối ăn; Cao gan; Thạch

- Các chế phẩm enzim của Novo: Neutrase, Celluclast, Xylanase, Termamyl

II.2 Phương pháp

II.2.1 Phương pháp xây dựng qui trình thu hồi IDF và SDF

Các bước xây dựng qui trình:

1 Khảo sát, đánh giá, lựa chọn các yếu tố thực nghiệm chính của qui trình, bao gồm: khảo sát thành phần nguyện liệu, phương pháp xử lý nguyên liệu, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố (độ pH, nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ axit, nồng độ enzym), lựa chọn phương pháp sấy

2 Thử nghiệm, đánh giá chất lượng sản phẩm

3 Xây dựng qui trình chính thức

II.2.1.1 Khảo sát thành phần nguyên liệu

- Thu thập các lọai nguyên liệu

- Xác định thành phần các loại nguyên liệu và so sánh hàm lượng chất xơ trong các loại nguyên liệu

- Kết quả nhằm định hướng phương pháp xử lý nguyên liệu tiếp theo

II.2.1.2 Phương pháp xử lý nguyên liệu

II.2.1.4 Lựa chọn phương pháp thủy phân

™ Phương pháp thủy phân axit loãng kết hợp với nhiệt độ cao

Đây là công nghệ cổ nhất để thủy phân các mô thực vật Thường sử dụng dung dịch axit sulfuric nồng độ 1% phản ứng liên tục ở nhiệt độ cao Trong môi trường axit

loãng và nhiệt độ cao, lignin bị loại bỏ để lộ ra phân tử xenlulo và hemixenlulo, thủy phân tinh bột thành dextrin và glucose, hemixenlulo bị thủy phân chuyển thành đường 5-carbon (celobiose) và phá hủy cấu trúc tinh thể của xenlulo tạo thành xenlulo vi tinh thể (Avicel) và đường 6-carbon (glucose)

May năm 1990, đã sử dụng dung dịch HCl nồng độ 0,03% (pH 2), nhiệt độ thủy phân 700C trong 3 giờ để thu nhận chất xơ hòa tan từ vỏ citrus [7]

Quá trình này cũng được dùng để thủy phân một số thực vật thân mềm ở Chester (California, Mỹ) và Tembec (Canada) để hòa tan hemicellulose và lignin thu xenlulo

™ Phương pháp thủy phân kiềm kết hợp với thủy phân axit

Sử dụng dung dịch kiềm 10% để chỉnh pH của dịch cám đã loại lipit về 9,5, nhiệt độ 380C trong 15 phút để hòa tan xylan Tiếp theo sử dụng HCl 2N để hạ pH 4 và giữ nhiệt độ 700C/ 2h, để thủy phân tinh bột và cellulose Ly tâm tách bã, phần dịch trong sau lọc gồm protein, các đường đơn, các oligosaccharide thu được sau li tâm được cô đặc, sấy phun để thu nhận chất xơ hòa tan [41]

™ Phương pháp thủy phân kiềm kết hợp enzyme

Sử dụng dung dịch kiềm 10% để chỉnh pH của dịch cám đã loại lipit về 9,5, nhiệt độ 380C trong 15 phút để hòa tan xylan Hạ pH của dịch cám xuống 6,0 bằng axit HCl Tiếp theo sử dụng enzyme Neutrase để thủy phân protein ở 500C/30 phút; Celluclast và xylanase 500C/30 phút và Termamyl 950C/15 phút để thủy phân thành phần của cám gạo thành oligosacarit Dịch sau thủy phân được ly tâm tách bã Phần dịch trong sau lọc gồm protein, các đường đơn, các oligosaccharide thu được sau li tâm được cô đặc, sấy phun để thu nhận chất xơ hòa tan (SDFo)

II.2.2 Phương pháp xây dựng qui trình ứng dụng IDF và SDF vào một số thực phẩm

Các bước xây dựng qui trình:

1 Phân tích thành phần chất xơ của sản phẩm lựa chọn (bao gồm SDF, IDF, TDF và tỉ

lệ SDF/IDF), đánh giá mức độ cân đối

2 Nghiên cứu tạo hỗn hợp chất xơ (ISF và SDF) bổ sung vào sản phẩm đã lựa chọn (so sánh với sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên nhất)

3 Xây dựng công thức, sản xuất thử

4 Đánh giá cảm quan so sánh với mẫu đối chứng

5 Xây dựng qui trình chính thức

II.2.3 Các phương pháp phân tích hóa lý

- Xác định hàm ẩm theo TCVN 4801-89

- Xác định hàm lượng pectin bằng phương pháp tủa cồn 99% v/v, lọc kết tủa, sấy

ở 1050C đến trọng lượng không đổi Cân xác định trọng lượng thu được

- Xác định hàm lượng lipit theo phương pháp FAO FNP 14/7 - 1986

- Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Lowry [19]

- Xác định hàm lượng tro tổng số theo AOCS Ca 11-55 (1997)

- Xác định hàm lượng gluxit theo TCVN 4594: 1988

- Xác định thành phần đường có trong chất xơ hòa tan bằng HPLC và TLC

- Xác định cellulose theo Scharrer-Kürschner

- Xác định hàm lượng chất xơ tổng số theo AOAC 993.21 [3; 24]

- Xác định hàm lượng chất xơ hòa tan theo AOAC 993.19 [3; 24]

- Xác định hàm lượng chất xơ không hòa tan theo AOAC 991.42 [3, 24]

II.2.4 Các phương pháp phân tích vi sinh

- Tổng số VSV hiếu khí được xác định theo phương pháp ISO 6610

- Coliforms được xác định theo phương pháp TCVN 4883-93

- E.coli được xác định theo phương pháp TCVN 5515-90

- S aureus xác định theo phương pháp TCVN 5156-90

- Cl perfringens xác định theo phương pháp TCVN 4491-89

- Tổng số bào tử NM - M xác định theo phương pháp TCVN 5166-90

II.2.5 Phương pháp cảm quan

II.5.1 Phương pháp so sánh cặp đôi: TCVN 4831-89

II.5.2 Phương pháp mô tả:

- Hội đồng thống nhất lựa chọn các đặc tính cần đánh giá

- Hội đồng thực hiện các phép thử sơ bộ và thống nhất cách sử dụng thang cường

độ đã đưa ra (trong thí nghiệm là thang 7 điểm)

- Đánh giá cường độ trên thang

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN SẢN PHẨM BÁNH MÌ

II.2.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm

II.2.5.1 Qui trình sản xuất IDF từ bã dứa

II.2.5.2 Qui trình sản xuất SDF từ vỏ chanh dây

I.2.5.3 Qui trình sản xuất SDFo từ cám gạo

Ảnh hưởng của nhiệt

độ dung dịch kiềm

(<2mm; <5mm; ĐC)

Xây dựng qui trình

Đánh giá chất lượng sản phẩm

Ảnh hưởng của kích thước

Khảo sát thành phần

(80 – 1000C bước 10) (8:1-20:1 bước 5:1)

Khảo sát thành phần Xử lý Khảo sát pH

Khảo sát thời gian thuỷ phân

(1 – 8, bước 1)

Xây dựng qui trình

Đánh giá chất lượng sản phẩm

Vỏ chanh

dây

Khảo sát thành phần loại lipitXử lý

(H 2 SO 4 , NaOH, Enzyme, ĐC)

Xây dựng qui trình

Đánh giá chất lượng sản phẩm chế độ sấy Khảo sát

Nghiên cứu các yếu

tố ảnh hưởng

Lựa chọn phương pháp thủy phân

Khảo sát nhiệt độ (50-1000C, bước 100C)

(30 -180 phút, bước 30 phút)

Cám gạo

Thu hồi chất xơ

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN

III.1 Khảo sát thành phần nguyên liệu

Theo số liệu báo cáo của sở Khoa học và Công nghệ Bến Tre, vào mùa dứa ước tính mỗi ngày, một nhà máy chế biến rau quả (làm nước cô đặc) cũng thải ra khoảng

50 tấn bã Với mục đích tận dụng được nguồn bã phế thải này, Phân viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) vừa nghiên cứu thành công quy trình chế biến rượu vang từ nguồn bã dứa (vỏ, mắt, miếng vụn) Ngoài tận dụng nguồn dịch dứa để làm rượu, bã khô được sấy hoặc phơi nắng làm thức ăn gia súc.

Công ty cổ phần chế biến thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao là một trong 6 trung tâm chế biến thực phẩm hiện đại và quy mô nhất ở nước ta Năm 2001 công ty đã đầu

tư vào 4 dây chuyền đồ hộp, cô đặc, đông lạnh và nước quả với công suất 19.000 tấn sản phẩm/năm Năm 2007, tổng doanh thu ước đạt 120 tỷ đồng, kim ngạch xuất khẩu 7 triệu USD Sản phẩm chính của công ty là nước dứa cô đặc, nước dứa lạnh, nước vải thiều, nước lạc tiên… hàng năm nhà máy thải ra hàng ngàn tấn bã quả

Theo Niên giám Thống kê 2007, sản lượng lúa của Việt nam năm 2006 là 35849,5 nghìn tấn [3], tương ứng với nó là khoảng 3584,95 nghìn tấn cám thải ra Theo số liệu báo cáo của công ty dầu thực vật Cái Lân xây dựng tại Cần Thơ (2004) và khu công nghiệp Hiệp Phước (2007) với tổng năng suất hơn 200.000 tấn cám/năm qua trích ly có hơn 170.000 tấn cám tách béo Đây thực sự là nguồn nguyên liệu đầu vào rẻ tiền, sẵn có để sản xuất chất xơ của Việt Nam

Vì vậy, trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi chỉ khảo sát một số nguồn nguyên liệu là phế phụ phẩm của các nhà máy chế biến hoa quả và lương thực, nhằm tạo ra sản phẩm chất xơ có giá trị từ phụ phẩm của các nhà máy chế biến và góp phần làm sạch môi trường Kết quả được trình bày trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Thành phần chất xơ trong một số nguồn nguyên liệu

Nguyên liệu Hàm ẩm

(%)

Lipit (%)

Protein (%)

Cacbonhydrat (%)

Cellulose (%)

Pectin (%)

Vỏ chanh dây 80,7 - 2,04 1,26 4,50 2,5

Ghi chú: Dấu (-) là không xác định

Kết quả ở bảng 3.1 cho thấy: Bã dứa có hàm lượng cacbonhydrat, cellulose thấp nhất trong ba nguồn nguyên liệu lựa chọn để phân tích, pectin không có, trong khi đó hàm lượng nước quá cao (chiếm 89,72%), vì vậy để sản xuất chất xơ, cần phải xử lý

loại nước cho nguyên liệu Đối với vỏ chanh dây, hàm lượng cacbohydrat thấp (chiếm 1,26%), hàm ẩm khá cao (chiếm 80,7%), song hàm lượng cellulose và hàm lượng pectin khá cao (chiếm 4,5% và 2,5%) Đây là nguồn nguyên liệu để sản xuất chất xơ hòa tan (pectin) rất tốt Đối với cám gạo, hàm lượng hydratcacbon cao (41,82%) và hàm lượng lipit chiếm 15,23% Vì vậy, để đảm bảo cho chất lượng sản phẩm sau này cám gạo trước khi ứng dụng cần phải loại lipit khỏi cám

III.2 Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu

Mục đích của việc xử lý nguyên liệu là nhằm bất hoạt các enzyme có trong nguyên liệu, đồng thời loại bỏ nước trong nguyên liệu (bã dứa, vỏ chanh dây) cũng như tách loại lipit (cám gạo) trước khi đưa vào xử lý hóa học hoặc sinh học

Tùy từng loại nguyên liệu và mục đích xử lý mà các phương pháp khác nhau được sử dụng như: Phương pháp xử lý vật lý (phá vỡ kích thước lớn thành kích thước nhỏ hơn bằng việc xay nhỏ hoặc đun trong nước hoặc hấp) hay phương pháp hóa lý (xử lý bằng dung môi kết hợp với gia nhiệt)

III.2.1 Xử lý bã dứa

Hàm lượng nước và đường trong bã dứa khá cao vì vậy trước khi thu chất xơ không hòa tan, bã dứa cần được chần bằng nước sôi trong 5 phút nhằm làm mềm mô quả, tạo điều kiện thoát nước dễ dàng trong quá trình ép tách nước Bã dứa sau khi ép thủy lực được phân tích hàm ẩm, kết quả được ghi ở bảng 3.2

III.2.2 Xử lý vỏ chanh dây

Vỏ chanh dây được chần trong dung dịch axit xitric 5% ở 1000C trong 5 phút nhằm vô hoạt enzyme hóa nâu và làm mềm mô quả, sau đó ép loại nước Vỏ chanh dây sau ép được phân tích hàm ẩm Kết quả được ghi ở bảng 3.2

III.2.3 Loại lipit của cám gạo

Cám gạo sau khi xay xát được loại lipit bằng dung môi hexan, sử dụng bộ cất Soxhlet Cám gạo sau xử lý được sấy khô loại hexan và phân tích xác định hàm lượng lipit Kết quả được trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của việc xử lý đến một số thành phần của nguyên liệu

Chỉ tiêu Bã dứa Vỏ chanh dây Cám gạo Hàm ẩm trước xử lý (%) 89,72 80,70 -

Hàm ẩm sau xử lý (%) 60,38 57,32 -

Lipit trước xử lý (%) - - 15,23

Lipit sau xử lý (%) - - 2,42

Tỷ lệ giảm (%) 32,70 28,97 84,11

Ghi chú: Dấu (-) là không xác định

Kết quả ở bảng 3.2 cho thấy: Đối với nguyên liệu là bã dứa và vỏ chanh dây, việc chần

và ép nước đã làm giảm đáng kể lượng nước trong nguyên liệu (từ 89,72% xuống còn

60,38% đối với bã dứa và từ 80,7% xuống còn 57,32% đối với vỏ chanh dây) Đối với cám, sau quá trình xử lý dung môi hexan đã loại được 84,11% lipit trong cám nguyên liệu

III.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến thu nhận IDF từ bã dứa

III.3.1 Ảnh hưởng của kích thước bã dứa

Để đảm bảo sự ổn định trong quá trình thí nghiệm, bã dứa sau khi ép loại dịch quả, được sấy khô 1000C trong 6 giờ 10g bã dứa sau sấy được nghiền nhỏ đến kích thước <2mm và <5mm (mẫu đối chứng là bã dứa không nghiền) Bã dứa được tẩy trắng bằng dung dịch kiềm loãng, nóng pH 9,5 Ly tâm thu bã xenlulo, rửa lại bằng nước nóng 3 lần Rửa bằng cồn 70%, ly tâm và sấy khô 1000C trong 6 giờ Xác định lượng chất xơ thu được và độ tinh khiết của sản phẩm Kết quả được ghi ở hình 3.1

Hình 3.1 Ảnh hưởng của kích thước bã dứa khô đến hàm lượng chất xơ và độ tinh khiết

Kết quả ở hình 3.1 cho thấy: Kích thước bã dứa ảnh hưởng đến hàm lượng chất

xơ và độ tinh khiết của sản phẩm Lượng chất xơ không tan thu được tỷ lệ thuận với kích thước nguyên liệu Kích thước càng lớn lượng chất xơ thu được càng nhiều Xét

về độ tinh khiết của sản phẩm, kích thước càng nhỏ độ tinh khiết của sản phẩm càng cao Điều này có thể giải thích bởi kích thước nhỏ khả năng tiếp xúc giữa dung dịch kiềm và bã dứa càng nhiều, vì thế độ tinh khiết của sản phẩm càng cao Tuy nhiên, kích thước nhỏ thì việc mất chất xơ trong quá trình rửa và li tâm sẽ cao hơn so với kích thước lớn, vì thế lượng chất xơ thu được ít hơn Ở kích thước bã dứa <5mm, lượng chất xơ thu được cao hơn mẫu có kích thước <2mm và độ tinh khiết là tương đương nhau Vì vậy, kích thước bã dứa <5mm được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

III.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch kiềm loãng và bã dứa

Thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ dung dịch kiềm (pH 9,5) và bã dứa thay đổi từ 8:1 đến 20:1 (bước 5), kết quả được trình bày ở bảng 3.3

0 20 40 60 80 100 120

<2mm <5mm ĐC

Khối lượng IDF(gx10) Độ tinh khiết (%)

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch kiềm loãng và bã dứa

TT Tỷ lệ kiềm và bã dứa Khối lượng mẫu

(g)

Khối lượng IDF (g)

Protein (%)

Tro (%)

Độ tinh khiết (%)

II.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch kiềm pH 9,5

Thí nghiệm được tiến hành với dung dịch kiềm pH 9,5 nhiệt độ dung dịch thay đổi từ 80 – 1000C (bước 100C) xử lý trong thời gian 5 phút Xác định lượng IDF thu được Kết quả được ghi ở bảng 3.4

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch kiềm đến hàm lượng chất xơ và độ tinh khiết của sản phẩm IDF

TT Nhiệt độ

(0C)

Khối lượng mẫu (g)

Khối lượng IDF (g)

Protein (%)

Tro (%)

Độ tinh khiết (%)

Từ các kết quả nghiên cứu trên, đã xác định được điều kiện sản xuất IDF từ bã dứa là: Kích thước bã dứa <5mm; dung dịch kiềm pH 9,5; tỷ lệ dung dịch kiềm: bã dứa = 8:1; nhiệt độ tẩy trắng 1000C, thời gian 5 phút

III.4 Nghiên cứu thu nhận chất xơ hòa tan (SDF)

III.4.1 Nghiên cứu thu nhận SDFp từ vỏ chanh dây

a) Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng chất xơ hòa tan thu được

Để giải phóng pectin ra khỏi cấu trúc của thành tế bào thực vật cũng như tách pectin khỏi các liên kết với các glycopolymer khác Tác nhân axit ở nhiệt độ cao để thuỷ phân xenlulo và hemixenlulo giải phóng pectin được sử dụng Vỏ chanh dây sau khi xử lý được nghiền nhỏ đến kích thước <1mm; <2mm và lớn hơn 2mm Tỷ lệ vỏ quả khô với dung dịch axit bổ sung là 1:20 (pH 2) Thủy phân 700C trong 3 giờ Lọc thu dịch trong, tủa cồn thu chất xơ hòa tan Kết quả được ghi ở hình 3.2

Hình 3.2 Ảnh hưởng của kích thước đến hiệu suất thu hồi SDFp

Kết quả ở hình 3.2 cho thấy: Kích thước nguyên liệu không ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm, song có ảnh hưởng đến tỷ lệ chất xơ hòa tan thu được Kích thước vỏ chanh dây lớn hơn 2mm, hàm lượng chất xơ hòa tan thu được giảm từ 2,902g xuống còn 1,2g Mẫu sử dụng vỏ chanh dây kích thước <1mm, tỷ lệ chất xơ hòa tan thu được là lớn nhất Vì vậy, kích thước vỏ chanh dây <1mm được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

b) Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân đến hàm lượng SDFp thu được

Thí nghiệm được tiến hành với các giá trị pH dung dịch thủy phân thay đổi lần lượt là 1,0 – 8,0 (bước 1) Nhiệt độ thủy phân là 700C, thời gian thủy phân 3 giờ Lọc thu dịch trong, tủa cồn thu chất xơ hòa tan Kết quả được ghi ở hình 3.3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

<1mm <2mm >2mm

Khối lượng IDF(gx10) Độ tinh khiết (%)

0 20 40 60 80 100 120

pH 1 pH 2 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 pH 8

Khối lượng IDF(gx10) Độ tinh khiết (%)

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân đến hiệu suất thu hồi SDFp

Kết quả ở hình 3.3 cho thấy pH có ảnh hưởng đến quá trình thu nhận SDFp Xét

về lượng chất xơ thu được, thủy phân ở pH axit và pH kiềm cho tỷ lệ thu hồi SDFp là tương đương nhau Ở pH 4 chất xơ bị tan hoàn toàn, có thể đây là điểm phân ly của các thành phần chất xơ, vì vậy lượng chất xơ thu được là vô cùng thấp (đạt 0,015g/5g

vỏ chanh dây) Xét về độ tinh khiết, độ tinh khiết của chất xơ thu được tỷ lệ nghịch với

sự tăng của pH pH 2 cho tỷ lệ thu hồi SDF đạt cao nhất (2,914g/5g vỏ chanh dây) và

độ tinh khiết thấp hơn pH 1 không đáng kể Kết quả này là phù hợp với công bố của May và cộng sự (1990), hàm lượng pectin thu được từ vỏ quả citrus là cao nhất khi sử dụng dung dịch HCl nồng độ 0,03% (pH 2), nhiệt độ thủy phân 700C trong 3 giờ Vì vậy, điều kiện thủy phân này được áp dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước

vỏ chanh dây đến hàm lượng pectin thu hồi Vì vậy, pH 2 được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

c) Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng SDFp thu được

Thí nghiệm được tiến hành với pH dịch thủy phân là 2,0; thời gian thủy phân là

3 giờ, nhiệt độ thủy phân thay đổi từ 60- 1000C (bước 100C) Lọc thu dịch trong, tủa cồn thu chất xơ hòa tan Kết quả được ghi ở bảng 3.5

Bảng 3.5 Lượng SDFp thu được ở các nhiệt độ khác nhau

Chất khô ( 0 Bx)

Khối lượng SDFp (g)

Protein (%) (%) Tro Độ tinh khiết

(%)

Tính chất keo của pectin

d) Ảnh hưởng của thời gian thủy phân pectin

Với pH dịch thủy phân là 2,0; nhiệt độ thủy phân 800C, thời gian thủy phân thay đổi từ 30 – 180 phút (bước 30 phút) Kết quả ghi ở bảng 3.6

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian đến lượng SDFp thu được

Thời

gian

(phút)

Khối lượng mẫu (g)

Chất khô (0Bx)

Khối lượng SDF (g)

Protein (%) Tro (%) Độ tinh khiết

Kết quả ở bảng 3.6 cho thấy: Tỷ lệ chất xơ hòa tan đạt giá trị cao nhất (3,28g/5g

vỏ chanh dây) sau 30 phút thủy phân ở pH 2 và nhiệt độ 1000C Kéo dài thời dài thủy phân từ 30 phút lên 180 phút, lượng chất xơ thu được cũng không tăng Độ tinh khiết của sản phẩm không khác nhau nhiều ở các thời gian thủy phân khác nhau Vì vậy thời gian thủy phân 30 phút được lựa chọn

Từ các kết quả nghiên cứu trên, đã xác định được điều kiện sản xuất SDFp là: Kích thước vỏ chanh dây <1mm; dung dịch HCl pH 2; nhiệt độ thủy phân 800C, thời gian thủy phân 30 phút

III.4.2 Nghiên cứu thu nhận SDF từ cám gạo đã loại lipit

a) Lựa chọn phương pháp thu nhận SDFo

Với mục đích thu nhận oligosacarit từ cám gạo Thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện thủy phân khác nhau: Thủy phân axit H2SO4 0,75%, thủy phân kiềm pH 9,5

và thủy phân hỗn hợp các enzym (Neutrase; Xylanase và Termamyl) Dịch sau thủy phân được li tâm tách bỏ bã, xác định hàm lượng chất khô, độ nhớt của dung dịch và kết tủa bằng cồn 70%, xác định hàm lượng chất xơ hòa tan thu được, xác định hàm lượng protein, hàm lượng chất tro trong mẫu kết tủa Kết quả được mô tả ở hình 3.4

Hình 3.4 Ảnh hưởng của phương pháp xử lý đến tỷ lệ thu hồi SDFo

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

+ HCl

Ter + AMG

Ter + Xyl.

Cel+Nov ĐC Mẫu thí nghiệm

Kết quả cho thấy: Với cùng tỷ lệ cám đã loại dầu là 20g, sử dụng phương pháp thủy phân enzym cho tỷ lệ thu hồi SDF cao hơn các mẫu chỉ dùng hóa chất hay nước máy Trong số các mẫu sử dụng enzym, mẫu sử dụng 0,5% Neutrase (500C/30 phút); 0,08% Termamyl (95oC/30 phút) và 0,5% Xylanase (500C/1 giờ) cho tỷ lệ thu hồi SDF cao nhất (đạt 2,74 g/20g cám) Vì vậy, phương pháp thủy phân enzym này được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

b) Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất và dung dịch thủy phân

Thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ cám và dung dịch pH 9,5 thay đổi từ 1:4; 1:5; 1:6 và 1:7 Bổ sung enzyme Neutrase 0,5% (500C/30 phút); 0,08% Termamyl (95oC/30 phút) và 0,5% Xylanase (500C/1 giờ) Ly tâm thu dịch trong, kết tủa cồn 70% Xác định lượng SDFo thu được Kết quả được thể hiện ở hình 3.5

Hình 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ cám và nước đến tỷ lệ thu hồi SDFo

Kết quả cho thấy: Tỷ lệ thu hồi chất xơ hòa tan từ cám gạo cao nhất khi tỷ lệ cám: dung dịch là 1:5 (tỷ lệ thu hồi đạt 2,84g/20g) Vì vậy, tỷ lệ cám: nước 1:5 được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

c) Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Termamyl

Thí nghiệm được tiến hành với 20g cám gạo đã loại dầu, tỷ lệ cám: dung dịch 1:5, bổ sung Neutrase 0,5% thủy phân 500C/30 phút, tiếp theo bổ sung Termamyl nồng độ thay đổi lần lượt là: 0,05; 0,06; 0,07, 0,08 và 0,09%, mẫu đối chứng không bổ sung enzym (0%) Thủy phân ở 95oC/30 phút Hạ nhiệt, bổ sung xylanaza 0,5%, thủy phân 50oC/1 giờ Ly tâm thu dịch trong, kết tủa cồn 70% Xác định lượng SDFo thu được Kết quả được mô tả ở hình 3.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ Termamyl đến tỷ lệ thu hồi SDFo

Kết quả cho thấy: Tỷ lệ thu hồi chất xơ tăng tỷ lệ nghịch với sự tăng nồng độ enzyme Termamyl sử dụng Nồng độ enzym termamyl 0,06% cho tỷ lệ thu hồi chất xơ hòa tan cao nhất (đạt 2,82g/20g), cao hơn hẳn mẫu đối chứng không sử dụng enzym (đạt 1,08g/20g) Vì vậy, nồng độ termamyl là 0,06% được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

d) Ảnh hưởng của thời gian thủy phân Termamyl

Thí nghiệm được tiến hành với nồng độ Termamyl 0,06%, thủy phân ở 950C, thời gian thay đổi từ 10; 15; 20; 25 và 30 phút Xác định lượng SDFo thu được Kết quả được

mô tả ở hình 3.7

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân Termamyl

đến hàm lượng SDFo

Kết quả cho thấy: Tỷ lệ thu hồi chất xơ đạt cao nhất sau 15 phút thủy phân Tiếp tục kéo dài thời gian, hàm lượng chất xơ thu được không những không tăng mà lại giảm xuống Vì vậy, thời gian thủy phân termamyl 15 phút được lựa chọn cho

những nghiên cứu tiếp theo

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

e) Ảnh hưởng của nồng độ Xylanase

Thí nghiệm được tiến hành với 20g cám gạo đã loại dầu, bổ sung enzyme Neutrase 0,5% thủy phân 500C/30 phút; Termamyl 0,06% thủy phân 950C/15 phút Tỷ

lệ enzyme Xylanase thay đổi lần lượt là: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 và 0,6%, mẫu đối chứng không bổ sung Xylanase (0%) Thủy phân ở 500C/1 giờ Ly tâm thu dịch trong, kết tủa cồn 70% Lọc thu kết tủa Xác định lượng SDFo thu được, hàm lượng protein, hàm lượng chất tro trong mẫu kết tủa Kết quả được mô tả ở hình 3.8

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ Xylanse đến tỷ lệ thu hồi SDFo từ cám gạo

Kết quả cho thấy: Tỷ lệ thu hồi SDFo tăng tỷ lệ thuận với sự tăng của nồng độ enzyme Xylanase Ở nồng độ 0,4%, tỷ lệ thu hồi chất xơ hòa tan từ cám gạo là cao nhất (đạt 3,12g/20g) Vì vậy, tỷ lệ Xylanase 0,4% được lựa chọn cho những nghiên

cứu tiếp theo

e) Ảnh hưởng của thời gian thủy phân xylanase

Thí nghiệm được tiến hành với 20g cám gạo đã loại dầu, bổ sung enzyme Neutrase 0,5% thủy phân 500C/30 phút; Termamyl 0,06% thủy phân 950C/15 phút và Xylanase 0,4% Thủy phân 500C, trong thời gian 0; 30; 60; 90 và 120 phút Xác định hàm lượng SDFo thu được Kết quả được thể hiện ở hình 3.9

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tỷ lệ thu hồi SDFo từ cám gạo

Kết quả cho thấy thời gian thủy phân có ảnh hưởng đến phản ứng enzyme Với cùng lượng cơ chất, cùng điều kiện thủy phân như nhau, nhiệt độ thủy phân 500C, thời gian thủy phân 30 phút cho tỷ lệ thu hồi SDF cao nhất (đạt 3,29g/20g) Vì vậy, thời gian thủy phân 30 phút được lựa chọn để thu nhận chất xơ hòa tan từ cám gạo

III 5 Nghiên cứu công nghệ sấy chất xơ thực phẩm

III.5.1 Nghiên cứu công nghệ sấy chất xơ không hòa tan

III.5.1.1 Lựa chọn phương pháp sấy thích hợp

Chất xơ không tan thu được từ bã dứa được sấy tĩnh trong tủ sấy kết hợp với quạt gió và sấy tuần hoàn nhiệt Xác định hàm ẩm của mẫu sau sấy và đánh giá cảm quan của mẫu sau sấy Kết quả được ghi ở bảng 3.7

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến chất lượng sản phẩm

Phương pháp sấy Chế độ sấy Hàm ẩm

trước sấy (%w/w)

Hàm ẩm sau sấy (%w/w)

Cảm quan

- Sấy trong tủ sấy kết

hợp với quạt gió

100 0 C/6 giờ 61,5 7,2 Mầu vàng nâu, thơm

- Sấy tuần hoàn nhiệt 1000C/4,5 giờ 61,5 6,8 Mầu vàng nhạt, thơm Kết quả cho thấy: Chất xơ sấy bằng phương pháp sấy tuần hoàn nhiệt thời gian sấy ngắn hơn, chất lượng cảm quan tốt hơn, mầu sắc của chất xơ giữ nguyên mầu vàng ban đầu của bã dứa Giá trị cảm quan là rất quan trọng khi bổ sung chất xơ vào chế biến thực phẩm Vì vậy, phương pháp sấy tuần hoàn nhiệt được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo

III.5.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến chất lượng chất xơ

Chất xơ không hòa tan từ bã dứa được sấy trên thiết bị sấy tuần hoàn nhiệt, tốc

độ lưu thông không khí 4m/s và độ dày lớp sấy cố định (100g vật liệu sấy/diện tích

2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4