Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất thu nhận chất xơ hoà tan từ rau khoai lang

Khãa ln tèt nghiƯp Khoa c«ng nghƯ sinh häc LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin chân thành cảm ơn ThS Trần Hoàng Quyên nhận tạo điều kiện cho thực tập Trung tâm thực nghiệm sản xuất chuyển giao công nghệ thực phẩm – Viện công nghiệp thực phẩm Hà Nội Tôi xin cảm ơn ThS Lê Văn Bắc người trực tiếp hướng dẫn bảo tơi tận tình suốt q trình thực hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn ThS Lê Văn Bắc khuyên bảo giúp đỡ suốt thời gian thực tập Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo, cán bộ, nhận viên khoa Công nghệ sinh học Viện Đại Học Mở Hà Nội đạo, hướng dẫn suốt trình học tập tạo điều kiện thuận lời giúp tơi hồn thành thủ tục cần thiết trình thực tập nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình,người thân, bạn bè, đồng nghiệp động viên khích lệ tơi q trình học tập thực luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn tới cá nhân, tổ chức giúp đỡ thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2015 Sinh viên Đào Quỳnh Thư SV:Đào Quỳnh Thư- K19-1203 Khãa ln tèt nghiƯp Khoa c«ng nghƯ sinh häc MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ CHẤT XƠ HÒA TAN 1.1.1 Khái niệm chất xơ hòa tan 1.1.2 Phân loại chất xơ hòa tan - 1.1.2.1 Dựa vào tính chất sinh lý, hóa lý[2] 1.1.2.2 Dựa vào cấu trúc hóa học [2] - 1.1.3 Nguồn gốc cung cấp chất xơ hòa tan - 1.1.4 Tính chất chức chất xơ hịa tan - 1.1.5.Tình hình nghiên cứu thu nhận ứng dụng chất xơ thực phẩm nước 1.2.TỔNG QUAN VỀ LÁ KHOAI LANG 11 1.2.1 Khái niệm rau khoai lang 11 1.2.2 Phân loại 12 1.2.3 Thành phần dinh dưỡng rau khoai lang 13 1.2.4 Chất xơ rau khoai lang - 14 1.2.5 Tính chất chức rau khoai lang 14 1.2.6 Tình hình nghiên cứu thu nhận ứng dụng từ khoai lang nước 17 CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Nguyên vật liệu - 18 2.2 Dụng cụ hóa chất - 18 2.2.1 Dụng cụ - 18 2.2.2 Hóa chất 18 2.3 Phương pháp hóa lý 19 2.3.1 Phương pháp phân tích hàm lượng chất hòa tan 19 SV:Đào Quỳnh Thư- K19-1203 Khãa ln tèt nghiƯp Khoa c«ng nghƯ sinh häc 2.3.2 Phương pháp xác định hàm ẩm - 19 2.3.3 Phương pháp phân tích xơ tổng số.[24] 20 2.3.4 Phươngpháp phân tích pectin.[25] 24 2.3.5 Phương pháp phân tích raffinose.[26] 25 2.4 Phương pháp hóa sinh - 27 2.4.1 Xác định protein phương pháp Kjeldahl - 27 2.4.2.Xác định lipit phương pháp Soxlhet 28 2.5 Phương pháp cơng nghệ thu nhận xơ hịa tan từ rau khoai lang - 29 2.5.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện xử lý nguyên liệu - 29 2.5.2 Nghiên cứu xác định tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm phosphate - 30 2.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng enzyme pectinase 30 2.5.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase 30 2.5.3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme pectinase - 31 2.5.3.3.Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme pectinase - 31 2.5.3.4.Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới thủy phânenzyme pectinase 31 2.5.4 Nghiên cứu ảnh hưởng enzyme cellulase 32 2.5.4.1.Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase - 32 2.5.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme cellulase 32 2.5.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme cellulase 32 2.5.4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme cellulase 33 2.5.6 Nghiên cứu lựa chọn nồng độ dịch để thu hồi - 33 2.5.7 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện sấy sản phẩm - 33 2.6 Phương pháp xử lý số liệu 33 2.7 Quy trình cơng nghệ dự kiến: - 34 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 SV:Đào Quỳnh Thư- K19-1203 Khãa ln tèt nghiƯp Khoa c«ng nghƯ sinh häc 3.1 Phân tích thành phần nguyên liệu 35 3.2 Lựa chọn điều kiện xử lý nguyên liệu - 36 3.3 Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm phosphate( pH 4,5) - 37 3.4 Ảnh hưởng enzyme pectinase đến q trình thu xơ hịa tan 38 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase 38 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme pectinase - 39 3.4.3 Ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme pectinase - 39 3.4.4 Ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme pectinase 40 3.5 Ảnh hưởng enzyme cellulase đến q trình thu xơ hịa tan - 40 3.5.1 Ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase - 41 3.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme cellulase 41 3.5.3 Ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme cellulase - 42 3.5.4 Ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme cellulase 42 3.6 Lựa chọn nồng độ dịch để thu hồi sản phẩm - 43 3.7 Lựa chọn nhiệt độ sấy sản phẩm - 44 3.8 Xây dựng quy trình thu nhận chất xơ hịa tan từ khoai lang - 44 3.9 Xây dựng quy trình sản xuất thực nghiệm 46 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SV:Đào Quỳnh Thư- K19-1203 Khãa ln tèt nghiƯp Khoa c«ng nghƯ sinh häc DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt/ ký hiệu IOM GOS FOS TOS XOS LDL AMG HMWDF IDF SDFP SDFS SV:Đào Quỳnh Thư- K19-1203 Cụm từ đầy đủ Viện Y dược Mỹ(The Institute of Medicine) Galacto-oligosaccharide Fructo-oligisaccharide Chondroitin-oligosaccharide Xilo-oligosaccharide Cholesterol xấu Amyloglucosidase Chất xơ khơng tan có khối lượng phân tử cao Chất xơ khơng hịa tan Chất xơ hịa tan có phân tử lượng cao Chất xơ hịa tan có phân tử lượng thấp Khãa ln tèt nghiƯp Khoa c«ng nghƯ sinh häc DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hình 13 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng 10 Bảng 11 Bảng 12 Danh sách hình Cấu tạo pectin Cấu tạo β- Glucans Cấu tạo glucomannan Cấu tạo lactulose Cấu tạo GOS Cấu tạo FOS Cơ chế tác động chất xơ hịa tan hệ tiêu hóa Hình ảnh rau khoai lang Phân loại rau khoai lang dựa vào hình dạng Sơ đồ hiệu ứng Synergistic hợp chất dinh dưỡng hoạt tính sinh rau khoai lang Mẫu rau xay mịn làm nguyên liệu cho q trình thu xơ hịa tan Biểu đồ minh họa ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm phosphate Biểu đồ minh họa ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase Biểu đồ minh họa ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme pectinase Biểu đồ minh họa ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase Ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme cellulase Danh sách bảng Hàm lượng chất xơ số loại rau Thành phần tự nhiên rau khoai lang 100g Chất xơ có thành phần hai loại khoai lang Phân tích thành phần nguyên liệu rau khoai lang thu mua vùng Lựa chọn điều kiện xử lý nguyên liệu Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme pectinase Ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme pectinase Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme cellulase Ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme cellulose Khảo sát lựa chọn nồng độ dịch để thu hồi sản phẩm Khảo sát lựa chọn nhiệt độ sấy sản phẩm Thành phần chất xơ hòa tan chế phẩm xơ hòa tan từ rau khoai lang SV:Đào Quỳnh Thư- K19-1203 LỜI MỞ ĐẦU Chất xơ hịa tan hợp chất polysaccharide có khối lượng phân tử tương đối thấp có nhiều mơ thực vật; ví dụ pectin có vỏ loại thực vật, XOS có cám gạo, inulin có mạng tây, hành tây Đặc điểm bật chất xơ hịa tan khơng bị tiêu hóa đường ruột (do dày đường ruột khơng có hệ enzyme xúc tác thủy phân chúng) lên men ruột kết Nguồn chất xơ hòa tan cung cấp cho thể người chủ yếu từ trái cây, hạt ngũ cốc, khoai tây,khoai lang, đặc biệt có nhiều loại rau có rau khoai lang Theo Tổ chức Y tế giới (WHO) chất xơ thực phẩm có tầm quan trọng sức khỏe người so sánh ngang với vai trị vitamin, nguyên tố vi lượng khống chất Chất xơ cịn yếu tố kích thích lợi khuẩn đường tiêu hóa lên men giúp ngăn ngừa số bệnh đường ruột giảm nguy mắc bệnh ung thư đại tràng, táo bón…Bên cạnh đó, chất xơ cịn có vai trị hỗ trợ phòng ngừa bệnh ung thư, xơ vữa động mạch, béo phì, tiểu đường… Với tiến khoa học kỹ thuật, ngày chế phẩm chất xơ hòa tan sản xuất từ số nguyên liệu táo, dứa, chuối, cà rốt, rau diếp xoăn…Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho phát triển nhiều loại thực vật rau khoai lang loại rau phổ biến, giá thành rẻ có chứa hàm lượng xơ hòa tan tương đối cao so với số loại rau khác Rau khoai lang có vai trị quan trọng việc cung cấp lượng, chất dinh dưỡng hoạt chất sinh học cho người vật nuôi Rau khoai lang cho chứa nhiều dinh dưỡng củ với nhiều thành phần SV:Đào Quỳnh Thö - K19-1203 protein, chất béo, chất xơ, tro, carbohydrate, vitamin A C, khoáng chất thiết yếu Zn, K, Na, Mn, Ca, Mg Fe, hàm lượng độc tố thấp (phytic acit, cyanide, tannin oxalate tổng số), sử dụng bổ sung dinh dưỡng cho bữa ăn hàng ngày người Từ ưu điểm vượt trội rau khoai lang xuất phát từ tình hình thực tiễn nhu cầu sử dụng chất xơ hịa tan, chúng tơi tiến hành nghiên đề tài: “ Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất thu nhận chất xơ hịa tan từ rau khoai lang” SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT XƠ HỊA TAN 1.1.1 Khái niệm chất xơ hịa tan Năm 2001, Viện Y dược Mỹ(The Institute of Medicine – IOM) phát triển định nghĩa chất xơ thực phẩm sau: Chất xơ có chất hóa học thuộc nhóm carborhydrat, thường gọi polysaccharide có khối lượng phân tử từ thấp đến cao( không bao gồm tinh bột), thành phần nằm mô tế bào thực vật mà thể người khơng tiêu hóa Trong đó, chất xơ hịa tan chất xơ có khối lượng phân tử thấp đượccấu tạo từ gốc đường đơn (các monosaccharide gồm glucose, mannose, fructose) liên kết với thông qua liên kết glycoside [1]- tan nước Theo tổ chức y tế Thế giới WHO, prebiotic định nghĩa là"một hay hỗn hợp nhiều vi khuẩn mà cung cấp cho người hay động vật mang lại hiệu có lợi cho vật chủ cách tăng cường đặc tính vi sinh vật hệ tiêu hóa" 1.1.2 Phân loại chất xơ hịa tan 1.1.2.1 Dựa vào tính chất sinh lý, hóa lý[2]
Chất xơ hịa tan nhớt (như guar gum, glucomannans, pectin, βglucan, psyllium, chất nhầy, vv) • Pectin Pectin thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật tồn chủ yếu dạng pectin hịa tan propectin khơng hịa tan Dưới tác dụng axit, enzyme protopectinase gia nhiệt protopectin chuyển thành pectin SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 Là polygalactoronic cấu tạo D-galactoronic liên kết với liên kết 1-4 Glycoside Hình Cấu tạo pectin • β -glucans Là hợp chất đường liên phân tử tạo nên từ đơn phân tử Dglucose gắn với qua liên kết β-glycoside Hình Cấu tạo β- Glucans • Glucomannan polymer mạch thẳng với lượng nhỏ phân nhánh β(1- 4) glucoside D-Mannose D-Glucose theo tỉ lệ 1,6/1 Hình Cấu tạocủa glucomannan SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203   50 Trong 2.4 F: hệ số chuyển chuy đổi từ độ hấp thụ sang µmolesofglucose Phương ng pháp hóa sinh 2.4.1 Xác định protein rotein b phương pháp Kjeldahl Nguyên lý:Vô :Vô hóa thực phẩm H2SO4 đậm đặcc ch chất xúc tác Dùng kiềm mạnh nh (NaOH ho KOH) đẩy NH3 từ muốii (NH4)2SO4 hình thành thể tự Định nh lượng l NH3 axit Dụng cụ thiếtt bbị: bình tam giác, pipet, bếp từ Cách tiến hành: h: Cân thậtt xác khoảng kho 1g nguyên liệuu cho vào bình tam giác với v 10ml H2SO4 đậm đặcc khoảng kho 5g chất xúc tác CuSO4:K2SO4 (1:9) SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 K19 27 Để nghiêng bình tam giác bếp đun từ từ Nếu thực phẩm có chứa nhiều nước, đun cho đên nước bơc hình thành khói trằng SO2 Khi bọt tan, đun sôi dung dịch suốt khơng màu có màu xanh lơ CuSO4 Để nguội, chuyển dung dịch vô hóa vào bình cầu máy cất đạm, rửa bình lần với nước cất nước rửa chuyển vào bình cầu trung hịa NaOH 50% với màu methyl da cam Cất kéo nước định lượng gián tiếp NH3 cách để Nh3 hòa tan thể tích H2SO4 0,1N xác định, sau cất kéo nước hết NH3, chuẩn độ H2SO4 thừa NaOH 0,1N Tính tốn: Hàm lượng nitơ tồn phần theo phần trăm tính cơng thức: Nitơ tồn phần (g/100g) = 0,0014 x (N - n) x 100/P Hàm lượng protein (g/100g) = hàm lượng nitơ toàn phần x 6,25 Trong đó: N: số ml H2SO4 cho vào bình nón trước để kết hợp với NH3 n: số ml NaOH để chuẩn độH2SO4thừa P: trọng lượng mẫu thử (g) 2.4.2.Xác định lipit phương pháp Soxlhet Nguyên lý: dùng ete nóng để hịa tan tất chất béo tự thực phẩm Sau để bay ete cân chất béo cịn lại tính tốn hàm lượng lipit 100g thực phẩm Cách tiến hành: Sấy khoai ngun liệu đến khối lượng khơng đổi Cân thật xác 5g nguyên liệu nghiền nhỏ, cho vào bao giấy sấy khơ Chú ý gói mẫu phải có bề rộng nhỏ đường kính ống trụ chiều dài ngắn chiều cao ống chảy tràn Đặt bao giấy vào trụ chiết Lắp trụ chiết vào bình cầu lắp ống sinh hàn Bình cầu sấy đến khối lượng khơng đổi để nguội SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 28 bình hút ẩm cân biết khối lượng Qua đầu ống sinh hàn dùng phễu cho dung môi vào trụ chiết cho lượng dung mơi chảy xuống bình cầu lượng phễu chiết cịn đủ ngập mẫu dùng bơng làm ống đầu nút sinh hàn Mở nước lạnh vào ống sinh hàn Đặt bình cầu vào nồi cách thủy, điều chỉnh nhiệt độ cho chu kì trích ly hồn lưu dung môi đạt từ – lần Chiết – 12 trích ly hồn tồn chất béo Thử cách lấy vài giọt ether cuối ống xyphong nhỏ lên giấy lọc, dung môi bay không để lại vết dầu loang kết thúc Cho ether chảy xuống hết bình cầu Lấy bình cầu đặt vào tủ hottle cho bay hết ether cho vào tủ sấy nhiệt độ 100 – 1050C 1,5 Để nguội bình hút ẩm, cân xác định khối lượng Tính tốn Hàm lượng phần trăm chất béo tính theo công thức: X = (M1 - M2)x100/m (%) Trong đó: M1: khối lượng bình cầu (g) M2: khối lượng bình cầu lipit sau trích ly sấy khô (g) m: khối lượng mẫu ban đầu (g) 2.5 Phương pháp cơng nghệ thu nhận xơ hịa tan từ rau khoai lang 2.5.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện xử lý nguyên liệu - Rau khoai lang tươi thu mua Hà Nội loại bỏ sâu bệnh, úa, rửa xử lý sau • Loại 1:Hấp phútbằng dung dịch nước muối 0,5% nhúng qua citric 0,5%, để sấy 70oC/20h, xay mịn • Loại 2:Để ráo, sấy 70oC/20h, xay mịn • Loại 3: Rau tươi, xay mịn SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 29 - Sau có lại nguyên liệu khác tiến hành khảo sát nguyên liệu theo quy trình dự kiến: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Lần lượt bổ sung enzyme pectinase, enzyme cellulase,enzyme protease.Dịch lọc thu đem tủa cồn,rửa cồn, sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.2 Nghiên cứu xác định tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm phosphate Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dungdịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:8, 1:10,1:12, 1:14 Lần lượt bổ sung enzyme pectinase, enzyme cellulase, enzyme protease Dịch lọc thu đem tủa cồn, rửa cồn, sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hòa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng enzyme pectinase 2.5.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Bổ sung enzyme pectinase nồng độ khác 0,05%, 0,1%, 0,15%, 0,2%, 0,25% Tiếp theo bổ sung enzyme cellulase,enzyme protease.Dịch lọc thu đem tủa cồn,rửa cồn, sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hòa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme pectinase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Xử lý enzyme SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 30 pectinase nhiệt độ 35, 40, 45, 50, 55oC Lần lượt bổ sung enzyme cellulase,enzyme protease.Dịch lọc thu đem tủa cồn,rửa cồn, sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.3.3.Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme pectinase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Xử lý enzyme pectinase thời gian20, 25, 30, 35, 40 phút Lần lượt bổ sung enzyme cellulase,enzyme protease.Dịch lọc thu đem tủa cồn,rửa cồn, sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.3.4.Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới thủy phânenzyme pectinase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình:Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Xử lý enzyme pectinase pH 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5 Lần lượt bổ sung enzyme cellulase,enzyme protease.Dịch lọc thu đem tủa cồn,rửa cồn, sấy đến khơ Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.4 Nghiên cứu ảnh hưởng enzyme cellulase 2.5.4.1.Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình:Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Bổ sung enzyme pectinase, sau bổ sung enzyme cellulase nồng độ 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25% Bổ sung enzyme Protease Dịch lọc thu đem tủa cồn,rửa cồn, SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 31 sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi.Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme cellulase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Bổ sung enzyme pectinase, sau bổ sung enzyme cellulose nhiệt độ 35, 45, 55, 65, 75oC Bổ sung enzyme protease Dịch lọc thu đem tủa cồn, rửa cồn, sấy đến khơ Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tới thủy phânenzyme cellulase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Bổ sung enzyme pectinase, sau bổ sung enzyme cellulose thời gian 20, 25, 30, 35, 40 phút Bổ sung enzyme protease Dịch lọc thu đem tủa cồn, rửa cồn, sấy đến khô Xác định hàm lượng xơ hòa tỉ lệ dịch thu hồi Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu 2.5.4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme cellulase Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu, phối trộn mẫu: dung dịch đệm phosphate(pH=4,5)với tỉ lệ 1:10 Bổ sung enzyme pectinase, sau bổ sung enzyme cellulose pH 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5 Bổ sung enzyme protease Dịch lọc thu đem tủa cồn, rửa cồn, sấy đến khơ Xác định hàm lượng xơ hịa tỉ lệ dịch thu hồi Kết thí nghiệm giá trị trung bình mẫu thí nghiệm lặp lại lần có ý nghĩa thống kê xử lý phương pháp xử lý số liệu SV:Đào Quỳnh Thö - K19-1203 32 2.5.6 Nghiên cứu lựa chọn nồng độ dịch để thu hồi Mẫu thí nghiệm thực theo quy trình: Lấy 100g mẫu thực theo quy trình Dịch thu hồi có Bx=4 đến nồng đồ Bx khác 7, 11, 15, 19 Tủa cồn 95% ( nồng đồ dịch 72%, rửa cồn 70%) Sấylạnh 22oC, sấy nóng 60oC.Sau sấy khô, đem cân xác định trọng lượng đánh giá cảm quan 2.5.7 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện sấy sản phẩm Sản phẩm sau tủa cồn sấy nhiệt độ sấy khác 50,60, 70, 80oC Đánh giá mặt thời gian, màu sắc sản phẩm, tính kinh tế để lựa chọn điều kiện sấy thích hợp cho sản phẩm có tính hiệu kinh tế cao 2.6 Phương pháp xử lý số liệu Kết thí nghiệm xử lý phương pháp phân tích phương sai, phương pháp xử lý số liệu sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2.7 Quy trình cơng nghệ dự kiến: Rau khoai lang tươi Dung dịchđệm phosphate (pH 4,5) Xử lý nguyên liệu(rửa,hấp, sấy,xay) Phối trộn Enzyme pectinase Enzye cellulase SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 33 Enzyme protease Lọc dịch Bã thải Ly tâm Dịch Cồn (95%) Tủa cồn, rửa cồn Sấy Xơ hịa tan Thuyết minh quy trình: Ngun liệu: Rau khoai lang đưa vào xử lý phải tươi,không dập nát, không bị sâu bệnh,phải loại bỏ vàng úa Xử lý nguyên liệu: Rau khoai lang sau mua rửa sạch, cắt đoạn ngắn để thuận lợi cho trình hấp, sấy,xay Hấp rau phútbằng dung dịch nước muối 0,5% nhúng qua citric 0,5% nhằm giữ màu cho rau giảm thời gian sấy,tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt enzyme làm mềm cấu trúc thành tế bào rau Sau để ráo, sấy 70oC/20 đến độ ẩm 5%, xay mịn nhằm tiết kiệm dung môi bảo quản lâu,tiết kiệm thời gian Phối trộn: Nguyên liệu phối trộn với dung dịch đệm phosphate Xử lý enzyme pectinase bổ sung enzymecellulase, enzyme protease Lọc: thu dịch Li tâm 4500v/p 10p để thu dịch SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 34 Tủa cồn: Bổ sung cồn 96% để có dung dịch 72% cồn Khuấy để yên 1h, lọc thu kết tủa.Rửa lại cồn 70% Sấy: kết tủa sấy đến khô CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phân tích thành phần nguyên liệu Rau khoai lang thu mua địa điểm khác Hà Tây, Hà Nội, Đông Anh nhằm đánh giá chất lượng rau khoai lang vùng để lựa chọn loại nguyên liệu phù hợp cho sản xuất xơ hòa tan từ rau khoai lang.Các tiêu phân tích gồm xơ tổng số, hàm lượng carbonhydrat, protein, lipid, chất tro độ ẩm Kết trình bày bảng sau: Bảng Phân tích thành phần nguyên liệu rau khoai lang thu mua vùng Xơ tổng Loại NL Mẫu số (g/100g) Carbonhydrat (%) Protein (%) Lipid (%) Tro (%) Độ ẩm (%) M1 Hà Tây 5,58 1,52 2,67 0,35 1,65 89,52 M2 Hà Nội 4,56 1,58 2,86 0,35 1,52 85,56 M3 Đông Anh 5,32 1,46 2,85 0,35 1,56 87,78 Kết thu cho thấy: Chất xơ khoai lang từ 4,56-5,58g/ 100g Rau khoai lang thu mua Hà Tây có hàm lượng xơ tổng số cao Các loại khoai lang có độ ẩm từ 85,56- 89,52%, hàm lượng protein khoảng từ 2,67-2,86%.Các thành phần khác hàm lượng carbonhydrat, hàm lượng tro, lipid vùng chênh lệch không đáng kể, xấp xỉ 1,52; 1,58; 0,35% Từ kết thu bảng 4, rau khoai lang thu mua Hà Tây có hàm lượng chất xơ hịa tan cao đạt tiêu vệ sinh an toàn thực phẩm Lựa chọn Hà Tây làm địa điểm thu mua nguyên liệu cho trình nghiên cứu sản xuất xơ hịa tan từ rau khoai lang SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 35 3.2 Lựa chọn điều kiện xử lý nguyên liệu Quá trình xử lý nguyên liệu nhằm đình phản ứng sinh hóa nguyên liệu, giảm khối lượng mẫu ban đầu, ổn định chất lượng trình nghiên cứu; vận chuyển, bảo quản lưu trữ trước sử dụng Nguyên liệu xử lý điều kiện gồm: rau hấp–sấy, rau sấy, rau tươi để lựa chọn điều kiện tối ưu sử dụng sản xuất chất xơ hịa tan Kết trình bày bảng sau Bảng Lựa chọn điều kiện xử lý nguyên liệu Mẫu Điều kiện xử lý nguyên liệu M1 Rau hấp phútbằng dung dịch nước muối 0,5% nhúng qua citric 0,5%, để sấy 70oC/20h M2 M3 Rau sấy 70oC/20h Rau tươi Tỉ lệ dịch thu hồi(%) 72,00 Hàm lượng xơ hòa tan (g/100g khô) 17,02 65,00 17,00 15,81 3,18 Kết cho thấy: Rau xử lý điều kiện kết hợp hấp sấy thu hàm lượng chất xơ cao trình hấp- sấy giúp làm mềm, phá vỡ cấu trúc thành tế bào, enzyme dễ dàng tiếp xúc với chất, đồng thời axit citric giúp giữ màu xanh cho rau trình xử lý hạn chế oxy hóa khơng khí Hàm lượng xơ hịa tan thu mẫu rau tươi thấp mẫu đánh giá có hàm ẩm cao,khi xử lý điều kiện với mẫu khô hiệu thu thấp Lựa chọn điều kiện xử lý rau hấp phút dung dịch nước muối 0,5% nhúng qua dung dich axit citric 0,5%, để sấy 70oC/20h làm nguyên liệu cho thí nghiệm SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 36 Hình 11.Mẫu rau xay mịn làm nguyên liệu cho q trình thu xơ hịa tan 3.3 Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm phosphate ( pH 4,5) Tiến hành lựa chọn tỉ lệ nguyên liệu : dung dịch đệm thích hợp cho q trình xử lý ngun liệu để thu lượng xơ hòa tan cao Thí nghiệm tiến hành tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm gồm 1:8, 1:10, 1:12, 1;14 Kết thí nghiệm trình bày ởhình sau 100 20 80 15 60 10 40 20 0 1:08 1:10 Tỉ lệ dịch thu hồi (%) 1:12 1:14 Hàm lượng xơ hịa tan (g/100g khơ) Hình 12.Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch đệm phosphate Theo kết cho thấy: Tỉ lệ dung dịch đệm phosphate tăng dần hàm lượng xơ hịa tan tăng đạt giá trị cao tỉ lệ phối trộn 1:10 Với tỉ lệ mẫu : dung dịch đệm phosphate thấp hàm lượng xơ hịa tan thu thấp mẫu khô bị hút ẩm trở lại khiến cho khối dịch đặc enzyme khó hoạt động thu hồi dịch Tỉ lệ dung dịch đệm tăng hàm lượng xơ hòa tan giảm lượng dịch nhiều, nồng độ enzyme lỗng, nồng độ xơ hịa tan thấp Tỉ lệ mẫu:dung dịch đệm =1:10 chọn cho thí nghiệm SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 37 3.4 Ảnh hưởng enzyme pectinase đến trình thu xơ hòa tan Mục tiêu: Thành tế bào cấu tạo protopectin, sử dụng enzyme pectinase làm giãn thành tế bào để enzyme khác dễ xúc tác phản ứng với chất 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase Tiến hành khảo sát lựa chọn nồng độ tối ưu cho enzyme pectinase sử dụng sản xuất chất xơ hòa tan từ khoai lang.Tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase nồng độ 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25%.Kết thu trình bày hình sau: 74.5 20 74 19 73.5 18 73 17 72.5 16 72 15 71.5 14 71 0.05 0.1 tỉ lệ dịch thu hồi (%) 0.15 0.2 0.25 % Hàm lượng xơ hịa tan (g/100g khơ) Hình 13 Ảnh hưởng nồng độ enzyme pectinase Kết cho thấy: Hàm lượng xơ hòa tan cao thu nồng độ 0,2% enzyme pectinase Hàm lượng xơ tăng dần nồng độ pectinase tăng từ 0,05-0,2 % giảm dần nồng độpectinase tăng từ 0,2- 0,25% Nguyên nhân thừa chất, vận tốc phản ứng tăng nồng độ enzyme tăng nồng độ enzyme bão hịa với nồng độ chất vận tốc phản ứng không thay đổi không tăng thêm tăng nồng độ enzyme[28].Điều kiện tối ưu nồng độ enzyme pectinase lựa chọn cho thí nghiệm 0,2% SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 38 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme pectinase Tiến hành khảo sát lựa chọn nhiệt độ tối ưu cho enzyme pectinase sử dụng sản xuất chất xơ hịa tan từ khoai lang Thí nghiệm tiến hành nhiệt độ 35, 40, 45, 50 ,55oC rau khoai lang, kết thu bảng sau: Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme pectinase Mẫu Nhiệt độ (oC) Tỉ lệ dịch thu hồi (%) M1 M2 M3 M4 M5 35 40 45 50 55 72,00 73,00 75,00 74,82 75,00 Hàm lượng xơ hịa tan (g/100g khơ) 17,05 17,90 19,58 19,01 18,80 Từ kết cho thấy: Hàm lượng xơ hòa tan thu nhiệt độ 45oC cao nhất, nhiệt độ 35, 40oCenzyme hoạt động yếuvà nhiệt độ 50, 55oCcao enzyme hoạt động yếu dần bịvơ hiệu hóa.Vận tốc phản ứng enzyme xúc tác tăng theo nhiệt độ giới hạn xác định mà phân tử enzyme cịn bền chưa bị biến tính[28].Điều kiện tối ưu nhiệt độ enzyme pectinase lựa chọn 45oC 3.4.3 Ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme pectinase Tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian tới khả thủy phân enzyme pectinase Thí nghiệm tiến hành thời điểm 20, 25, 30, 35, 40 phút Kết thu hình sau: 76 24 75 19 74 14 73 72 71 70 -1 20 25 hồi (%) Tỉ lệ dịch thu 30Hàm lượng xơ hịa 35tan (g/100g khơ) 40 (phút) Hình 14 Ảnh hưởng thời gian tới thủy phân enzyme pectinase SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 39 Từ kết cho thấy: hàm lượng xơ hòa tan cao thời gian 30 phút Thời gian thủy phân kéo dài hàm lượng xơ hịa tan tăng, kéo dài 35, 40 phút hàm lượng xơ hòa tan không thay đổi Do thời gian đầu enzyme chưa phản ứng hết với chất nên hàm lượng thấp thời gian tăng enzyme tạo lực với chất sản phẩm sinh đóng vai trị chất kìm hãm khơng cạnh tranh kìm hãm hoạt động enzyme thời gian tăng hàm lượng xơ hịa tan thu tăng đến mức không đổi[29]Thời gian tối ưu cho xử lý enzyme pectinaseđược lựa chọn 30phút 3.4.4 Ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme pectinase Tiến hành khảo sát pH thích hợp cho enzyme pectinase dải hoạt động từ 2,5- 6,5 trình thu hồi xơ hòa tan từ khoai lang Kết thu bảng Bảng 7.Ảnh hưởng pH tới thủy phân enzyme pectinase Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 pH 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 Tỉ lệ dịch thu hồi (%) 74,00 73,84 74,82 72,76 74,32 Hàm lượng xơ hịa tan (g/100g khơ) 16,81 17,16 19,61 18,61 18,23 Từ kết cho thấy: Hàm lượng xơ hòa tan cao thu pH=4,5 Ở pH thấp cao pH thích hợp lượng xơ hịa tan thu thấp pH mơi trường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa chất, enzyme ảnh hưởng đến độ bền enzyme [28] pH =4,5 lựa chọn sử dụng cho thí nghiệm 3.5 Ảnh hưởng enzyme cellulase đến trình thu xơ hòa tan Mục tiêu sử dụng enzyme cellulase nhằm phá vỡ tế bảo, đồng thời thủy phân cellulose, ligincellulose nhằm giảm độ nhớt cho dung dịch, thuận lợi cho enzyme hoạt động SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 40 3.5.1 Ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase Tiến hành thí nghiệm lựa chọn nồng đồ tối ưu cho enzyme cellulase q trình thu xơ hịa tan từ khoai lang Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase nồng độ 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25%.Kết thu hình sau: 76 22 75 21 74 20 73 19 72 18 71 70 0.05 0.1 Tỉ lệ dịch thu hồi (%) 0.15 0.2 0.25 Hàm lượng xơ hịa tan (g/100g khơ) % 17 Hình 15 Ảnh hưởng nồng độ enzyme cellulase Kết cho thấy:thu bổ sung cellulase nồng độ 0,15% Nồng độ 0,05; 0,1% chưa đủ để bão hòa lượng chất nên hàm lượng xơ hòa tan tăng Ở nồng độ enzyme 0,2; 0,25 % lượng chất bão hòa nên hàm lượng xơ hòa tan có xu hướng giảm Chọn xử lý enzyme cellulase nồng độ 0,15% 3.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme cellulase Tiến hành khảo sát lựa chọn nhiệt độ tối ưu cho enzyme cellulase sử dụng sản xuất chất xơ hòa tan từ khoai lang.Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ xử lý enzyme cellulase 35, 45, 55, 65, 75oC trình bày bảng sau: Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ tới thủy phân enzyme cellulase Mẫu Nhiệt độ (oC) M1 M2 M3 M4 35 45 55 65 Tỉ lệ dịch thu hồi (%) 69,96 72,52 75,14 74,04 SV:Đào Quỳnh Thư - K19-1203 Hàm lượng xơ hịa tan (g/100g khơ) 16,51 18,02 21,12 19,72 41