nghiên cứu khả năng chế biến bột quả thần kỳ (synsepalum ducificum) bằng phương pháp lên men loại đường

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRẦN THỊ NGỌC AN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHẾ BIẾN BỘT QUẢ THẦN KỲ SYNSEPALUM DUCIFICUM BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN LOẠI ĐƯỜNG

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRẦN THỊ NGỌC AN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHẾ BIẾN BỘT QUẢ THẦN KỲ

(SYNSEPALUM DUCIFICUM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN

MEN LOẠI ĐƯỜNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: Công nghệ thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Luận văn tốt nghiệp

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHẾ BIẾN BỘT QUẢ THẦN KỲ

(SYNSEPALUM DUCIFICUM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN

Trang i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây

Trang ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Cần Thơ, Ban chủ nhiệm khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt những năm học vừa qua, đặc biệt là trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô và cán bộ phòng thí nghiệm trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tập và thực hiện khóa luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Cô Dương Thị Phượng Liên và Cô Nguyễn Thị Thu Thủy đã tận tình chỉ báo và giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn giáo viên phản biện đã dành thời gian quý báo của mình để đọc nội dung bài luận văn của em

Em xin chân thành cảm ơn cha mẹ, các anh chị và bạn bè đã động viên, giúp

đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin gởi đến tất cả quý Thầy, Cô, gia đình và các bạn sự biết ơn chân thành

và sâu sắc nhất

Trang iii

TÓM LƯỢC

Miraculin là một chất vừa làm ngọt vừa không chứa năng lượng, nó là một protein có trong quả thần kỳ Chất miraculin là một chất điều vị hứa hẹn nhiều triển vọng trong tương lai Tuy nhiên, giá thành của sản phẩm lại tương đối cao do việc

ly trích và tinh sạch hoạt chất đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị hiện đại và kỹ thuật cao Chế biến sản phẩm bột quả thần kỳ bằng phương pháp lên men loại đường là một quá trình đơn giản, tiết kiệm được nhiều chi phí mà vẫn duy trì được hoạt tính cao của sản phẩm Phần nghiên cứu được thực hiện theo quy trình sau: Nguyên liệu được chọn lựa, làm sạch, tách lấy dịch quả sau thời gian thanh trùng tiến hành lên men bằng hạt nấm men cố định theo tỉ lệ (0,5; 1 và 1,5%) với thời gian lên men (30; 60 và 90 phút) Dịch quả lên men được lạnh đông và sấy đông khô để thu bột quả Đánh giá khả năng tạo bột ở các tỷ lệ và khả năng duy trì hoạt tính miraculin trong bột quả thu được thông qua khả năng làm thay đổi ngưỡng cảm giác trên bốn vị cơ bản Phân tích kết quả thu được chọn ra sản phẩm bột tối ưu nhất

Khảo sát khả năng sử dụng bột quả thần kỳ để cải thiện chất lượng và kh ả năng chấp nhâ ̣n đối với sản phẩm nước cam ép và nước cà phê

Qua quá trình thí nghiệm nhận thấy, mẫu bổ sung 1,5% hạt men cố định lên men trong 30 phút bột hình thành có khả năng hòa tan tốt, màu sắc tự nhiên của quả

và đặc biệt là vẫn duy trì hoạt tính miraculin

Đối với sản phẩm nước cam ép Berri khả năng chấp nhận của nước cam ép với

tỷ lệ bột thần kỳ bổ sung cao trong khoảng 0,25 đến 0,75% so với thể tích nước cam

ép Việc bổ sung bột quả thần kỳ với tỷ lệ thích hợp có thể cải thiện đáng kể chất lượng cảm quan của sản phẩm

Với dung dịch nước cà phê cho thấy, mẫu bổ sung 0,25% bột thần kỳ thay thế 5g đường trong 100ml dịch cà phê vẫn duy trì được chất lượng cảm quan như mẫu

cà phê chỉ bổ sung đường Vậy, có thể sử dụng tỷ lệ bổ sung 0,25% bột thần kỳ khi phối chế vào cà phê thay thế cho đường vẫn giữ được mùi thơm cà phê và vị hài hòa khi sử dụng

Trang iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM LƯỢC iii

MỤC LỤC iv

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 CÂY THẦN KÌ 3

2.1.1 Nguồn gốc 3

2.1.2 Đặc điểm cây thần kỳ (miracle tree) 3

2.1.3 Quả cây thần kỳ (miracle fruit) 6

2.1.4 Hiện trạng sử dụng quả cây thần kỳ 8

2.2 HOẠT CHẤT MIRACULIN 9

2.2.1 Cấu tạo của miraculin 9

2.2.2 Mô hình không gian của miraculin 10

2.2.3 Tính chất của miraculin 11

2.2.4 Cơ chế tác dụng của miraculin 11

2.2.5 Tính chất an toàn của miraculin 12

2.3 NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT CHẤT MIRACULIN 12

2.3.1 Chuyển gen miraculin lên cây rau diếp 12

2.3.2 Chuyển gen miraculin vào Aspergillus oryzae 13

2.3.3 Chuyển gen miraculin lên dâu tây 13

2.3.4 Chuyển gen miraculin lên cà chua 13

2.3.5 Bước đầu trồng thử nghiệm và tách chiết hoạt chất miraculin trong trái cây thần kỳ 13

2.4 LOẠI ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 14

2.4.1 Khái niệm lên men 14

2.4.2 Phương pháp cố định tế bào 14

Trang v

2.4.3 Loại đường bằng phương pháp lên men 15

2.4.4 Nấm men 15

2.4.5 Hợp chất alginate 16

2.5 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY ĐÔNG KHÔ 17

2.5.1 Giới thiệu về phương pháp sấy đông khô 17

2.5.2 Quá trình sấy đông khô 18

2.6 CÁC TÁC NHÂN KÍCH THÍCH KHẢ NĂNG CẢM NHẬN VỊ 18

2.6.1 Acid citric 18

2.6.2 Caffeine 18

2.6.3 Muối NaCl 19

2.6.4 Đường Sucrose 19

2.6.5 Nước cam ép 20

2.6.6 Cà phê 20

2.7 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN VÀ PHÂN TÍCH THỐNG KÊ 20

2.7.1 Phương pháp pha loãng 21

2.7.2 Phương pháp mô tả định lượng QDA (Quantitative Descriptive Analysis) 21

2.7.3 Phương pháp phân tích thành phần chính PCA (Principal Coponent Analysis) 21

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 23

3.1.1 Địa điểm và thời gian thí nghiệm 23

3.1.2 Nguyên liệu 23

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 23

3.1.4 Hóa chất 24

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.2.1 Phương pháp phân tích nguyên liệu 24

3.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan 24

3.3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 25

Trang vi

3.3.1 Sơ đồ quy trình chung 25

3.3.2 Thuyết minh quy trình 25

3.4 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 26

3.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát khả năng chế biến bột quả thần kỳ bằng phương pháp lên men loại đường 26

3.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng sử dụng bột quả thần kỳ trong sản phẩm nước cam ép 28

3.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng sử dụng bột quả thần kỳ trong sản phẩm nước cà phê 29

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH NGUYÊN LIỆU 31

4.1.1 Đặc tính vật lý cơ bản 31

4.1.2 Thành phần hóa học cơ bản 33

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN LOẠI ĐƯỜNG ĐỐI VỚI KHẢ NĂNG CHẾ BIẾN BỘT QUẢ THẦN KỲ 34

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT QUẢ THẦN KỲ ĐẾN CHẤT LƯỢNG CẢM QUAN CỦA SẢN PHẨM NƯỚC CAM ÉP 46

4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT QUẢ THẦN KỲ ĐẾN CHẤT LƯỢNG CẢM QUAN CỦA NƯỚC CÀ PHÊ 48

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 50

5.1 KẾT LUẬN 50

5.2 ĐỀ NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 54

Trang vii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Bảng phân loại khoa học 3

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu sinh trưởng cây thần kỳ (Synsepalum dulcificum) 4

Bảng 2.3 Đặc điểm sinh học cây thần kỳ (Synsepalum dulcificum) 4

Bảng 2.4 Bảng tóm tắt các thành phần sinh hóa cơ bản 6

Bảng 2.5 Thành phần hóa thực vật trong thịt quả thần kỳ 7

Bảng 2.6 Thành phần các loại đường trong chuỗi phân tử đường của miraculin 9

Bảng 2.7 Các acid amin có trong một chuỗi protein 10

Bảng 3.1 Phương pháp phân tích thành phần nguyên liệu 24

Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm giữa tỷ lệ hạt nấm men bổ sung và thời gian lên men 26 Bảng 4.1 Tỷ lệ thịt quả, hạt và hiệu suất thu hồi dịch quả thần kỳ 32

Bảng 4.2 Bảng tóm tắt kết quả phân tích một số thành phần trong thịt quả thần kỳ 33

Bảng 4.3 Sự thay đổi hàm lượng đường sau quá trình lên men 35

Bảng 4.4 Đặc điểm sản phẩm bột quả thần kỳ sau quá trình lên men loại đường sử dụng hạt nấm men cố định với tỷ lệ 0,5% 36

Bảng 4.5 Đặc điểm sản phẩm bột quả thần kỳ sau quá trình lên men loại đường sử dụng hạt nấm men cố định với tỷ lệ 1,0% 37

Bảng 4.6 Đặc điểm sản phẩm bột quả thần kỳ sau quá trình lên men loại đường sử dụng hạt nấm men cố định với tỷ lệ 1,5% 38

Bảng 4.7 Ngưỡng cảm phân biệt đối với 4 vị cơ bản khi có và không có sử dụng dung dịch chứa bột quả thần kỳ 40

Trang viii

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Cây, hoa và trái thần kỳ 5

Hình 2.2 Một số sản phẩm từ quả thần kỳ tại Mỹ và Nhật Bản 8

Hình 2.3 Mô hình phân tử 3D của miraculin 11

Hình 2.4 Cấu tạo phân tử alginate 16

Hình 2.5 Acid citric và công thức cấu tạo 18

Hình 2.6 Công thức cấu tạo của Caffein 19

Hình 2.7 Muối NaCl 19

Hình 3.1 (A) Máy đo quang phổ, (B) cân phân tích, (C) máy sấy đông khô 23

Hình 3.2 Quy trình chung 25

Hình 3.3 Giai đoạn chuẩn bị hạt nấm men cố định trên giá thể và lên men dịch quả thần kỳ 27

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm của bột quả thần kỳ đến giá trị cảm quan nước cam ép 29

Hình 4.1 Phân phối khối lượng, chiều dài và đường kính quả thần kỳ 31

Hình 4.2 Sự tương quan giữa khối lượng với chiều dài – khối lượng với đường kính quả 31

Hình 4.3 Tương quan giữa khối lượng theo chiều dài và đường kính trái thần kỳ 32

Hình 4.4: Sản phẩm sau khi sấy dịch quả thần kỳ không qua xử lý 34

Hình 4.5 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 0,5% hạt men cố định trong 30 phút 41

Hình 4.6 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 0,5% hạt men cố định trong 60 phút 41

Hình 4.7 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 0,5% hạt men cố định trong 90 phút 42

Hình 4.8 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 1% hạt men cố định trong 30 phút 42

Hình 4.9 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 1% hạt men cố định trong 60 phút 43

Hình 4.10 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 1% hạt men cố định trong 90 phút 43

Trang ix

Hình 4.11 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 1,5% hạt men cố định trong 30 phút 44Hình 4.12 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 1,5% hạt men cố định trong 60 phút 44Hình 4.13 Sự thay đổi ngưỡng cảm phân biệt sau khi thử qua dung dịch chứa bột quả thần kỳ lên men với 1,5% hạt men cố định trong 90 phút 45Hình 4.14: Kết quả phân tích thành phần chính các mẫu nước cam ép có bổ sung bột quả thần kỳ chế biến theo phương pháp lên men dịch quả 46Hình 4.15: Khả năng chấp nhận sản phẩm theo tỷ lệ bột thần kỳ chế biến theo

phương pháp lên men loại đường (Thể hiện qua trung bình và độ tin cậy 95%) 47

Hình 4.16: Kết quả phân tích thành phần chính các mẫu nước cà phê có bổ sung bột quả thần kỳ chế biến theo phương pháp lên men dịch quả 48Hình 4.17: Khả năng chấp nhận sản phẩm nước cà phê theo tỷ lệ bột thần kỳ chế

biến theo phương pháp lên men (Thể hiện qua trung bình và độ tin cậy 95%) 49

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Bệnh tiểu đường và béo phì đang thực sự trở thành vấn đề quan trọng đối với lĩnh vực sức khỏe cộng đồng Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hiện có hơn 190 triệu người mắc bệnh đái tháo đường và con số này đang tiếp tục tăng lên Ước tính đến năm 2025, số người bị bệnh tiểu đường trên thế giới sẽ lên tới 330 triệu người (gần 6% dân số toàn cầu) Tỷ lệ bệnh tăng lên ở các nước phát triển là 42% nhưng ở các nước đang phát triển sẽ là 170% (Nguồn: www.tienphong.vn » Sức khỏe » Dinh dưỡng) Theo điều tra thì Việt Nam là nước có tỉ lệ gia tăng bệnh tiểu đường nhanh trên thế giới với tỉ lệ bệnh nhân tăng từ 8–10%/năm (GS VS Phạm Song – Chủ tịch Tổng hội Y học Việt Nam)

Trong vài chục năm trở lại đây , tiểu đường đang là một trong mườ i nguyên nhân chính gây tử vong hàng đầu ở hầu hết các quốc gia trên thế giới; theo thống kê của Liên đoàn Tiểu đường thế giới, tiểu đường đã cướp đi mạng sống của 4,6 triệu người mỗi năm; nếu tính trung bình thì cứ 7 giây, trên thế giới lại có một người chết

vì căn bệnh này ; ngoài ra, bê ̣nh tiểu đường còn để la ̣i gánh nă ̣ng đối với bản thân người bê ̣nh và cho xã hô ̣i trên nhiều phương diê ̣n (cả về mặt vật chất lẫn tinh thần); PGs.Ts Tạ Văn Bình - Chủ tịch Hội Người giáo dục bệnh tiểu đường Việt Nam , đã phát biểu: “Việt Nam không phải là quốc gia có tỷ lệ bê ̣nh tiểu đường lớn nhất thế giới, nhưng bệnh tiểu đường ở Việt Nam phát triển nhanh nhất thế giới” Một thực

tế cho thấy, những người mắc bệnh tiểu đường ở nước ta đang có xu hướng trẻ hóa, thường ở độ tuổi từ 30-65, cá biệt có bệnh nhân tiểu đường dưới 10 tuổi Tình trạng tiểu đường và béo phì ngày càng tăng đang là mối quan tâm lớn cho các nhà chuyên môn vì những hậu quả nghiêm trọng của nó đối với sức khỏe (Nguồn: www.bhxhgl.gov.vn)

Vì vậy, hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm hỗ trợ cho việc điều trị bệnh tiểu đường và béo phì Ở Việt nam cũng như trên thế giới hàng loạt công ty dược phẩm, thực phẩm đã sản xuất các loại chất tạo ngọt nhân tạo với độ ngọt cao nhưng rất ít năng lượng như saccharin (E954)–C7H5NO3S, aspartame (E951)–C14H18N2O5, acesulfame–K (E950)–C4H4O4NSK, isomalt, sucralose,… Hiện nay tại các nước như Anh, Mỹ, Nhật đang phát triển một chất vừa làm ngọt vừa không chứa năng lượng đó là hoạt chất miraculin từ quả cây thần kỳ Chất miraculin

là chất điều vị hứa hẹn nhiều triển vọng trong tương lai Người ăn kiêng có thể ăn chanh mà vẫn thấy ngọt Hơn nữa chất miraculin không chứa năng lượng nên sẽ là

loại trái cây lý tưởng cho những người có nhu cầu muốn giảm cân, là chất có thể sử dụng thay thế cho các loại đường chứa nhiều năng lượng hay là những chất ngọt nhân tạo có thể gây ra những tai biến cho người tiêu dùng Loại quả đặc biệt này cũng được sử dụng như một chất làm ngọt để những người tiểu đường phải ăn kiêng

có thể sử dụng các chất có năng lượng thấp thay thế những chất có năng lượng cao như đường ăn, tinh bột…

Cây thần kỳ từ Đài Loan du nhập vào Việt Nam khoảng 7 năm trước và hiện nay đã được trồng rộng rãi cả nước (theo Báo dân trí, ngày 15/2/2013) Có thể nói rằng đây là giống cây mới, quý và đang còn rất hiếm ở nước ta nên những nghiên cứu khoa học cây trồng trên giống cây này còn rất hạn chế Tuy nhiên, quả khi chín rất dễ hỏng và hoạt chất miraculin có trong quả không bền với nhiệt (khoảng 60o)

do đó không thể sử dụng trực tiếp dịch quả thần kỳ trong các sản phẩm thực phẩm

có qua xử lý nhiệt mà phải chế biến thành dạng sản phẩm riêng sau đó bổ sung vào

thực phẩm khác khi sử dụng Với những ý nghĩa thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng chế biến bột quả thần kỳ bằng phương pháp lên men loại đường” đã

được thực hiện nhằm góp phần tạo cơ sở cho những nghiên cứu về sau

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Khảo sát khả năng chế biến bột quả thần kỳ bằng phương pháp lên men loại đường và phân tích chất lượng cảm quan, khả năng chấp nhận khi bổ sung bột quả thần kỳ vào sản phẩm nước cam ép và nước cà phê

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 CÂY THẦN KÌ

Đến năm 1852, cây thần kỳ mới được tiến sĩ W.F Daniell mô tả tỉ mỉ về đặc

tính kì lạ này, được định danh là Synsepalum dulcificum đồng thời đặt tên là

“Miracle tree - Cây Thần kỳ” và phân loại theo bảng 2.1

Bảng 2.1 Bảng phân loại khoa học

Ngành (division) Thực vật có hoa (Magnoliophyta)

Phân ngành (Subphylum) Thực vật hai lá mầm (Eudicots)

Lớp (class) Magnoliopsida

Bộ (ordo) Thạch nam (Ericales)

Họ (familia) Hồng xiêm (Sapotaceae)

Chi (genus) Synsepalum (Sideroxylon)

Loài (species) Synsepalum dulcificum

(Nguồn: Daniel., 1852)

Sở dĩ cây được gọi là cây Thần kỳ, vì quả của nó khi nếm sẽ làm cho các vị khác như chua, đắng đều bị biến đổi thành vị ngọt

2.1.2 Đặc điểm cây thần kỳ (miracle tree)

Thuộc loại cây tiểu mộc, chậm phát triển, không rụng lá mùa đông, tán rộng tối đa 1 – 2 m Điều kiện trồng thích hợp vùng đất khô ráo, pH acid, có độ ẩm cao, nắng nhiều Cây có thể chịu lạnh đến -70C, nên có thể trồng được ở mọi vùng cao

Việt Nam Các chỉ tiêu sinh trường và đặc điểm sinh học của cây được thể hiện qua bảng 2.2 và 2.3, hình ảnh về cây, hoa và quả thần kỳ được thể hiện ở hình 2.1

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu sinh trưởng cây thần kỳ (Synsepalum dulcificum)

1 Thời gian gieo hạt đến nảy mầm ngày 30

2 Thời gian nảy mầm đến lúc có 2 lá ngày 28

3 Thời gian từ khi nảy mầm đến có hoa năm 3 – 3,5

4 Tốc độ tăng trưởng chiều cao/tháng cm 2 – 3

5 Từ khi xuất hiện nụ hoa đến hoa đầu tiên nở ngày 24 – 28

6 Thời gian nở hết một chùm hoa ngày 6 – 7

7 Thời gian từ nở hoa đến trái chín ngày 45 – 50

8 Độ vươn xa của rễ cm 90 – 100

(Nguồn: Trần Danh Thế et al., 2010)

Bảng 2.3 Đặc điểm sinh học cây thần kỳ (Synsepalum dulcificum)

Bộ phận

nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu

Rễ Rễ Synsepalum dulcificum thuộc loại rễ nông, có rễ cái, đại bộ

phận tập trung ở vùng 0 – 40 cm, độ vươn xa của rễ khá rộng nếu được trồng ngoài tự nhiên, thường cách gốc khoảng từ 0 – 100 cm, có nhiều rễ tơ Sự phân bố của rễ còn phụ thuộc vào đất trồng

Thân và tán Đây là loại cây thiểu mộc nhỏ, phát triển rất chậm và có thể cao

từ 1,2 – 1,5 m nếu trồng trông chậu, cao 3 – 4,5 m nếu trồng ngoài tự nhiên Khoảng 10 năm cây mới có thể cao từ 1,2 – 1,5 m Tán cây tạo thành hình chóp Có một thân chính và 4 – 5 nhánh phụ

Hoa Hoa Synsepalum dulcificum nhỏ có màu trắng, mùi rất thơm,

có lông tơ ngoài mặt ngoài, đường kính khi nở khoảng 0,3 – 0,5 mm Cuống nhỏ dài 0,2 – 0,3 mm Đầu tiên ở nách lá xuất hiện mầm hoa, dần dần lớn lên thành nụ, trên một cành thường có 15 – 20 nụ ở nách

lá, sau này nở thành hoa Hoa mộc thảo tập trung hay đơn độc từ

nách lá ở gần ngọn nhánh Hoa có cánh dính liền ở đáy Cánh hoa chia làm 5 thùy, dính nhau ở đáy tạo thành hình ống Hoa có 5 tiểu nhị thấp hơn rất nhiều với nướm nhụy cái, tiểu nhị dính chính diện với cánh hoa, bộ nhụy cái gồm bầu noãn, có một chỉ nhụy và một nướm mọc dài ra khỏi bao hoa, sau khi thụ tinh chỉ nhụy không bị tiêu biến mà tồn tại song song với sự phát triển của quả

Lá Lá nguyên, dày, dài, bóng, mọc so le hay tạo thành chùm ở đầu

các ngọn nhánh phụ, lá non màu xanh nhạt và đạm dần khi già Lá xanh hàng niên, quanh năm không rụng lá và chỉ thường già mới rụng

Quả Quả phì hình xoan, chiều dài trung bình của quả khoảng từ 2 –

3,5 cm Đường kính quả khoảng từ 1 – 1,8 cm Trọng lượng quả khoảng từ 1 – 2 g Vỏ quả mỏng, có một lớp phấn trắng trên bề mặt Khi quả còn non màu xanh đậm nhưng khi chín quả có màu đỏ, mọng nước Thịt quả khi chín có màu trắng, hơi nhớt, khi ăn lại có vị thanh chua Mỗi quả chỉ có một hạt, hạt có hình elip, kích thước từ 1 – 1,5

cm Vỏ hạt cứng và gồm có 2 mặt, mặt trên trơn mặt dưới nhám có đường kẻ dọc Bên trong vỏ, hạt gồm hai tử diệp có màu xanh và áp sáp, dính nhau ở cán phôi

Quả khi chín rất mau hỏng, mặc dù được bảo quản ở nhiệt độ thấp

(Nguồn: Trần Danh Thế et al., 2010)

Hình 2.1 Cây, hoa và trái thần kỳ

(Nguồn: http://hcm.eva.vn; http://nld.com.vn)

2.1.3 Quả cây thần kỳ (miracle fruit)

Phân tích trong quả cây thần kỳ thấy có chứa đường và miraculin Thành phần tạo nên đặc tính đặc biệt của quả thần kỳ là miraculin Miraculin là một loại protein thay đổi vị giác Theo quyển “Science”, chương 161, năm 1986 thì hoạt chất miraculin được ly trích đầu tiên bởi Kenzo và Lloyd, đại học Florida Sau đó, tính chất miraculin được làm rõ năm 1989

Tuy hàm lượng đường trong quả không cao nhưng vị ngọt thì rất dịu và đặc biệt Miraculin được xem là chất làm nên tính năng “Thần kỳ” của loại quả này Thành phần sinh hóa và thành phần hóa thực vật cơ bản trong quả thần kỳ được trình bày trong bảng 2.4 và bảng 2.5

Bảng 2.4 Bảng tóm tắt các thành phần sinh hóa cơ bản

Bảng 2.5 Thành phần hóa thực vật trong thịt quả thần kỳ

Loại dung dịch chiết

+ Bốc hơi đến cắn và ngửi Mùi thơm nhẹ Tinh dầu

+ H2SO4 đậm đặc Màu vàng chuyển

sang đỏ nâu Carotenoid +++ TT Lieberman Có vòng ngăn cách Phytosterol + Nhỏ dd lên giấy, hơ khô Có để lại vết mờ Acid béo

- - KOH 10% Giữ nguyên màu

vàng Antraglucosid ++ ++ Mg và HCl đậm đặc Có màu đỏ Flavonoid

Thuốc thử Mayer Không tủa

Alkaloid

- - TT Dragendorff Không tủa

- - TT Bouchardat Không tủa

+++ +++ Na acetate và FeCl3 3% Màu đen Polyphenol + + NaCO3 Có sủi bọt li ti Acid hữu cơ

- TT Lieberman Không màu Sterolic

± KOH, HCl Hơi đỏ vàng Anthocyanosid +++ Lắc mạnh Có bọt bền Saponin

+++ CHCl3 + acid acetic, nhỏ

từ từ H2SO4 đđ

Vòng phân cách màu xanh Saponin steroid +++ +++ TT Fehling Tủa đỏ gạch Đường khử

+++ Cồn (C2H5OH) 90o Tủa nhiều Hợp chất

uronic

(Nguồn: Trần Danh Thế et al., 2010)

2.1.4 Hiện trạng sử dụng quả cây thần kỳ

Tại Tây Phi, nơi bắt nguồn của cây thần kỳ, quả thần kỳ chín được người dân

sử dụng để ăn khai vị trước khi ăn các loại quả và thức phẩm có vị chua, cay và vị đắng, làm ngọt rượu cọ và còn dùng để cải thiện hương vị của bánh mì ngô bị chua Tại Nhật, quả thần kỳ được dùng hỗ trợ những người tiểu đường và ăn kiêng, giảm cân, dưới dạng nước sinh tố, nước ép vô chai và đóng hộp viên miraculin Tại Tokyo nhiều quán cà phê còn phục vụ món “Cà phê miraculin” Khách uống không cần dùng đường và chất tạo ngọt tổng hợp

Tại Mỹ, từ năm 1970 miraculin đã được nghiên cứu Một nhà nghiên cứu về

ung thư học ở Mount Sibai Medical Center tại Miami (Florida Mỹ) bắt đầu nghiên

cứu (từ năm 2008) một loại thuốc từ quả thần kỳ giúp bệnh nhân ung thư cải thiện chế độ dinh dưỡng và khôi phục cảm giác ăn ngon ở bệnh nhân ung thư sau khi điều trị hóa chất Đến tháng 3-2009, nhà nghiên cứu này đã được FDA cấp phép sản xuất

Hiện nay, theo Cục Quản lý Dược và Thực phẩm của Mỹ (FDA), những chế phẩm có liên quan đến quả thần kỳ đều được dán nhãn là nhóm “thực phẩm bổ sung” thay vì “chất làm ngọt” Những người Mỹ ăn kiêng có thể mua miraculin ở dạng viên sử dụng trong các bữa tiệc để tự đánh lừa vị giác của họ

Hơn thế nữa, có thể dùng kèm với những thuốc đắng, để át vị thuốc mà không làm thay đổi tác dụng, không tương tác với thuốc, không gây tác dụng phụ nào cả

Ở Việt Nam, loài cây này chưa có tên trong danh mục cây thuốc và chưa có công trình nghiên cứu công dụng của quả Cây thần kỳ chủ yếu trồng làm cây cảnh Một số sản phẩm từ quả thần kỳ được trình bày ở hình 2.2

Hình 2.2 Một số sản phẩm từ quả thần kỳ tại Mỹ và Nhật Bản

(Nguồn: http://www.miraclefruitworld.com/; tablets; http://www.amazon.com/Miracle-Berry-Fruit-Tablets-Miraculin)

http://www.coffeeandvanilla.com/miracle-berries-miracle-fruit-2.2 HOẠT CHẤT MIRACULIN

2.2.1 Cấu tạo của miraculin

Miraculin là một glycoprotein có khối lượng phân tử 44000 dalton gồm:

+ Chuỗi phân tử đường

+ Một chuỗi protein (191 amino acid) ( Theerasilp et al., 1989)

2.2.1.1 Chuỗi phân tử đường của miraculin

Thành phần các hợp chất đường trong chuỗi phân tử đường của miraculin được liệt kê ở bảng 2.6

Bảng 2.6 Thành phần các loại đường trong chuỗi phân tử đường của miraculin

(Nguồn: Theerasilp and Kurihara, 1988)

2.2.1.2 Chuỗi protein của miraculin

Miraculin là protein chuyển đổi vị giác Miraculin có hàm lượng cao trong quả thần kỳ chín, thành phần của nó có thể lên đến 10% trong tổng số protein hòa tan có trong quả (Tadayoshi et al., 2010) Thành phần các acid amin trong hoạt chất miraculin được thể hiện ở bảng 2.7

Bảng 2.7 Các acid amin có trong một chuỗi protein

STT Amino acid Viết tắt Số lượng/mol b % mol a

2.2.2 Mô hình không gian của miraculin

Miraculin gồm một chuỗi đơn glycoprotein, thường tồn tại ở dạng miraculin tetramer đó là một sự kết hợp của nhóm 4 monomer bởi 2 dimer Trong mỗi dimer 2 miraculin glycoprotein được liên kết bằng một liên kết disulfua, có trọng lượng

phân tử là 98,4kDa (Antonella et al., 2008) Mô hình không gian phân tử miraculin

được thể hiện qua hình 2.3

(a) (b)

Hình 2.3 Mô hình phân tử 3D của miraculin

(Nguồn: Antonella et al., 2008 Chú thích hình 2.3: (a) và (b) Mô hình hình cầu và thẳng của tetramer miraculin Màu sắc giống nhau được sử dụng cho các monomer tương ứng của hai dimer (H và I; L và M)

2.2.4 Cơ chế tác dụng của miraculin

Cơ chế chi tiết của hiện tượng thay đổi vị giác vẫn chưa được giải thích rõ Bình thường, các tế bào cảm nhận vị này được sắp xếp thành từng chùm từ những sợi dây tóc cảm biến được kết nối vào bên trong xuyên qua các khe hở của nụ vị giác Chính những sợi dây tóc này đã làm cho chất kích thích tiếp xúc được với tế bào cảm nhận vị Những thông tin nhận được từ sự tiếp xúc trên được truyền theo đầu dây thần kinh vị giác về não (Piggott, 1988)

Tuy nhiên, khi ăn quả thần kỳ thì protein miraculin có trong quả sẽ làm thay đổi cấu trúc của tế bào cảm nhận vị trên các gai lưỡi Đồng thời, do trong phân tử miraculin có chuỗi các phân tử đường nên tạo ra vị ngọt trong thời gian miraculin lưu lại trên lưỡi, hiệu ứng này có thể kéo dài đến vài giờ cho đến khi các nụ vị giác trở lại bình thường

Mặc khác do sự tác động của các phân tử miraculin đã làm sai lệch sự định hướng của các thụ thể cảm nhận trên gai lưỡi, làm cho lưỡi trở nên thích ứng và nhận định độc nhất với vị ngọt trong một khoảng thời gian nhất định

Thời gian và cường độ của hiện tượng thay đổi vị giác phụ thuộc vào các yếu

tố khác nhau như nồng độ miraculin, thời gian liên lạc của miraculin với lưỡi và nồng độ acid Nếu dùng trà nóng hoặc nước nóng để xúc miệng thì tác dụng của hoạt chất miraculin sẽ nhanh chóng biến mất

2.2.5 Tính chất an toàn của miraculin

Cho đến nay chưa có tài liệu khoa học nào chính thức nói về qua tác dụng bất lợi của trái thần kỳ, mặc dù người phương Tây đã biết đến cây này hơn 275 năm, còn dân Châu Phi đã sử dụng hàng trăm năm Miraculin được cho là an toàn đối với người sử dụng Miraculin đã được nghiên cứu trên khỉ nâu Macaca mulatta

(Brouwer et al., 1983), chuột và người (Diamant, 1972; Chizuko et al., 2006) Với

những nghiên cứu miraculin trên não người nên chúng ta có thể tin tưởng độ an toàn của miraculin Bên cạnh đó, miraculin đã được FDA cho phép sản xuất là thực phẩm chức năng

2.3 NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT CHẤT MIRACULIN

Vì miraculin không tạo ra calo và là hợp chất tạo vị ngọt thiên nhiên đã được thổ dân châu Phi dùng nhiều năm nên nhiều nhà sản xuất kỳ vọng nó sẽ có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm và dược phẩm Ngoài những công dụng trên hiện nay các nhà khoa học đã chuyển gen miraculin vào một số cây trồng khác nhau để

có nguồn nguyên liệu dồi dào từ hoạt chất này và đã có nhiều nghiên cứu đã thành công

2.3.1 Chuyển gen miraculin lên cây rau diếp

Miraculin biểu hiện trong rau diếp biến đổi gen có khả năng cảm ứng vị ngọt

Kết quả này đã được chứng minh năm 2006, bởi Hyeon-Jin Sun et al đã chuyển một

gen mã hóa tổng hợp miraculin được đặt dưới sự kiểm soát của các constitutive promotor vào lên cây rau diếp Biểu hiện của gen này trong rau diếp biến đổi gen dẫn đến sự tích tụ có ý nghĩa của lượng protein miraculin trong lá Từ những kết quả chứng minh cho thấy việc sản xuất miraculin thực vật ăn được có thể là một chiến lược thay thế tốt để tăng cường tính sẵn có của protein này

2.3.2 Chuyển gen miraculin vào Aspergillus oryzae

Vào năm 2007, gen mã hóa tổng hợp miraculin được chuyển vào chủng

Aspergillus oryzae NS4 Sự biến nạp được biểu hiện và tiết ra miraculin với lượng 2

mg/l Kết quả này cho thấy 0,5 mg/ml miraculin tái tổ hợp tương đương với 0,1 mg/ml miraculin tự nhiên về hoạt động làm thay đổi vị giác ở pH = 3

2.3.3 Chuyển gen miraculin lên dâu tây

Năm 2008, Sugaya et al cũng đã nghiên cứu thành công việc chuyển gen chứa miraculin lên cây dâu tây Hàm lượng miraculin trong quả dây chuyển gen là 0,5 – 2

g/g thấp hơn hàm lượng miraculin trong quả thần kỳ (145 g/g quả tươi)

2.3.4 Chuyển gen miraculin lên cà chua

Trong các đối tượng được chuyển gen tổng hợp miraculin thì thành công nhất

là cà chua mặc dù hàm lượng miraculin trong cà chua biến đổi gen được chứng

minh thấp hơn hai lần so với miraculin tự nhiên có trong quả thần kỳ (Tadayoshi et al., 2010) Nhưng do cà chua là một trong những loại cây trồng phổ biến, được

trồng khắp thế giới, các đặc tính và nhu cầu về tăng trưởng của cà chua được hiểu rõ nhất Vì vậy, các nhà khoa học quyết định sản xuất miraculin tái tổ hợp trên cà chua

biến đổi gen Cà chua biến đổi gen chứa miraculin được nghiên cứu bởi Sun et al.,2007 Và đến nay đã có rất nhiều bài báo nghiên cứu về cà chua biến đổi gen

chứa miraculin

2.3.5 Bước đầu trồng thử nghiệm và tách chiết hoạt chất miraculin trong trái cây thần kỳ

Năm 2010, Trần Danh Thế et al đã nghiên cứu và tiến hành trồng thử nghiệm

cây thần kỳ trong điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng tại thành phố Hồ Chí Minh Các điều kiện sinh trưởng cũng như đặc điểm sinh học và tiến hành phân tích thành phần hóa học trong thịt quả, ly trích hoạt chất miraculin trong trái cây thần kỳ trong dung dịch muối loãng, tinh chế bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion thu được hoạt chất

có độ tinh sạch cao và ghi nhận được khả năng biến đổi vị chua của acid citric trở nên ngọt tương đương với độ ngọt của đường saccharose 0,4M Đặc điểm này mở ra được nhiều triển vọng trong việc trồng cây thần kỳ với quy mô lớn để sản xuất miraculin, ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, y dược trong tương lai

2.4 LOẠI ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN

2.4.1 Khái niệm lên men

Lên men là sự chuyển hóa carbohydrate và một vài hợp chất hữu cơ khác thành những chất mới dưới tác dụng của enzyme do vi sinh vật gây ra Như vậy, tác nhân chính của quá trình lên men là các tế bào vi sinh vật hoặc có thể là enzyme của chúng đã được chế tạo thành các dạng chế phẩm (Lương Đức Phẩm, 2009)

Mục đích chính của quá trình lên men là chuyển hóa cơ chất trong môi trường dinh dưỡng thành các sản phẩm cần thiết nhờ vi sinh vật Tuy nhiên, mục đích của lên men trong nghiên cứu này là loại đường để giúp quá trình sấy dịch quả tạo bột

có hiệu quả

2.4.2 Phương pháp cố định tế bào

Kỹ thuật cố định tế bào được định nghĩa là kỹ thuật bao bọc hay định vị các tế bào nguyên vẹn lên một vùng không gian nhất định nhằm bảo vệ các hoạt tính xúc

tác mong muốn (Karel et al., 1985)

Cố định thường là sự bắt chước các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên do các tế bào có thể phát triển trên bề mặt hoặc bên trong các cấu trúc của nguyên liệu có trong tự nhiên Nhiều quá trình trong công nghệ sinh học thuận lợi nhờ kỹ thuật cố định tế bào Những kỹ thuật này được chia thành 4 nhóm chính: cố định tế bào trên

bề mặt chất mang rắn, cố định tế bào trong khung mạng xốp (tạo gel), keo tụ tế bào (tạo hạt) và nhốt bằng phương pháp cơ học trong màng chất rắn

Mục tiêu chính của viê ̣c cố định tế bào là để tăng năng suất phản ứng sinh học , cải thiện sự ổn định tế bào Theo quan điểm tối ưu hóa , những bất lợi có thể được hạn chế bằng cách sử dụng nấm men cố định Nấm men cố định ít nhạy cảm với các điều kiện lên men khó khăn như nhiệt độ cao, pH thấp và nồng độ các chất ức chế

cao (Desimone et al., 2002; Norton et al., 1995) Hơn nữa, các tế bào cố định có thể

được sử dụng cho quá trình lên men liên tục hoặc tái sử dụng cho nhiều chu kỳ lên men (Klein và Kressdort, 1989)

Tế bào cố định có thể được áp dụng cho cả hê ̣ thống phản ứng liên tục và không liên tục Hệ thống tế bào cố định có thể được phân loại theo các cơ chế vật lý của sự

cố định Tế bào cố định phải được thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng để duy trì hoạt tính của các tế bào Các phương pháp cố định tế bào vi sinh vật bao gồm bẫy vật lý trong ma ̣ng xốp , bao bọc, hấp phụ hoặc đính kèm vào một chất mang và hình thành liên kết ngang

Cố đi ̣nh theo cách bẫy tế bào là phương pháp thông dụng nhất Phương pháp này có ưu điểm cho sự cố định tế bào do một số lợi thế Quá trình chuẩn bị thể hiện sự giảm rò rỉ tế bào và có khả năng chứa cao (Cardona và Sanchez , 2007) Phương pháp này thực hiện dễ dàng, bởi vì nhiều vật liệu polyme có thể được sử dụng cả dạng tổng hợp và các polyme tự nhiên Các polyme tự nhiên chủ yếu được sử dụng cho sự cố đi ̣nh tế bào chủ yếu là polysaccharide, như calci alginate Phương pháp bẫy tế bào trong gel alginate là một phương pháp phổ biến vì các qui trình cố định

đơn giản, mật độ tế bào cao trong gel (Dömény et al., 1998) và các giá thể không

độc hại (Göksungur và Zorlu, 2001)

2.4.3 Loại đường bằng phương pháp lên men

Trong quả thần kỳ có chứa 2,4g/100g đường (Trần Danh Thế et al., 2010), chính lượng đường này có thể gây khó khăn trong quá trình sấy đông khô (từ kết quả thử nghiệm), do đó cần phải loại lượng đường trước khi sấy đông khô

Phương pháp loa ̣i đường hiê ̣u quả và đơn giản là sử du ̣ng nấm men khô cố

đi ̣nh trên giá thể alginate

Nguyên tắc phương pháp cố định tế bào nấm men bằng giá thể alginate:

- Khuếch tán các ion Ca2+ bên ngoài vào bên trong dung dịch alginate Các ion Ca2+

được thay thế các ion kim loại ban đầu có chứa trong muối alginate tạo thành liên kết ngang hình thành cấu trúc không gian cho mạng gel

- Hỗn hợp dung dịch alginate trong nước và huyền phù nấm men được nhỏ giọt vào dung dịch chứa ion Ca2+ là dung dịch CaCl2 để tạo thành các hạt gel Ca-alginate có chứa nấm men bên trong

2.4.4 Nấm men

Nấm men là sinh vật đơn bào hiển vi, tế bào cơ bản giống như ở động thực vật, được sử dụng từ hàng nghìn năm nay để sản xuất (Lương Đức Phẩm, 2009) Ngày nay, những hiểu biết khoa học và công nghệ đã cho phép phân lập và sản xuất công nghiệp những chủng nấm men có những tính chất đặc biệt, thoả mãn ngày càng cao nhu cầu thực phẩm của con người

Nấm men thực phẩm bao gồm nấm men bánh mì, nấm men bia, nấm men bia dinh dưỡng, nấm men rượu vang, nấm men rượu, nấm men probiotic, chiết chất nấm men, nấm men Torula, nấm men whey Một số loại nấm men trên đây không những được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm mà còn được dùng làm nguồn bổ sung protein rất quý cho gia súc, gia cầm và cá… Bên cạnh, rất nhiều loại nấm men dùng để sản xuất còn có những loại nấm men có thể gây bệnh

Phần lớn nấm men dùng trong công nghiệp thuộc loại nấm men Saccharomyces trong lớp nấm túi Giống nấm men Saccharomyces quan trong nhất

là loài Saccharomyces cerevisiae được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm Saccharomyces cerevisiae có dạng hình cầu hoặc hình trứng, có kích thước

nhỏ từ 5-6 đến 10-14 µm, sinh sản bằng cách nảy chồi và tạo bào tử Nguồn dinh dưỡng chủ yếu của chúng là sử dụng đường glucose, galactose, saccharose, maltose như nguồn cacbon và chúng sử dụng axit amin và muối amon từ nitơ

2.4.5 Hợp chất alginate

2.4.2.1 Alginate

Acid alginic (Alginate) được Standford phát hiện ra năm 1881, là một acid hữu

cơ có khá nhiều trong tự nhiên và có thể xuất phát từ 2 nguồn gốc khác nhau: thành

phần cấu trúc của tảo nâu biển (Phaeophyceae), chiếm đến 40% khối lượng chất

khô, polysaccharide màng bao trong các loại vi khuẩn đất Alginate hiện diện trong vách tế bào rong biển, được trích ly và ứng dụng khoảng 50 năm trở lại đây

Alginate là một copolymer không phân nhánh, bao gồm các monomer mannuronic acid (gọi tắt là M) và -L-guluronic aicd (gọi tắt là G) liên kết với nhau thông qua liên kết 1,4-glucoside Các monomer này phân bố trong mạch alginate

-D-Hình 2.4 Cấu tạo phân tử alginate

(Nguồn: http://www.foodnk.com/phu-gia-lam-day-lam-dac-alginate)

Alginate dạng muối tan trong nước, độ nhớt phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và lượng ion trong muối Khác với agar, dung dịch alginate không đông lại ngay cả khi làm lạnh đông Việc lạnh đông và làm tan giá dung dịch Na-alginate khi có mặt của ion Ca2+ có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch

Các màng alginate rất đàn hồi, rất bền, chịu dầu và không dính bết Có thể tạo màng gel alginate bằng nhiều cách khác nhau Khi hòa tan alginate vào nước, chúng

dễ tạo dung dịch nhớt

2.4.2.2 Cơ chế tạo gel alginate

Alginate có khả năng tạo gel khi kết hợp với cation kim loại hóa trị cao hoặc khi phân tử alginate bị acid hóa Tuy nhiên, phương pháp tạo gel bằng cách acid hóa phân tử alginate ít được dùng vì quy trình thực hiện rất phức tạp

Quy trình tạo gel của alginate theo phương pháp kết hợp với cation hóa trị cao

để tạo gel đồng thể Ái lực của alginate đối với các ion hóa trị 2 là khác nhau và giảm đều theo trình tự Pb2+> Cu2+ > Cd2+ > Ba2+> Sr2+> Ca2+> Co2+> Ni2+> Zn2+>

Mn2+ Tùy thuộc vào loại ion liên kết và loại alginate mà gel tạo thành có tính chất khác nhau Thông thường, người ta thường sử dụng calcium để làm ion tạo gel Quá trình tạo gel của alginate theo phương pháp kết hợp với cation kim loại có thể tiến hành theo 2 phương pháp là phương pháp tạo gel từ bên ngoài và phương pháp tạo gel từ bên trong

- Cơ chế tạo gel theo phương pháp tạo gel từ bên ngoài là phương pháp tạo gel phổ biến của alginate Đây là phương pháp tạo gel nhanh và thao tác đơn giản Khi nhỏ dung dịch alginate vào dung dịch có chứa cation có khả năng tạo gel (thường sử dụng nhất là Ca2+), bề mặt ngoài của alginate lập tức bị gel hóa Quá trình này xảy ra trên bề mặt hạt và phát triển vào bên trong

- Cơ chế tạo gel theo phương pháp từ bên trong là cho các muối có chứa cation tạo gel dạng vô hoạt (CaCO3, CaSO4…) vào dung dịch alginate Thay đổi pH của dung dịch về pH acid bằng các tác nhân acid hóa Khi pH giảm các cation sẽ được giải phóng và tham gia vào quá trình tạo gel với alginate

2.5 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY ĐÔNG KHÔ

2.5.1 Giới thiệu về phương pháp sấy đông khô

Sấy là quá trình tách bớt nước ra khỏi nguyên liệu nhằm giúp nguyên liệu tránh được những hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lượng, giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm

Sấy thăng hoa (sấy đông khô) là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nước Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm dạng lỏng nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông Chính vì thế

còn gọi là phương pháp sấy đông khô hay sấy lạnh đông (Freezing Drying)

Phương pháp sấy thăng hoa do kỹ sư G.I.Lappa Stajenhexki phát minh năm

1982 Phương pháp sấy thăng hoa là một quá trình mất nước thường được sử dụng

để bảo quản nguyên vật liệu dễ hư hỏng hoặc làm cho vật liệu thuận tiện hơn trong vận chuyển Kỹ thuật đông khô thường áp dụng đối với các chất có hoạt tính sinh học như vi sinh, protein, vitamin, vaccine, enzyme và bảo quản vi sinh vật

2.5.2 Quá trình sấy đông khô

Quá trình sấy đông khô luôn trải qua ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Làm lạnh đông sản phẩm chuyển ẩm từ thể lỏng sang thể rắn

- Giai đoạn 2: Sấy thăng hoa nguyên liệu chuyển ẩm từ thể rắn sang thể khí, kết thúc giai đoạn này nhiệt độ nguyên liệu đạt 00C và ẩm tự do bay hơi hoàn toàn

- Giai đoạn 3: Sấy chân không thực phẩm giai đoạn này chủ yếu làm bốc hơi

ẩm còn lại trong nguyên liêu, kết thúc giai đoạn này khi xảy ra sự cân bằng nhiệt, nhiệt độ nguyên liệu đạt đến nhiệt độ môi trường sấy, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm từ 2 – 4%

2.6 CÁC TÁC NHÂN KÍCH THÍCH KHẢ NĂNG CẢM NHẬN VỊ

2.6.1 Acid citric

Acid citric là một acid hữu cơ yếu Nó là một chất bảo quản tự nhiên và cũng được sử dụng để bổ sung vị chua cho thực phẩm hay các loại nước ngọt Trong hóa sinh học, nó là tác nhân trung gian quan trọng trong chu trình acid citric và vị thế xuất hiện trong trao đổi chất của gần như mọi sinh vật Nó cũng được coi là tác nhân làm sạch tốt về mặt môi trường và đóng vai trò của chất chống oxi hóa

Ảnh hưởng của caffeine tới sức khỏe người uống là một vấn đề gây tranh cãi khoa học Có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng caffeine có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe, như là làm tăng huyết áp, tăng mức lo lắng và làm tổn hại tới các mạch máu Caffeine cũng có thể làm giảm lượng canxi trong xương và dẫn đến các bệnh sinh sản ở phụ nữ

Các nghiên cứu khác lại cho thấy rằng caffeine có thể giúp làm giảm nguy cơ

bị bệnh đại tràng và bệnh Parkinson Các nghiên cứu ở Úc và miền nam của Carolina chỉ ra rằng caffeine có thể làm tăng thành tích thi đấu của các vận động viên Caffeine cũng được chứng minh là có hiệu quả trong các chương trình giảm cân

Hình 2.6 Công thức cấu tạo của Caffein

(Nguồn: http://angi.com.vn/Desktop.aspx/thuat-ngu/45/Cafein_la_gi/)

2.6.3 Muối NaCl

Là thành phần chính trong muối ăn thường ngày, nó được sử dụng như một gia

vị cho các món ăn và để bảo quản thực phẩm

Hình 2.7 Muối NaCl

(Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/Natri_clorua)

2.6.4 Đường Sucrose

Đường sucrose (saccharose) là đường rất phổ biến trong thiên nhiên Sucrose

có nhiều trong củ cải đường (10 – 20%), trong mía (14 – 25%) và ở lá thân, rễ, quả của nhiều loại thực vật Trong công nghiệp sản xuất đường, người ta dùng nguyên liệu là củ cải đường hoặc mía, vì chúng có thể chứa từ 20 – 25% đường sucrose, đó

là một loại đường rất dễ hòa tan, nó có ý nghĩa đối với dinh dưỡng ở người Sucrose

có dạng mịn, không màu, không mùi Nó bao gồm 2 monosaccharide: glucose và fructose

2.6.5 Nước cam ép

Nước cam ép là một loại thức uống phổ biến được làm từ cam bằng cách chiết xuất nước từ trái cam tươi bằng việc vắt hay ép đó là một loại nước cam tươi Đối với các sản phẩm nước cam được sản xuất theo kiểu công nghiệp, nước cam được chế biến có cho thêm các phụ gia, bảo quản rồi đóng chai hoặc hộp giấy để tiêu thụ Theo những điều tra gần đây, nước cam tự nhiên và nước giải khát từ cam được sử dụng trong gia đình chiếm gần 40% so với các loại nước giải khát khác

Nước cam có chứa flavonoid có lợi cho sức khỏe và là một nguồn cung cấp các chất chống oxy hóa Đồng thời trong nước cam có chứa nhiều vitamin C, có tác dụng tăng cường đề kháng, chống mệt mỏi Nước cam thường có sự thay đổi giữa màu cam và màu vàng hoặc thậm chí hơi hồng

2.6.6 Cà phê

Cà phê được trồng và sản xuất ở nhiều nước, trên thế giới chủ yếu ở các nước vùng nhiệt đới: Việt Nam, Indonexia, Malaysia, Ấn Độ, Brazin… Ở Việt Nam cà phê được trồng nhiều ở Tây Nguyên, Nam Trung Bộ và các tỉnh khu IV cũ Mỗi năm nước ta sản xuất khoảng 60 đến 70 tấn cà phê nhân

Có 3 giống cà phê được trồng trên thế giới cũng như Việt Nam là cà phê Arabica (cà phê chè), cà phê Robusta (cà phê vối), cà phê Chari (cà phê mít) Ba giống cây này có chất lượng khác nhau, đặc tính thực vật và thời gian thu hoạch khác nhau Điều này cho phép người ta trồng phối hợp giữa chúng một cách hợp lý

để điều hòa thời vụ thu hoặc nhằm kéo dài thời gian chế biến trong năm

Cà phê là một thức uống ưa dùng và phổ biến ở nhiều quốc gia Hạt cà phê có hàm lượng cao hợp chất polyphenols là những chất chống oxi hóa Quá trình rang

cà phê làm gia tăng tỷ lệ này Do tác dụng kích thích thần kinh, cà phê giúp năng động, tạo sự hưng phấn, linh hoạt và giải tỏa sự mệt mỏi, căng thẳng gây ra do làm việc quá tải Tuy nhiên, không nên uống quá 2 ly cà phê mỗi ngày

2.7 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN VÀ PHÂN TÍCH THỐNG KÊ

Phương pháp đánh giá cảm quan là phương pháp khoa học sử dụng để gợi lên,

đo đạc, phân tích và giải thích cảm giác đối với các sản phẩm vốn được nhận biết thông qua các giác quan: thị giác, khứu giác, xúc giác, vị giác và thính giác

2.7.1 Phương pháp pha loãng

Mục đích: xác định ngưỡng cảm phát hiện và ngưỡng cảm phân biệt của một sản phẩm trong sản phẩm khác

Các thành viên được nhận một mẫu chuẩn R và các mẫu ghi mã số chứa nồng tăng dần của chất f trong sản phẩm R

Các mẫu đánh giá có thể có nồng độ chất f trùng nhau Sản phẩm được pha chế sao cho nồng độ chất f nhỏ nhất nhỏ hơn rất nhiều so với nồng độ ngưỡng cảm phát hiện và mẫu có nồng độ chất f cao nhất cao hơn nồng độ ngưỡng cảm phân biệt Các thành viên được yêu cầu thử mẫu có nồng độ tăng dần bắt đầu từ sản phẩm

R và không được thử lại các mẫu đã thử qua, đến khi thành viên phát hiện được sản phẩm f trong sản phẩm R thì ghi chú lại nồng độ đó và tiếp tục thử các mẫu còn lại, ghi chú các cường độ tăng dần của sản phẩm chất f trong sản phẩm R, nếu có thể ghi nhận luôn nồng độ của f

Phương pháp này cũng được dùng để huấn luyện thành viên

2.7.2 Phương pháp mô tả định lượng QDA (Quantitative Descriptive

Analysis)

Phương pháp mô tả là một trong những công cụ tinh vi trong kho tàng khoa học cảm quan, nó bao gồm việc phát hiện và mô tả cả về chất lẫn số lượng về các chỉ tiêu cảm quan của thực phẩm như mùi, vị, hình thái, cấu trúc và màu sắc của thực phẩm

Các thành viên trong hội đồng đánh giá cảm quan sẽ xây dựng và phát triển danh mục các thuật ngữ để mô tả các đặc tính cảm quan của sản phẩm; ở bước tiếp theo, họ sẽ được huấn luyện để định lượng các tính chất của sản phẩm theo danh mục của các thuật ngữ đã được thống nhất trước đó (Sijmen et al., 1998)

Phương pháp này đã được chấp nhận dùng để đánh giá cảm quan các thực phẩm khác nhau, các sản phẩm cà phê và nước cam ép

2.7.3 Phương pháp phân tích thành phần chính PCA (Principal Coponent Analysis)

Phân tích thành phần chính là một kỹ thuật phân tích chế biến được nghiên cứu khá rộng rãi và biết đến nhiều Ý tưởng chính của thuật toán phân tích thành phần chính là giảm số chiều của tập dữ liệu có sự tương quan lớn giữa các biến Mặc dù giảm số chiều của biến nhưng vẫn duy trì sự biến đổi nhiều nhất có thể của tập dữ liệu ban đầu Đặc điểm của những biến mới này không còn đặc tính tương

quan giữa chúng Một đặc điểm khác của các biến là chúng được sắp xếp để một vài biến đầu tiên nhất thể hiện hầu hết những đặc trưng của tất cả các biến ban đầu Trong PCA độ dư thừa có thể đo được bởi sự tương quan giữa các phần tử dữ liệu Mối tương quan thực hiện dựa trên cơ sở thống kê bậc 2

Thực chất của PCA là giải quyết bài toán tìm ra giá trị riêng và vector riêng cho ma trận đối xứng

Những đặc tính của phương pháp xử lý thống kê PCA:

- Giúp giảm số chiều của dữ liệu

- Thay vì giữ lại các trục tọa độ của không gian cũ, PCA xây dựng một không gian mới ít chiều hơn, nhưng lại có khả năng biểu diễn dữ liệu tốt tương đương không gian cũ, nghĩa là đảm bảo độ biến thiên của dữ liệu trên mỗi chiều mới

- Các trục tọa độ trong không gian mới là tổ hợp tuyến tính của không gian cũ,

do đó về mặt ngữ nghĩa, PCA xây dựng trục tọa độ mới dựa trên các trục tọa độ đã quan sát được Điểm hay những trục tọa độ này vẫn biểu diễn tốt

dữ liệu ban đầu

- Trong không gian mới, các liên kết tiềm ẩn của dữ liệu có thể được khám phá, mà nếu đặt trong không gian cũ thì khó phát hiện hơn, hoặc những

liên kết như thế không thể hiện rõ (Frank et al., 2002)

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

3.1.1 Địa điểm và thời gian thí nghiệm

Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng – Trường Đại Học Cần Thơ – Đường 3/2 Thành Phố Cần Thơ

Thời gian: từ ngày 01/08/2014 đến ngày 08/12/2014

3.1.2 Nguyên liệu

Quả được được thu mua từ vườn trái thần kỳ Tư Lâm ở khóm 6, thị trấn Long

Hồ, huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long

Nước cam ép hiệu Berri (nhập khẩu Australia)

Cà phê bột Trung Nguyên (sản phẩm của Công ty cổ phần Tập đoàn Trung Nguyên)

Đường tinh luyện Biên Hòa

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

Cân phân tích OHYO, Japan

Máy sấy đông khô Virtis – BenchTopk, America

Máy đo quang phổ Maltiskan Spectrum, Schott

Tủ lạnh, bếp điện, tủ sấy, tủ nung tro, chiết quang kế và một số thiết bị khác Một số thiết bị được sử dụng làm thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.1

Hình 3.1 (A) Máy đo quang phổ, (B) cân phân tích, (C) máy sấy đông khô

3.1.4 Hóa chất

Nấm men Saccharomyces cerevisiae, Sodium Natri Alginate

Hóa chất sử dụng phân tích đạm, đường khử, đường tổng số hòa tan, hàm lượng acid, vitamin C

Acid citric (C6H8O7.H2O) tinh khiết, Trung Quốc

Caffein (C8H10N4O2) dạng bột mịn

Muối NaCl (Sodium chloride) tinh khiết, Việt Nam

Nước cất và một số hóa chất khác trong phòng thí nghiệm

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.2.1 Phương pháp phân tích nguyên liệu

- Tính chất vật lý: kích thước trung bình quả, khối lượng và tỷ lệ dịch quả

- Thành phần hóa học: phân tích các thành phần nguyên liệu được thể hiện trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Phương pháp phân tích thành phần nguyên liệu

Độ ẩm nguyên liệu Phương pháp sấy đến khối lượng không đổi

Chất khô hòa tan (0

Brix) Sử dụng chiết quang kế Hàm lượng tro nguyên liệu Nung nguyên liệu ở nhiệt độ cao

Hàm lượng đường khử Phương pháp định lượng bằng thuốc thử

3,5-dinitrosalycylic acid Hàm lượng vitamin C Phương pháp định lượng bằng thuốc thử Iod

Hàm lượng acid nguyên liệu Phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch kiềm chuẩn Hàm lượng protein Sử dụng phương pháp Kjeldahl

3.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan

Xác định sản phẩm được đánh giá cảm quan theo phương pháp pha loãng, phương pháp phân tích mô tả định lượng (QDA)

Số liệu thu nhận từ thí nghiệm được xử lí thống kê theo phương pháp kiểm định ghép cặp (paired test), phân tích thành phần chính (PCA), phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) với kiểm định LSD được sử dụng để xác định sự khác biệt ý nghĩa giữa các giá trị trung bình Đồ thị được xây dựng bằng chương trình Microsoft Excel 2007

3.3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

3.3.1 Sơ đồ quy trình chung

Hình 3.2 Quy trình chung 3.3.2 Thuyết minh quy trình

Quả thần kỳ được lựa chọn những quả tốt, có độ chín đồng đều, không bị sâu bệnh, không bị dập nát và tiến hành xử lí làm sạch, rửa với nước nhiều lần nhằm loại bỏ đất cát, bụi bặm và một lượng lớn vi sinh vật bám trên bề mặt quả Sau đó tiến hành tách bỏ hạt vì phần này không cần thiết cho quá trình

Ép tách dịch Thu dịch quả

Bột quả

Lên men Hạt nấm

men

Thanh trùng

Lạnh đông

Sau khi tách bỏ phần hạt quả tiến hành ép tách dịch quả (máy ép quả), phần xác quả đồng nhất trong nước cất lọc lấy phần dịch quả loại bỏ phần xác Phần dịch quả sau khi được thanh trùng lên men với hàm lượng hạt nấm men và thời gian lên men thích hợp

Sau quá trình lên men loại bỏ hạt nấm men thu lấy dịch quả tiến hành làm lạnh đông, sau đó sấy thăng hoa thu bột quả Bột quả được sử dụng cho các thí nghiệm đánh giá cảm quan

3.4 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát khả năng chế biến bột quả thần kỳ bằng

phương pháp lên men loại đường

3.4.1.1 Mục đích: Khảo sát khả năng và chất lượng tạo bột quả sau quá trình lên men loại đường

3.4.1.2 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 nhân tố thay đổi là thời gian lên men

và lượng hạt nấm men bổ sung (% so với dịch quả), hạt nấm men sử dụng là nấm

men khô Saccharomyces cerevisiae được cố định trên giá thể alginate

Nhân tố A: Lượng hạt nấm men bổ sung so với dịch quả

Nhân tố B: Thời gian lên men

B1: 30 phút B2: 60 phút B3: 90 phút

Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm giữa tỷ lệ hạt nấm men bổ sung và thời gian lên men

Thời gian lên

3.4.1.3 Tiến hành thí nghiệm

Nguyên liệu quả thần kỳ được rửa sạch, loại bỏ hạt để lấy thịt quả Mỗi mẫu

sử dụng 100g thịt quả được ép tách dịch quả (bằng máy ép trái cây) Phần xác được thêm nước (lượng nước sử dụng 50% so với thịt quả) để trích ly, dịch trích ly bổ sung chung vào dịch quả Dịch quả được thanh trùng bằng NaHSO3 (124mg/l) trong

30 phút (Nguyễn Minh Thủy, 2011), sau đó được lên men bằng nấm men cố định với tỷ lệ và thời gian như phần bố trí bảng 3.2 Dịch quả sau lên men làm lạnh đông sâu 2 ngày và sấy thăng hoa tạo bột quả, đóng gói và bảo quản

Chuẩn bị nấm men cố định trên giá thể alginate: bô ̣t alginate được hòa tan vào nước thành dung di ̣ch 1% Kết hợp nấm men khô (1%) tạo thành hỗn hợp nấm men khô trong giá thể alginate Bơm hỗn hợp vào dung di ̣ch CaCl 2 1% sẽ thu được các hạt nấm men cố định trên giá thể alginate sử du ̣ng cho viê ̣c lên men đường trong dịch quả thần kỳ (Hình 3.3)

Hình 3.3 Giai đoạn chuẩn bị hạt nấm men cố định trên giá thể và lên men dịch quả thần kỳ

3.4.1.4 Chỉ tiêu theo dõi

Dịch quả thần kỳ lên men: hàm lượng đường trước và sau lên men

Sản phẩm bột quả thần kỳ: hiệu suất thu hồi (%), khả năng tạo bột và đặc tính cảm quan của bột, khả năng duy trì hoạt tính miraculin thông qua khả năng làm thay đổi ngưỡng cảm giác trên 4 vị cơ bản

3.4.1.5 Phương pháp xác định ngưỡng cảm phân biệt đối với vị cơ bản

Mục đích: Xác định ngưỡng cảm phân biệt trước và sau khi dùng dung dịch

chứa bột quả thần kỳ