Xác định chế phẩm enzyme và điều kiện thích hợp để xử lý lớp nhớt cà phê vối bằng phương pháp ướt

Header Page of 126 -1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN THỊ LOAN XÁC ĐỊNH CHẾ PHẨM ENZYME VÀ ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ LỚP NHỚT CÀ PHÊ VỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Đồ uống Mã số : 60.54.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN VĂN THƯỜNG Đà Nẵng - Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 -2- Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN THƯỜNG Phản biện 1: TS Đặng Minh Nhật Phản biện 2: GS TSKH Lê Văn Hoàng Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng năm 2011 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 -3- MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đối với cà phê Việt Nam, diện tích, suất sản lượng không ngừng tăng lên chi phí sản xuất ñơn vị sản phẩm cao, chất lượng cà phê thấp, nên giá bán sản phẩm bị giảm, dẫn ñến sức cạnh tranh cà phê Việt Nam thị trường giới chưa cao, giá không ổn ñịnh, làm cho sống người dân nhiều khó khăn Để tăng chất lượng cà phê nước ổn ñịnh giá cà phê cần phải nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê chế biến Trong phương pháp chế biến, chế biến ướt ñem lại chất lượng cà phê cao Tuy nhiên phương pháp chế biến ướt theo cách truyền thống phải ñầu tư nhiều trang thiết bị, sử dụng nhiều nước sạch, thải nhiều nước bẩn, chi phí xử lý nước thải lớn; lại cần công nhân lành nghề ñể thực hiện; ñó giá thành sản phẩm chế biến ướt thường cao Vì vậy, việc tìm giải pháp kỹ thuật ñể cải tiến phương pháp chế biến ướt nhằm rút ngắn thời gian chế biến, giảm chi phí ñầu tư nâng cao ñược chất lượng sản phẩm vấn ñề cấp thiết Xuất phát từ thực tế trên, mạnh dạn chọn ñề tài: “Xác ñịnh chế phẩm enzyme ñiều kiện thích hợp ñể xử lý lớp nhớt cà phê vối phương pháp ướt”, nhằm ñáp ứng yêu cầu MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Lựa chọn ñược loại enzyme tốt ñể xử lý lớp nhớt cà phê vối chế biến ướt Footer Page of 126 Header Page of 126 -4- - Xác ñịnh tham số tối ưu (trị số pH, nhiệt ñộ, liều lượng enzyme) trình lên men xử lý lớp nhớt hạt cà phê vối - Ứng dụng kết nghiên cứu vào giai ñoạn xử lý lớp nhớt cà phê xưởng chế biến Đăklăk (quy mô nhỏ) - Xác ñịnh mức ñộ ảnh hưởng quy trình chế biến sử dụng enzyme ñến chất lượng cà phê nhân bảo quản so với quy trình lên men tự nhiên ñánh nhớt học ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cà phê vối (Robusta) tỉnh ĐăkLăk - Các nguồn enzyme thương phẩm hãng/ công ty ña quốc gia sản xuất có ñại diện Việt Nam (chứa nhóm enzyme pectinases) - Quy trình cần nghiên cứu: xử lý lớp nhớt công nghệ chế biến ướt - Ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp vật lý - Phương pháp hóa học - Phương pháp cảm quan - Phương pháp xử lý số liệu Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Ý nghĩa khoa học - Lựa chọn chế phẩm enzyme pectinase thích hợp cho xử lý lớp nhớt cà phê vối - Xác ñịnh ñiều kiện tối ưu ñể chế phẩm enzyme pectinase có khả xử lý lớp nhớt cao Footer Page of 126 Header Page of 126 -5- - Thiết lập sở khoa học cho việc ứng dụng enzyme chế biến cà phê Việt Nam 5.2 Ý nghĩa thực tiễn ñề tài - Việc sử dụng chế phẩm enzyme trình sản xuất cà phê giai ñoạn tách nhớt ñể loại bỏ lớp nhớt vỏ thóc bao quanh nhân cho sản phẩm cà phê thóc ướt nhớt ñể thuận tiện cho phơi sấy - So với phương pháp trước ñây việc sử dụng chế phẩm enzyme vào sản xuất tiết kiệm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cà phê ñể tăng tính cạnh tranh sản phẩm cà phê Việt Nam thị trường giới - Ngoài góp phần vào việc bảo vệ môi trường, giảm ñược lượng nước rửa, giảm số BOD5 TSS nước thải theo phương pháp chế biến ướt CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm chương phần sau: Mở ñầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Footer Page of 126 Header Page of 126 -6- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ 1.1.1 Các chủng loại/giống cà phê 1.1.2 Cấu tạo cà phê 1.1.3 Phương pháp chế biến cà phê nhân 1.1.4 Tổng quan chất lượng hạt cà phê, yếu tố tác ñộng ñến chất lượng 1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME 1.2.1 Giới thiệu chế phẩm enzyme pectinase 1.2.2 Pectin chế tác dụng pectinase 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3.1 Các công trình nước 1.3.2 Các công trình nước CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Nguyên liệu Quả cà phê vối chín ñược thu hoạch vào tháng 11- 12/2010 tháng 01/2011 từ vườn Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên 2.1.2 Các enzyme sử dụng nghiên cứu Các enzyme thương phẩm hãng/ công ty ña quốc gia sản xuất có ñại diện Việt Nam, gồm: Lumipect-CP, Rohapect® 10L, Rohament® pulpex, Pectinex® Ultra SP-L Footer Page of 126 Header Page of 126 -7- 2.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Bố trí thí nghiệm 2.3.1.1 Thành phần hóa học chủ yếu lớp nhớt cà phê vối 2.3.1.2 Lựa chọn loại chế phẩm enzyme thích hợp ñể xử lý lớp nhớt cà phê vối 2.3.1.3 Xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý lớp nhớt cà phê thóc 2.3.1.4 Xác ñịnh pH thích hợp ñể chế phẩm có hiệu lực cao 2.3.1.5 Xác ñịnh nhiệt ñộ tối ưu ñể chế phẩm có hiệu lực cao 2.3.2 Các tiêu theo dõi phương pháp xác ñịnh 2.3.2.1 Phương pháp tiến hành làm mẫu thí nghiệm 2.3.2.2 Phương pháp lấy mẫu 2.3.2.3 Xác ñịnh ñộ nhớt 2.3.2.4 Xác ñịnh pH nước rửa cà phê sau ủ 2.3.2.5 Xác ñịnh ñộ ẩm nhân 2.3.2.6 Tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược ẩm ñộ 12,5% 2.3.2.7 Phương pháp xác ñịnh tỷ lệ nhớt cà phê thóc tươi sau ủ enzyme 2.3.2.8 Phương pháp toán học Các phương pháp ñược xử lý phần mềm chuyên dùng nông nghiệp công nghiệp thực phẩm MSTATC 1.2 for Windows (2005), Excel (2003) Footer Page of 126 Header Page of 126 -8- CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CHỦ YẾU CỦA LỚP NHỚT CÀ PHÊ VỐI Bảng 3.1 Thành phần hóa học lớp nhớt cà phê vối STT Thành phần Hàm lượng (%) Nước 82 Pectins tổng số 2,0 Đường khử 2,2 Đường không khử 2,0 Cellulose, tro 1,2 Khác 10,6 Ghi chú: Kết phân tích Viện Công nghiệp Thực phẩm Hà Nội Từ kết cho thấy, thành phần hóa học lớp nhớt cà phê phụ thuộc giống khác lãnh thổ, vị trí ñịa lý,…mà thành phần lớp nhớt ñược tạo nên chủ yếu hợp chất pectin ñường Chính thế, ñể tách lớp nhớt ñược dễ dàng cần nghiên cứu phương pháp tách cho hiệu cao Chúng nghiên cứu phương pháp tách nhớt cách sử dụng enzyme, tùy theo hàm lượng pectin có cà phê ñể ta ñiều chỉnh liều lượng sử dụng enzyme pectinase bổ sung vào cho phù hợp, nhằm tăng tối ña khả làm lớp nhớt hạt cà phê thóc, giảm thiểu tác ñộng xấu ñến chất lượng cà phê nhân thành phẩm 3.2 XÁC ĐỊNH CHẾ PHẨM ENZYME THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ LỚP NHỚT QUẢ CÀ PHÊ VỐI Hình 3.1 biểu diễn trình giảm ñộ nhớt dịch chiết số tương ñối (%) ñó ñộ nhớt dịch chiết trước xử Footer Page of 126 Header Page of 126 -9- lý enzyme 270 mPa.s tương ứng 100% Với ñối chứng sau 30 phút ñộ nhớt 97,5%, công thức ñược xử lý enzyme sau 30 phút ñộ nhớt - 35% Sau 84 phút, ñộ nhớt ñối chứng (dịch nhớt) 92,0%, ñộ nhớt công thức xử lý enzyme 10% Độ nhớt tương ñối (%) Lumipect - CP Rohament® Pulpex Đối chứng Dịch nhớt 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 Rohapect® 10L Pectinex® Ultra SP-L Đối chứng Nước 98,1 92 35,1 9,6 6, 10,4 5, 3,6 1,5 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 Thời gian xử lý (phút) Hình 3.1 Sự thay ñổi ñộ nhớt dịch chiết xuất lớp nhớt cà phê vối sau xử lý loại enzyme khác Trong chế phẩm enzyme thử nghiệm, Lumipect-CP (chứa Polygalacturonase ñơn lẻ) có hiệu lực thấp (sau 30 phút xử lý, ñộ nhớt dịch chiết 35%) lại enzyme khác có hiệu lực tốt, sau 30 phút làm ñộ nhớt dịch chiết giảm - 10% Tuy nhiên loại này, Pectinex® Ultra SP-L (chứa chủ yếu Polygalacturonase tỷ lệ nhỏ hemicellulase) có hiệu lực hai loại lại Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 - 10 - Từ kết thử nghiệm chế phẩm enzyme, ñã loại ñược hai chế phẩm Lumipect-CP Pectinex® Ultra SP-L; sơ tuyển ñược loại chế phẩm enzyme Rohapect® 10L Rohament® Pulpex Mặt khác, xét tính sử dụng Rohament® Pulpex phức tạp rườm rà Rohapect® 10L lại có nguy làm chất lượng sản phẩm không ñồng ñều thao tác xử lý không ñược thực nghiêm túc Tôi ñịnh chọn chế phẩm Rohapect® 10L ñể làm thử nghiệm 3.3 XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG ENZYME THÍCH HỢP CHO XỬ LÝ LỚP NHỚT QUẢ CÀ PHÊ VỐI 3.3.1 Kết xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý thời gian 3.3.1.1 Mức ñộ nhớt cà phê thóc sau xử lý enzyme 120 95 Tỷ lệ nhớt (% ) 100 95 80 96 100 98 97 86 75 67 60 100 86 84 80 98 95 65 40 Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước 20 Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước 10 0 50 100 150 200 250 300 350 Liều lượng (ppm) Hình 3.2 Hiệu xử lý lớp nhớt enzyme Rohapect® 10L liều lượng khác xử lý Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 - 12 - Từ kết hình 3.3 cho thấy, tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược ẩm ñộ 12,5% lại có xu hướng giảm dần theo tăng liều lượng enzyme Rohapect® 10L từ 150 - 350 ppm Kết cho thấy khối lượng cà phê nhân thu ñược tăng dần theo tăng tỉ lệ cà phê/nước khác biệt tỉ lệ cà phê nhân thu ñược Ở tỉ lệ 10 cà phê/1 nước khối lượng cà phê nhân khô ñạt cao so với tỉ lệ khác Tóm lại, liều lượng chế phẩm enzyme Rohapect®10L thích hợp ñể xử lý lớp nhớt cà phê vối thời gian 150 ppm (tính theo khối lượng cà phê thóc ướt nhớt) với tỉ lệ pha trộn 10 cà phê/1 nước 3.3.2 Kết xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý lớp nhớt với thời gian 10 3.3.2.1 Mức ñộ nhớt cà phê thóc sau xử lý enzyme 10 105 100 99 96 95 95 90 85 81 85 Tỷ lệ nhớt (%) 79 75 65 62 55 Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước 45 Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước 35 Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước 25 15 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Liều lượng (ppm) Hình 3.4 Hiệu xử lý lớp nhớt enzyme Rohapect® 10L liều lượng khác xử lý 10 Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 - 13 - Kết hình 3.4 cho thấy mức ñộ nhớt cà phê thóc tăng liều lượng enzyme tăng Ở tỉ lệ cà phê/nước khác mức ñộ nhớt cà phê thóc ñều tăng dần theo liều lượng enzyme Tuy nhiên tỉ lệ nhớt từ 90% trở lên ñược coi công thức liều lượng công thức liều lượng 40 ppm 50 ppm ñều chưa ñảm bảo ñộ tất tỷ lệ nước, với liều lượng 60 ppm mức ñộ nhớt cà phê thóc ñạt 95% tỷ lệ cà phê/nước 10/3, sau ñó tăng dần liều lượng ñạt cao liều lượng 90 ppm ñã ñảm bảo ñược ñộ nhớt tất tỷ lệ cà phê/nước Kết cho thấy, tỷ lệ cà phê/nước cao mức ñộ nhớt cà phê thóc cao 3.3.2.2 Ảnh hưởng liều lượng Rohapect® 10L tới tới khối lượng sản phẩm 38 Tỷ lệ nhân thu hồi (%) Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước 37 Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước 36,9 Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước 36,7 36,6 Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước 36 36 36 35,7 35,6 35,3 35 35 34,7 34,6 34,4 34,3 34,2 34 10 20 30 40 50 60 liều lượng (ppm) 70 80 90 100 Hình 3.5 Tỷ lệ nhân thu hồi liều lượng enzyme Rohapect® 10L khác xử lý 10 Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 - 14 - Kết hình 3.5 cho thấy liều lượng enzyme tỉ lệ cà phê nhân khô ẩm ñộ 12,5% có tương quan nghịch với nhau; tức liều lượng enzyme cao tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược thấp Tỉ lệ cà phê nhân thu ñược giảm dần theo tăng liều lượng enzyme Rohapect® 10L từ 40 - 90 ppm Kết cho thấy tỉ lệ nhân thu hồi ñạt cao tỉ lệ cà phê/nước 10/5 thấp tỉ lệ cà phê/nước 10/1 Chênh lệch tỉ lệ thu hồi cao tỉ lệ thu hồi thấp 1% Do vậy, kết hợp với ñánh giá mức ñộ nhớt, chọn tỷ lệ cà phê/nước 10/3 3.4 XÁC ĐỊNH pH THÍCH HỢP ĐỂ CHẾ PHẨM ENZYME CÓ HIỆU LỰC CAO NHẤT 3.4.1 Xử lý với công thức liều lượng enzyme cao 96,7 97 95,7 96 Tỷ lệ nhớt (%) 95 96 95,7 95 94,3 94,3 94 93 92 91,3 91 90 89 88 3,5 4,5 5,5 6,5 pH Hình 3.6 Ảnh hưởng pH tới mức ñộ nhớt cà phê thóc xử lý Kết hình 3.6 cho thấy, với thời gian ủ chế phẩm enzyme Rohapect®10L hoạt hóa lớp nhớt hạt cà phê vối Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 - 15 - môi trường acid tốt môi trường trung tính (pH = 6,8~7) Khoảng pH thích hợp từ 4,5 - 5,5 Tuy vậy, pH 3,5 cho kết Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH lên tỷ lệ cà phê nhân thu hồi ẩm ñộ 12,5% ñược thể hình 3.7 38,5 38,1 a Tỷ lệ nhân thu hồi (%) 38 37,5 37,1 b 37 36,7 bc 36,5 cd 36,5 cd 36,6 bc 36,3 cd 36,5 36 d 36 35,5 35 34,5 3,5 4,5 5,5 6,5 pH Hình 3.7 Ảnh hưởng pH tới tỉ lệ cà phê nhân khô thu hồi ẩm ñộ 12,5 % xử lý Kết hình cho thấy, tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược ẩm ñộ 12,5% có chênh lệch có ý nghĩa thống kê (p