Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết với mục đích tận dụng phụ phẩm vỏ và thịt quả cà phê để sản xuất các sản phẩm thực phẩm, nghiên cứu này được thực hiện nhằm bước đầu xác định điều kiện trích ly các hợp chất polyphenol từ hỗn hợp vỏ và thịt quả cà phê bằng dung môi nước. Nguyên liệu được sử dụng là hỗn hợp vỏ và thịt quả cà phê robusta chín đỏ của Đăk Lăk.
Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(1):375-382 Bài Nghiên cứu Open Access Full Text Article Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả trích ly hợp chất có khả kháng oxy hóa từ vỏ thịt cà phê Phạm Thị Hoài Trâm1,2 , Trần Thị Thu Trà1,2,* TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Vỏ thịt cà phê phụ phẩm ngành sản xuất cà phê nhân Phụ phẩm có hoạt tính sinh học cao Việt Nam dùng làm chất đốt, phân bón hay chất để ni trồng nấm Với mục đích tận dụng phụ phẩm vỏ thịt cà phê để sản xuất sản phẩm thực phẩm, nghiên cứu thực nhằm bước đầu xác định điều kiện trích ly hợp chất polyphenol từ hỗn hợp vỏ thịt cà phê dung môi nước Nguyên liệu sử dụng hỗn hợp vỏ thịt cà phê robusta chín đỏ Đăk Lăk Các thông số khảo sát bao gồm pH dịch trích (từ đến 5), nhiệt độ trình (từ 30o C đến 90o C), tỉ lệ dung môi: nguyên liệu vỏ thịt cà phê (từ 5:1 đến 9:1) tổng thời gian trích ly (từ 0,5 đến giờ) Kết nghiên cứu cho thấy điều kiện trích ly tốt nhiệt độ trình 50o C, pH 4,0 tỉ lệ dung môi:nguyên liệu = 7:1 thời gian Khi hiệu suất trích ly chất khơ hịa tan đạt 33%, hiệu suất trích ly polyphenol đạt 94%, khả kháng oxy hóa theo DPPH đạt 1959 ± 168 µ M TE/g chất khơ dịch trích theo FRAP đạt 1976 ± 117 µ M TE/g chất khơ dịch trích Dịch trích từ vỏ thịt cà phê nguồn nguyên liệu để sản xuất sản phẩm nước giải khát giàu hợp chất polyphenol có hoạt tính kháng oxy hóa Từ khố: Vỏ thịt cà phê, polyphenol, khả kháng oxy hóa MỞ ĐẦU Bộ môn Công nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Liên hệ Trần Thị Thu Trà, Bộ môn Công nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Email: ttttra@hcmut.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 03-12-2019 • Ngày chấp nhận: 03-01-2020 • Ngày đăng: 10-04-2020 DOI : 10.32508/stdjet.v3i1.634 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo cơng bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Trên giới, cà phê loại thức uống sử dụng nhiều thứ hai sau trà Cà phê chủ yếu buôn bán dạng hạt cà phê nhân, thu sau bóc bỏ lớp vỏ, thịt vỏ trấu bên Khoảng 45% khối lượng cà phê vỏ thịt quả, gọi “coffee husks” bị loại bỏ trình sản xuất cà phê nhân Theo thống kê tổ chức lương thực nông nghiệp liên hiệp quốc (FAO) sản lượng cà phê Việt Nam 1,5 triệu tấn/năm nên tổng lượng “coffee husks” ngành cà phê nước ước tính gần 0,7 triệu tấn/năm Số liệu cho thấy phụ phẩm ngành cà phê Việt Nam vô lớn Tùy phương pháp sản xuất cà phê nhân phương pháp khô hay ướt mà phụ phẩm “coffee husks” thu có thành phần hóa học khác Trong đó, phụ phẩm từ quy trình chế biến ướt ngồi hàm lượng proteins, carbohydrates, chất xơ khống cịn chứa lượng lớn hợp chất có hoạt tính sinh học cao tannin, flavan-3-ols, hydroxycinnamic acids, flavonols anthocyanidins Các hợp chất có khả giảm nguy mắc nhiều loại bệnh, bao gồm bệnh ung thư bệnh tim mạch Trên giới, có số sản phẩm thực phẩm từ “coffee husks” phơi khô thành trà với tên gọi ”cascara tea” hay chiết xuất hợp chất có hoạt tính sinh học bổ sung vào nước uống “Antioxidant water” “Hawaiian Coffeeberry juice” 3,4 Ngoài ra, “coffee husks” nguyên liệu để sản xuất sản phẩm công nghiệp, ethanol, gibberellic acid, α -amylase , trích ly caffeine polyphenol Tuy nhiên, Việt Nam phụ phẩm từ ngành công nghiệp cà phê tận dụng để làm chất đốt, phân bón, chất trồng nấm nghiên cứu phịng thí nghiệm quy trình trích ly thu pectin Vì vậy, trích ly hợp chất polyphenol từ vỏ thịt cà phê để sản xuất sản phẩm thực phẩm có lợi cho sức khỏe hướng nghiên cứu giúp nâng cao giá trị sử dụng cà phê Với mục tiêu tận dụng vỏ thịt cà phê để sản xuất sản phẩm thực phẩm mứt, nước giải khát…, dung môi sử dụng nghiên cứu nước Bài báo giới thiệu kết ảnh hưởng bốn yếu tố: pH, nhiệt độ, tỉ lệ dung môi: nguyên liệu (DM:NL) thời gian đến hiệu suất trích ly polyphenol từ “coffee husks” đánh giá khả kháng oxy hóa dịch trích NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Nguyên liệu Nguyên liệu nghiên cứu cà phê chín đỏ thuộc giống cà phê robusta (coffea robusta - Trích dẫn báo này: Trâm P T H, Trà T T T Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả trích ly hợp chất có khả kháng oxy hóa từ vỏ thịt cà phê Sci Tech Dev J - Eng Tech.; 3(1):375-382 375 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(1):375-382 cà phê vối) thu mua tỉnh Đăk Lăk, Việt Nam Để đảm bảo đồng nguyên liệu, cà phê tươi chần 85o C thời gian phút để diệt enzyme Sau trình chần cà phê làm lạnh nhanh, chia thành bao 500g bảo quản lạnh đông Trước nghiên cứu rã đông nước tách hạt khỏi thịt vỏ Các hóa chất sử dụng nghiên cứu HCl, Folin-Ciocalteu (Merck), gallic acid, DPPH (2,2’diphenyl-1-picryldra-zyl), Trolox TPTZ (2-4-6tripyridyl-s-triazin) (Sigma-Aldrich) có độ tinh đạt chuẩn phân tích dịch trích so với hàm lượng polyphenol nguyên liệu ban đầu Tất thí nghiệm lặp lại lần Kết báo giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn Các số liệu xem khác có nghĩa p < 0,05 Phương pháp phân tích phương sai yếu tố thực phần mềm Minitab 16 Bố trí thí nghiệm Theo nghiên cứu Geremu cộng (2016), sử dụng dung môi methanol 80% hàm lượng polyphenol trích ly cao so với dung mơi khác, gần xem giá trị TPC trích ly dung mơi methanol hàm lượng polyphenol có nguyên liệu đầu 12 Giá trị TPC trích ly dung môi methanol 80% 49,94 ± 3,06 mg đương lượng acid gallic (GAE)/g nguyên liệu tươi Vỏ thịt cà phê có độ ẩm 70,73%, giá trị TPC vỏ thịt cà phê 170 ± 10 mg GAE/g chất khô Kết cho thấy vỏ thịt cà phê giống robusta Đăk Lăk có giá trị TPC tương đương với giá trị TPC vỏ thịt cà phê giống robusta Colombia 13 , cao vỏ thịt cà phê giống arabica Brazil 14 Giá trị TPC vỏ thịt cà phê nghiên cứu xấp xỉ với nho đen (đứng vị trí thứ 41 bảng xếp loại 100 loại thực phẩm giàu polyphenol khả kháng oxy hóa, với giá trị 54,60 mg GAE/g nguyên liệu) 15 Do giá trị TPC cao nên hoạt tính kháng oxy hóa dịch trích từ vỏ thịt cà phê cao, xác định theo phương pháp DPPH đạt 170,78 ± 35,86 µ M đương lượng Trolox /g nguyên liệu tươi theo phương pháp FRAP đạt 109,64 ± 6,81 µ M đương lượng Trolox/g nguyên liệu tươi Khả kháng oxy hóa vỏ thịt cà phê tương đương với giá trị kháng oxy hóa theo DPPH rau spinach (đứng vị trí thứ 26 bảng xếp loại 100 loại thực phẩm giàu polyphenol khả kháng oxy hóa, với giá trị 170 µ M đương lượng Trolox/g nguyên liệu tươi) 15 Như vậy, vỏ thịt cà phê nguồn nguyên liệu giàu polyphenol khả kháng oxy hóa, cần có nghiên cứu để trích ly chất tan, tận dụng nguồn phụ phẩm Để phân tích hàm lượng polyphenol có vỏ thịt cà phê ban đầu, nguyên liệu ngâm dung môi methanol 80% với tỉ lệ dung môi:nguyên liệu 10:1 Hỗn hợp bịt kín tránh ánh sáng lắc tủ lắc nhiệt độ phòng 24 Hỗn hợp sau lọc xác định hàm lượng polyphenol tổng (TPC) hoạt tính kháng oxy hóa Để khảo sát q trình trích ly chất vỏ thịt cà phê nhằm làm thực phẩm, vỏ thịt cà phê nghiền nhỏ nước cất tiến hành trích ly bể điều nhiệt Các điều kiện q trình trích ly pH, nhiệt độ, tỉ lệ DM:NL thời gian thay đổi theo bố trí thí nghiệm trình bày Bảng Sau q trình trích ly, hỗn hợp lọc sơ vải lọc để loại bã thơ ly tâm tốc độ 4000 vịng/phút 15 phút để tách loại bã mịn Dịch trích sau ly tâm tiến hành xác định giá trị TPC hoạt tính kháng oxy hóa theo hai phương pháp DPPH FRAP Phương pháp phân tích Độ ẩm nguyên liệu dịch trích xác định phương pháp sấy đến khối lượng không đổi Giá trị TPC mẫu dịch trích xác định theo phương pháp quang phổ so màu với thuốc thử Folin – Ciocalteau Hoạt tính kháng oxy hóa xác định theo phương pháp: phương pháp FRAP (ferric reducing antioxidant power) quy trình tham khảo theo Benzie Strain (1999) 10 phương pháp DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) quy trình tham khảo theo Brand-Williams cộng (1995) 11 Phương pháp xử lý số liệu Hiệu suất trích ly chất khơ hịa tan xác định phần trăm chất khơ hịa tan trích ly dịch trích so với lượng chất khơ ngun liệu sau q trình chần Hiệu suất trích ly polyphenol xác định phần trăm polyphenol trích ly 376 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hàm lượng polyphenol khả kháng oxy hóa vỏ thịt cà phê nguyên liệu Ảnh hưởng pH đến khả trích ly hợp chất kháng oxy hóa Trong điều kiện nghiên cứu, pH tăng từ đến 4, hiệu suất trích ly chất khơ hịa tan từ nguyên liệu giảm Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(1):375-382 Bảng 1: Bố trí thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả trích ly hợp chất có khả kháng oxy hóa từ vỏ thịt cà phê Thí nghiệm (TN) Yếu tố thay đổi Yếu tố cố định TN1: Ảnh hưởng pH pH: 1; 2; 3; 4; Nhiệt độ 80o C Tỉ lệ DM:NL = 5:1 Thời gian TN2: Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ (o C): 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 pH: Kết TN1 Tỉ lệ DM:NL = 5:1 Thời gian TN3: Ảnh hưởng tỉ lệ DM:NL Tỉ lệ DM:NL: 5:1; 6:1; 7:1; 8:1; 9:1 pH: Kết TN1 Nhiệt độ: Kết TN2 Thời gian TN4: Ảnh hưởng thời gian Thời gian (giờ): 0,5; 1; 2; pH: Kết TN1 Nhiệt độ: Kết TN2 Tỉ lệ DM:NL: Kết TN3 từ 47% xuống cịn 35% cịn hiệu suất trích ly polyphenol tăng từ 43% lên 49% Khi pH tăng từ lên 5, hiệu suất trích ly chất khơ hịa tan tăng từ 35% lên 37% hiệu suất trích ly polyphenol lại giảm từ 49% xuống cịn 46% (Hình 1A) Hoạt tính kháng oxy hóa dịch trích đo theo hai phương pháp DPPH FRAP biến đổi tương đồng với quy luật biến đổi hàm lượng polyphenol, tăng từ pH đến pH giảm nhẹ pH Cụ thể hoạt tính kháng oxy hóa đạt cao pH theo hai phương pháp DPPH FRAP 1009 ± 56 µ M TE/g chất khơ dịch trích 1137 ± 63 µ M TE/g chất khơ dịch trích (Hình 1B) Khi sử dụng nước để trích ly chất từ nguyên liệu thực vật, dịch trích thu hỗn hợp polyphenol hòa tan chất tan khác loại đường, vitamin tan… 16 Hàm lượng chất khơ hịa tan TPC phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán chất tan qua màng tế bào để vào dung mơi trích độ bền chất trích ly Nồng độ ion H+ cao làm giảm độ bền màng tế bào thực vật, tăng cường khả khuếch tán chất khỏi màng tế bào 17 Theo nghiên cứu trích ly polyphenol từ nho môi trường nước Bachtler Bart (2018) 18 , tăng từ pH 1,21 lên pH 3,0 hệ số khuếch tán tăng từ 0,68.10−12 m2 /s lên 1,39.10−12 m2 /s dẫn đến hàm lượng polyphenol dịch trích tăng từ 1,12 g/L lên 1,36 g/L Mặt khác, giá trị pH thấp làm thay đổi cấu trúc hợp chất polyphenol nên khả kháng oxy hóa dịch trích thay đổi 19 Theo Dai and Mumper 20 nồng độ acid cao xúc tác trình thủy phân hợp chất polyphenol trích ly, chí hợp chất polyphenol trạng thái liên kết xảy tượng bị thủy phân trước trích ly Khi khảo sát ảnh hưởng pH đến giá trị TPC trích ly từ vỏ vải, Ruenroengklin cộng (2008) 21 ghi nhận hiệu suất trích ly tăng dịch trích tăng từ pH đến pH giảm pH lớn Khả kháng oxy hóa theo DPPH lớn dịch trích có pH giảm giá trị pH cao hay thấp pH Dựa vào hiệu suất trích ly polyphenol khả kháng oxy hóa dịch trích pH 4,0 lựa chọn cho nghiên cứu Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả trích ly hợp chất kháng oxy hóa Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả trích ly khả kháng oxy hóa trình bày Hình 2A B Hiệu suất trích ly chất khơ hịa tan tăng theo chiều tăng nhiệt độ, đạt giá trị cao 40% 90o C Trong đó, hiệu suất trích ly polyphenol tăng nhiệt độ dịch trích tăng từ 40o C lên 50o C, nhiệt độ tăng từ 50o C lên 90o C, giá trị TPC giảm Hiệu suất trích ly polyphenol đạt giá trị cực đại 69% 50o C Trong khoảng nhiệt độ từ 40o C đến 90o C, khả kháng oxy hóa thay đổi tương ứng với hàm lượng polyphenol trích ly được, đạt cực đại 50o C: 1214 ± 98 µ M TE/g chất khơ dịch trích (theo DPPH) 1265 ± 64 µ M TE/g chất khơ dịch trích (theo FRAP) Hiện tượng nhiệt độ tăng hàm lượng chất khơ hịa tan trích ly tăng giá trị TPC giảm giải thích nhiệt độ tăng làm độ nhớt giảm hệ số khuếch tán chất khô từ nguyên liệu vào nước tăng Ngoài ra, nhiệt độ cao, sức căng bề mặt dung môi giảm, giúp cho tiếp xúc dung môi với nguyên liệu tốt hơn, hiệu trích ly cao 20 Tuy nhiên, nhiệt độ cao khiến cho hợp chất polyphenol dễ bị thủy phân oxy hóa 377 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 3(1):375-382 Hình 1: Ảnh hưởng pH dịch trích đến (A) Hiệu suất trích ly chất khơ polyphenol tổng (B) Khả kháng oxy hóa dịch trích.a a Các giá trị ký hiệu với chữ khác cột màu khác có ý nghĩa thống kê (P