Nghiên cứu thu nhận chất xơ và dịch từ phế liệu dứa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ BẢO HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU THU NHẬN CHẤT XƠ VÀ DỊCH TỪ PHẾ LIỆU DỨA Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Mã số: 60 54 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO Cán chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN HỮU PHÚC Cán chấm nhận xét 2: TS LÊ QUANG TRÍ Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày… tháng….năm 2013 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TS Dương Thanh Liêm TS Nguyễn Thị Thủy Tiên TS Nguyễn Hữu Phúc TS Lê Quang Trí PGS.TS Đống Thị Anh Đào Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sữa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ BẢO HOÀNG LONG MSHV: 11116042 Ngày, tháng, năm sinh: 30/03/1988 Nơi sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành:Công nghệ thực phẩm & đồ uống Mã số: 605402 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thu nhận chất xơ dịch từ phế liệu dứa NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Thu nhận bã dứa khô dịch từ phế liệu dứa - Khảo sát tối ưu hóa q trình thủy phân xơ hòa tan bã dứa enzyme pectinase - Khảo sát tối ưu hóa q trình thủy phân gluxit bã dứa enzyme amylase - Khảo sát trình thủy phân protein bã dứa enzyme protease - Kết hợp ba trình thủy phân enzyme pectinase, amylase, protease để thu nhận chất xơ không tan từ phế liệu dứa II.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: III.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: IV.CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO Tp.HCM, ngày tháng năm 2013 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA…………………………… Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Công Nghệ Thực Phẩm giúp đỡ cho nhiều thời gian thực luận văn Kiến thức mà thầy cô truyền đạt hành trang giúp vững bước đường đời sau Xin gửi lời tri ân lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Đống Thị Anh Đào tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tôi; xin chân thành cảm ơn em Nguyễn Huy Lộc hỗ trợ giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, xin chúc quý thầy cô bạn mạnh khỏe, bình an thành đạt sống Xin chân thành cảm ơn LÊ BẢO HOÀNG LONG i Tóm tắt luận văn TĨM TẮT Bã dứa phụ phẩm trình chế biến dứa Tuy nhiên, nay, việc tận dụng nguồn phụ liệu Việt Nam hạn chế, chủ yếu dùng làm thức ăn cho gia súc, ứng dụng lĩnh vực khác cịn khơng đáng kể Trong nghiên cứu này, bã dứa tươi xay lọc để thu nhận dịch, phần bã lại sau lọc xử lý enzyme pectinase (hàm lượng enzyme 0,4%; pH4; nhiệt độ thủy phân 45oC; thời gian thủy phân giờ), amylase (hàm lượng enzyme 0,55%; pH 5,5; nhiệt độ thủy phân 85oC; thời gian thủy phân 3,5 giờ), protease (hàm lượng enzyme 0,6%; pH7; nhiệt độ thủy phân 60oC; thời gian thủy phân giờ) tẩy trắng cồn để thu nhận chất xơ Nghiên cứu khảo sát để có điều kiện thủy phân tốt enzyme này, đồng thời xây dựng quy trình thu nhận chất xơ từ bã dứa, sản phẩm thu có hàm lượng chất xơ đạt 62,03% màu sắc cảm quan tốt ABSTRACT Pineapple residue is a by-product of pineapple processing However, the utilization of material is still limited in Vietnam They are used mainly as feed for cattle Their applications in other areas are still few and insignificant as well In this research, the fresh pineapple residue was milled and filtered to collect pineapple juice The filtered product was then treated with pectinase (pectinase content: 0,4%; pH4; hydrolytic temperature: 45oC; hydrolytic time: hours), amylase (amylase content: 0,55%; pH 5,5; hydrolytic temperature: 85oC; hydrolytic time: 3,5 hours), and protease (amylase content: 0,6%; pH7; hydrolytic temperature: 60oC; hydrolytic time: hours), and bleached by alcohol to collect fiber This research surveyed the best hydrolytic conditions for these enzymes A process to collect fiber from pineapple residue was also built up The obtained product has a high fiber content (62,03%) and good colour ii Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Dứa 1.1.1 Phân loại dứa 1.1.2 Đặc điểm sinh học thành phần hóa học dứa 1.1.3 Các loại sản phẩm từ dứa 1.1.4 Bã dứa .5 1.2 Chất xơ 1.2.1 Giới thiệu chung chất xơ .6 1.2.2 Phân loại chất xơ .6 1.2.3 Tính chất chung chất xơ 1.2.4 Nguồn cung cấp chất xơ 1.2.5 Tác dụng chất xơ 10 1.3 Quá trình thủy phân bã dứa thu nhận chất xơ 12 1.3.1 Cấu tạo chung enzyme 12 1.3.2 Enzyme Protease 14 1.3.3 Enzyme Pectinase 17 1.3.4 Enzyme Amylase 20 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Nguyên liệu 24 iii Mục lục 2.2 Hóa chất sử dụng thí nghiệm 25 2.3 Dụng cụ thiết bị 25 2.4 Nội dung nghiên cứu 25 2.4.1 Quy trình nghiên cứu .25 2.4.2 Sơ đồ nghiên cứu 29 2.5 Các phƣơng pháp phân tích 38 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40 3.1 Khảo sát tỷ lệ thu hồi bã dứa từ nguyên liệu dứa ban đầu số thành phần bã dứa 40 3.1.1 Khảo sát tỷ lệ thu hồi bã dứa tươi từ trái dứa ban đầu 40 3.1.2 Khảo sát thành phần bã dứa tươi 41 3.1.3 Khảo sát thành phần bã dịch dứa sau xay, lọc bã dứa tươi 41 3.2 Khảo sát trình thủy phân bã dứa chế phẩm enzyme pectinase 43 3.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng enzyme pectinase đến hiệu trình thủy phân bã dứa 43 3.2.2 Ảnh hưởng pH thủy phân 45 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân 47 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân bã dứa enzyme pectinase 49 3.2.5 Xác định hiệu suất trình thủy phân enzyme pectinase 51 3.2.6 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân bã dứa enzyme pectinase 52 3.3 Khảo sát trình thủy phân bã dứa enzyme amylase 56 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng enzyme amylase đến hiệu trình thủy phân bã dứa 56 3.3.2 Ảnh hưởng pH đến trình thủy phân enzyme amylase 58 iv Mục lục 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân enzyme amylase 59 3.3.4 Ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân bã dứa enzyme amylase 61 3.3.5 Xác định hiệu suất trình thủy phân enzyme amylase 63 3.3.6 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân bã dứa enzyme amylase 64 3.4 Khảo sát trình thủy phân bã dứa enzyme protease 68 3.4.1 Khảo sát chế phẩm enzyme protease thích hợp cho trình thủy phân bã dứa 68 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng enzyme protease đến hiệu trình thủy phân bã dứa 70 3.4.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu trình thủy phân bã dứa enzyme protease 71 3.4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu trình thủy phân enzyme protease 72 3.4.5 Ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân bã dứa enzyme protease 74 3.4.6 Xác định hiệu suất trình thủy phân enzyme protease 75 3.5 Tiến hành thủy phân bã dứa sử dụng kết hợp ba chế phẩm enzyme pectinase, amylase, protease 77 3.6 Khảo sát trình tẩy trắng bã sau thủy phân cồn 80 3.6.1 Ảnh hưởng nồng độ cồn đến trình tẩy trắng bã dứa sau thủy phân 80 3.6.2 Ảnh hưởng thời gian tẩy trắng cồn đến độ trắng bã dứa 81 3.7 Tiến hành sản xuất chất xơ từ phế liệu dứa (bã dứa) 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 Kết luận 88 Kiến nghị 89 v Mục lục TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 vi Danh mục bảng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng thịt dứa (tính 100g) .4 Bảng 1.2: Các loại chất xơ nguồn cung cấp chất xơ 10 Bảng 1.3 Phân loại protease theo vị trí thủy phân 16 Bảng 3.1 Khảo sát hàm lượng phế liệu dứa thu hồi từ trái dứa 40 Bảng 3.2 Một số thành phần hóa học bã dứa tươi dùng nghiên cứu 41 Bảng 3.3 Thành phần hóa học dịch thu nhận từ bã dứa tươi 41 Bảng 3.4 Một số thành phần hóa học bã dứa thu nhận sau xay, lọc sấy 42 Bảng 3.5 Giá trị tâm bước nhảy yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa q trình thủy phân enzyme pectinase 53 Bảng 3.6 Xây dựng phương trình hồi quy tối ưu hóa q trình thủy phân enzyme pectinase 53 Bảng 3.7 Kết giá trị phương trình hồi quy thể trình thủy phân enzyme pectinase 54 Bảng 3.8 Giá trị tâm bước nhảy yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa q trình thủy phân enzyme amylase 64 Bảng 3.9 Xây dựng phương trình hồi quy tối ưu hóa q trình thủy phân enzyme amylase 65 Bảng 3.10 Kết giá trị phương trình hồi quy thể trình thủy phân enzyme amylase 66 Bảng 3.11 Kết đo tiêu hóa lý mẫu sản xuất thử 84 Bảng 3.12 Điểm trung bình yếu tố cảm quan mẫu sản xuất thử 84 vii Phụ lục A.3.4 Xác định xơ hòa tan Xác định hàm lượng xơ hòa tan tương tự phương pháp xác định xơ khơng hịa tan Nhưng dung dịch sau lọc: xơ khơng hịa tan lấy phần xơ giấy lọc; xơ hòa tan lấy phần dịch qua giấy lọc Lấy toàn dịch thu ( theo phương pháp xơ không hòa tan) định mức lên 80ml nước cất Cho 320ml cồn 95% 600C đặt nhiệt độ thường Lọc thu xơ Rửa xơ 20ml cồn 78% lần, 10ml cồn 95% 2lần, 10ml acetone lần Đem miếng giấy lọc sấy qua đêm môi trường chân không 700C 1050C tủ sấy Lấy đặt bình hút ẩm đến nguội cân xác đến 0,1mg Trừ khối lượng giấy lọc ta tính khối lượng xơ hòa tan Lấy mẫu đem xác định protein Ta xác định khối lượng protein mẫu Lấy mẫu lại xác định tro, đun nhiệt độ 5250C Làm nguội bình hút ẩm, cân xác tới 0,1mg Ta xác định khối lượng tro Cơng thức tính xơ hịa tan: Xơ hịa tan (%) = – Trong đó: R1: khối lượng xơ sau sấy mẫu 1, mg R2: khối lượng xơ sau sấy mẫu 2, mg m1: khối lượng nguyên liệu ban đầu mẫu m2: khối lượng nguyên liệu ban đầu mẫu P: khối lượng protein mẫu xơ, mg A: khối lượng tro mẫu xơ, mg A.3.5 Xác định nitơ tổng protein phƣơng pháp Micro Kjeldahl Nguyên tắc 103 Phụ lục Khi đốt nóng vật phẩm đem phân tích với H2SO4 đậm đặc, hợp chất hữu bị oxy hóa Cacbon hydro tạo thành CO2 H2O Còn nitơ sau giải phóng dạng NH3 kết hợp với H2SO4 tạo thành (NH4)2 SO4 tan dung dịch Đuổi NH3 khỏi dung dịch NaOH đồng thời cất thu NH3 lượng dư H2SO4 0,1N Định phân lượng H2SO4 lại dung dịch NaOH 0,1N chuẩn Qua tính lượng nitơ có mẫu ngun liệu thí nghiệm Tiến hành Trước tiên mẫu vơ hóa H2SO4 đậm đặc nhiệt độ cao có chất xúc tác Các phản ứng q trình oxy hóa xảy sau: H SO4 H 2O 2SO2 O2 Oxy tạo thành lại oxy hóa nguyên tố khác: cacbon tạo thành CO2, hydro tạo thành H2O, nitơ giải phóng dạng NH3 kết hợp với H2SO4 dư tạo thành (NH4)2SO4 tan dung dịch NH H SO4 ( NH )2 SO4 Đuổi NH3 khỏi dung dịch NaOH ( NH ) SO4 NaOH Na2 SO4 H 2O NH Cất thu NH3 lượng dư H2SO4 0,1N Định phân lượng H2SO4 lại dung dịch NaOH 0,1N chuẩn Qua tính lượng nitơ có mẫu ngun liệu thí nghiệm Hóa chất H2SO4 thô H2SO4 0,1N NaOH 0,1N NaOH 40% HClO4 tinh khiết 104 Phụ lục Phenolphthalein 1% Cách tiến hành Vô hóa mẫu: tiến hành tủ hotte, hút thể tích mẫu định cho vào bình Kjeldahl Thêm từ từ 10ml H2SO4 đậm đặc Để tăng nhanh trình vơ hóa cần phải cho thêm chất xúc tác, dùng HClO4 giải phóng O2 cho phản ứng oxy hóa Cất đạm: tiến hành máy cất đạm tự động Gerhardt Mẫu sau cất đạm đem định phân dung dịch NaOH 0,1N Công thức tính tốn: x ( a - bT ).0, 0014.Vdm 1000 (g / l) 10.Vm Trong đó: x: hàm lượng nitơ tổng (g/l) a: số ml H2SO4 0,1N đem hấp thụ NH3 (ml) b: số ml NaOH 0,1N tiêu tốn cho chuẩn độ (ml) T: hệ số hiệu chỉnh nồng độ NaOH 0,1N 0,0014: lượng gam nitơ ứng với 1ml H2SO4 0,1N Vdm: thể tích định mức (ml) Vm: số ml mẫu đem vơ hóa (ml) Xác định hàm lƣợng protein thô: Nitơ vật liệu sinh học chủ yếu nitơ protein, ngồi cịn có lượng nhỏ nitơ thành phần khác gọi nitơ phi protein Nitơ tổng = Nitơ protein + Nitơ phi protein 105 Phụ lục Hàm lượng protein vật liệu sinh học tính cách nhân hàm lượng nitơ protein với hệ số chuyển đổi 6,25 hàm lượng nitơ có tỷ lệ ổn định từ 15 đến 18% protein, trung bình 16% Trong nguyên vật liệu sinh học, hàm lượng nitơ phi protein nhỏ việc tách riêng phức tạp nên theo quy ước người ta tính hàm lượng protein theo nitơ tổng gọi protein thô hay protein tổng Công thức tính tốn hàm lượng phần trăm protein thơ là: Protein (%)= Nitơ (%) x 6,25 Riêng ngũ cốc đậu nành có hệ số chuyển đổi 5,7 Sữa có hệ số chuyển đổi 6,15 A.3.6 Xác định đƣờng tổng Nguyên tắc Khi cho Ferrycyanure K3Fe(CN)6 phản ứng với đường tổng, sản phẩm thu Ferrocyanure Dựa vào phản ứng này, ta suy lượng đường tổng có mặt dung dịch cần xác định Việc chuẩn độ tiến hành môi trường kiềm NaOH, đun nóng với chất thị xanh methylene Phương trình phản ứng: CH2OH(CHOH)4-CHO + K3 Fe(CN)6 + 2NaOH → CH2 OH-(CHOH)4 - COONa + NaK3Fe(CN)6 + H2O Tiến hành Cân 1-2g mẫu nguyên liệu khô (cây, khô) 5-10g nguyên liệu tươi có hàm ẩm cao (rau, tươi) Kết tủa protein tạp chất TCA 10%, sau trung hòa dung dịch NaOH 5% với thị methyl red Định mức thành 100ml nước cất Lọc bỏ tủa Lấy 50ml dịch qua lọc cho vào bình định mức 100ml Thêm 20ml dung dịch HCl 5%, đun cách thủy hỗn hợp 30-45 phút Làm nguội, trung hòa NaOH 2,5N dung dịch Na2CO3 bão hòa với thị methyl red Định mức lên 100ml 106 Phụ lục Chuẩn độ: Dung dịch đường tổng cho vào burette Cho vào bình nón 10ml dung dịch K3Fe(CN)6 1% 2,5ml dung dịch NaOH 2,5N.Đun sôi chuẩn độ bếp dung dịch đường tổng từ burette, cho giọt một, lắc mạnh Dung dịch ban đầu có màu vàng chanh Ferrycyanure Điểm dừng chuẩn độ xác định màu vàng chanh biến mất, dung dịch suốt không màu khoảng 30 giây chuyển sang màu vàng rơm nhạt Ferrocyanure Trong trường hợp khó nhận điểm chuyển màu, kiểm tra điểm kết thúc cách nhỏ giọt thị methylene blue giọt đường thừa làm màu xanh cho biết phản ứng kết thúc Kết chuẩn độ lần có giá trị tham khảo cho lần chuẩn độ thứ Lần này, sau đun sôi dung dịch Ferrycyanure, xả nhanh lượng đường (theo kết chuẩn độ lần trước), để lại khoảng 1ml để chuẩn độ tiếp tìm xác điểm cuối Kết tính tốn sử dụng từ lần chuẩn độ thứ trở Thí nghiệm tương tự dung dịch đường chuẩn dung dịch glucose 0,5% Cơng thức tính: Hàm lượng đường tổng tính theo cơng thức Trong đó: Xt: hàm lượng đường tổng, % Vg: thể tích dung dịch glucose 0,5% cho chuẩn độ, ml Vt: thể tích dung dịch đường tổng cho chuẩn độ, ml V1: thể tích bình định mức dung dịch xác định đường khử, ml 107 Phụ lục V2: thể tích bình định mức dung dịch xác định đường tổng, ml m: lượng mẫu cân thí nghiệm, g ml A.3.7 Xác định gluxit tổng: Theo TCVN 4594-88 Cách tiến hành: Cân - 20g mẫu, chuyển tồn vào bình tam giác dung tích 250ml, tráng kỹ cốc cân nước cất, lượng nước cho vào bình khoảng 100 - 150ml Thêm 5ml axit clohydric đặc vào bình khoảng 100 - 150ml Thêm 50ml axit clohydric đặc vào bình mẫu, đậy nút cao su có cắm ống sinh hàn ngược đun bếp cách thủy sơi Lấy bình làm nguội, trung hòa mẫu natri hydroxit 30% thử giấy thị Thêm 10ml chì axetat 10% lắc kỹ để kết tủa protit có mẫu Có thể kiểm tra việc loại protit hoàn toàn cách để lắng mẫu rót từ từ theo thành bình dịng mảnh chì axetat 10%, chỗ tiếp xúc hai dung dịch khơng hình thành kết tủa loại protit hồn tồn, cịn kết tủa cần thêm dung dịch chì axetat Để lắng Thêm vào mẫu - 10ml dung dịch kalioxalat bão hòa, lắc kỹ để loại chì dư Để lắng Lọc qua giấy lọc gấp nếp, thu dịch lọc vào bình định mức 500ml, rửa kỹ kết tủa, thêm nước cất đến vạch mức, lắc kỹ Hút - 25ml dịch lọc, chuyển vào bình tam giác dung tích 250ml, thêm vào bình hỗn hợp gồm 25ml dung dịch pheling A 25ml dung dịch pheling B, lắc nhẹ, đặt bếp điện có lưới amiăng đun phút kể từ lúc sôi Để nguội bớt lắng kết tủa đồng oxyt Lọc dung dịch qua phễu lọc Chú ý để lúc mặt kết tủa có lớp dung dịch hay nước cất Rửa kỹ kết tủa phễu lọc vào bình tam giác nước cất đun sơi Chuyển phễu lọc sang bình tam giác có kết tủa, hịa tan kết tủa phễu vào bình 10 - 20ml dung dịch sắt (III) sunfat 5% Chuẩn độ lượng sắt (II) hình thành bình tam giác dung dịch kali pemanganat 0,1N dung dịch có mầu hồng sẫm bền vững phút Ghi số ml kalipemanganat 0,1N dùng Cơng thức tính: 108 Phụ lục Từ số ml kalipemanganat 0,1N dùng tra bảng Bectrang số mg glucoza tương ứng, chuyển gam Hàm lượng gluxit tổng số tính % theo cơng thức: X1 a.V1.100 m.V Trong đó: a - lượng glucoza tương ứng, g; V - dung tích bình định mức, ml; V1 - thể tích mẫu hút để làm phản ứng với dung dịch pheling, ml; m - lượng cân mẫu, g A.4 Phƣơng pháp phân tích xác xuất thống kê xử lý tối ƣu Mỗi giá trị cần khảo sát đo lặp lại ba lần Bằng cách sử dụng phần mềm Stargraphics để xem khác giá trị có ý nghĩa hay khơng mức ý nghĩa P