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

- 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 và 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 - 2 - Công trình ñược hoàn thành tại 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 tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng 7 năm 2011 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm h ọc liệu, Đại học Đà Nẵng. - 3 - MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đối với cà phê Việt Nam, tuy diện tích, năng suất và sản lượng không ngừng tăng lên nhưng chi phí sản xuất trên một ñơn vị sản phẩm vẫn cao, chất lượng cà phê còn thấp, nên giá bán sản phẩm bị giảm, dẫn ñến sức cạnh tranh của cà phê Việt Nam trên thị trường thế giới chưa cao, giá cả không ổn ñịnh, làm cho cuộc sống người dân còn nhiều khó khăn. Để tăng chất lượng cà phê trong nước cũng như ổn ñịnh giá cà phê chúng ta cần phải nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê trong chế biến. Trong các phương pháp chế biến, chế biến ướt sẽ ñem lại chất lượng cà phê cao nhất. Tuy nhiên phương pháp chế biến ướt theo cách truyền thống phải ñầu tư nhiều trang thiết bị, sử dụng nhiều nước sạch, thải ra nhiều nước bẩn, chi phí xử lý nước thải lớn; và lại cần công nhân lành nghề ñể thực hiện; do ñó giá thành sản phẩm chế biến ướt thường cao. Vì vậy, việc tìm ra giải pháp kỹ thuật mới ñể cải tiến phương pháp chế biến ướt nhằm rút ngắn thời gian chế biến, giảm chi phí ñầu tư và nâng cao ñược chất lượng sản phẩm là vấn ñề rất cấp thiết. Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi mạnh dạn chọn ñề tài: “Xác ñịnh chế phẩm enzyme và ñiều kiện thích hợp ñể xử lý lớp nhớt quả cà phê vối bằng phương pháp ướt”, nhằm ñáp ứng yêu cầu này. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - L ựa chọn ñược loại enzyme tốt nhất ñể xử lý lớp nhớt của cà phê vối trong chế biến ướt. - 4 - - Xác ñịnh các tham số tối ưu (trị số pH, nhiệt ñộ, liều lượng enzyme) trong quá trình lên men xử lý lớp nhớt hạt cà phê vối. - Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào giai ñoạn xử lý lớp nhớt quả cà phê tại một xưởng chế biến ở Đăklăk (quy mô nhỏ). - Xác ñịnh mức ñộ ảnh hưởng của quy trình chế biến sử dụng enzyme ñến chất lượng cà phê nhân bảo quản so với quy trình lên men tự nhiên và ñánh nhớt cơ học. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu quả cà phê vối (Robusta) tại tỉnh ĐăkLăk. - Các nguồn enzyme thương phẩm do các hãng/ công ty ña quốc gia sản xuất và có ñại diện tại Việt Nam (chứa nhóm enzyme pectinases) - Quy trình cần nghiên cứu: xử lý lớp nhớt trong công nghệ chế biến ướt. - Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp vật lý - Phương pháp hóa học - Phương pháp cảm quan - Phương pháp xử lý số liệu 5. 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 các ñiều kiện tối ưu ñể chế phẩm enzyme pectinase có khả năng xử lý lớp nhớt cao nhất. - 5 - - Thiết lập cơ sở khoa học cho việc ứng dụng enzyme trong chế biến cà phê tại Việt Nam. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài - Việc sử dụng chế phẩm enzyme trong quá trình sản xuất cà phê ở giai ñoạn tách nhớt ñể loại bỏ lớp nhớt ngoài vỏ thóc bao quanh nhân cho sản phẩm là cà phê thóc ướt sạch nhớt ñể thuận tiện cho phơi sấy. - So với các phương pháp trước ñây thì việc sử dụng chế phẩm enzyme vào sản xuất sẽ có thể tiết kiệm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cà phê ñể tăng tính cạnh tranh của sản phẩm cà phê Việt Nam trên thị trường thế giới. - Ngoài ra nó còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường, giảm ñược lượng nước rửa, giảm chỉ số BOD 5 và TSS trong nước thải theo phương pháp chế biến ướt. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm các chương và các phần chính như sau: Mở ñầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục. - 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 của quả cà phê 1.1.3. Phương pháp chế biến cà phê nhân 1.1.4. Tổng quan về chất lượng hạt cà phê, các yếu tố tác ñộng ñến chất lượng 1.2. TỔNG QUAN VỀ ENZYME 1.2.1. Giới thiệu về chế phẩm enzyme pectinase 1.2.2. Pectin và cơ chế tác dụng của pectinase 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3.1. Các công trình trong nước 1.3.2. Các công trình ngoài 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 và tháng 01/2011 từ các vườn cây của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên. 2.1.2. Các enzyme sử dụng trong nghiên cứu Các enzyme th ương phẩm do các hãng/ công ty ña quốc gia sản xuất và có ñại diện tại Việt Nam, gồm: Lumipect-CP, Rohapect® 10L, Rohament® pulpex, Pectinex® Ultra SP-L. - 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 trong 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 của cà phê thóc 2.3.1.4. Xác ñịnh pH thích hợp ñể chế phẩm có hiệu lực cao nhất 2.3.1.5. Xác ñịnh nhiệt ñộ tối ưu ñể chế phẩm có hiệu lực cao nhất 2.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi và 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 ở ẩm ñộ 12,5% 2.3.2.7. Phương pháp xác ñịnh tỷ lệ sạch nhớt cà phê thóc tươi sau ủ enzyme 2.3.2.8. Phương pháp toán học Các phương pháp này ñược xử lý bởi các phần mềm chuyên dùng trong nông nghi ệp và công nghiệp thực phẩm MSTATC 1.2 for Windows (2005), Excel (2003). - 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 của lớp nhớt cà phê vối STT Thành phần Hàm lượng (%) 1 Nước 82 2 Pectins tổng số 2,0 3 Đường khử 2,2 4 Đường không khử 2,0 5 Cellulose, tro 1,2 6 Khác 10,6 Ghi chú: Kết quả phân tích tại Viện Công nghiệp Thực phẩm Hà Nội Từ những kết quả trên cho thấy, thành phần hóa học của lớp nhớt quả cà phê phụ thuộc giống và sự khác nhau về lãnh thổ, vị trí ñịa lý,…mà thành phần lớp nhớt ñược tạo nên chủ yếu là do hợp chất pectin và ñường. Chính vì thế, ñể tách lớp nhớt ñược dễ dàng cần nghiên cứu phương pháp tách cho hiệu quả cao nhất. Chúng tôi sẽ nghiên cứu phương pháp tách nhớt bằng cách sử dụng enzyme, tùy theo hàm lượng pectin có trong quả cà phê ñể ta có thể ñiều chỉnh liều lượng sử dụng enzyme pectinase bổ sung vào cho phù hợp, nhằm tăng tối ña khả năng làm sạch lớp nhớt của hạt cà phê thóc, và 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 L ỚP NHỚT QUẢ CÀ PHÊ VỐI Hình 3.1 biểu diễn quá trình giảm ñộ nhớt của dịch chiết bằng số tương ñối (%) trong ñó ñộ nhớt của dịch chiết trước khi xử - 9 - lý enzyme là 270 mPa.s tương ứng 100%. Với ñối chứng sau 30 phút ñộ nhớt vẫn còn 97,5%, trong khi các công thức ñược xử lý enzyme sau 30 phút ñộ nhớt chỉ còn 6 - 35%. Sau 84 phút, ñộ nhớt của ñối chứng (dịch nhớt) vẫn còn 92,0%, trong khi ñộ nhớt của các công thức xử lý enzyme chỉ còn dưới 10%. 1 , 5 100 35,1 10,4 6, 2 3 , 6 5 , 9 9 , 6 9 8 , 1 9 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 Thời gian x ử lý (phút) Độ nhớt tương ñối (%) Lumipect - CP Rohapect® 10L Rohament® Pulpex Pectinex® Ultra SP-L Đối chứng Dịch nhớt Đối chứng Nước Hình 3.1. Sự thay ñổi ñộ nhớt của dịch chiết xuất lớp nhớt cà phê vối sau khi xử lý các loại enzyme khác nhau Trong 4 chế phẩm enzyme thử nghiệm, Lumipect-CP (chứa Polygalacturonase ñơn lẻ) có hiệu lực thấp (sau 30 phút xử lý, ñộ nhớt của dịch chiết vẫn còn 35%) còn lại 3 enzyme khác có hiệu lực rất tốt, sau 30 phút làm ñộ nhớt của dịch chiết giảm chỉ còn 5 - 10%. Tuy nhiên trong 3 loại này, Pectinex® Ultra SP-L (chứa chủ yếu Polygalacturonase và tỷ lệ nhỏ hemicellulase) có hiệu lực kém hơn hai lo ại còn lại. - 10 - Từ kết quả thử nghiệm 4 chế phẩm enzyme, ñã loại ñược hai chế phẩm là Lumipect-CP và Pectinex® Ultra SP-L; sơ tuyển ñược 2 loại chế phẩm enzyme là Rohapect® 10L và Rohament® Pulpex. Mặt khác, xét về tính sử dụng thì Rohament® Pulpex phức tạp và rườm rà hơn Rohapect® 10L và lại có nguy cơ làm chất lượng sản phẩm không ñồng ñều nếu các thao tác xử lý không ñược thực hiện nghiêm túc. Tôi quyết ñịnh chọn chế phẩm Rohapect® 10L ñể làm các thử nghiệm tiếp theo. 3.3. XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG ENZYME THÍCH HỢP CHO XỬ LÝ LỚP NHỚT QUẢ CÀ PHÊ VỐI 3.3.1. Kết quả xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý thời gian 2 giờ 3.3.1.1. Mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc sau xử lý enzyme 2 giờ 97 96 86 65 10 98 67 95 86 80 75 100 100 98 95 95 84 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 Liều lượng (ppm) Tỷ lệ sạch nhớt (% ) Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước Hình 3.2. Hi ệu quả xử lý lớp nhớt của enzyme Rohapect® 10L ở các liều lượng khác nhau xử lý 2 giờ