Tối ưu hóa điều kiện xử lý enzyme pectinase và lên men rượu vang mãng cầu xiêm (Annona muricata L.)

Nghiên cứu nhằm mục tiêu xác định điều kiện xử lý enzyme pectinase thích hợp và xác định các điều kiện lên men tối ưu để sản xuất rượu vang mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) thông qua các mô hình thống kê. Lên men dịch quả mãng cầu xiêm (đã được xử lý enzyme pectinase 0.3% trong một giờ) với 11 dòng nấm men thử nghiệm cho thấy dòng nấm men FBY009 có khả năng lên men tốt nhất với hàm lượng ethanol là 12.71% v/v và được đánh giá cảm quan tốt.

Lưu Minh Châu cộng HCMCOUJS-Kỹ thuật Công nghệ, ( ), - Tối ưu hóa điều kiện xử lý enzyme pectinase lên men rượu vang mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) Optimization of conditions for pectinase enzyme treatment and wine fermentation from soursop (Annona muricata L.) Lưu Minh Châu1, Dương Thị Thảo Vân1, Lý Thị Thùy Duyên1, Nguyễn Ngọc Thạnh1, Huỳnh Xuân Phong1* Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ, Việt Nam * Tác giả liên hệ, Email: hxphong@ctu.edu.vn THÔNG TIN DOI:10.46223/HCMCOUJS tech.vi….1998 Ngày nhận: 16/07/2021 Ngày nhận lại: 11/08/2021 Duyệt đăng: 16/08/2021 Từ khóa: enzyme pectinase; lên men rượu vang; mãng cầu xiêm; tối ưu hóa TÓM TẮT Nghiên cứu nhằm mục tiêu xác định điều kiện xử lý enzyme pectinase thích hợp xác định điều kiện lên men tối ưu để sản xuất rượu vang mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) thông qua mơ hình thống kê Lên men dịch mãng cầu xiêm (đã xử lý enzyme pectinase 0.3% giờ) với 11 dòng nấm men thử nghiệm cho thấy dịng nấm men FBY009 có khả lên men tốt với hàm lượng ethanol 12.71% v/v đánh giá cảm quan tốt Ảnh hưởng nhân tố đến q trình lên men dịng nấm men FBY009 trình lên men thực theo mơ hình Plackett-Burman xác định 02 nhân tố, bao gồm độ Brix hàm lượng (NH4)2SO4, có tác động có ý nghĩa đến hàm lượng ethanol hình thành Tối ưu hóa điều kiện lên men cách bổ sung 0.96g/L (NH4)2SO4 điều chỉnh 23.77°Brix cho sản phẩm rượu vang mãng cầu xiêm có hàm lượng ethanol mức 12.88% v/v Kết từ nghiên cứu cho thấy khả phát triển sản phẩm rượu vang từ mãng cầu xiêm tiền đề để sản xuất quy mô thử nghiệm ABSTRACT Keywords: enzyme pectinase; wine fermentation; soursop; optimization This study aimed to determine the appropriate concentration of pectinase enzyme for fruit juice processing and to determine the optimal conditions for soursop wine fermentation through statistical models The result of the fermentation of soursop juice (pectinase enzyme-treated 0.3% for 01 hour) using 11 selected yeast strains showed that strain FBY009 had the best fermentation ability with an ethanol content of 12.71% v/v and high in sensory score Investigating factors affecting fermentation of strain FBY009 based on PBD model Among experimental factors, there were 02 factors (Brix and content (NH4)2SO4) that have a significant impact on the process of creating ethanol Optimizing fermentation conditions by adding 0.96g/L (NH4)2SO4 and adjusting to 23.77°Brix, soursop wine has the highest ethanol content of 12.88% v/v The results reveal the Lưu Minh Châu cộng HCMCOUJS-Kỹ thuật Công nghệ, ( ), - promising of the wine product from soursop and as the premise for larger-scale production Đặt vấn đề Mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) loại trái có hương vị thơm ngon hấp dẫn Mãng cầu xiêm thuộc nhiệt đới, cho trái liên tục quanh năm, tùy theo vùng trồng mà chúng có mùa chín khác (Pinto et al., 2005) Ngồi ra, mãng cầu xiêm cịn biết đến loại trái có hàm lượng dinh dưỡng cao, nhiều chất xơ, chống oxy hóa, chất khoáng nhiều dạng vitamin C, B1 B2 (Lima & Alves, 2011) Nhờ có nhiều dưỡng chất hợp chất có hoạt tính sinh học nên mãng cầu xiêm có khả chống ung thư, chống đái tháo đường, giảm cholesterol, giúp tiêu hóa làm chậm q trình lão hóa (Téllez, Gónzalez, Yahia, & Vázquez, 2018) Tuy nhiên, mãng cầu xiêm dễ bị hư hỏng, dập nát nên phải xử lý cẩn thận Sau thu hoạch, khơng có biện pháp bảo quản giữ nhiệt độ phòng khoảng vài ngày (Lima & Alves, 2011) Với đặc tính quý giá với vấn đề hư hỏng nhanh nên mãng cầu xiêm tận dụng để tạo nhiều dòng sản phẩm khác giữ đảm bảo giá trị dinh dưỡng trái sấy, mứt dẻo, kem, sirơ, Trong đó, sản xuất rượu vang từ mãng cầu xiêm phương pháp để sử dụng nguồn nguyên liệu cách hiệu Tuy vậy, trình sản xuất rượu vang từ dịch trái cây, nước ép từ loại trái thường hay bị đục xảy tình trạng lắng dẫn đến tách lớp trình bảo quản, làm cảm quan suy giảm chất lượng sản phẩm Một nguyên nhân dẫn đến tượng dịch ép trái bị đục, kể đến thành phần pectin, polysaccharide có nhiều dịch Do đó, enzyme pectinase sử dụng để xúc tác thủy phân liên kết ester liên kết glucoside có mạch polymer pectin Khơng vậy, ứng dụng enzyme pectinase trình sản xuất cịn giúp tăng tỉ lệ dịch chiết, góp phần làm giảm độ nhớt, lọc dịch cách dễ dàng hỗ trợ cho trình làm (Lanzarini & Pifferi, 1989) Vì vậy, nghiên cứu thực với mục tiêu để xác định nồng độ enzyme thích hợp sử dụng trình xử lý dịch đồng thời tối ưu hóa điều kiện lên men sản xuất rượu vang mãng cầu xiêm Từ tận dụng nguồn nguyên liệu, đa dạng hóa sản phẩm kết hợp lợi ích mãng cầu xiêm rượu vang sản phẩm Vật liệu phương pháp 2.1 Nguyên vật liệu hóa chất Quả mãng cầu xiêm thu mua vườn vận chuyển phịng thí nghiệm để chín sử dụng làm nguyên liệu sản xuất rượu vang Mười chủng nấm men tuyển chọn lưu trữ Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Sinh học Thực phẩm, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ Môi trường YPD gồm 0.5% yeast extract, 0.5% peptone 2.0% D-glucose; môi trường YPD agar bổ sung thêm agar với hàm lượng 1.5g/L (Limtong, Sringiew and Yongmanitchai, 2007); enzyme pectinase (ICFood, Việt Nam), tetracyclin, agar, sucrose (Việt Nam), NaHSO3, Na2CO3, acid citric (Xilong, Trung Quốc) 2.2 Xác định nồng độ enzyme pectinase thích hợp để xử lý dịch Quả mãng cầu xiêm gọt vỏ, tách hạt xay nhuyễn Mẫu dùng ngày trữ tủ lạnh (ở nhiệt độ 4ºC) Enzyme pectinase với nồng độ 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6% w/w bổ sung vào dịch mãng cầu xiêm ủ 40oC Xác định hàm lượng đường khử phương pháp DNS (Miller, 1959) sau 01, 02, 03, 04, 05 06 Lưu Minh Châu cộng HCMCOUJS-Kỹ thuật Công nghệ, ( ), - 2.3 Tuyển chọn nấm men có khả lên men dịch mãng cầu xiêm Các dòng nấm men thử nghiệm nuôi cấy sử dụng môi trường YPD 30oC 24 Dịch mãng cầu xiêm xử lý với enzyme pectinase nồng độ thời gian chọn từ nội dung 2.2 Phối chế dịch mãng cầu đường sucrose đến 25 oBrix, điều chỉnh pH trùng NaHSO3 (140mg/L) 02 Bổ sung 1mL dịch nấm men với mật số ban đầu 108 tế bào/mL vào bình tam giác có chứa 99mL dịch xử lý enzyme Lắc đậy kín waterlock Sau kết thúc lên men, rượu vang phân tích để ghi nhận tiêu hóa lý bao gồm pH, Brix hàm lượng ethanol Sản phẩm đánh giá cảm quan với tiêu độ trong, màu sắc, mùi, vị ý thích theo tiêu chuẩn quốc gia rượu vang (TCVN 7045:2013, Vietnam Ministry of Science and Technology, 2013) phương pháp cho điểm theo TCVN 3217:79 (Vietnam Ministry of Science and Technology, 1979) thông qua Hội đồng đánh giá cảm quan gồm 15 thành viên (độ tuổi từ 22 đến 50, thuộc Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ) 2.4 Khảo sát nhân tố tác động đến trình lên men Các nhân tố ảnh hưởng đến trình lên men rượu vang xác định dựa mơ hình thống kê Plackett-Burman Design (PBD) Thử nghiệm thực với nhân tố bao gồm mật số tế bào nấm men (tb/mL), pH, Brix (°Brix), peptone (g/L), yeast extract (g/L) (NH4)2SO4 (g/L) Mỗi nhân tố thiết kế với 02 giá trị thấp (-1) cao (+1) theo mơ hình PBD với 12 nghiệm thức (Bảng 1) Bố trí thí nghiệm lên men theo thiết kế mơ hình đề xuất với 03 lần lặp lại Khi kết thúc trình lên men, ghi nhận giá trị pH, Brix hàm lượng ethanol Số liệu phân tích thống kê phần mềm Design Expert 7.0 để xác định nhân tố có tác động có ý nghĩa đến q trình lên men Bảng Các nhân tố thử nghiệm nồng độ tương ứng theo PBD Nhân tố Mật số giống Độ Brix pH Peptone Yeast extract (NH4)2SO4 Đơn vị Mức thấp (-1) Mức cao (+1) tb/mL Brix 1×10 18 4.0 0 0.03 1×107 28 6.0 6.0 6.0 3.0 g/L g/L g/L Nguồn: Kết phân tích liệu nhóm nghiên cứu 2.5 Tối ưu hóa nhân tố tác động đến trình lên men Các nhân tố có tác động ý nghĩa đến q trình lên men xác định sau xử lý thống kê dựa mơ hình PBD Các nhân tố tối ưu hóa theo mơ hình Central Composite Design (CCD) từ phần mềm Design Expert 7.0 Mỗi nhân tố xác định với 05 giá trị (-α, -1, 0, +1, +α) thực 03 lần lặp lại 2.6 Thử nghiệm xác nhận điều kiện tối ưu Từ kết thống kê mơ hình tối ưu hóa, điều kiện tối ưu hóa đề xuất từ phần mềm Design Expert 7.0 lựa chọn để thực thử nghiệm xác nhận với 03 nghiệm thức dự đoán cho kết hàm lượng ethanol cao Mỗi thử nghiệm thực lặp lại 03 lần để lấy kết trung bình Lưu Minh Châu cộng HCMCOUJS-Kỹ thuật Công nghệ, ( ), - 2.7 Phân tích xử lý số liệu Kết thu thập xử lý phần mềm Microsoft Excel 2013 (Microsoft Corporation, Hoa Kỳ) Dữ liệu xử lý phân tích thống kê phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XV (Statpoint Technologies Inc., Hoa Kỳ) Design Expert 7.0 (StatEase Inc., Hoa Kỳ) Kết thảo luận 3.1 Xác định nồng độ enzyme pectinase thích hợp để xử lý dịch Hàm lượng đường khử mẫu dịch xử lý enzyme pectinase với nồng độ (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 0.6%) ủ 40°C mốc thời gian khác (0, 01, 02, 03, 04, 05 06 giờ) tổng hợp Bảng Một tổng quát, hàm lượng đường khử sinh tỷ lệ thuận với lượng enzyme thêm vào Tuy nhiên, nồng độ enzyme tăng lên đến ngưỡng định hàm lượng đường khử khơng tăng lên mà có chiều hướng giảm Cụ thể, sau 01 bổ sung enzyme, lượng đường khử tăng lên đạt cao nồng độ 0.3% với 79.36g/L có khác biệt ý nghĩa thống kê so với nồng độ thử nghiệm bố trí Tương tự, mốc thời gian xử lý hàm lượng đường khử tăng lên, đạt giá trị cao mức nồng độ enzyme khoảng từ 0.2 đến 0.3% với 71.45g/L sau giờ, 70.97g/L sau 03 69.71g/L sau 04 Bảng Hàm lượng đường khử sau xử lý enzyme pectinase dịch mãng cầu xiêm Tỷ lệ enzyme (%) Hàm lượng đường khử (g/L) theo thời gian lên men (giờ) b d c c b c 59.43 59.46 56.71 61.35 57.93 56.79 58.37c 0.1 61.88ab 67.39bc 66.28b 64.75b 66.57a 66.33a 66.26a 0.2 64.15a 72.05b 74.19a 70.97a 69.71a 63.54ab 64.91bc 0.3 63.70a 79.36a 71.45a 68.89a 68.94a 60.11bc 59.98bc 0.4 64.51a 71.53b 64.99b 65.02b 60.93b 61.48abc 60.11bc 0.5 62.25a 67.52bc 60.30c 65.20b 60.43b 60.67abc 61.99abc 0.6 61.96ab 66.04c 60.11c 64.07bc 61.06b 62.49abc 62.93abc Ghi chú: Giá trị trung bình bảng kết thí nghiệm lặp lại lần; số liệu cột có chữ số mũ giống khác biệt khơng có ý nghĩa với độ tin cậy 95% (p