3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2.4. Nghiên cứu hoàn thiện chế phẩm POS
Dịch thủy phân pectin từ vỏ chanh leo chứa POS và một ít sản phẩm phụ (pectin, monogalacturonic acid...). Trong đó pectin là chất xơ thực phẩm và an toàn với con ngƣời. Do vậy, toàn bộ dịch thủy phân có thể sử dụng làm sản phẩm POS thô ứng dụng bổ sung vào các lĩnh vực sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và đồ uống.
3.2.4.1. Tạo chế phẩm POS dạng bột
a. Ản ưởng của nồng độ ch t khô trong dịch POS
Trong công nghệ sấy phun, nồng độ chất khô của dịch trƣớc khi sấy có vai trò rất quan trọng, ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng sản phẩm, hiệu suất thu hồi và sản lƣợng sấy phun. Nồng độ dịch quá cao sẽ làm cho sản phẩm bị cháy, vón cục,... làm giảm chất lƣợng sản phẩm, hiệu suất thu hồi thấp, thao tác sấy khó khăn. Nồng độ chất khô thấp sẽ hao tổn nhiều năng lƣợng sấy và sản lƣợng thấp.
Đối với các sản phẩm khác nhau, phụ thuộc vào độ nhớt, thành phần cấu tạo và các tính chất hóa lý khác, thông số về nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình sấy không giống nhau. Do vậy, đối với nghiên cứu này, dịch POS trƣớc khi vào sấy phun thƣờng có nồng độ chất khô thấp nên phải bổ sung chất mang (maltodextrin) tới hàm lƣợng chất khô 10 - 16% và sấy với nhiệt độ đầu vào 170oC, tốc độ tiếp liệu 2,5 lít/giờ. Kết quả đƣợc biểu diễn ở bảng 3.22 cho thấy, ở hàm lƣợng chất khô 12 – 16% bột POS sau khi sấy tơi, không bết dính, khô, thao tác dễ, sản lƣợng phù hợp. Tuy nhiên, ở nồng độ chất khô 12% sản phẩm POS chứa ít maltodextrin hơn và hiệu suất thu hồi cao hơn (92%), do đó lựa chọn nồng độ chất khô 12% cho nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.22 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô dịch POS trước khi sấy phun Hàm lƣợng chất khô dịch thủy phân (%) Hàm lƣợng maltodextrin bổ sung (%) Hàm lƣợng chất khô (%) Hiệu suất thu hồi (%) Sản lƣợng (g/h) Cảm quan, đánh giá 7 3 10 86 130 Bột bết dính thành thiết bị,
hơi ẩm, không cháy, thao tác khó, sản lƣợng thấp 7 5 12 92 165 Bột tơi k ông ết dính, khô, thao tác dễ, sản lƣợng phù hợp 7 7 14 88 175 Bột tơi không bết dính, khô, thao tác dễ, sản lƣợng phù hợp 7 9 16 84 200 Bột tơi không bết dính, khô, thao tác dễ, sản lƣợng phù hợp
b. Ản ưởng của chế độ s y phun
Các yếu tố ảnh hƣởng trong quá trình sấy phun lại có sự ảnh hƣởng qua lại lẫn nhau rất khăng khít, ví dụ nếu vật liệu vào sấy có độ nhớt cao thì phải pha loãng, giảm nồng độ chất khô đồng thời vận tốc tiếp liệu phải giảm, nhiệt độ sấy phải tăng cao để tăng cƣờng sự bốc hơi nƣớc. Vì thế việc nghiên cứu xác định thông số công nghệ cho quá trình sấy thƣờng đƣợc nghiên cứu tính toán sơ bộ tạo ra các tổ hợp thông số thích hợp, sau đó thử nghiệm so sánh hiệu quả giữa các tổ hợp này với nhau để chọn ra công nghệ tối thích cho cả quá trình.
Với sản phẩm POS, tiến hành thử nghiệm sấy phun ở các tổ hợp thông số công nghệ nhƣ sau: dùng maltodextrin chỉnh nồng độ chất khô về Bx = 12, sau đó ba mẫu đƣợc phân tách và sấy ở 3 tổ hợp nhƣ bảng 3.23.
Bảng 3.23 Ảnh hưởng của chế độ sấ đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm
TT Chế độ sấy Hiệu suất
thu hồi (%)
Sản lƣợng (g/h)
Cảm quan, đánh giá
1 Nhiệt độ đầu vào 200oC 84 420 Bột bết, cháy,
dính nhiều trên thiết bị, thao tác
khó Tốc độ tiếp liệu 3 lít/giờ
Tốc độ đầu bơm ly tâm
23000 vòng/phút
2 Nhiệt độ đầu vào 170oC 93 427 Bột tơi k ô vừa tới, không dính bết, thao tác dễ
Tốc độ tiếp liệu 2,5 lít/giờ
Tốc độ đầu bơm ly tâm
23000 vòng/phút
3 Nhiệt độ đầu vào 150oC 93 425 Bột không cháy
nhƣng bết, còn dính nhiều trên thiết bị, thao tác
khó Tốc độ tiếp liệu 2,0 lít/giờ
Tốc độ đầu bơm ly tâm
23000 vòng/phút
Kết quả bảng trên cho thấy điều kiện sấy thích hợp nhất đối với sản phẩm POS là: nhiệt độ đầu vào 170oC, tốc độ tiếp liệu 2,5 lít/giờ, tốc độ đầu bơm ly tâm 23000 vòng/phút.
Từ 60 lít dịch POS, sau khi phối trộn với maltodextrin tới Bx = 12 và sấy phun với điều kiện nhƣ trên thu đƣợc 2,56 kg chế phẩm POS 55%.
Hình 3.30 Các dạng chế phẩm POS
A: chế phẩm POS thô dạng lỏng, B: chế phẩm POS thô dạng bột, C: chế phẩm POS tinh sạch, D: chế phẩm POS bột bảo quản trong túi thiếc, E: chế phẩm POS bảo quản trong túi PE
3.2.4.2. Nghiên cứu bảo quản chế phẩm POS
a. Tạo sản phẩm POS dạng lỏng
Với mong muốn bảo quản pectic oligosaccharide đƣợc lâu và phù hợp với đa dạng mục đích sử dụng, tiến hành nghiên cứu nồng độ chất bảo quản và thời gian thích hợp.
Natri benzoat là hợp chất hóa học hữu cơ có tác dụng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật và nằm trong danh mục các chất bảo quản thực phẩm đƣợc lƣu hành tại Việt Nam. Chất này đƣợc sử dụng phổ biến và không làm ảnh hƣởng tới hƣơng vị, thành phần của sản phẩm do đó nghiên cứu Natri benzoat bổ sung vào dung dịch POS.
Chế phẩm POS thô
Dung dịch POS thô sau khi thủy phân đƣợc bảo quản bằng Natri benzoat với nồng độ 0,005%; 0,01% và 0,05% (w/v). Sản phẩm đƣợc bảo quản ở nhiệt độ thƣờng (25o
C) và mát (4oC) trong 7 ngày. Kết quả đánh giá thông qua số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số phát triển trên môi trƣờng thạch. Kết quả đƣợc biểu diễn trên bảng 3.24 cho thấy sau 7 ngày bảo quản ở nhiệt độ thƣờng, POS bổ sung Natri benzoat 0,01% (w/v) không thấy có sự phát triển của vi sinh vật còn nếu bảo quản ở điều kiện mát thì chỉ cần bổ sung natri
A B C
benzoat 0,005% (w/v). Hàm lƣợng POS trong sản phẩm giảm khi không bổ sung natri benzoat do vi khuẩn phát triển, sử dụng POS làm nguồn thức ăn. Khi bổ sung natri benzoat 0,01% hàm lƣợng POS ổn định do đó lựa chọn nồng độ natri benzoat 0,01% (w/v) cho nghiên cứu bảo quản chế phẩm POS tinh sạch dạng lỏng tiếp theo.
Bảng 3.24Kết quả đánh giá mức độ nhiễm của vi sinh v t sau 7 ngày bảo quản
Thời gian (ngày) Nồng độ Natri benzoat (%) Số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số (CFU/ml) Hàm lƣợng POS (mg/ml) 25oC 4oC 25oC 4oC 0 0 0 0 24,50 24,50 7 0 Nhiều Nhiều 18,82 20,15 0,005 300 0 20,43 24,18 0,01 0 0 24,45 24,46 0,05 0 0 24,48 24,50
Nguyễn T.V.A và cộng sự khi bảo quản arabinoxylan từ cám gạo làm thực phẩm chức năng cũng sử dụng natri benzoat với nồng độ 0,01% (w/v) [5].
Phƣơng pháp bảo quản này có thể sử dụng để bảo quản dịch POS sau khi thủy phân nếu chƣa đƣợc tinh sạch hoặc sử dụng kịp thời.
Chế phẩm POS tinh sạch
Tiến hành nghiên cứu bổ sung Natri benzoat 0,01% (w/v) vào dung dịch POS sau khi tinh sạch (dạng lỏng) và bảo quản trong 12 tháng. Kết quả đánh giá thông qua số lƣợng vi sinh vật phát triển trên môi trƣờng thạch và hàm lƣợng POS. Kết quả đƣợc biểu diễn trên bảng 3.25 cho thấy chế phẩm POS tinh sạch dạng lỏng đƣợc bảo quản dƣới nhiệt độ thƣờng sau 12 tháng số lƣợng vi sinh vật tổng số hiếu khí khá nhiều, không thấy sự phát triển của một số vi khuẩn gây bệnh nhƣ E. coli, Samonella và bào tử nấm men, nấm mốc. Tuy nhiên, hàm lƣợng POS giảm nhẹ chính vì vậy đối với chế phẩm POS tinh sạch dạng lỏng chỉ nên bảo quản thời gian < 12 tháng cho mục tiêu sử dụng POS làm thực phẩm chức năng.
b. Điều kiện bảo quản POS thô dạng bột
Để đánh giá hiệu quả bảo quản chế phẩm sau 1 – 12 tháng, tiến hành kiểm tra hàm lƣợng POS, chỉ tiêu vi sinh vật, hàm ẩm, trạng thái của chế phẩm POS thô dạng bột đƣợc
bảo quản trong túi thiếc. Kết quả thu đƣợc biểu diễn trên bảng 3.26 cho thấy chế phẩm POS thô đƣợc bảo quản dƣới dạng bột trong túi thiếc sau 12 tháng chất lƣợng gần nhƣ không thay đổi so với ban đầu. Chính vì vậy, sử dụng phƣơng pháp này để bảo quản chế phẩm POS dƣới dạng nguyên liệu để sản xuất sản phẩm bánh bích quy bổ sung POS.
Bảng 3.25Kết quả đánh giá chất lượng POS lỏng sau 6 tháng bảo quản
Thời gian bảo quản (tháng) 0 1 2 4 6 8 12 Hàm lƣợng POS (mg/ml) 24,50 24,50 24,47 24,45 24,40 24,40 23,30 Vi sinh vật tổng số hiếu khí (CFU/ml) 0 0 30 60 90 100 350 E. coli (CFU/ml) 0 0 0 0 0 0 0 Samonella (CFU/ml) 0 0 0 0 0 0 0 Tổng số bào tử nấm men, mốc (bào tử/ml) 0 0 0 0 0 0 0
Bảng 3.26 Chất lượng của POS dạng bột sau 12 tháng bảo quản
Thời gian bảo quản (tháng) 0 1 2 4 6 8 12
Hàm lƣợng POS (%) 55 55 55 55 55 54 54 Vi sinh vật tổng số hiếu khí (CFU/g) 0 0 0 0 0 0 0 E. coli (CFU/g) 0 0 0 0 0 0 0 Samonella (CFU/g) 0 0 0 0 0 0 0 Tổng số bào tử nấm men, mốc (bào tử/g) 0 0 0 0 0 0 0 Hàm ẩm (%) 6,00 6,04 6,06 6,07 6,07 6,08 6,14 Trạng thái Bột mịn Màu sắc Vàng nâu nhạt
Với các điều kiện thủy phân pectin vỏ chanh leo tạo POS, điều kiện sấy và bảo quản luận án đã xây dựng quy trình sản xuất các loại chế phẩm POS thô từ pectin vỏ chanh leo nhƣ hình 3.31.
Hình 3.31 Sơ đồ quy trình thu nh n các loại chế phẩm POS từ pectin vỏ chanh leo
Sấy phun
Phối trộn maltodextrin tới 12oBx, nhiệt độ đầu vào 170oC,
ra 80oC, tốc độ tiếp liệu 2,5 lít/giờ
Dịch thủy phân
Cô đặc
Cô chân không, 50oC Lọc cut-off Màng 10 kDa và 1 kDa Pectin chanh leo Enzyme EPG Thủy phân
Pectin 3%, enzyme 44 U/g, pH 4, 53oC, 270 v/p, 4 giờ
Sắc ký lọc gel
Gel Toyopear GigaCap Q650M Chế phẩm POS thô dạng lỏng Chế phẩm POS thô dạng bột Chế phẩm POS tinh sạch Bảo quản Natri benzoat 0,01%
Thuyết minh quy trình:
Chế phẩm POS thô dạng lỏng:
Chuẩn bị nguyên liệu: Pectin từ vỏ chanh leo đƣợc hòa tan trong đệm citrate phosphate pH 4 với nồng độ pectin 3% (w/v) bằng cách khuấy trong thùng inox 100 lít, có cánh khuấy và gia nhiệt đến 40oC trong 2 giờ.
Thủy phân: Dịch pectin hòa tan đƣợc gia nhiệt lên 53oC sau đó bổ sung enzyme endopolygalacturonase với nồng độ 44 U/g pectin. Quá trình thủy phân đƣợc thực hiện trong 4 giờ với tốc độ khuấy 270 vòng/phút, duy trì nhiệt độ 53oC. Kết thúc quá trình thủy phân, enzyme đƣợc bất hoạt bằng cách nâng nhiệt độ dung dịch lên 100o
C trong 10 phút sau đó làm nguội dung dịch.
Cô đặc: dịch sau khi thủy phân đƣợc cô đặc 5 lần bằng thiết bị cô chân không ở 50oC
Bảo quản: bổ sung natri benzoat 0,01% và chứa vào can tạo chế phẩm POS thô dạng lỏng hàm lƣợng POS 120 g/l (POS 80%).
Chế phẩm POS thô dạng bột
Chuẩn bị nguyên liệu: Pectin từ vỏ chanh leo đƣợc hòa tan trong đệm citrate phosphate pH 4 với nồng độ pectin 3% (w/v) bằng cách khuấy trong thùng inox 100 lít, có cánh khuấy và gia nhiệt đến 40oC trong 2 giờ.
Thủy phân: Dịch pectin hòa tan đƣợc gia nhiệt lên 53oC sau đó bổ sung enzyme endopolygalacturonase với nồng độ 44 U/g pectin. Quá trình thủy phân đƣợc thực hiện trong 4 giờ với tốc độ khuấy 270 vòng/phút, duy trì nhiệt độ 53oC. Kết thúc quá trình thủy phân, enzyme đƣợc bất hoạt bằng cách nâng nhiệt độ dung dịch lên 100o
C trong 10 phút sau đó làm nguội dung dịch.
Sấy phun: dịch thủy phân đƣợc bổ sung maltodextrin tới 12oBx và sấy trên máy sấy phun với chế độ nhiệt độ đầu vào 170oC, nhiệt độ đầu ra 80oC, tốc độ tiếp liệu 2,5 lít/ giờ, tốc độ phun sƣơng (tốc độ đầu ly tâm) 23000 vòng/phút.
Đóng gói, bảo quản: Bột POS với hàm lƣợng POS 55% đƣợc đóng gói ngay vào các túi thiếc chuyên dụng (túi 3 lớp) hợp vệ sinh an toàn thực phẩm, bảo quản ở nơi thoáng mát.
Chế phẩm POS tinh sạch
Chuẩn bị nguyên liệu: Pectin từ vỏ chanh leo đƣợc hòa tan trong đệm citrate phosphate pH 4 với nồng độ pectin 3% (w/v) bằng cách khuấy trong thùng inox 100 lít, có cánh khuấy và gia nhiệt đến 40oC trong 2 giờ.
Thủy phân: Dịch pectin hòa tan đƣợc gia nhiệt lên 53oC sau đó bổ sung enzyme endopolygalacturonase với nồng độ 44 U/g pectin. Quá trình thủy phân đƣợc thực hiện trong 4 giờ với tốc độ khuấy 270 vòng/phút, duy trì nhiệt độ 53oC. Kết thúc quá trình thủy phân, enzyme đƣợc bất hoạt bằng cách nâng nhiệt độ dung dịch lên 100o
C trong 10 phút sau đó làm nguội dung dịch.
Lọc cut-off: Dịch thủy phân chứa POS lần lƣợt đƣợc lọc qua màng 10 kDa và 1 kDa với lƣu lƣợng 60 – 80 ml/phút, áp suất 10 psi.
Lọc gel: Dịch POS sau khi lọc qua màng 1 kDa đƣợc lọc trên cột sắc ký với gel Toyopearl GigaCap Q-650M với tốc độ 1 ml/phút. Dịch thu đƣợc chứa POS tinh sạch dạng lỏng.
Hình 3.32 Một số hình ảnh của quá trình thu nh n POS trên quy mô pilot
A: thiết bị thủy phân pectin, B: hệ thống lọc tinh sạch POS, C: thiết bị cô chân không, D: thiết bị sấy phun, E: sản phẩm POS dạng bột
A B
D E
3.3. Nghiên cứu đán giá oạt tín và t ăm dò k ả năng ứng dụng của pectic oligosaccharide
3.3.1. Hoạt tính sinh học
Để minh chứng tác dụng có lợi của pectic oligosaccharide, trong nghiên cứu này đánh giá hoạt tính sinh học của chế phẩm POS trong điều kiện in vitro thông qua khả năng làm tăng số lƣợng vi khuẩn có lợi và giảm số lƣợng vi khuẩn gây hại trên các chủng kiểm định. Bên cạnh đó, điểm hoạt tính prebiotic (PAS) của POS cũng đƣợc đánh giá và so sánh với một số loại prebiotic khác đang đƣợc sử dụng phổ biến.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của POS đến sự phát triển của vi khuẩn có lợi và có hại
Nghiên cứu ảnh hƣởng của POS đến sự phát triển của các chủng vi khuẩn có lợi đƣợc thực hiện trên các chủng Lactobacillus và vi khuẩn gây hại trên các chủng E. coli, Samonella typhi, Staphylococcus aureus trong môi trƣờng MR chứa glucose (MRS) hoặc POS 1% (w/v). Kết quả thu đƣợc biểu diễn ở bảng 3.27.
Bảng 3.27 Ảnh hưởng của POS tới sự phát triển của vi khuẩn có lợi và gây hại
Chủng thử nghiệm
Số lƣợng khuẩn lạc tăng sau 24 giờ (Tính theo Lgcfu/ml)
i trư ng MRS i trư ng chứa POS
L1 9,523 ± 0,089 9,768 ± 0,091 L2 9,520 ± 0,090 9,708 ± 0,090 L3 9,488 ± 0,091 9,788 ± 0,089 L4 9,530 ± 0,091 9,714 ± 0,089 L5 9,529 ± 0,089 9,676 ± 0,090 L6 9,514 ± 0,090 9,775 ± 0,091 L7 9,572 ± 0,091 9,695 ± 0,091 L8 9,529 ± 0,090 9,745 ± 0,090 L9 9,595 ± 0,089 9,733 ± 0,091 E. coli 0157:H7 9,563 ± 0,090 8,340 ± 0,076 S. enterica Typhi 9,533 ± 0,091 8,403 ± 0,075 S. aureus ATCC 25923 9,556 ± 0,090 8,628 ± 0,078
Kết quả bảng 3.26 cho thấy cả 9 chủng probiotic Lactobacillus thử nghiệm đều tăng
sinh mạnh trên môi trƣờng chứa POS so với môi trƣờng có glucose, trong đó L. acidophilus (L3) có khả năng tăng sinh mạnh nhất. Khi nuôi cấy E. coli, S. typhi và S.
aureus trong môi trƣờng chứa POS, số lƣợng khuẩn lạc sau 24 giờ đều giảm hơn khi nuôi chúng trong môi trƣờng đối chứng không chứa POS. Với POS từ pectin cam cũng đƣợc nhận thấy làm tăng sinh mạnh L. casei còn L. rhamnosus tăng sinh yếu [76]. Bên cạnh đó, các báo cáo cũng chỉ ra POS có khả năng làm giảm số lƣợng vi khuẩn Clostridia và Bacteroides [25, 76, 92].
Với POS thu đƣợc từ pectin vỏ cam có DP 2 - 4 làm ngăn cản sự bám dính của
E. coli đến tế bào biểu mô đƣờng ruột [96]. POS từ pectin bã táo có khả năng làm tăng số lƣợng vi khuẩn có lợi Lactobacillus, Bifidobacterium, giảm số lƣợng vi khuẩn gây hại
Bacteroides, Clostridium, tạo acid hữu cơ mạch ngắn SCFA [25].
Thực tế hệ vi sinh vật đƣờng ruột luôn bao gồm cả loại có hại, có lợi và chúng có sự tác động qua lại với nhau. Kết quả thử nghiệm về ảnh hƣởng của POS tới sự phát triển