III.1 Khảo sát thành phần nguyên liệu
Theo số liệu báo cáo của sở Khoa học và Công nghệ Bến Tre, vào mùa dứa ước tính mỗi ngày, một nhà máy chế biến rau quả (làm nước cô đặc) cũng thải ra khoảng 50 tấn bã. Với mục đích tận dụng được nguồn bã phế thải này, Phân viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) vừa nghiên cứu thành công quy trình chế biến rượu vang từ nguồn bã dứa (vỏ, mắt, miếng vụn). Ngoài tận dụng nguồn dịch dứa để làm rượu, bã khô được sấy hoặc phơi nắng làm thức ăn gia súc.
Công ty cổ phần chế biến thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao là một trong 6 trung tâm chế biến thực phẩm hiện đại và quy mô nhất ở nước ta. Năm 2001 công ty đã đầu tư vào 4 dây chuyền đồ hộp, cô đặc, đông lạnh và nước quả với công suất 19.000 tấn sản phẩm/năm. Năm 2007, tổng doanh thu ước đạt 120 tỷđồng, kim ngạch xuất khẩu 7 triệu USD. Sản phẩm chính của công ty là nước dứa cô đặc, nước dứa lạnh, nước vải thiều, nước lạc tiên… hàng năm nhà máy thải ra hàng ngàn tấn bã quả.
Theo Niên giám Thống kê 2007, sản lượng lúa của Việt nam năm 2006 là 35849,5 nghìn tấn [3], tương ứng với nó là khoảng 3584,95 nghìn tấn cám thải ra. Theo số liệu báo cáo của công ty dầu thực vật Cái Lân xây dựng tại Cần Thơ (2004) và khu công nghiệp Hiệp Phước (2007) với tổng năng suất hơn 200.000 tấn cám/năm qua trích ly có hơn 170.000 tấn cám tách béo. Đây thực sự là nguồn nguyên liệu đầu vào rẻ tiền, sẵn có để sản xuất chất xơ của Việt Nam.
Vì vậy, trong khuôn khổđề tài này chúng tôi chỉ khảo sát một số nguồn nguyên liệu là phế phụ phẩm của các nhà máy chế biến hoa quả và lương thực, nhằm tạo ra sản phẩm chất xơ có giá trị từ phụ phẩm của các nhà máy chế biến và góp phần làm sạch môi trường. Kết quảđược trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần chất xơ trong một số nguồn nguyên liệu
Nguyên liệu Hàm ẩm (%) Lipit (%) Protein (%) Cacbonhydrat (%) Cellulose (%) Pectin (%) Bã dứa 89,72 - 0,65 0,23 3,16 0 Vỏ chanh dây 80,7 - 2,04 1,26 4,50 2,5 Cám gạo 7,9 15,23 12,6 41,82 6,80 - Ghi chú: Dấu (-) là không xác định
Kết quảở bảng 3.1 cho thấy: Bã dứa có hàm lượng cacbonhydrat, cellulose thấp nhất trong ba nguồn nguyên liệu lựa chọn để phân tích, pectin không có, trong khi đó hàm lượng nước quá cao (chiếm 89,72%), vì vậy để sản xuất chất xơ, cần phải xử lý
loại nước cho nguyên liệu. Đối với vỏ chanh dây, hàm lượng cacbohydrat thấp (chiếm 1,26%), hàm ẩm khá cao (chiếm 80,7%), song hàm lượng cellulose và hàm lượng pectin khá cao (chiếm 4,5% và 2,5%). Đây là nguồn nguyên liệu để sản xuất chất xơ hòa tan (pectin) rất tốt. Đối với cám gạo, hàm lượng hydratcacbon cao (41,82%) và hàm lượng lipit chiếm 15,23%. Vì vậy, để đảm bảo cho chất lượng sản phẩm sau này cám gạo trước khi ứng dụng cần phải loại lipit khỏi cám.
III.2 Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu
Mục đích của việc xử lý nguyên liệu là nhằm bất hoạt các enzyme có trong nguyên liệu, đồng thời loại bỏ nước trong nguyên liệu (bã dứa, vỏ chanh dây) cũng như tách loại lipit (cám gạo) trước khi đưa vào xử lý hóa học hoặc sinh học.
Tùy từng loại nguyên liệu và mục đích xử lý mà các phương pháp khác nhau được sử dụng như: Phương pháp xử lý vật lý (phá vỡ kích thước lớn thành kích thước nhỏ hơn bằng việc xay nhỏ hoặc đun trong nước hoặc hấp) hay phương pháp hóa lý (xử lý bằng dung môi kết hợp với gia nhiệt).
III.2.1 Xử lý bã dứa
Hàm lượng nước và đường trong bã dứa khá cao vì vậy trước khi thu chất xơ không hòa tan, bã dứa cần được chần bằng nước sôi trong 5 phút nhằm làm mềm mô quả, tạo điều kiện thoát nước dễ dàng trong quá trình ép tách nước. Bã dứa sau khi ép thủy lực được phân tích hàm ẩm, kết quảđược ghi ở bảng 3.2.
III.2.2 Xử lý vỏ chanh dây
Vỏ chanh dây được chần trong dung dịch axit xitric 5% ở 1000C trong 5 phút nhằm vô hoạt enzyme hóa nâu và làm mềm mô quả, sau đó ép loại nước. Vỏ chanh dây sau ép được phân tích hàm ẩm. Kết quảđược ghi ở bảng 3.2.
III.2.3 Loại lipit của cám gạo
Cám gạo sau khi xay xát được loại lipit bằng dung môi hexan, sử dụng bộ cất Soxhlet. Cám gạo sau xử lý được sấy khô loại hexan và phân tích xác định hàm lượng lipit. Kết quảđược trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của việc xử lý đến một số thành phần của nguyên liệu
Chỉ tiêu Bã dứa Vỏ chanh dây Cám gạo Hàm ẩm trước xử lý (%) 89,72 80,70 - Hàm ẩm sau xử lý (%) 60,38 57,32 - Lipit trước xử lý (%) - - 15,23 Lipit sau xử lý (%) - - 2,42 Tỷ lệ giảm (%) 32,70 28,97 84,11 Ghi chú: Dấu (-) là không xác định
Kết quảở bảng 3.2 cho thấy: Đối với nguyên liệu là bã dứa và vỏ chanh dây, việc chần và ép nước đã làm giảm đáng kể lượng nước trong nguyên liệu (từ 89,72% xuống còn
60,38% đối với bã dứa và từ 80,7% xuống còn 57,32% đối với vỏ chanh dây). Đối với cám, sau quá trình xử lý dung môi hexan đã loại được 84,11% lipit trong cám nguyên liệu.
III.3 Nghiên cứu các yếu tốảnh hưởng đến thu nhận IDF từ bã dứa
III.3.1 Ảnh hưởng của kích thước bã dứa
Để đảm bảo sự ổn định trong quá trình thí nghiệm, bã dứa sau khi ép loại dịch quả, được sấy khô 1000C trong 6 giờ. 10g bã dứa sau sấy được nghiền nhỏ đến kích thước <2mm và <5mm (mẫu đối chứng là bã dứa không nghiền). Bã dứa được tẩy trắng bằng dung dịch kiềm loãng, nóng pH 9,5. Ly tâm thu bã xenlulo, rửa lại bằng nước nóng 3 lần. Rửa bằng cồn 70%, ly tâm và sấy khô 1000C trong 6 giờ. Xác định lượng chất xơ thu được và độ tinh khiết của sản phẩm. Kết quảđược ghi ở hình 3.1.
Hình 3.1 Ảnh hưởng của kích thước bã dứa khô
đến hàm lượng chất xơ và độ tinh khiết
Kết quảở hình 3.1 cho thấy: Kích thước bã dứa ảnh hưởng đến hàm lượng chất xơ và độ tinh khiết của sản phẩm. Lượng chất xơ không tan thu được tỷ lệ thuận với kích thước nguyên liệu. Kích thước càng lớn lượng chất xơ thu được càng nhiều. Xét về độ tinh khiết của sản phẩm, kích thước càng nhỏ độ tinh khiết của sản phẩm càng cao. Điều này có thể giải thích bởi kích thước nhỏ khả năng tiếp xúc giữa dung dịch kiềm và bã dứa càng nhiều, vì thế độ tinh khiết của sản phẩm càng cao. Tuy nhiên, kích thước nhỏ thì việc mất chất xơ trong quá trình rửa và li tâm sẽ cao hơn so với kích thước lớn, vì thế lượng chất xơ thu được ít hơn. Ở kích thước bã dứa <5mm, lượng chất xơ thu được cao hơn mẫu có kích thước <2mm và độ tinh khiết là tương đương nhau. Vì vậy, kích thước bã dứa <5mm được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo.
III.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch kiềm loãng và bã dứa
Thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ dung dịch kiềm (pH 9,5) và bã dứa thay đổi từ 8:1 đến 20:1 (bước 5), kết quảđược trình bày ở bảng 3.3.
0 20 40 60 80 100 120 <2mm <5mm ĐC
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch kiềm loãng và bã dứa TT Tvà bã dỷ lệ kiứềm a Khốmi lẫượu ng (g) Khối lượng IDF (g) Protein (%) Tro (%) Độ tinh khiết (%) 1 8:1 10 3,97 1,61 1,42 96,97 2 10:1 10 3,84 1,60 1,40 97,00 3 15:1 10 3,65 1,58 1,39 97,03 4 20:1 10 3,57 1,38 1,27 97,35 Kết quả ở bảng 3.3 cho thấy: Tỷ lệ dung dịch kiềm và bã dứa sử dụng ảnh hưởng không đáng kể đến độ tinh khiết của sản phẩm thu được. Tuy nhiên, chúng lại ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi chất xơ không tan. Tỷ lệ dung dịch kiềm và :bã dứa là 8:1 lượng chất xơ thu được là cao nhất và độ tinh khiết của sản phẩm cũng xấp xỉ 97%. Vì vậy, tỷ lệ dung dịch kiềm và :bã dứa là 8:1 được lựa chọn cho các thử nghiệm tiếp theo.
II.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch kiềm pH 9,5
Thí nghiệm được tiến hành với dung dịch kiềm pH 9,5 nhiệt độ dung dịch thay đổi từ 80 – 1000C (bước 100C) xử lý trong thời gian 5 phút. Xác định lượng IDF thu được. Kết quảđược ghi ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch kiềm
đến hàm lượng chất xơ và độ tinh khiết của sản phẩm IDF
TT Nhiệt độ (0C) Khối lượng mẫu (g) Khối lượng IDF (g) Protein (%) Tro (%) Độ tinh khiết (%) 1 80 10 3,97 2,14 1,95 95,91 2 90 10 3,97 1,65 1,62 96,73 3 100 10 3,95 1,60 1,39 97,01
Kết quả ở bảng 3.4 cho thấy: Nhiệt độ của dung dịch kiềm pH 9,5 không ảnh hưởng đến lượng chất chất xơ thu được nhưng ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm. Nhiệt độ dung dịch kiềm 1000C, lượng chất xơ thu được có độ tinh khiết cao nhất (đạt 97%). Vì vậy, nhiệt độ dung dịch kiềm 1000C được lựa chọn.
Từ các kết quả nghiên cứu trên, đã xác định được điều kiện sản xuất IDF từ bã dứa là: Kích thước bã dứa <5mm; dung dịch kiềm pH 9,5; tỷ lệ dung dịch kiềm: bã dứa = 8:1; nhiệt độ tẩy trắng 1000C, thời gian 5 phút.
III.4 Nghiên cứu thu nhận chất xơ hòa tan (SDF)
III.4.1 Nghiên cứu thu nhận SDFp từ vỏ chanh dây
Để giải phóng pectin ra khỏi cấu trúc của thành tế bào thực vật cũng như tách pectin khỏi các liên kết với các glycopolymer khác. Tác nhân axit ở nhiệt độ cao để thuỷ phân xenlulo và hemixenlulo giải phóng pectin được sử dụng. Vỏ chanh dây sau khi xử lý được nghiền nhỏ đến kích thước <1mm; <2mm và lớn hơn 2mm. Tỷ lệ vỏ quả khô với dung dịch axit bổ sung là 1:20 (pH 2). Thủy phân 700C trong 3 giờ. Lọc thu dịch trong, tủa cồn thu chất xơ hòa tan. Kết quảđược ghi ở hình 3.2.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của kích thước đến hiệu suất thu hồi SDFp
Kết quả ở hình 3.2 cho thấy: Kích thước nguyên liệu không ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm, song có ảnh hưởng đến tỷ lệ chất xơ hòa tan thu được. Kích thước vỏ chanh dây lớn hơn 2mm, hàm lượng chất xơ hòa tan thu được giảm từ 2,902g xuống còn 1,2g. Mẫu sử dụng vỏ chanh dây kích thước <1mm, tỷ lệ chất xơ hòa tan thu được là lớn nhất. Vì vậy, kích thước vỏ chanh dây <1mm được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo.
b) Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân đến hàm lượng SDFp thu được
Thí nghiệm được tiến hành với các giá trị pH dung dịch thủy phân thay đổi lần lượt là 1,0 – 8,0 (bước 1). Nhiệt độ thủy phân là 700C, thời gian thủy phân 3 giờ. Lọc thu dịch trong, tủa cồn thu chất xơ hòa tan. Kết quảđược ghi ở hình 3.3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 <1mm <2mm >2mm
Khối lượng IDF(gx10) Độ tinh khiết (%)
0 20 40 60 80 100 120 pH 1 pH 2 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 pH 8
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân đến hiệu suất thu hồi SDFp
Kết quảở hình 3.3 cho thấy pH có ảnh hưởng đến quá trình thu nhận SDFp. Xét về lượng chất xơ thu được, thủy phân ở pH axit và pH kiềm cho tỷ lệ thu hồi SDFp là tương đương nhau. Ở pH 4 chất xơ bị tan hoàn toàn, có thể đây là điểm phân ly của các thành phần chất xơ, vì vậy lượng chất xơ thu được là vô cùng thấp (đạt 0,015g/5g vỏ chanh dây). Xét vềđộ tinh khiết, độ tinh khiết của chất xơ thu được tỷ lệ nghịch với sự tăng của pH. pH 2 cho tỷ lệ thu hồi SDF đạt cao nhất (2,914g/5g vỏ chanh dây) và độ tinh khiết thấp hơn pH 1 không đáng kể. Kết quả này là phù hợp với công bố của May và cộng sự (1990), hàm lượng pectin thu được từ vỏ quả citrus là cao nhất khi sử dụng dung dịch HCl nồng độ 0,03% (pH 2), nhiệt độ thủy phân 700C trong 3 giờ. Vì vậy, điều kiện thủy phân này được áp dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước vỏ chanh dây đến hàm lượng pectin thu hồi. Vì vậy, pH 2 được lựa chọn cho những nghiên cứu tiếp theo.
c) Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng SDFp thu được
Thí nghiệm được tiến hành với pH dịch thủy phân là 2,0; thời gian thủy phân là 3 giờ, nhiệt độ thủy phân thay đổi từ 60- 1000C (bước 100C). Lọc thu dịch trong, tủa cồn thu chất xơ hòa tan. Kết quảđược ghi ở bảng 3.5.
Bảng 3.5. Lượng SDFp thu được ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (0C) Khối lượng mẫu (g) Chất khô (0Bx) Khối lượng SDFp (g) Protein
(%) (%) Tro Độkhi tinh ết (%) Tính chất keo của pectin 50 5 2 2,086 4,43 1,20 94,37 +++ 60 5 2 2,722 4,38 1,16 94,46 +++ 70 5 2 2,924 4,25 1,05 94,70 +++ 80 5 2 3,223 4,13 1,03 94,84 +++ 90 5 2 3,264 3,96 0,97 95,07 ++ 100 5 2 3,272 3,61 0,91 95,48 +
Kết quả bảng 3.5 cho thấy: Nhiệt độ có ảnh hưởng đến quá trình thủy phân vỏ chanh dây bằng axit. Tỷ lệ thu hồi chất xơ (pectin) tăng tỷ lệ thuận với sự tăng nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì lượng SDFp thu được càng nhiều. Tuy nhiên, nhiệt độ cao ảnh hưởng đến tính chất tạo keo của pectin thu được. Vì vậy, nhiệt độ thủy phân 80ºC được lựa chọn cho những thí nghiệm tiếp theo.
d) Ảnh hưởng của thời gian thủy phân pectin
Với pH dịch thủy phân là 2,0; nhiệt độ thủy phân 800C, thời gian thủy phân thay đổi từ 30 – 180 phút (bước 30 phút). Kết quả ghi ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian đến lượng SDFp thu được Thời gian (phút) Khối lượng mẫu (g) Chất khô (0Bx) Khối lượng SDF (g) Protein
(%) Tro (%) Độkhi tinh ết (%) 30 5 2 3,280 3,69 0,97 95,34 60 5 2 3,275 3,67 0,96 95,37 90 5 2 3,270 3,65 0,96 95,39 120 5 2 3,268 3,64 0,96 95,40 150 5 2 3,270 3,63 0,96 95,41 180 5 2 3,270 3,63 0,95 95,42
Kết quảở bảng 3.6 cho thấy: Tỷ lệ chất xơ hòa tan đạt giá trị cao nhất (3,28g/5g vỏ chanh dây) sau 30 phút thủy phân ở pH 2 và nhiệt độ 1000C. Kéo dài thời dài thủy phân từ 30 phút lên 180 phút, lượng chất xơ thu được cũng không tăng. Độ tinh khiết của sản phẩm không khác nhau nhiều ở các thời gian thủy phân khác nhau. Vì vậy thời gian thủy phân 30 phút được lựa chọn.
Từ các kết quả nghiên cứu trên, đã xác định được điều kiện sản xuất SDFp là: Kích thước vỏ chanh dây <1mm; dung dịch HCl pH 2; nhiệt độ thủy phân 800C, thời gian thủy phân 30 phút.
III.4.2 Nghiên cứu thu nhận SDF từ cám gạo đã loại lipit
a) Lựa chọn phương pháp thu nhận SDFo
Với mục đích thu nhận oligosacarit từ cám gạo. Thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện thủy phân khác nhau: Thủy phân axit H2SO4 0,75%, thủy phân kiềm pH 9,5 và thủy phân hỗn hợp các enzym (Neutrase; Xylanase và Termamyl). Dịch sau thủy phân được li tâm tách bỏ bã, xác định hàm lượng chất khô, độ nhớt của dung dịch và kết tủa bằng cồn 70%, xác định hàm lượng chất xơ hòa tan thu được, xác định hàm lượng protein, hàm lượng chất tro trong mẫu kết tủa. Kết quảđược mô tảở hình 3.4.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của phương pháp xử lý đến tỷ lệ thu hồi SDFo
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
H2SO4 NaOH NaOH
+ HCl Ter + AMG Ter + Xyl. Cel+Nov. ĐC Mẫu thí nghiệm S D F o ( g/ 20g )
Kết quả cho thấy: Với cùng tỷ lệ cám đã loại dầu là 20g, sử dụng phương pháp thủy phân enzym cho tỷ lệ thu hồi SDF cao hơn các mẫu chỉ dùng hóa chất hay nước máy. Trong số các mẫu sử dụng enzym, mẫu sử dụng 0,5% Neutrase (500C/30 phút); 0,08% Termamyl (95oC/30 phút) và 0,5% Xylanase (500C/1 giờ) cho tỷ lệ thu hồi SDF