2. Nội dung nghiên cứu x
2.3. Quy trình sản xuất cà phê xử lý bởi L-Asparaginase
2.3.1. Sơ đồ quy trình
Hình 2.2. Quy trình sản xuất cà phê xử lý bởi L- Asparaginase
2.3.2. Thuyết minh quy trình
- Làm sạch và phân loại
Mục đích: Loại bỏ những hạt đen khuyết tật, hạt mối mốc không đạt tiêu chuẩn. Lựa chọn nguyên liệu tốt, đồng đều, giúp quá trình nghiên cứu được dễ dàng và thuận lợi hơn. Đồng thời tăng chất lượng sản phẩm. Đánh giá chất lượng của cà phê nhân dựa vào quá trình kiểm tra về mùi và vị, cũng như kích thước, hình dạng, màu sắc, độ cứng (Feria-Morales, A. M. , 2002).
- Xử lý enzyme
t = 225oC, theo các điều kiện khảo sát ơ mục 2.5.1 t = 50oC về độ ẩm ban đầu
Với các điều kiện: Nồng độ enzyme, thời gian, nhiệt độ xử lý và pH theo bố trí thí nghiệm ở mục 2.5.2. Bao gói Xay Bảo quản Cà phê bột Làm nguội Rang Xử lý enzyme Sấy Cà phê xanh Làm sạch Phân loại Enzyme t = 30oC
24
Mục đích: Giúp làm giảm hàm lượng acrylamide hình thành trong quá trình rang cà phê nhờ cơ chế L – Asparaginase xúc tác thủy phân asparagine tạo thành aspartic acid và ammonia bằng cách phân giải nhóm amide trong phân tử asparagine (Dria, G. J., và cộng sự, 2007).
Cách tiến hành: Ngâm hạt cà phê trong dung dịch L – Asparaginase bỏ vào bể siêu âm (37 kHz). Cài đặt máy hoạt động trong vòng 1 phút sau đó nghỉ 4 phút, với các chế độ khảo sát (nồng độ enzyme, pH môi trường, nhiệt độ, thời gian xử lý enzyme) theo các yếu tố khảo sát như bố trí thí nghiệm ở mục 2.5.
- Sấy
Mục đích: Làm giảm độ ẩm của cà phê (Dria, G. J., Zyzak, D. V., và các cộng sự, 2007).
Cách tiến hành: Mẫu cà phê sau khi xử lý enzyme được sấy ở nhiệt độ là 50oC, trong khoảng 3 - 4h, để đưa hạt cà phê về khối lượng ban đầu.
- Rang
Mục đích: Tạo hương vị và màu sắc đặc trưng, làm chín cà phê.
Cách tiến hành: Hạt cà phê sau khi sấy được rang ở nhiệt độ 225oC (Guenther, H.,
2007) trong khoảng thời gian phù hợp có được sau khi thực hiện khảo sát chế độ rang từ thí
nghiệm 1 (TN1). - Làm nguội
Mục đích: Giữ nguyên hương thơm và tạo độ giòn cho hạt cà phê.
Cách tiến hành: Cà phê sau khi rang được làm nguội nhanh về nhiệt độ phòng. - Xay
Mục đích: Làm giảm kích thước của hạt cà phê.
Cách tiến hành: Cà phê được nghiền bằng máy xay cà phê Tiross TS530/TS532 - 150W, xay cà phê trong 2 phút.
- Bao gói và bảo quản
Mục đích: Để bảo quản cà phê được lâu hơn, giúp giữ được mùi vị của sản phẩm.
Cách tiến hành: Cà phê sau khi được xay chưa sử dụng liền thì cho vào túi zip và bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát.
25
2.4. Nội dung nghiên cứu
Hình 2.3. Sơ đồ nội dung nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng của chế
độ rang đến sự hình thành acrylamide trong cà phê Thành phần hóa học của cà
phê nguyên liệu và cà phê rang
Khảo sát ảnh hưởng của L- Asparaginase đến sự hình thành acrylamide trong cà phê
Đánh giá cảm quan Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm
đến acrylamide tạo thành trong cà phê
- Xác định hàm lượng ẩm, tro, lipid, protein, đường khử, asparagine trong cà phê nguyên liệu và cà phê rang.
- Thí nghiệm 2: Khảo sát nồng độ enzyme: 0, 3, 5, 7 IU/ml.
- Thí nghiệm 3: Khảo sát nhiệt độ xử lý cà phê với enzyme: 30oC, 37oC, 45 oC, 50 oC, 60 oC.
- Thí nghiệm 4: Khảo sát pH môi trường xử lý cà phê với enzyme: 5, 6, 7.3, 8.6.
- Thí nghiệm 5: Khảo sát thời gian xử lý cà phê với enzyme: 20, 30, 40, 50 và 60 phút.
- Xác định hàm lượng acrylamide tạo thành ở mỗi điều kiện khảo sát.
- Thí nghiệm 1: Khảo sát thời gian rang cà phê (0, 2, 4, 6, 7, 8 phút) tại 225oC.
- Xác định hàm lượng acrylamide tạo thành. - Đo màu.
Xác định hàm lượng đường khử và asparagine trong cà phê
- Xác định hàm lượng đường khử, asparagine trong cà phê.
- Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm tại các mức độ ẩm: 12.52%, 10.63%, 8.36%, 6.62%, 5.47%. - Xác định hàm lượng acrylamide tại mỗi độ ẩm.
- Đánh giá cảm quan sự khác biệt giữa mẫu cà phê có xử lý và không xử lý enzyme theo TCVN 5251:2007
26
2.5. Bố trí thí nghiệm
2.5.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của chế độ rang đến hàm lượng acrylamide tạo thành của cà phê acrylamide tạo thành của cà phê
Mục đích: Xác định được chế độ rang cà phê, đồng thời xác định được chế độ rang phù hợp nhất. Khảo sát hàm lượng acrylamide hình thành của các mẫu cà phê có thời gian rang khác nhau.
Bố trí thí nghiệm: Cà phê được rang tại nhiệt độ 225oC với các khoảng thời gian khác nhau (2-8 phút).
Các yếu tố cố định: Nhiệt độ rang: 225 ± 1oC
Yếu tố thay đổi: Thời gian rang mẫu
T2: 2 phút; T4: 4 phút; T6: 6 phút; T7: 7 phút; T8: 8 phút.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở hình 2.4.
Hình 2.4. Quy trình khảo sát thời gian rang cà phê
Hàm lượng acrylamide được xác định theo phương pháp mô tả ở mục 2.6.2.
2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của L- Asparaginase đến sự hình thành acrylamide trong cà phê trong cà phê
Kết quả của quá trình khảo sát sơ bộ, khi xử lý cà phê nguyên hạt với enzyme L- Asparaginase cho kết quả không đồng nhất, lý do có thể lượng asparagine ban đầu ở mỗi hạt cà phê không đồng nhất. Do vậy, để kết quả thể hiện tính đồng nhất cao hơn chúng tôi quyết định nghiền các hạt cà phê xanh về kích thước nhỏ hơn (2 < Ɵ < 3mm). Thể hiện tính đại diện của mẫu.
Hiệu quả của quá trình xử lý cà phê (Robusta) rang xay sử dụng sóng siêu âm với enzyme phụ thuộc vào các yếu tố như: nồng độ enzyme, pH môi trường, nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý với enzyme. Các thí nghiệm khảo sát dưới đây được thực hiện dựa theo phương
Xác định hàm lượng acrylamide T7 T6 T2 T4 Hạt cà phê xanh Rang, xay T8
27
pháp của V. U. Dange và cộng sự, 2018 với một số hiệu chỉnh nhằm tìm ra các điều kiện xử lý mẫu với enzyme phù hợp nhất với mong muốn thu được sản phẩm cà phê rang chứa ít acrylamide nhất.
2.5.2.1. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong quá trình xử lý cà phê (Robusta) acrylamide tạo thành trong quá trình xử lý cà phê (Robusta)
Mục đích: Xác định nồng độ L-Asparaginase phù hợp nhất để xử lý cà phê trước khi rang.
Bố trí thí nghiệm: Từ dung dịch gốc enzyme, thực hiện pha loãng thành các dung dịch với các nồng độ enzyme (0; 3; 5; 7IU/ml). Thí nghiệm tiến hành với các mẫu cà phê (1.000 ± 0.005g) sẽ được xử lý với 2ml enzyme được khảo sát ở các nồng độ enzyme khác nhau (0; 3; 5; 7IU/ml).
Các yếu tố cố định:
Thời gian xử lý với enzyme: 40 phút; pH = 7.3; Nhiệt độ xử lý enzyme: t = 37oC.
Yếu tố thay đổi: Nồng độ enzyme
C0: 0 IU/ml; C3:3 IU/ml; C5: 5 IU/ml; C7: 7 IU/ml.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở hình 2.5.
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm khảo sát nồng độ enzyme
Cà phê xanh Sấy Rang C7 C5 C3 C0 Xử lý enzyme Xác định hàm lượng acrylamide Nghiền
28
Hàm lượng acrylamide trong cà phê được xác định theo phương pháp mô tả ở mục 2.6.1.6.
2.5.2.2. Thí nghiệm 3:Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình xử lý L-Asparaginase đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê (Robusta) Asparaginase đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê (Robusta)
Mục đích: Xác định nhiệt độ phù hợp nhất trong quá trình xử lý L-Asparaginase với cà phê trước khi rang.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm tiến hành với các mẫu cà phê (1.000 ± 0.0050g) sẽ được xử lý với 2ml enzyme được khảo sát ở các khoảng nhiệt độ khác nhau (t = 30oC, t = 37o C, t = 45o C, t = 50o C).
Các yếu tố cố định:
Thời gian xử lý với enzyme: 40 phút; pH = 7.3; Nồng độ của enzyme 3 IU/ml.
Yếu tố thay đổi: Nhiệt độ trong quá trình xử lý mẫu với enzyme
P0: 0IU/ml; N30: t = 30o C; N37: t = 37o C;
N45: t = 45o C; N50: t = 60oC. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở hình 2.6.
Cà phê xanh Sấy Rang N60 N45 N30 C0 Xử lý enzyme Xác định hàm lượng acrylamide N37 Nghiền
29
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trong quá trình xử lý mẫu với enzyme
Hàm lượng acrylamide trong cà phê được xác định theo phương pháp mô tả ở mục 2.6.1.6.
2.5.2.3. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của pH trong quá trình xử lý L-Asparaginase đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê Asparaginase đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê
Mục đích: Xác định điều kiện pH phù hợp nhất trong quá trình xử lý L-Asparaginase với cà phê trước khi rang.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm tiến hành với các mẫu cà phê (1.000 ± 0.0050g) sẽ được xử lý với 2ml enzyme được khảo sát ở các pH khác nhau (pH = 5.0, pH = 6, pH = 7.3, pH = 8.6).
Các yếu tố cố định:
Nhiệt độ xử lý enzyme: t = 37oC; Nồng độ enzyme 3 IU/ml; Thời gian xử lý: 40 phút.
Yếu tố thay đổi: pH trong quá trình xử lý mẫu với enzyme
C0: 0IU/ml; P5: pH = 5.0; P6: pH = 6;
P7.3: pH = 7.3; P8.6: pH = 8.6.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở hình 2.7.
Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm khảo sát pH trong quá trình xử lý mẫu với enzyme Cà phê xanh Sấy Rang P8.6 P7.3 P5 C0 Xử lý enzyme Xác định hàm lượng acrylamide P6 Nghiền
30
Hàm lượng acrylamide trong cà phê được xác định theo phương pháp mô tả ở mục 2.6.1.6.
2.5.2.4. Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý cà phê với L-Asparaginase đến sự tạo thành acrylamide trong sản phẩm Asparaginase đến sự tạo thành acrylamide trong sản phẩm
Mục đích: Xác định thời gian phù hợp nhất trong quá trình xử lý L-Asparaginase với cà phê trước khi rang.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm tiến hành với các mẫu cà phê (1.000 ± 0.0050g) sẽ được xử lý với 2ml enzyme được khảo sát ở các thời gian khác nhau (0; 20; 30; 40; 50; 60 phút).
Các yếu tố cố định:
Nhiệt độ xử lý enzyme: t = 37oC; pH = 7.3; Nồng độ của enzyme 3 IU/ml.
Yếu tố thay đổi: Thời gian xử lý mẫu với enzyme
C0: 0IU/ml (40 phút); T20: 20 phút; T30: 30 phút; T40: 40 phút; T50: 50 phút; T60: 60 phút. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở hình 2.6:
Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian xử lý mẫu với enzyme Cà phê xanh C0 Sấy Rang T50 T40 T30 T20 Xử lý enzyme Xác định hàm lượng acrylamide T60 Nghiền
31
Hàm lượng acrylamide trong cà phê được xác định theo phương pháp mô tả ở mục 2.6.1.6.
2.5.3. Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đến sự tạo thành acrylamide trong cà phê (Robusta)
- Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm theo thời gian
Mục đích: Khảo sát sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian tại 45oC, từ đó quyết định các mốc độ ẩm phù hợp để thực hiện xử lý enzyme.
Nguyên tắc:Mẫu cà phê được sấy đối lưu ở 45oC.
Cách thực hiện:
Chuẩn bị đĩa và nắp petri, sấy khô trong 1 giờ ở 105°C. Lấy đĩa và nắp ra khỏi tủ sấy và làm nguội đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm. Cân khay và nắp chính xác đến 0.1 mg. Cân chính xác khối lượng cà phê cho vào đĩa petri, dàn đều trên đáy đĩa. Để nắp đậy bên cạnh hoặc phía dưới đĩa, cho vào tủ sấy và sấy ở 45°C. Cân và ghi lại khối lượng của mẫu sau mỗi khoảng thời gian xác định.
Tính độ ẩm từ công thức:
W = 𝑚1−𝑚2
𝑚1−𝑚0×100% (2.1)
Trong đó:
m0 là khối lượng của đĩa và nắp (g).
m1 là khối lượng của đĩa, phần mẫu thử và nắp trước khi sấy (g). m2 là khối lượng của khay, phần mẫu thử và nắp sau khi sấy (g). Kết quả là trung bình cộng của ba lần lặp lại.
Dựng đồ thị hàm ẩm của cà phê theo thời gian. Chọn 4 điểm trên đồ thị tương ứng với 4 độ ẩm khác nhau cần khảo sát.
- Bố trí thí nghiệm 6:
Mục đích: Khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm đến sự hình thành acrylamide.
Cách thực hiện: Sau khi đã chọn được các độ ẩm tại mục 2.5.6, tiến hành thực hiện: Chuẩn bị đĩa và nắp petri, sấy khô trong 1 giờ ở 105°C. Lấy đĩa và nắp ra khỏi tủ sấy rồi làm nguội đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm. Cân khay và nắp chính xác đến 0.1 mg. Cân 2g hạt cà phê/đĩa, sau đó để hạt cà phê lên đĩa trải đều, sấy ở nhiệt độ 45°C. Sau khi sấy đến 4 độ ẩm cần xác định acrylamide, tiến hành đo acrylamide tại 4 độ ẩm khác nhau đó, chuẩn bị mẫu, thực hiện đo acrylamide như mục 2.6.1.6.
2.6. Phương pháp phân tích
32
2.6.1.1. Xác định độ ẩm của cà phê
Nguyên tắc thực hiện theo TCVN 6928 : 2007: Nghiền mẫu để thu được dạng bột. Sấy phần mẫu thử ở nhiệt độ từ 105oC ± 1oC trong thời gian 16 ± 0,5 giờ (đảm bảo thu được khối lượng không đổi).
Bố trí thí nghiệm: Sấy khô đĩa petri và nắp đậy ở 105oC ± 1oC trong thời gian 1 giờ. Lấy khay và nắp ra khỏi tủ sấy và làm nguội đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm. Cân khay và nắp chính xác đến 0,1 mg.
Sử dụng máy nghiền để giảm kích thước hạt cà phê. Trộn kỹ và cân khoảng 10g cà phê đã chuẩn bị, chính xác đến 0,1 mg vào khay đã biết khối lượng và dàn đều các hạt trên đáy khay. Để nắp đậy bên cạnh hoặc phía dưới khay có chứa mẫu thử vào tủ sấy được duy trì ở 105oC ± 1oC và sấy khô trong 16 giờ ± 0,5 giờ. Đậy nắp và đặt vào bình hút ẩm. Để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó cân chính xác đến 0,1 mg. Tiến hành lặp lại 3 lần trên cùng một mẫu thử để xác định được độ chênh lệch. Sau đó tính phần trăm độ ẩm của mẫu cà phê.
Tính toán kết quả:
Thành phần phần trăm khối lượng của hàm ẩm trong cà phê được tính theo công thức sau:
% ẩm = 𝑚1−𝑚2
𝑚1−𝑚0*100 (2.2)
Trong đó:
m0 là khối lượng của khay và nắp, tính bằng gam;
m1 là khối lượng của khay, phần mẫu thử và nắp trước khi sấy, tính bằng gam;
m2 là khối lượng của khay, phần mẫu thử và nắp sau khi sấy, tính bằng gam. Kết quả là trung bình cộng của ba lần xác định và độ lệch chuẩn tương ứng.
2.6.1.2. Xác định hàm lượng tro
Nguyên tắc thực hiện theo TCVN 5253:1990: Đốt và nung mẫu thử, sau đó xác định phần còn lại.
Bố trí thí nghiệm: Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung 550°C đến trọng lượng không đổi. Để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0.001g.
Cân 5g cà phê mẫu cho vào chén sứ đã biết khối lượng. Dàn đều mẫu trên đáy chén và đốt nhẹ trên bếp điện cho đến khi mẫu cháy hết. Chuyển chén sứ vào đốt trong lò nung ở nhiệt độ 550 đến 6000C trong 2 giờ 30 phút, đến khi mẫu được tro hoá hoàn toàn, có màu trắng hoặc màu trắng xám hoặc màu xám. Làm nguội chén sứ trong bình hút ẩm khoảng 40 phút và đem cân.
Làm lặp lại quá trình nung mẫu cho đến khi khối lượng không đổi.
33
Hàm lượng tro tổng số của mẫu (X) tính bằng phần trăm theo công thức:
X= B.100
A(1−0.01b) (2.3)
Trong đó:
A- Khối lượng mẫu dùng để phân tích, tính bằng g B- Khối lượng tro lấy được, tính bằng g
b- Độ ẩm của mẫu mang phân tích, tính bằng %
Làm ba mẫu song song, kết quả cuối dùng là trung bình cộng của hai