Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để gia tăng hiệu suất thu hồi chất chiết trong sản xuất nước chuối (musa paradisiaca l )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THỊ HỒNG HẠNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM
ĐỂ GIA TĂNG HIỆU SUẤT THU HỒI
CHẤT CHIẾT TRONG SẢN XUẤT NƯỚC CHUỐI

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống
Mã số: 605402

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : GS. TS Lê Văn Việt Mẫn
Cán bộ chấm nhận xét 1

: TS. Hoàng Kim Anh

Cán bộ chấm nhận xét 2

: TS. Nguyễn Hoài Hương

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 11 tháng 07 năm 2016.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. TS. Trần Bích Lam
2. TS. Hồng Kim Anh
3. TS. Nguyễn Hoài Hương
4. TS. Huỳnh Tiến Phong
5. TS. Trần Thị Thu Trà
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Trần Thị Hồng Hạnh

MSHV: 12144497

Ngày, tháng, năm sinh: 24/12/1972

Nơi sinh: Hà Nội

Chuyên ngành: Công nghệ Thực Phẩm & Đồ uống

Mã số: 60.54.02

I.TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ GIA TĂNG HIỆU SUẤT
THU HỒI CHẤT CHIẾT TRONG SẢN XUẤT NƢỚC CHUỐI
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Xử lý nguyên liệu chuối bằng sóng siêu âm: Ảnh hưởng của công suất, nhiệt độ và
thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng dịch quả thu được.
2. Xử lý nguyên liệu chuối bằng chế phẩm enzyme pectinase: Ảnh hưởng của nồng độ
chế phẩm enzyme và thời gian xử lý đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng dịch quả
thu được.
3. Xử lý nguyên liệu chuối lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm pectinase: Cố định
điều kiện xử lý siêu âm và khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm và thời gian xử lý
enzyme đến chất lượng dịch quả thu được.
4. So sánh và đánh giá hiệu quả ba giải pháp xử lý đã khảo sát ở trên.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/06/2016
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: GS. TS Lê Văn Việt Mẫn
Tp. HCM, ngày 12 tháng 0 7 năm 2016
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(Họ tên và chữ ký)

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Trân trọng cảm ơn GS.TS Lê Văn Việt Mẫn đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt
nhiều kiến thức bổ ích cho tơi trong suốt q trình thực hiện Luận văn.
Trân trọng cảm ơn các thầy cơ BM.CNTP và các bạn học viên cùng làm thí
nghiệm tại PTN CNTP 1 - 2 và PTN Hóa Sinh.
Trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Bách khoa đã tạo điều kiện
cho tôi về thời gian để tơi tham gia khóa đào tạo cao học tại TP.HCM.
Và cuối cùng, trân trọng biết ơn các thành viên trong gia đình của tơi đã ln
động viên và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 07 năm 2016

Trần Thị Hồng Hạnh


Tóm tắt luận văn

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trong nghiên cứu của chúng tôi sử dụng ba giải pháp xử lý nguyên liệu chuối:
1. Xử lý bằng sóng siêu âm (Phương án SA): Ảnh hưởng của công suất, nhiệt độ,
thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng của dịch chuối
được khảo sát. Kết quả cho thấy, với công suất 16,6 W/g, nhiệt độ 50 oC, thời gian 107
giây thì hiệu suất thu hồi chất chiết đạt giá trị cao nhất là 55,3% và tăng 35,8% so với
mẫu đối chứng không xử lý.
2. Xử lý bằng chế phẩm Pectinex Ultra SP – L (Phương án E): Ảnh hưởng của
nồng độ chế phẩm và thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất
lượng của dịch chuối được khảo sát. Kết quả cho thấy, với nồng độ chế phẩm enzyme
là 0,2% (v/w) và thời gian xử lý là 90 phút thì hiệu suất đạt giá trị cao nhất là 77,3%.
Giá trị này tăng 89,5% so với mẫu đối chứng không xử lý và tăng 39,8% so với mẫu

chỉ xử lý bằng sóng siêu âm.
3. Xử lý lần lượt bằng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme pectinase (phương án
SA+E): Điều kiện xử lý siêu âm được giữ ổn định, sự ảnh hưởng của nồng độ chế
phẩm và thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng của dịch
chuối được khảo sát. Kết quả cho thấy khi xử lý siêu âm với công suất 16,6 W/g, nhiệt
độ 50o C, thời gian 107 giây; nồng độ chế phẩm enzyme 0,2% (v/w) và thời gian 30
phút thì hiệu suất thu hồi chất chiết đạt giá trị cao nhất là 77,6%; giá trị này tăng 90,4%
so với mẫu đối chứng không xử lý, tăng 40,3% so với mẫu chỉ xử lý bằng siêu âm và
tương đương với mẫu chỉ xử lý bằng enzyme nhưng rút ngắn được thời gian xử lý
xuống 3 lần
Như vậy, trong 3 giải pháp khảo sát :
 Giải pháp xử lý bằng siêu âm cho dịch chuối với hàm lượng và hoạt tính chống
oxy hóa cao nhất và hiệu suất thu hồi chất chiết thấp nhất.

ii


Tóm tắt luận văn

 Giải pháp xử lý enzyme cho hiệu suất thu hồi chất chiết cao nhất và hàm lượng
các chất chống oxy hóa trong dịch chuối thấp nhất.
 Giải pháp kết hợp xử lý siêu âm và enzyme không làm tăng thêm hiệu suất thu
hồi chất chiết nhưng làm tăng hàm lượng các chất chống oxy hóa và rút ngắn
thời gian xử lý 3 lần so với giải pháp enzyme.

iii


Abstract

ABSTRACT
In this study, three technological treatments of banana mash in banana juice processing were
investigated:
1. Ultrasonic treatment (UT): The effects of sonication power, temperature and time on
the extraction yield and banana juice quality were investigated. At the sonication
power of 16,6 W/g, temperature of 50 oC and time of 107s, the extraction yield
achieved maximum of 55,3% and this yield increased by 35,8% in comparison with
that in the control.
2. Enzymatic treatment with Pectinex Ultra SP – L (ET): The effects of enzyme
preparation concentration and biocatalytic time on the extraction yield and banana
juice quality were investigated. At the enzyme preparation concentration of 0,2%
(v/w) and biocatalytic time of 90 min, the extraction yield achieved maximum of
77,3%; this yield increased by 89,5% and 39,8% in comparison with that in the
control and the ultrasonic treatment, respectively.
3. Combined ultrasonic and enzymatic treatment (CUET): The ultrasonic treatment
conditions were fixed and the effects of enzyme preparation concentration and
biocatalytic time on the extraction yield and banana juice quality were investigated.
At the ultrasonic power of 16,6 W/g, sonication temperature of 50 o C, ultrasonic
time of 107s, enzyme preparation concentration of 0,2% (v/w) and biocatalytic
time of 30 min, the extraction yield achieved maximum of 77,6%; this yield
increased by 90,4% and 40,3% in comparison with that in the control and the
ultrasonic treatment, respectively. In addition, the yield in the CUET was similar to
that in the ET but the CUET reduced the biocatalytic time by 3 times than the ET.
In conclusion:

iv


Abstract

 The UT resulted in the banana juice with the highest antioxidant activity and the
lowest extraction yield.
 The ET resulted in the highest extraction yield and the banana juice with the
lowest antioxidant activity.
 The CUET did not improve the extraction yield but increased the antioxidant
activity of the banana juice and reduced the biocatalytic time by three times in
comparison with the ET.

v


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tơi và được thực hiện dưới sự hướng dẫn
khoa học của GS.TS. Lê Văn Việt Mẫn.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu trong luận văn là trung thực và không
trùng lặp với các đề tài khác cũng như chưa từng được cơng bố dưới bất cứ hình thức
nào, các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 07 năm 2016
Học viên

vi


Mục lục

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................... i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ....................................................................................................... ii

ABSTRACT ........................................................................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. vi
MỤC LỤC ............................................................................................................................. vii
DANH MỤC B ẢNG ............................................................................................................... x
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. xiv
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................3
1.1 Tổng quan về chuối ........................................................................................................... 3
1.1.1 Nguồn gốc và phân loại.......................................................................................... 3
1.1.2 Thành phần hóa học................................................................................................ 4
1.1.3 Sự biến đổi trong q trình chín của chuối ......................................................... 5
1.2 Tổng quan enzyme Pectinase ........................................................................................... 9
1.2.1 Hệ enzyme pectinase ............................................................................................. 10
1.2.2 Ứng dụng chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả ................................. 11
1.3 Tổng quan về siêu âm ..................................................................................................... 12
1.3.1 Khái niệm và phân loại......................................................................................... 12
1.3.2 Nguyên lý ................................................................................................................ 13
1.3.3 Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong q trình trích ly ............................. 14
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng ........................................................................................... 16
1.3.5 Ứng dụng sóng siêu âm để thu nhận chất chiết................................................. 17
1.3.6 Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hoạt tính enzyme pectinase ........................ 18
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 20
2.1 Nguyên liệu ...................................................................................................................... 20
2.1.1.
Chuối sứ ............................................................................................................. 20
2.1.2.
Chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L ......................................................... 20
2.2 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................................. 21
 Hàm mục tiêu: ............................................................................................................ 21

2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ......................................................................... 21
2.3.1 Phương pháp cổ điển ............................................................................................ 21

vii


Mục lục

2.3.2
hương pháp quy hoạch thực nghiệm ................................................................ 22
2.3.3 Quy trình thu nhận dịch chuối trong phịng thí nghiệm ................................... 22
2.4 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu ...................................................................................... 23
2.4.1 Khảo sát q trình xử lý chuối bằng sóng siêu âm ........................................... 23
2.4.2 Khảo sát quá trình xử lý chuối bằng enzyme pectinase ................................... 24
2.4.3 Khảo sát quá trình xử lý chuối bằng sóng siêu âm và enzyme pectinase ...... 25
2.4.4 So sánh hiệu quả các phương pháp .................................................................... 26
2.5 Thiết bị .............................................................................................................................. 26
2.5.1 Thiết bị điều nhiệt.................................................................................................. 26
2.5.2 Thiết bị siêu âm...................................................................................................... 27
2.6 Các phương pháp phân tích ............................................................................................ 27
2.6.1 Hàm lượng chất khô .............................................................................................. 27
2.6.2 Hàm lượng đường khử .......................................................................................... 27
2.6.3 Hàm lượng đường tổng......................................................................................... 28
2.6.4 Hàm lượng phenolic.............................................................................................. 28
2.6.5 Hoạt tính chống oxy hóa....................................................................................... 28
2.6.6 Hàm lượng vitamin C............................................................................................ 29
2.7 Các phương pháp tính tốn............................................................................................. 29
2.8 Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................................. 29
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN................................................................. 30
3.1 Xử lý puree chuối bằng sóng siêu âm ........................................................................... 30

3.1.1 Ảnh hưởng của công suất siêu âm....................................................................... 30
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm ......................................................................... 33
3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm........................................................................ 36
3.1.4 Ảnh hưởng đồng thời của c ng suất nhiệt độ và thời gian siêu âm............... 38
3.2 Xử lý puree chuối bằng enzyme .................................................................................... 48
3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L.................... 48
3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý với chế phầm enzyme Pectinex Ultra SP-L .. 50
3.3 Xử lý puree chuối bằng sóng siêu âm và chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L . 53
3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L bổ sung sau
giai đoạn xử lý siêu âm ..................................................................................................... 53
3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý với chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L sau
giai đoạn xử lý siêu âm ..................................................................................................... 55
3.4 So sánh giữa ba giải pháp xử lý puree chuối : ............................................................. 58

viii


Mục lục

Điều kiện của 3 giải pháp xử lý được tóm tắt như sau: ................................................ 58
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................. 63
4.1. Kết luận ............................................................................................................................. 63
4.2. Kiến nghị .......................................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 64
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 69
PHỤ LỤC A: CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ................................................... 69
PHỤ LỤC B: CÁC KẾT QUẢ XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN TRONG PHÂN
TÍCH....................................................................................................................................... 77
PHỤ LỤC C: CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ............................................................... 80
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG SIÊU ÂM ....................................................... 80

1. CƠNG SUẤT SIÊU ÂM ............................................................................................ 80
2. NHIỆT ĐỘ SIÊU ÂM ................................................................................................ 80
3. THỜI GIAN SIÊU ÂM .............................................................................................. 81
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME PECTINASE............................................ 81
1. NỒNG ĐỘ ENZYME SỬ DỤNG............................................................................. 81
2. THỜI GIAN XỬ LÝ ENZYME...................................................................................... 82
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME PECTINASE SAU KHI ĐÃ XỬ LÝ
SIÊU ÂM ................................................................................................................................. 83
1. NỒNG ĐỘ ENZYME SỬ DỤNG............................................................................. 83
2. THỜI GIAN XỬ LÝ ENZYME.................................................................................. 83
LÝ LỊCH TRÍCH NG ANG ............................................................................................... 85

ix


Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Đặc điểm một số giống chuối phổ biến ..................................................................... 3
Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng trong 100 gr chuối .............................................................. 5
Bảng 1.3 Sự thay đổi đặc điểm của chuối trong q trình chín của chuối............................ 6
Bảng 1.4 Hàm lượng polyphenol của chuối sứ theo độ chín .................................................. 8
Bảng 1.5 Hàm lượng pectin trong một số loại cây ăn quả ..................................................... 10
Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình xử lý siêu
âm đến hiệu suất thu hồi chất chiết ........................................................................................... 24
Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình xử lý
enzyme pectinase đến hiệu suất thu hồi chất chiết.................................................................. 25
Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình xử lý lần
lượt bằng siêu âm và emzyme pectinase đến hi ệu suất thu hồi chất chiết ........................... 26
Bảng 3.1 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả ........................................................... 39

Bảng 3.2 Các hệ số của phương trình hồi quy mơ tả ảnh hưởng của công suất, nhiệt độ và
thời gian siêu âm đến hiệu suất thu hồi dịch chiết theo biến mã hóa .................................. 40
Bảng 3.3 Các hệ số của phương trình hồi quy mơ tả ảnh hưởng của cơng suất, nhiệt độ và
thời gian siêu âm đến hàm lượng đường tổng theo biến mã hóa ......................................... 42
Bảng 3.4 Các hệ số của phương trình hồi quy mơ tả ảnh hưởng của công suất, nhiệt độ và
thời gian siêu âm đến ABTS theo biến mã hóa ...................................................................... 43
Bảng 3.5 Kết quả giải phương trình hồi quy tìm điểm cực đại ............................................. 47
Bảng 3.6 Kết quả giải phương trình hồi quy tìm điểm cực đại ............................................. 47
Bảng 3.7 So sánh hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng dịch trích từ chuối sứ khi sử
dụng các giải pháp xử lý khác nhau .......................................................................................... 58
Bảng A.1: Cách pha dung dịch chuẩn glucose theo những nồng độ khác nhau.................. 69
Bảng A.2: mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn và phương pháp xác định hàm
lượng các hợp chất phenolic ...................................................................................................... 73
Bảng A.3: Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn vitamin C ...................................... 74
Bảng A.4: Mô tả phương pháp xây dựng đường chuẩn và xác định hoạt tính chống oxy
hóa theo phương pháp ABTS .................................................................................................... 76
Bảng C.1 Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến q trình trích ly nước chuối ................. 80
Bảng C.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến quá trình trích ly nước chuối .................. 80
Bảng C.3 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến q trình trích ly nước chuối ................. 81

x


Danh mục bảng
Bảng C.4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến q trình
trích ly nước chuối ...................................................................................................................... 81
Bảng C.5 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phầm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến q
trình trích ly nước chuối ............................................................................................................. 82
Bảng C.6 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến q trình
trích ly nước chuối trong phương pháp xử lý kết hợp sóng siêu âm và enzyme ................. 83

Bảng C.7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý với chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến
q trình trích ly nước chuối trong phương pháp xử lý kết hợp sóng siêu âm và enzyme 83

xi


Danh mục hình

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cây chuối ...................................................................................................................... 4
Hình 1.2 Các c ấp độ chín của chuối ........................................................................................... 7
Hình 1.3 Cấu tạo chuỗi pectin ..................................................................................................... 9
Hình 1.4 Cấu trúc thành tế bào thực vật ................................................................................... 10
Hình 1.5 Cơ chế phân cắt của các enzyme pectinase ............................................................. 11
Hình 1.6 Chu kì phát triển của bong bóng khí......................................................................... 14
Hình 1.7 Q trình phá vỡ thành tế bào bởi sóng siêu âm ..................................................... 15
Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu......................................................................................................... 21
Hình 2.2 Quy trình thu nhận dịch chuối trong phịng thí nghiệm ......................................... 22
Hình 2.3 Bể điều nhiệt Memert ................................................................................................. 26
Hình 2.4 Thiết bị siêu âm dạng thanh ....................................................................................... 27
Hình 3.1 Ảnh hưởng của cơng suất siêu âm đến q trình trích ly nước chuối ................. 31
Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến q trình trích ly nước chuối..................... 34
Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến quá trình trích ly nước chuối .................. 37
Hình 3.4 Mối tương quan giữa hiệu suất thu hồi dịch chiết xác định bằng thực nghiệm và
theo phương trình hồi quy .......................................................................................................... 41
Hình 3.5 Mối tương quan giữa hàm lượng đường tổng xác định bằng thực nghiệm và theo
phương trình hồi quy................................................................................................................... 42
Hình 3.6 Mối tương quan giữa ABTS xác định bằng thực nghiệm và theo phương trình
hồi quy .......................................................................................................................................... 44
Hình 3.7 Mức độ ảnh hưởng của công suất, nhiệt độ, thời gian siêu âm và tương tác giữa

chúng đến q trình trích ly dịch chuối .................................................................................... 45
Hình 3.8 Ảnh hưởng của cơng suất, thời gian và nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất thu hồi
chất chiết trong không gian ba chiều ........................................................................................ 46
Hình 3.9 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến q trình
trích ly nước chuối ...................................................................................................................... 49
Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian xử lý với chế phầm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến
q trình trích ly nước chuối ...................................................................................................... 51
Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến q trình
trích ly nước chuối trong phương pháp xử lý kết hợp sóng siêu âm và enzyme ................. 54
Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phầm enzyme Pectinex Ultra SP-L đến q
trình trích ly nước chuối trong phương pháp xử lý kết hợp sóng siêu âm và enzyme ....... 56
Hình 3.13 Kết quả chụp SEM các bã chuối sau xử lý .......................................................... 60
xii


Danh mục hình
Hình B.1: Đồ thị đường chuẩn độ hấp thu lượng đường khử trong mẫu ............................. 77
Hình B.2: Đồ thị đường chuẩn độ hấp thu lượng đường tổng trong mẫu ............................ 77
Hình B.3: Đồ thị đường chuẩn độ hấp thu lượng phenolic trong mẫu ................................. 78
Hình B.4: Đồ thị đường chuẩn vitamin C ................................................................................ 78
Hình B.5: Đồ thị đường chuẩn ABTS ...................................................................................... 79

xiii


Danh mục các từ viết tắt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
UT:

Ultrasonic treatment

ET:

Enzymatic treatment with Pectinex Ultra SP – L

CUET:

Combined ultrasonic and enzymatic treatment

ABTS:

2,2' - Azinobis-(3-ethylBenzoThiazoline-6-Sulfonic acid)

ANOVA:

Analysis Of Variance – Phân tích sự khác biệt

HPLC:

High Performance Liquid Chromatography method - phương pháp
phân tích sử dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao

TEAC:

Trolox Equivalent Antioxidant Capacity - hàm lượng antioxidant
tương đương với trolox

FAO:

Food and Agriculture Organization of the United Nations

PG :

Polygalacturonase

PME :

Pectin methyl esterase

PGU :

Polygalacturonase Units

UAE :

Ultrasound assisted extraction

trích ly bằng siêu âm

MEA :

Microwave assisted extraction

trích ly bằng vi sóng

SFE :

Supercritical fluid extraction

trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn

ASE :

Accelerated solvent extraction

trích ly ở áp suất và nhiệt độ cao

xiv


Mở đầu

MỞ ĐẦU
Trong công nghệ sản xuất nước quả, hiệu suất thu hồi chất chiết là một hàm mục
tiêu quan trọng vì nó ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả kinh tế của qui trình sản xuất.
Trong cấu tạo tế bào và mô quả, các hợp chất dinh dưỡng thường có mặt trong dịch
bào và dịch bào nằm ở bên trong thành tế bào. Để thu nhận được các chất dinh dưỡng
trong dịch bào, chúng ta phải phá vỡ cấu trúc mô quả và thành tế bào. Trước đây, các nhà
máy sản xuất nước quả sử dụng giải pháp gồm 2 công đoạn là nghiền và ép để phá vỡ cấu
trúc nguyên liệu và thu nhận dịch quả. Từ những năm 1980 đến nay, các nhà máy đã
chuyển sang sử dụng giải pháp mới gồm 3 công đoạn là nghiền, xử lý enzyme và ép. Các
chế phẩm enzyme sẽ hỗ trợ cho q trình phá vỡ mơ và thành tế bào để làm tăng hiệu suất
thu hồi chất chiết. Thế nhưng phần bã trái cây sau khi ép vẫn còn chứa một hàm lượng
các chất dinh dưỡng mà chúng ta chưa thể thu hồi được [1].
Phương pháp sử dụng enzyme thường có thời gian xử lý kéo dài (2h), chi phí năng
lượng cao và phần bã sau khi ép vẫn còn chứa một hàm lượng các chất dinh dưỡng chưa
thu hồi được [1].
Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần phải áp dụng những giải pháp kỹ thuật mới
để phá vỡ cấu trúc thành tế bào và mô quả hiệu quả hơn.

Hiện nay, để làm tăng khả năng tách chiết các chất hòa tan từ nguyên liệu, những
phương pháp hiện đại thường được sử dụng: trích ly bằng siêu âm UAE (Ultrasound
assisted extraction), trích ly bằng vi sóng MEA (Microwave assisted extraction), trích ly
bằng chất lỏng siêu tới hạn SFE (Supercritical fluid extraction), trích ly ở áp suất và nhiệt
độ cao ASE (Accelerated solvent extraction). Ưu điểm khi dùng các phương pháp hiện
đại là tăng hiệu suất thu hồi chất chiết và giảm thời gian xử lý. Xử lý nguyên liệu bằng
sóng siêu âm có nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm, với ưu
điểm là thiết bị đơn giản, dễ điều khiển vận hành và dễ tự động hóa, có thể thu nhận được
nhiều chất dinh dưỡng hơm. Ngồi ra, siêu âm cịn có thể ảnh hưởng tích cực đến q
trình xử lý ngun liệu bằng chế phẩm enzyme [2].

1


Mở đầu
Nước ta có nguồn nơng sản phong phú, đa dạng về chủng loại, trong đó chuối được
trồng rất phổ biến với sản lượng thu hoạch ngày càng tăng (FAO, 2013). Phần lớn chuối
được dùng để ăn tươi và xuất khẩu, một phần nhỏ được dùng để chế biến. Tuy nhiên,
hàng năm vẫn có tình trạng chuối dư thừa và hư hỏng; việc bảo quản chuối và vận chuyển
khá khó khăn.
Nước ép chuối là một loại một loại nước uống có nguồn gốc tự nhiên, giàu năng
lượng và các vitamin tốt cho sức khỏe. Đây là loại nước ép trái cây cây khá phổ biến ở
các nước phương Tây và khu vực Đông Nam Á như Thái Lan. Tại Việt Nam, tình hình
sản suất các loại nước uống từ chuối chưa được quan tâm nghiên cứu và chưa có cơng bố
khoa học trong nước về vấn đề này.
Chúng tôi đề xuất đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để gia tăng hiệu suất
thu hồi chất chiết trong sản xuất nước chuối”.
Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng sóng siêu âm kết hợp với chế phẩm
enzyme để xử lý nguyên liệu nhằm phá vỡ triệt để thành tế bào thực vật, từ đó cải thiện
q trình trích ly các chất chiết trong dịch bào và làm giảm tỉ lệ chất chiết cịn sót lại

trong bã quả.
Chúng tôi tiến hành 3 giải pháp kỹ thuật sau:
- Xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm
- Xử lý nguyên liệu bằng chế phẩm enzyme
- Xử lý nguyên liệu lần lượt bằng sóng siêu âm với enzyme
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là chọn giải pháp kỹ thuật cho hiệu suất thu hồi
chất chiết cao nhất trong 3 giải pháp trên. Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là chuối sứ.

2


Chƣơng 1. Tổng quan

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về chuối
1.1.1 Nguồn gốc và phân loại
Cây chuối thuộc:
 Giới (Kingdom)

: Plantae

 Ngành (Division) : Magnoliophyta
 Lớp (Class)

: Liliopsida

 Phân lớp (Subclass) : Zingiberidae
 Bộ (Ordo)

: Zingiberales

 Họ (Familia)

: Musaceae

 Các chi

: Musa (chuối, chuối lá, chuối abaca) , Musella , Enset

 Loài

: Musa paradisiaca (chuối tiêu), Musa sapientum (chuối sứ)

Cây chuối có nguồn gốc từ Đơng Nam Á và từ một số vùng khác nhau nằm giữa Ấn
Độ và Malaysia. Theo thống kê của tổ chức lương nông thế giới (FAO), chuối được trồng
ở trên 130 nước vùng nhiệt đới. Vùng chuối tập trung nhiều nhất là Trung và Nam Bắc
Mỹ và sau đó là Đơng Nam Á [3-5].
Bảng 1.1 Đặc điểm một số giống chuối phổ biến
Loại chuối

Chuối tiêu

Chuối sứ

Chuối bom

Khối lượng quả (g)

110

120

64

Độ dài quả (cm)

13

13

10.6

Đường kính quả (cm)

3.4

4.2

3.0

Tỷ lệ ruột (%)

65

72

73

Khối lượng buồng (kg)

13

15

7

Số nải trong 1 buồng

10

12

7

Số quả trong 1 nải

16

14

14

3


Chƣơng 1. Tổng quan
Ở Việt Nam, chuối được trồng ở tỉnh thành. Do chuối không kén đất, chịu được hạn
và được rét nên được trồng khá phổ biến ở các vùng trung du, miền núi. Tuy nhiên, nhờ
lợi thế về khí hậu và nguồn thổ nhưỡng dồi dào nên sản lượng và chất lượng chuối ở các
tỉnh miền Nam đặc biệt cao hơn các tỉnh miền Trung. Cụ thể ở miền Nam, chuối được

trồng phổ biến ở các tỉnh như Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp…

Hình 1.1. Cây chuối
1.1.2 Thành phần hóa học
Chuối là loại trái cây giàu chất dinh dưỡng. Trái chuối chín chứa khoảng 70-80%
nước, 20-30% chất khơ, chủ yếu là đường glucose, fructose, saccharose. Đường khử
chiếm 55% tổng hàm lượng đường trong chuối. Hàm lượng acid trong chuối khoảng
0,2%, chủ yếu là acid malic và acid oxalic. Hàm lượng protein thấp (1,0 – 1,8%), protein
có chứa 17 loại acid amin. Ngồi ra chuối cịn chứa các vitamin như B1, B3, B6, vitamin
C với hàm lượng cân đối. Chuối chứa rất nhiều khoáng, chủ yếu là Kali. Đặc biệt trong
chuối có chứa hợp chất polyphenol với hàm lượng 1,1 – 1,8%. Các phản ứng enzyme và

4


Chƣơng 1. Tổng quan
phi enzyme của các polyphenol xảy ra trong quá trình chế biến và tồn trữ nên sản phẩm
chuối bị biến màu [6]. Bảng 1.2 mô tả thành phần dinh dưỡng của chuối sứ và chuối già
tại Việt nam [7]
Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng trong 100 gr chuối
Thành phần

Chuối sứ

Chuối già

Nước (%)

65,3

70

Calories (kcal)

122

90

Protein (%)

1,3

1,1

Béo (%)

0,37

0,33

Carbohydrates (%)

24,9

18

Chất xơ (g)

2,3

2,6

Thiamin, B1(mg)

0,05

0,03

Riboflavin, B2 (mg)

0,05

0,07

Vitamin C (mg)

18,4

8,7

Calcium (mg)

3

5

Phosphorus (mg)

34

22

Iron (mg)

0,6

0,3

4

1

499

358

Sodium (mg)
Potassium (mg)

1.1.3 Sự biến đổi trong q trình chín của chuối
Độ chín thu hái của chuối là lúc vỏ chuối cịn xanh thẫm, quả đã phát triển hết cỡ,
khơng cịn các ngạnh (hay gờ), cịn thịt chuối thì có màu trắng ngà đến màu vàng ngà.
Trong q trình chín của chuối thì hàm lượng protopectin chuyển thành pectin làm
cho vỏ mềm ra và hàm lượng diệp lục giảm; do đó vỏ quả chuyển từ màu xanh thẫm dần
sang màu vàng, vỏ chuối có độ dày giảm dần từ khi cịn sống đến khi chín mùi. Trong khi
đó, lượng tinh bột và tanin trong thịt chuối giảm dần và hàm lượng đường tăng lên, thịt
chuối chuyển từ màu trắng ngà sang màu vàng, vị chát chuyển sang vị ngọt dịu với mùi
thơm nhẹ.
5

Chƣơng 1. Tổng quan
Trên thế giới, người ta đánh giá độ chín của chuối dựa vào thang màu với 8 mức
phân chia theo màu sắc của vỏ chuối (Hình 1.2). Ngồi ra, cịn có cách xác định độ chín
của chuối theo một số yếu tố khác như: độ dày của vỏ, tỷ trọng của chuối, độ cứng của
chuối, màu sắc thịt quả chuối, hàm lượng đường và tinh bột. Dựa vào thang màu, chuối ở
cấp độ 1-3 thường không ăn được do chuối có vị chát và cứng. Khi chuối đạt cấp độ 8 thì
q chín và mềm [3]. Barrett (2004) đã mô tả sự thay đổi đặc điểm của chuối trong q
trình chín của chuối ở 8 mức độ chín khác nhau (Bảng 1.3) [4, 7].
Bảng 1.3 Sự thay đổi đặc điểm của chuối trong q trình chín của chuối
Biến đổi tinh bột- đƣờng
Độ
chín

Màu sắc vỏ
chuối

Đặc điểm

Tinh bột (% )

Đƣờng
(%)

1

Xanh đậm

Cứng, ruột màu trắng, chưa chín, vỏ dày

21,5 19,5

0,1 1,2

2

Xanh có chấm
vàng

Hơi mềm, ruột trắng

19,5 16,5

2 5

3

Xanh vàng

Ương

18 14,5

3,5 7

4

Vàng, xanh

Chớm chín, ruột mềm

15 9

6 12

5

Vàng, 2 đầu
xanh

Chín, ruột hơi vàng, khó bóc vỏ

10,5 2,5

10 18

6

Vàng hồn tồn

Chín, chắc, ruột mềm, dễ bóc vỏ

4 1

16,5 19,5

7

Vàng chấm nâu

Chín hồn toàn, thơm, ruột mềm, vỏ mỏng

2,5 1

17,5 19

8

Vàng mảng nâu

Quá chín. Ruột rất mềm và màu vàng, rất
thơm, vỏ mỏng

1,5 1

18,5 19

6


Chƣơng 1. Tổng quan

Hình 1.2 Các cấp độ chín của chuối
Nhờ có sự tham gia của các enzyme thủy phân pectin bao gồm polygalacturonase
(PG) và pectin methyl esterase (PME) trong q trình chín sinh hóa của chuối mà hàm
lượng pectin tan trong nước tăng lên, khi đó khối lượng phân tử pectin giảm xuống tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly chất chiết [8, 9]. Ngồi ra, cịn một số enzyme
khác tham gia trong q trình chín của chuối như -amylase, -amylase và glucoamylase.
Trong quá trình bảo quản chuối, các phản ứng thủy phân xảy ra chủ yếu làm tăng hàm
lượng các chất hòa tan. Nghiên cứu của Adisa (1987) trên trái chuối cho thấy hàm lượng

protein và cellulose trong thịt trái hầu như không thay đổi, nhưng hàm lượng tinh bột
giảm rõ rệt từ 34% xuống còn 10% sau 1 tuần bảo quản ở 28 oC. Đồng thời với hiện tượng
giảm tinh bột, nồng độ đường tăng mạnh từ 8,6 đến 40% [10].
Sự thay đổi hàm lượng các hợp chất pectin có ảnh hưởng rất lớn đến độ cứng của
chuối khi chín. Khi quả chín, các protopectin có xu hướng bị thủy phân thành các pectin
hịa tan làm giảm liên kết giữa các tế bào trong mô thực vật nên trái bị mềm đi. Tốc độ
thủy phân protopectin phụ thuộc vào hoạt tính hệ enzyme pectinase. Hoạt động của
enzyme pectinase trong q trình chín làm cho khả năng liên kết giữa tế bào và mô yếu đi,
thành tế bào mỏng dần, các mô bị xốp và trái mềm dần. Khi các chất kết dính giữa các tế

7


Chƣơng 1. Tổng quan
bào tan hoàn toàn, các tế bào và mơ sẽ tách rời xa nhau, đó là q trình nhũn trái. Dưới
tác dụng của enzyme pectinase, pectin sẽ bị thủy phân tạo thành rượu methylic và các
chất keo đơng; khi đó, cấu trúc trái bắt đầu bị phân hủy. Bảng 1.4 trình bày hàm lượng
polyphenol của chuối sứ theo độ chín [7].
Bảng 1.4 Hàm lượng polyphenol của chuối sứ theo độ chín
Hàm lƣợng theo độ chín (mg%)
Thành phần polyphenol
Ương

Chín tới

Chín

10,5

9

2,67

Leucoanthocyan

95

147

140

Flavol

3,9

1,83

1,83

Catechin tự do

158

67

5

Tannin

72

90

100

1140

1140

1100

Anthocyan

Tổng số

Trái chuối có hàm lượng polyphenol khá lớn nên có thể gây vị chát. Trong quá trình
chín hàm lượng các chất này trong quả giảm đi dần. Dưới tác dụng của acid hay enzyme
tannase, các tannin sẽ bị phân giải tạo ra hỗn hợp các ester của glucose và các acid
hydrocarboxylic thơm (acid galic, acid metadigalic và các acid khác). Do đó, khi chín
chuối sẽ thay đổi vị và có mùi thơm đặc trưng. Cịn các hợp chất chát ngưng tụ (đại diện
là các catechin) tác dụng với sắt (III) tạo hợp có màu xanh lá cây sẫm. Đồng thời, khi chất
chát tiếp xúc với oxy khơng khí sẽ bị oxi hóa do tác dụng của enzyme oxidase, đây là
nguyên nhân chính làm cho chuối bị sẫm màu khi chế biến.
Ngồi ra trong q trình chín, màu trái chuối có thay đổi rõ rệt. Hàm lượng
chlorophyll giảm nhưng hàm lượng carotenoid và flavonoid tăng. Khi chín, chlorophyll bị
oxy hóa tạo ra hợp chất khơng màu. Hàm lượng này làm mất màu xanh lá và làm cho các
màu khác hiện khá rõ.

8