Ứng dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết trong sản xuất rượu vang nho

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN THỊ KIM LEL

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU
SUẤT THU HỒI CHẤT CHIẾT TRONG SẢN XUẤT
RƯỢU VANG NHO
Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm và đồ uống

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2010

-1-


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học
PGS.TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN

Cán bộ chấm nhận xét 1
PGS.TS. PHAN THANH SƠN NAM

Cán bộ chấm nhận xét 2
TS. PHAN NGỌC HÒA

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 16 tháng 08 năm 2010

-2-


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN THỊ KIM LEL

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 24/12/1984

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và đồ uống

MSHV: 01108469

1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU SUẤT
THU HỒI CHẤT CHIẾT TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp sử dụng sóng siêu âm đến hiệu suất thu hồi
chất chiết và các thành phần dinh dưỡng trong hỗn hợp nho chà
- Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp sử dụng sóng siêu âm kết hợp đồng thời với
chế phẩm enzyme pectinex đến hiệu suất thu hồi chất chiết và các thành phần dinh
dưỡng trong hỗn hợp nho chà
- Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp sử dụng sóng siêu âm trước, sau đó sử dụng
chế phẩm enzyme pectinex đến hiệu suất thu hồi chất chiết và các thành phần dinh
dưỡng trong hỗn hợp nho chà
- So sánh ảnh hưởng của các phương pháp xử lý đến hiệu suất thu hồi chất chiết và
các thành phần dinh dưỡng trong hỗn hợp nho chà
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : tháng 01 năm 2010
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : tháng 07 năm 2010
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng qua.
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

-3-


Lời cảm ơn
Trước hết, tôi xin được cảm ơn cha, mẹ là người đã sinh thành, nuôi dưỡng
giúp đỡ và lo lắng cho tơi trong suốt q trình học tập và thực hiện đề tài.

Để hoàn thành đề tài thành công, em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Văn
Việt Mẫn đã tận hình hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình, kỹ lưỡng và giúp đỡ em
trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn
Công Nghệ Thực Phẩm đã dạy dỗ và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em
trong suốt quá trình học tập. Em xin gửi lời cảm ơn các thầy cơ ở các phịng thí
nghiệm của Bộ mơn đã giúp đỡ và tạo điều kiện về trang thiết bị, dụng cụ, hóa chất,
... cho em hồn thành các thí nghiệm của luận văn một cách tốt đẹp.

Cảm ơn tất cả bạn bè, người thân đã luôn động viên và giúp đỡ tơi hồn
thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn !

Tp Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 08 năm 2010
Trần Thị Kim Lel

-4-


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trong nghiên cứu này, kỹ thuật sóng siêu âm và chế phẩm enzyme Pectinex
được sử dụng để xử lý hỗn hợp nho chà nhằm mục đích tăng hiệu suất thu hồi chất
chiết và các thành phần dinh dưỡng trong dịch nho. Hỗn hợp nho chà ban đầu có
nồng độ chất khơ khoảng từ 13 – 14% và pH khoảng từ 3.7 – 3.9. Nội dung nghiên
cứu gồm có các phần như sau:
o Khảo sát phương pháp xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm
o Khảo sát phương pháp xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm kết hợp
đồng thời với chế phẩm enzyme Pectinex (pectinase)

o Khảo phương pháp xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm trước, sau đó
xử lý bằng chế phẩm enzyme Pectinex
o So sánh ảnh hưởng của các phương pháp xử lý đến hiệu suất thu hồi
chất chiết và các thành phần dinh dưỡng trong dịch nho
Kết quả cho thấy : Cả 3 phương pháp xử lý đều làm tăng hiệu suất thu hồi
chất chiết và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nho như đường khử, phenol,
anthocyanin, nitơ amin và acid hữu cơ, ... Trong đó, phương pháp xử lý nguyên liệu
bằng sóng siêu âm kết hợp đồng thời với enzyme cho hiệu suất thu hồi chất chiết
cao nhất.

-5-


MỤC LỤC
Nội dung

Trang

MỤC LỤC ............................................................................................................................ i
DANH SÁCH HÌNH .......................................................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG........................................................................................................xii
Chương 1. LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
Chương 2: Tổng quan.......................................................................................................... 3
2.1. Tổng quan về nho ......................................................................................................... 3
2.1.1. Giới thiệu sơ lược ...................................................................................................... 3
2.1.2. Phân loại .................................................................................................................... 3
2.1.3. Cấu trúc chính của quả nho ....................................................................................... 4
2.1.4. Thành phần hóa học của quả nho .............................................................................. 8
2.1.5. Quy trình xử lý để thu nhận nước nho..................................................................... 16
2.2. Tổng quan về siêu âm................................................................................................. 17

2.2.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................... 17
2.2.1.1. Khái niệm ............................................................................................................. 17
2.2.1.2. Phạm vi ứng dụng của sóng siêu âm .................................................................... 18
2.2.1.4. Thiết bị phát sóng siêu âm.................................................................................... 19
2.2.1.5. Nguyên lý tác động của sóng siêu âm .................................................................. 20
2.2.1.6. Các hiệu ứng vật lý và hóa học khi chiếu siêu âm lên hệ chất lỏng..................... 22
2.2.1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hình thành và vỡ bóng................................ 23
2.2.1.8. Phạm vi áp dụng của sóng siêu âm....................................................................... 23
2.2.1.9. Trích ly bằng siêu âm ........................................................................................... 24
2.3 Tổng quan về enzyme pectinase.................................................................................. 30
2.3.1 Cấu trúc, phân loại và danh pháp của các chất pectic .............................................. 30
2.3.2 Hệ thống enzyme pectinase ...................................................................................... 31
Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu........................................................ 32
i


3.1. Nguyên liệu nho.......................................................................................................... 32
3.2. Chế phẩm enzyme Pectinex........................................................................................ 32
3.3. Thiết bị siêu âm .......................................................................................................... 33
3.4. Sơ đồ nghiên cứu ........................................................................................................ 33
3.5. Nội dung nghiên cứu .................................................................................................. 36
3.5.1. Khảo sát quá trình xử lý siêu âm ............................................................................. 36
3.5.2. Xử lý kết hợp đồng thời enzyme và siêu âm ........................................................... 37
3.5.3. Xử lý mẫu nho chà bằng chế phẩm enzyme sau khi đã xử lý bằng siêu âm ........... 39
3.5.4. So sánh hiệu quả chiết tách giữa các phương pháp xử lý nho chà .......................... 40
3.6. Các phương pháp phân tích và tính tốn .................................................................... 40
3.6.1. Các phương pháp phân tích ..................................................................................... 40
3.6.2. Các phương pháp tính tốn, thống kê...................................................................... 47
Chương 4: Kết quả và bàn luận ......................................................................................... 49
4.1. Ứng dụng kỹ thuật xử lý bằng siêu âm để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết từ

nguyên liệu nho ................................................................................................................. 49
4.1.1. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà ................ 49
4.1.1.1. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hiệu suất thu hồi chất chiết và độ nhớt của
hỗn hợp nho chà................................................................................................................. 50
4.1.1.2. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hàm lượng đường khử và hàm lượng acid
tổng của hỗn hợp nho chà.................................................................................................. 52
4.1.1.3. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hàm lượng nitơ amin tự do, phenol tổng và
5hàm lượng anthocyanin của hỗn hợp nho chà ................................................................. 54
4.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà .................. 56
4.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến đến hiệu suất thu hồi chất chiết và độ
nhớt của hỗn hợp nho chà.................................................................................................. 57
4.1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến đến hàm lượng đường khử và hàm
lượng acid tổng của hỗn hợp nho chà................................................................................ 59
ii


4.1.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến đến hàm lượng ni tơ amin tự do,
phenol tổng và hàm lượng anthocyanin của hỗn hợp nho chà .......................................... 60
4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà ................. 62
4.1.3.1. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt của
dịch nho chà....................................................................................................................... 64
4.1.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến đến hàm lượng đường khử và hàm
lượng acid tổng của dịch nho chà ...................................................................................... 66
4.1.3.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến đến hàm lượng nitơ amin tự do,
phenol tổng và hàm lượng anthocyanin của dịch nho chà ................................................ 67
4.1.4. Tối ưu hố q trình xử lý hỗn hợp nho chà bằng siêu âm với phương pháp quy
hoạch thực nghiệm............................................................................................................. 70
4.2. Xử lý hỗn hợp nho chà bằng phương pháp siêu âm kết hợp đồng thời với enzyme.. 77
4.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà
khi xử lý bằng siêu âm kết hợp đồng thời với chế phẩm enzyme ..................................... 77

4.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme đến hiệu suất thu hồi chất chiết và
độ nhớt của dịch nho.......................................................................................................... 78
4.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng đến lượng đường khử và
lượng acid tổng trong dịch nho.......................................................................................... 80
4.2.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng đến lượng nitơ amin tự do,
phenol tổng, và anthocyanin trong dịch nho ..................................................................... 82
4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà bằng
chế phẩm enzyme kết hợp đồng thời với siêu âm ............................................................. 84
4.2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi chất chiết và độ
nhớt tương đối của hỗn hợp nho chà ................................................................................. 85
4.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng đường khử và hàm lượng
acid tổng của hỗn hợp nho chà .......................................................................................... 87
4.2.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng đến hàm lượng nitơ amin
tự do, phenol tổng, và anthocyanin trong nước nho .......................................................... 88
iii


4.2.3 Tối ưu hố q trình xử lý hỗn hợp nho chà bằng chế phẩm enzyme Pectinex SP-L
và siêu âm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm .................................................... 90
4.3. Xử lý hỗn hợp nho chà bằng chế phẩm enzyme sau khi đã xử lý siêu âm................. 96
4.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà
bằng chế phẩm enzyme sau khi đã xử lý siêu âm.............................................................. 96
4.3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme đến hiệu suất thu hồi chất chiết và
độ nhớt của dịch nho.......................................................................................................... 98
4.3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng đến hàm lượng đường
khử và acid tổng trong dịch nho ........................................................................................ 99
4.3.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm enzyme sử dụng đến hàm lượng nitơ amin
tự do, phenol tổng, và anthocyanin trong dịch nho ......................................................... 101
4.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hiệu quả xử lý hỗn hợp nho chà bằng
chế phẩm enzyme sau khi xử lý bằng siêu âm ................................................................ 103

4.3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt tương
đối của hỗn hợp nho chà.................................................................................................. 104
4. 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng đường khử và hàm lượng
acid tổng của hỗn hợp nho chà ........................................................................................ 106
4.3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến lượng nitơ amin tự do, phenol tổng,
và anthocyanin của hỗn hợp nho ..................................................................................... 107
4.3. 3 Tối ưu hố q trình xử lý hỗn hợp nho chà bằng chế phẩm enzyme Pectinex SP-L
sau khi đã xử lý siêu âm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm............................. 109
4.4. So sánh hiệu quả của các phương pháp xử lý hỗn hợp nho chà............................... 115
4.4.1. Hiệu suất thu hồi chất chiết của các phương pháp xử lý dịch nho chà ................. 116
4.4.2. Hiệu quả chiết tách các hợp chất dinh dưỡng trong nho của các phương pháp xử lý
hỗn hợp nho chà............................................................................................................... 118
Chương 5: Kết luận và đề nghị........................................................................................ 122
5.1 Kết luận...................................................................................................................... 122
5.2. Đề nghị ..................................................................................................................... 122
iv


Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... 134
Phụ lục ............................................................................................................................. 142

v


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1. Nho xanh (a) nho đỏ red cardinal (b) và nho đỏ (c) ............................................ 4
Hình 2.2. Cấu trúc của quả nho khi chín ............................................................................. 5
Hình 2.3. Các lớp khác nhau của quả nho .......................................................................... 7
Hình 2.4. Cấu trúc của hạt nho ............................................................................................ 8
Hình 2.5. Phạm vi tần số sóng siêu âm.............................................................................. 18

Hình 2.6: Các vùng tần số sóng âm và lĩnh vực ứng dụng ............................................... 19
Hình 2.7. Thiết bị phát sóng siêu âm dạng thanh .............................................................. 20
Hình 2.8. Quá trình hình thành, phát triển và vỡ của bọt khí............................................ 21
Hình 2.9. Cấu trúc phân tử pectin...................................................................................... 30
Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu............................................................................................... 33
Hình 3.2: Quy trình xử lý nho ngun liệu, thu dịch trích ................................................ 35
Hình 4.1. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến độ tăng hiệu suất thu hồi chất chiết so
với mẫu đối chứng khơng xử lý siêu âm ........................................................................... 50
Hình 4.2. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến sự gia tăng độ nhớt tương đối của nước
nho so với mẫu đối chứng khơng qua xử lý siêu âm ......................................................... 51
Hình 4.3. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến độ tăng lượng đường khử trong nước
nho so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm ......................................................... 52
Hình 4.4. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hàm lượng acid tổng của nước nho .... 53
Hình 4.5. Ảnh hưởng của cơng suất siêu âm đến độ tăng hàm lượng nitơ amin tự do của
nước nho ............................................................................................................................ 54
Hình 4.6. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến độ tăng hàm lượng phenol tổng của nước
nho ..................................................................................................................................... 54
vi


Hình 4.7 Ảnh hưởng của cơng suất siêu âm đến độ tăng hàm lượng anthocyanin của
nước nho ............................................................................................................................ 55
Hình 4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến độ tăng hiệu suất thu hồi chất chiết
so với mẫu đối chứng khơng qua xử lý siêu âm ................................................................ 57
Hình 4.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến sự gia tăng độ nhớt tương đối của
dịch nho so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm ................................................. 58
Hình 4.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến hàm lượng đường khử của dịch
nho so với mẫu đối chứng không qua siêu âm .................................................................. 59
Hình 4.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến hàm lượng acid tổng của dịch nho
so với mẫu đối chứng khơng qua siêu âm ......................................................................... 60

Hình 4.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng nitơ amin tự do
của dịch nho so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm .......................................... 61
Hình 4.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng phenol tổng
của dịch nho so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm .......................................... 61
Hình 4.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng anthocyanin
của dịch nho so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm .......................................... 62
Hình 4.15. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến độ tăng hiệu suất thu hồi chất
chiết so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm ....................................................... 64
Hình 4.16. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến sự gia tăng độ nhớt tương đối
của dịch nho so với mẫu đối chứng khơng qua xử lý siêu âm .......................................... 64
Hình 4.17. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng đường khử
của dịch nho chà so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm.................................... 66
Hình 4.18. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng acid tổng của
dịch nho so với mẫu đối chứng không qua xử lý siêu âm ................................................. 66

vii


Hình 4.19. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng nitơ amin tự
do của dịch nho chà so với mẫu không qua xử lý siêu âm ................................................ 67
Hình 4.20. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến độ tăng hàm lượng phenol tổng
của dịch nho chà so với mẫu không xử lý siêu âm............................................................ 68
Hình 4.21. Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến hàm lượng anthocyanin của dịch
nho chà so với mẫu khơng xử lý siêu âm .......................................................................... 68
Hình 4.22. Mối tương quan giữa công suất, thời gian, nhiệt độ siêu âm và hiệu suất thu
hồi chất chiết khi xử lý hỗn hợp nho chà .......................................................................... 71
Hình 4.23. Ảnh hưởng của công suất và thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất thu hồi dịch
chiết của quá trình xử lý hỗn hợp nho chà bằng sóng siêu âm.......................................... 76
Hình 4.24. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hiệu suất
thu hồi chất chiết so với mẫu đối chứng............................................................................ 78

Hình 4.25. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ giảm độ nhớt
tương đối của nước nho so với mẫu đối chứng ................................................................. 79
Hình 4.26. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng đường khử của nước nho so với mẫu đối chứng..................................................... 80
Hình 4.27. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng lượng
acid tổng của nước nho so với mẫu đối chứng .................................................................. 81
Hình 4.28. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng nitơ amin tự do của nước nho so với mẫu đối chứng.............................................. 82
Hình 4.29. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng phenol tổng của nước nho ....................................................................................... 82
Hình 30. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tămg hàm
lượng anthocyanin của nước nho so với mẫu đối chứng................................................... 83

viii


Hình 4.31. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến hiệu suất thu
hồi chất chiết so với mẫu đối chứng.................................................................................. 85
Hình 4.32. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến sự giảm độ
nhớt tương đối của nước nho so với mẫu đối chứng ......................................................... 86
Hình 4.33. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng đường khử của nước nho so với mẫu đối chứng..................................................... 87
Hình 4.34. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến hàm lượng
acid tổng của nước nho...................................................................................................... 87
Hình 4.35. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng nitơ amin tự do của nước nho so với mẫu đối chứng.............................................. 88
Hình 4.36. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng phenol tổng của nước nho so với mẫu đối chứng ................................................... 89
Hình 4.37. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng anthocyanin của nước nho so với mẫu đối chứng................................................... 89

Hình 4.38. Ảnh hưởng của hàm lượng và thời gian xử lý đến hiệu suất của quá trình xử lý
hỗn hợp nho chà bằng phương pháp enzym kết hợp đồng thời với siêu âm..................... 95
Hình 4.39. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hiệu suất
thu hồi chất chiết so với mẫu đối chứng............................................................................ 98
Hình 4.40. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến sự giảm độ nhớt
tương đối của nước nho so với mẫu đối chứng ................................................................. 98
Hình 4.41. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng đường khử của nước nho so với mẫu đối chứng................................................... 100
Hình 4.42. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ acid tổng của
nước nho .......................................................................................................................... 100

ix


Hình 4.43. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng nitơ amin tự do của nước nho so với mẫu đối chứng............................................ 101
Hình 4.44. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng phenol tổng của nước nho so với mẫu đối chứng ................................................. 101
Hình 4.45. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng anthocyanin của nước nho so với mẫu đối chứng................................................. 102
Hình 4.46. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hiệu
suất thu hồi chất chiết so với mẫu đối chứng .................................................................. 105
Hình 4.47. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến sự giảm độ
nhớt tương đối của nước nho so với mẫu đối chứng ....................................................... 105
Hình 4.48. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến hàm lượng
đường khử của nước nho ................................................................................................. 106
Hình 4.49. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến hàm lượng
acid tổng của nước nho.................................................................................................... 106
Hình 4.50. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến sự giảm hàm
lượng nitơ amin tự do của nước nho so với mẫu đối chứng............................................ 107

Hình 4.51. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến độ tăng hàm
lượng phenol tổng của nước nho so với mẫu đối chứng ................................................. 108
Hình 4.52. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L đến sự giảm hàm
lượng anthocyanin của nước nho so với mẫu đối chứng................................................. 108
Hình 4.53. Ảnh hưởng của hàm lượng và thời gian xử lý đến hiệu suất của quá trình xử lý
hỗn hợp nho chà bằng chế phẩm enzym sau khi đã xử lý bằng siêu âm......................... 114
Hình 4.54. So sánh hiệu suất thu hồi chất chiết của các phương pháp xử lý dịch nho chà
......................................................................................................................................... 116

x


Hình 4.55. Độ tăng hàm lượng đường khử của các phương pháp xử lý dịch nho chà so với
mẫu đối chứng ................................................................................................................. 118
Hình 4.56. Độ tăng hàm lượng nitơ amin của các phương pháp xử lý dịch nho chà so với
mẫu đối chứng ................................................................................................................. 118
Hình 4.57. Độ tăng hàm lượng phenol tổng của các phương pháp xử lý dịch nho chà so
với mẫu đối chứng ........................................................................................................... 119
Hình 4.58. Độ tăng hàm lượng anthocyanin của các phương pháp xử lý dịch nho chà so
với mẫu đối chứng ........................................................................................................... 120
Hình 4.59. Độ tăng hàm lượng acid tổng của các phương pháp xử lý dịch nho chà so với
mẫu đối chứng ................................................................................................................. 120
Hình 4.60. Độ nhớt tương đối của dịch nho của các phương pháp xử lý hỗn hợp nho chà
......................................................................................................................................... 121

xi


DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1. Thành phần hóa học của dịch nho....................................................................... 9
Bảng 2.2. Thành phần của một số acid hữu cơ chính trong dịch nho đỏ .......................... 11
Bảng 2.3. Các phenol và dẫn xuất của phenol có trong nho ............................................. 12
Bảng 2.4. Các anthocyanin hiện diện trong nho................................................................ 14
Bảng 2.5. Thành phần vitamin trong quả nho ................................................................... 15
Bảng 3.1: Các hàm mục tiêu khảo sát ............................................................................... 34
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của cơng suất siêu âm đến q trình thu nhận chất chiết khi xử lý
hỗn hợp nho chà bằng sóng siêu âm.................................................................................. 49
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến quá trình thu nhận chất chiết khi xử lý
hỗn hợp nho chà bằng sóng siêu âm.................................................................................. 56
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của cơng suất siêu âm đến q trình thu nhận chất chiết khi xử lý
hỗn hợp nho chà bằng sóng siêu âm.................................................................................. 63
Bảng 4.4. Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố trong phương pháp xử lý
hỗn hợp nho chà bằng sóng siêu âm.................................................................................. 72
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất thu hồi chất chiết .................... 73
Bảng 4.6. Phân tích phương sai của mơ hình hồi qui trong những thử nghiệm xử lý hỗn
hợp nho chà bằng siêu âm ................................................................................................. 74
Bảng 4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm Pectinex Ultra SP-L đến quá trình thu
nhận nước nho khi xử lý siêu âm kết hợp đồng thời với enzyme ..................................... 77
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm Pectinex Ultra SP-L đến quá trình thu
nhận nước nho khi xử lý kết hợp đồng thời enzyme và siêu âm....................................... 84
Bảng 4.9. Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố trong phương pháp xử lý
kết hợp đồng thời bằng chế phẩm enzyme và sóng siêu âm ............................................. 91
xii


Bảng 4.10. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất thu hồi chất chiết .................. 92
Bảng 4.11. Phân tích phương sai của mơ hình hồi qui trong những thử nghiệm xử lý hỗn
hợp nho chà bằng siêu âm kết hợp đồng thời với siêu âm ................................................ 93
Bảng 4.12. Ảnh hưởng của hàm lượng chế phẩm Pectinex Ultra SP-L đến quá trình thu

nhận nước nho khi xử lý hỗn hợp nho chà bằng chế phẩm enzyme sau khi đã xử lý siêu
âm ...................................................................................................................................... 96
Bảng 4.13. Ảnh hưởng của thời gian xử lý chế phẩm Pectinex Ultra SP-L đến quá trình
thu nhận nước nho khi xử lý kết hợp đồng thời enzyme và siêu âm............................... 103
Bảng 4.14. Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố trong phương pháp xử
lý hỗn hợp nho chà bằng chế phẩm enzyme sau khi đã xử lý siêu âm............................ 110
Bảng 4.15. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất thu hồi chất chiết ................ 111
Bảng 4.16. Phân tích phương sai của mơ hình hồi qui trong những thử nghiệm xử lý hỗn
hợp nho chà bằng siêu âm trước, sau đó đến xử lý bằng enzyme ................................... 112

xiii


-1-

Chương 1: Lời mở đầu

Nho là một trong những vụ mùa trái cây lớn nhất trên thế giới. Trong quá trình sản
xuất rượu vang, những phế phẩm như là bã nho (phần dư lại sau quá trình chà để sản xuất
vang trắng hoặc lên men vang đỏ) và cuống nho đều là những nguồn giàu phenolic
(Carpita, N. C., 1993). Chính những hợp chất phenolic có trong nho, hạt nho, vỏ nho
hoặc những phế phẩm trong quá trình sản xuất vang nho, ... rất có lợi cho sức khỏe của
con người (Pinelo, M., 2008). Những hợp chất phenol này có tác dụng bảo vệ cơ thể
chống lại các bệnh về sơ vữa động mạch, có tính kháng viêm, chống lại các tác nhân gây
ung thư. Hơn nữa, những hợp chất phenolic này được biết đến như là một nguồn có hoạt
tính chống oxy hóa lipid trong thực phẩm rất tốt.
Trong cơng nghiệp sản xuất nước ép nho và rượu vang, giai đoạn trích ly các chất
từ hỗn hợp nho chà có ý nghĩa quan trọng vì nó quyết định hiệu suất thu hồi chất chiết
nói chung, cũng như khả năng trích ly các hợp chất chức năng vào dịch ép, giúp nâng cao
hiệu quả kinh tế và chất lượng dịch nho thu được. Phương pháp trích ly truyền thống

dùng enzyme pectinase thủy phân pectin thành tế bào để hỗ trợ phá vỡ thành tế bào nho
giúp tăng khả năng thu hồi chất chiết đã mang lợi nhiều lợi ích đáng kể. Tuy nhiên, nhiều
tài liệu cho thấy hàm lượng các chất cịn sót lại trong bã nho sau khi ép là khá cao, đặc
biệt là các thành phần chức năng. Để gia tăng hiệu suất thu hồi chất chiết, những phương
pháp trích ly hiện đại thường được sử dụng. Những phương pháp này bao gồm: trích ly
bằng siêu âm, trích ly bằng vi sóng, trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn. Trong các
phương pháp trên, siêu âm là lĩnh vực khoa học có nhiều tiềm năng ứng dụng trong chế
biến thực phẩm. Trích ly bằng siêu âm có những ưu điểm như thiết bị đơn giản, rẻ tiền,
dễ điều khiển vận hành và dễ tự động hố, có thể trích ly các hợp chất không bền nhiệt
hay những hợp chất dễ bay hơi (do nhiệt độ thấp), có thể ứng dụng cho nhiều loại dung
môi. Với các tác dụng đặc trưng, sóng siêu âm có thể phá vỡ tế bào giúp dịch bào được


-2-

trích ly hiệu quả hơn, trích ly được các hợp chất dễ phân hủy, các chất có hoạt tính sinh
học mà khơng làm ảnh hưởng đến hoạt tính của chúng.
Trước đây, đã có một vài cơng trình nghiên cứu về q trình trích ly dịch quả bằng
sóng siêu âm để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết. Tác giả Lê Ngọc Liễu đã thực hiện
đề tài “Nghiên cứu ứng dụng siêu âm để tăng hiệu quả trích ly chất chiết trong sản
xuất rượu vang nho”. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, thiết bị siêu âm được sử dụng là
dạng bể rửa siêu âm với chức năng rửa dụng cụ thủy tinh trong phịng thí nghiệm. Đây
khơng phải là thiết bị chun dụng để nghiên cứu q trình trích ly dịch quả. Ngồi ra,
thiết bị này khơng điều chỉnh được công suất siêu âm và không được sử dụng trong quy
mô sản xuất công nghiệp.
Trong đề tài này, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu sử dụng sóng siêu âm để nâng cao
hiệu suất thu hồi chất chiết từ hỗn hợp nho chà. Thiết bị sử dụng trong đề tài nghiên cứu
này là thanh phát siêu âm. Thiết bị siêu âm dạng thanh đang được sử dụng trong sản xuất
công nghiệp. Với thiết bị dạng thanh, chúng tơi có thể thay đổi một thông số quan trọng
là công suất siêu âm trong quá trình xử lý nguyên liệu để tối ưu hóa q trình trích ly cho

hiệu suất thu hồi chất chiết là cao nhất.
Nhiệm vụ của luận văn là tối ưu hóa q trình xử lý hỗn hợp nho chà bằng sóng
siêu âm; siêu âm kết hợp đồng thời với enzyme; xử lý siêu âm hỗn hợp nho chà, sau đó
xử lý bằng enzyme. Trên cơ sở đó, chúng tơi sẽ so sánh hiệu quả của các phương pháp xử
lý đã khảo sát với phương pháp xử lý enzyme truyền thống nhằm mục đích tìm được
phương pháp xử lý thích hợp để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết và chất lượng của
dịch nho.


-3-

Chương 2: Tổng quan

2.1. Tổng quan về nho
2.1.1. Giới thiệu sơ lược
Nho là một từ để chỉ loại quả mọc trên các cây dạng dây leo thân gỗ hoặc để chỉ
chính xác các lồi cây này. Các lồi cây này thuộc về họ Vitaceae. Quả nho mọc thành
chùm từ 6 đến 300 quả, chúng có màu đen, lam, vàng, lục, đỏ - tía hay trắng. Khi chín,
quả nho có thể ăn tươi hoặc được sấy khô để làm nho khô, cũng như được dùng để sản
xuất các loại rượu vang, thạch nho, nước quả, dầu hạt nho.
(Nguồn: />2.1.2. Phân loại
Phân loại khoa học của nho:
- Giới (regnum)

: Plantae

- Ngành (divisio)

: Magnoliophyta

- Lớp (class)

: Magnoliopsida

- Bộ (ordo)

: Vitales

- Họ (familia)

: Vitaceae

- Chi (genus)

: Vitis

Dựa vào nguồn gốc, nho có thể được phân loại thành hai nhóm cơ bản:
- Nho trắng: trái nho khi chín vỏ khơng có màu hay có màu vàng lục nhạt.
- Nho đỏ: trái nho khi chín vỏ có màu từ đỏ đến tím với những mức độ khác nhau.
(Nguồn: />

-4-

(a)

(b)

(c)

Hình 2.1. Nho xanh (a), nho đỏ red cardinal (b) và nho đỏ (c)

2.1.3. Cấu trúc chính của quả nho
Theo cách phân loại trong thực vật học, quả nho được chia ra thành các phần: vỏ
nho, thịt quả, hạt và các phần khác. Cấu trúc của quả được thể hiện ở hình 2.2


-5-

Hình 2.2. Cấu trúc của quả nho khi chín (Jackson, R. S., 2000)
♦ Vỏ nho
Vỏ nho chiếm khoảng 5-10 % tổng khối lượng chất khơ của quả nho và đóng vai
trò như một bề mặt kỵ nước để bảo vệ nho trước các chấn thương cơ học, thời tiết, sự mất
nước, sự nhiễm nấm mốc và tia cực tím. Vỏ nho có thể được chia thành 3 lớp:
• Lớp ngồi cùng (lớp cutin) được tạo thành từ các acid béo được hydroxyl
hóa và được bao bởi lớp sáp kỵ nước.
• Lớp biểu bì ở giữa gồm một hay hai lớp tế bào hình dĩa dẹt.


-6-

• Lớp bên trong (lớp hypodermis) là lớp màng gần nhất với phần thịt, và
được tạo thành từ nhiều lớp tế bào chứa hầu hết các phenolic trong vỏ nho (Moulton, J.,
1982). Hypodermis bao gồm lượng các tế bào hình đĩa dẹt với thành tế bào được làm dày
đặc biệt. Hypodermis thường chứa khoảng 10 lớp tế bào, nhưng nó có thể thay đổi từ 117, phụ thuộc vào giống. Hầu hết các không bào của các tế bào hypodermis cũng tích lũy
flavonoid. Anthocyanins là thành phần đáng chú ý nhất trong các lớp ở phía ngồi cùng
của các giống nho đỏ. Ngồi ra, các khơng bào hypodermis có thể chứa các raphide (các
cụm tinh thể calcium tartrate hình kim). Số lượng của chúng giảm dần trong suốt q
trình chín. Trong q trình chín, thành tế bào trở nên dày hơn do sự hydrate hóa, làm cho
sự liên kết giữa các tế bào bị lỏng lẻo. Các tế bào của phần thịt kề sát hypodermis trở nên
mỏng hơn và lượng pectin trong thành tế bào của các tế bào này bị giảm dần. Điều này

tạo ra sự lỏng lẻo giữa phần thịt vào vỏ, cho phép vỏ tách ra khỏi thịt.
♦ Thành tế bào của vỏ nho được cấu thành từ các polysaccharide trung tính
(cellulose, xyloglucan, arabinan, galactan, xylan và mannan), 20% các chất pectin acid
(mà 62% là dạng methyl ester), khoảng 15% proanthocyanidin không tan, và < 5%
protein cấu trúc (Moulton, J., 1982). Thành tế bào được xây dựng bởi ba lớp màng chung:
phiến mỏng bên ngoài, thành tế bào chính và thành tế bào thứ cấp
• Phiến mỏng bên ngồi có chức năng liên kết các tế bào với nhau, chủ yếu
được cấu thành từ pectin.
• Thành tế bào chính là lớp thành tế bào dày hơn phiến mỏng bên ngồi. Nó
bao gồm ba thành phần: thành phần đầu tiên bao gồm cellulose cơ bản (8-25%) và
xyloglucan (25-50%) đóng vai trị là lớp khung sườn thành tế bào. Thành phần này nằm
đan xen vào trong một mạng lưới của thành phần thứ hai, đó là các polysaccharide pectin
(10-35%). Phần thứ ba là các protein cấu trúc (10%) (Bidlack, J., 1992).
• Thành tế bào thứ cấp là lớp thành dày hơn cả lớp thành chính, được cấu
thành chủ yếu từ các vi sợi cellulose, được tổ chức thành các bó song song nhau (40-


-7-

80%). Thành tế bào thứ cấp cũng chứa hemicellulose (10-40%), pectin và một số lignin
(5-25%) (Balachandran, S., và cộng sự, 2006). Các nghiên cứu gần đây cho rằng các hợp
chất phenol có liên kết phức tạp với các polysaccharide của thành tế bào, được nhốt trong
các không bào hay liên kết với nhân tế bào bằng các liên kết hóa học hay các tương tác
vật lý (Floros, J. D., 1994).

Hình 2.3. Các lớp khác nhau của quả nho (Pinelo, M., 2008)
♦ Thịt quả
Phần thịt quả bên trong được chia thành các phần: phần bên ngồi bao gồm
các mơ nằm giữa hypodermis và bộ phận ngoại biên, phần bên trong gồm các mô giới
hạn giữa bộ phận ngoại biên và bộ phận quanh trục. Hầu hết các tế bào của phần thịt có

hình trịn hay dạng trứng chứa khơng bào lớn mà có thể chứa các hợp chất phenol. Thịt
quả chiếm khoảng 65% thể tích quả.
♦ Hạt
Thành phần hạt chỉ chiếm một lượng nhỏ của khối lượng quả tươi. Trong
đó, phơi chỉ chiếm một phần nhỏ của thể tích hạt (hình 2.4). Phôi bao gồm hai lá mầm
(cotyledons), một chồi mầm (epicotyl) và rễ mầm (radicle). Phôi được bao quanh bởi nội
nhũ dinh dưỡng, mà chiếm phần lớn của hạt. Nội nhũ được bao bọc trong một cặp màng