Vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu là bã nhầy (phụ phẩm của công nghệ chế biến nước ép thanh long) của trái Thanh long ruột trắng (Hylocereus undulatus) được trồng tại Bình Thuận của Công ty trách nhiệm hữu hạn Rồng Xanh. Mẫu sau
khi thu nhận được chứa trong bao nilon và bảo quản trong thùng xốp. Enzyme: Các enzyme thương mại của hãng Novozymes (Đan Mạch).
Thí nghiệm tối ưu hóa được bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng (Respone Surface Methodology) kiểu Box-Bhenken (thí nghiệm yếu tố), sử dụng phần mềm JMP 10.0 để xử lý số liệu.
+ Nghiên cứu chiết tách và thu hồi hạt từ phụ phẩm: Bã sau khi ép lấy dịch từ trái Thanh long của Công ty trách nhiệm hữu hạn Rồng Xanh được chứa trong bao nilon, bảo quản trong thùng xốp và vận chuyển về phòng thí nghiệm ngay trong ngày. Tiến hành thử nghiệm xử lý bằng nhiệt và bổ sung enzyme Viscozyme L. Sau khi xử lý, tiến hành rửa nhiều lần bằng nước lạnh để thu hồi hạt. Hạt được phơi khô (đến độ ẩm 7-8%) và bảo quản trong túi nilon kín.
+ Nghiên cứu lựa chọn enzyme: Khảo sát 3 loại enzym khác nhau (enzyme Protease, enzyme Cellulase, enzyme Vicozyme L.), các enzyme khảo sát ở 2 yếu tố: pH và nhiệt độ (trong đó pH thực hiện ở 4 mức, nhiệt độ ở 3 mức khác nhau). Thí nghiệm được bố trí theo kiểu đầy đủ, 2 yếu tố, mỗi nghiệm thức 3 lần lặp lại.
+ Nghiên cứu các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly dầu của hạt Thanh long: Khảo sát 3 thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình chiết tách: tỉ lệ nước bổ sung (W/S), tỉ lệ enzyme bổ sung (E/S), thời gian trích ly theo phương pháp quy hoạch cổ điển (thí nghiệm ngẫu nhiên 1 yếu tố). Các thông số thí nghiệm được khảo sát độc lập. Trong đó mỗi một thông số sẽ được khảo sát lần lượt tại các mức khác nhau, các thông số khác sẽ được cố định tại một giá trị được lựa chọn.
+ Tối ưu hóa quá trình thủy phân dầu
hạt Thanh long bằng phương pháp enzyme: Dựa vào kết quả của các thí nghiệm trước, lựa chọn 3 thông số công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất trích ly để tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa. Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng (Respone Surface Methodology) kiểu Box-Bhenken, sử dụng phần mềm JMP 10.0 để xử lý số liệu
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tách và thu hồi hạt Thanh long
Phần thịt trái Thanh long chứa nhiều những carbohydrate dạng keo (cellulose, hemicellulose và các polymer saccharide). Sau khi ép trái lấy dịch, lớp keo này bao quanh hạt thanh long và là thành phần gây cản trở cho các quá trình chế biến dầu về sau. Từ cơ sở trên đề tài đã chọn loại enzym Viscozyme L. là hỗn hợp enzym thủy phân hemicellulose, cellulose, xylanose theo khuyến cáo của nhà sản xuất để tách hạt ra khỏi bã nhầy. Khả năng tách hạt Thanh long khỏi bã nhầy sau khi gia nhiệt và bổ sung enzyme để qua đêm được đánh giá theo thang điểm sau:
(-): Không tách được.
(+): Tách một phần hạt, hạt chưa sạch còn nhiều nhầy, khó rửa.
(++): Tách một phần hạt, hạt còn ít nhầy, dễ rửa.
(+++): Tách hoàn toàn, dễ rửa, hạt sạch.
Kết quả đánh giá khả năng tách hạt Thanh long khỏi bã nhầy được trình bày tại Bảng 1 cho thấy, khi xử lý bằng enzym Viscozyme L. với hàm lượng 0,04% ở nhiệt độ 40oC hạt dễ rửa, việc loại bỏ phần dịch nhầy nhanh, hạt sạch, không lẫn nhầy, hiệu quả tách hạt cao và có sự khác biệt có ý nghĩa hơn khi xử lý ở các điều kiện khác.
Bảng 1. Khả năng tách hạt khỏi bã ở hàm lượng enzym và nhiệt độ khác nhau
Biểu đồ 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất trích ly của enzyme Protease
Biểu đồ 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất trích ly của enzyme Cellulase
Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất trích ly của enzyme Viscozyme L
3.2 Nghiên cứu công nghệ sản dầu hạt Thanh long bằng phương pháp enzyme
Nghiên cứu lựa chọn enzyme:
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất trích ly dầu hạt thanh long của enzyme Protease được trình bày ở Biểu đồ 1.
Kết quả cho thấy khi pH của dịch trích lớn hơn 6,5 thì hiệu suất trích ly có xu hướng giảm ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ tăng cũng làm giảm hiệu suất trích ly. Hiệu suất trích ly đạt được cao nhất là 84,47% ở pH 6 và nhiệt độ 50oC. Điều này chứng tỏ rằng khi tăng nhiệt độ và pH thì hoạt động của enzym bị ức chế, làm cho hoạt lực thủy phân của enzym giảm. Vì vậy, đối với enzym protease ở nhiệt độ 50oC và pH = 6 với hiệu suất trích ly dầu cao nhất.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất trích ly dầu hạt Thanh long của enzyme Cellulase được trình bày ở Biểu đồ 2.
Kết quả cho thấy, ở khoảng nhiệt độ 40oC và ở pH từ 5 - 5,5 thì hiệu suất trích ly dầu thấp nhất chỉ khoảng 69,51%. Do đó, ở nhiệt độ và pH này thì không phù hợp cho enzym hoạt động tối ưu trong quá trình thủy phân hỗn hợp dịch thanh long. Khi ở khoảng nhiệt độ 50 - 60oC và pH 5,5- 6,0 thì hiệu suất trích ly dầu của enzym cellulase đạt cao nhất từ 81,23 - 82,91%, không có sự khác biệt về mặt thống kê. Còn khi tăng pH lên 6,5 thì sẽ kìm hãm hoạt động của enzym cellulase làm cho hiệu suất trích ly dầu có xu hướng giảm dần.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất trích ly dầu hạt thanh long của enzyme Viscozyme L được trình bày ở biểu đồ 3.
Kết quả thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ 60oC hiệu suất trích ly dầu là thấp nhất (74,29-78,14%). Ở nhiệt độ 40oC và pH từ 4,5 - 5 thì hiệu suất trích ly dầu cao nhất (88,37 - 88,66%). Điều này cho thấy rõ khi tiến hành thí nghiệm trong khoảng nhiệt độ và pH này thì phù hợp cho enzym Viscozyme L có khả năng phá vỡ màng tế bào, giúp cho các túi dầu tách ra khỏi màng một cách dễ dàng hơn. Khi nhiệt độ và pH càng tăng thì hoạt lực của enzym Viscozyme L càng giảm và làm cho quá trình thủy phân hỗn hợp dịch thanh long càng giảm. Do đó, khả năng giải phóng các túi dầu càng khó khăn hơn nên hiệu suất trích ly dầu có xu hướng giảm.
Qua kết quả khảo sát, với 3 loại enzyme khác nhau (Enzyme Protease, Cellulase, Viscozyme L) ở các khoảng nhiệt độ và pH khác nhau theo khuyến cáo của nhà sản xuất, hiệu suất trích ly dầu của enzyme Viscozyme L (88,66%) cao nhất, so với enzyme Protease (84,87%) và enzyme Cellulase (82,94%). Vì vậy, chọn enzyme Viscozyme L ở nhiệt độ 40oC và pH = 5 được lựa chọn để trích ly dầu cho hiệu quả kinh tế cao hơn.
Bảng 3. Ảnh hưởng của tỉ lệ enzym bổ sung (%) đến hiệu suất trích ly
Bảng 4. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly dầu hạt Thanh long
Bảng 5. Kết quả tối ưu hóa các thông số công nghệ của quá trình thủy phân bằng enzyme
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số kỹ thuật đến hiệu suất trích ly dầu từ hạt Thanh long
Ảnh hưởng của tỉ lệ nước bổ sung (W/S):
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước bổ sung so với lượng hạt (W/S) đến hiệu suất trích ly dầu hạt thanh long được trình bày ở Bảng 2 cho thấy, khi lượng nước bổ sung vào theo tỉ lệ từ 2/1 đến 4/1 thì hiệu suất trích ly dầu tăng lên từ 76,68% đến 89,23%. Sau đó tiếp tục tăng lượng nước thì hiệu suất lại có xu hướng giảm xuống. Tỉ lệ nước với cơ chất 3/1 cho hiệu suất trích ly cao (88,45%) và không có khác biệt có ý nghĩa so với tỉ lệ 4/1, lượng nước sử dụng ít, thuận lợi cho những công đoạn xử lý tiếp theo. Do đó, được lựa chọn để tiến hành thí nghiệm cho các nghiên cứu tiếp theo.
Ảnh hưởng của tỉ lệ enzym bổ sung (E/S):
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme bổ sung so với lượng hạt (%) đến hiệu suất trích ly dầu hạt thanh long được trình bày ở Bảng 3 cho thấy, khi tỉ lệ enzym bổ sung tăng từ 0,25% đến 0,75% hiệu suất trích ly dầu tăng (86,52% lên 90,13%) và sau đó hiệu suất trích ly dầu có giảm xuống 89,72%, khi tỉ lệ enzym bổ sung tăng lên 1%. Sự khác biệt giữa nghiệm thức 0,5% và 0,75% là không có ý nghĩa thống kê. Vì vậy nghiệm thức tỉ lệ enzym bổ sung 0,5% được lựa chọn để tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo.
Ảnh hưởng của thời gian trích ly:
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly dầu hạt thanh long được trình bày ở Bảng 4.
Qua kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, khi kéo dài thời gian thủy phân hiệu suất trích ly dầu càng tăng. Đối với thời gian chiết tách ở 3 giờ thì cho hiệu suất trích ly dầu thấp nhất chỉ đạt 76,54%, còn ở thời gian từ 4-5 giờ thì hiệu suất trích ly cao nhất (88,79% - 89,45%). Còn khi kéo dài thêm thời gian từ 6-7 giờ thì hiệu suất trích ly dầu có xu hướng giảm. Như vậy, thời gian thủy phân ở 5 giờ được lựa chọn cho các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo.
3.3. Tối ưu hóa 3 thông số công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất trích ly dầu hạt Thanh long
Enzym Viscozyme L được lựa chọn và 3 thông số công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất trích ly: pH, nhiệt độ và tỉ lệ enzym với cơ chất sẽ được tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa. Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng (Respone Surface Methodology) kiểu Box-Bhenken, sử dụng phần mềm JMP 11.0 để xử lý số liệu. Các thông số cố định: Hạt nghiền qua rây (1mm), tỉ lệ nước bổ sung/cơ chất ( 3:1), thời gian là 5 giờ, áp lực ép tối đa (200kg/ cm2) trong vòng 45 phút.
- Phương trình hồi qui mô tả mối tương quan giữa các yếu tố pH, nhiệt độ và tỉ lệ enzyme đến hiệu suất trích ly có dạng như sau:
Y = 88,08 - 1,66X1 + 0,96X3 - 1,72X12 - 1, - 4,22X32 (R2 = 0,97 và Rhc2 = 0,91)
Kết quả tối ưu hóa cho thấy, khi tổ hợp cả 3 yếu tố thí nghiệm, hiệu suất trích ly đạt giá trị cực đại là Ymax = 88,67% tại các giá trị như sau:
+ pH (X1) = 5,10
+ Nhiệt độ thủy phân (X2) = 370C
+ Hàm lượng enzym (X3) = 0,54%.
4. KẾT LUẬN
Kết quả của nghiên cứu cho thấy qui trình chiết tách dầu bao gồm hai công đoạn: tách hạt ra khỏi bã nhầy và chiết dầu từ hạt. Việc sử dụng enzyme Viscozyme L bổ sung sau khi gia nhiệt bã phụ phẩm đến 40oC và ủ qua đêm cho thấy hạt được tách khỏi lớp keo bao quanh và làm sạch dễ dàng. Enzyme Viscozyme L cũng cho thấy hiệu quả trích ly dầu cao hơn so với các enzyme Protease và Cellulase. Kết quả tối ưu hóa các thông số kỹ thuật quả quá trình trích ly được xác định bao gồm: pH dịch trích 5,1 với tỉ lệ nước bổ sung là 3/1, hàm lượng enzyme sử dụng 0,54%, thời gian và nhiệt độ thủy phân là 5 giờ và 370C.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Abdul Azis Ariffin, Jamilah Bakar, Chin Ping Tan, Russly Abdul Rahman, Roselina Karim, Chia Chun Loi (2009), Essential fatty acids of pitaya (Dragon fruit) seed oil. Food Chemistry 114: 561-564.
2. Chemah, T.C., et al (2010), Determination of Pitaya seeds as a natural antioxidant and Source of essentical fatty acids. International Food Research Journal 17: 1003 - 1010
3. Wichienchot, S., M. Jatuporpipat, and R.A. Rastall (2010), Oligosaccharides of pitaya (dragon fruit) flesh and their prebiotic properties. Food Chemistry 120: 850¬857.
Võ Bửu Lợi, Bùi Thanh Bình, Hồ Thị Mai
Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu
Đăng nhập
