Luận Văn Tối ưu hóa quá trình làm trong dịch nho ép bằng Enzyme Pectinase

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Tối ưu hóa quá trình làm trong dịch nho ép bằng Enzyme Pectinase


MỤC LỤC
1.1 Giới thiệu chung về nho . 3
1.1.1 Hình dạng, cấu tạo . 3
1.1.2 Thành phần hóa học . 5
1.1.2.1 Đường 6
1.1.2.2 Acid hữu cơ 6
1.1.2.3 Hợp chấtphenol 7
1.1.2.4. Hợp chất nito . 8
1.1.2.5. Hợp chất thơm . 8
1.1.2.6. Chất khoáng 8
1.1.2.7. Hợp chất pectin . 9
1.2. Tổng quan về enzyme 9
1.2.1 Đặc điểm của enzyme 9
1.2.2 Enzyme pectinase . 13
1.2.2.1 Giới thiệu về enzyme pectinase 13
1.2.2.2 Ứng dụng của enzyme pectinase 16
1.2.2.3 Những nghiên cứu sử dụng enzyme pectinase làm trong dịch quả 25
1.3 Giới thiệu về phép thử cảm quan cho điểm . 26
1.3.1 Giới thiệu về phép thử 26
1.3.2 Phương pháp tiếnhành . 27
1.3.3 Xử lý kết quả 27
CHƯƠNG 2 -NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 28
2.1 Nguyên liệu . 28
2.1.1 Nho 28
2.1.2 Enzyme pectinase . 28
2.2 Phương pháp nghiên cứu 29
iii
2.2.1 Quy trình 29
2.2.2 Xác định các thông số biên . 30
2.2.2.1 Bố trí thí nghiệm xác định giá trị biên về nhiệt độ 30
2.2.2.2 Bố trí thí nghiệm xác định giá trị biên vềthời gian . 31
2.2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định giá trị biênvềnồng độ 31
2.2.3 Bố trí thí nghiệm tối ưu phương pháp làm trong dịch nho ép bằng enzyme
pectinase . 32
2.2.4 Đánh giá cảm quan khi sử dụng các phương pháp làm trong . 33
2.2.4.1 Đánh giá cảm quan làm trong bằng phương pháp lọc . 34
2.2.4.2 Đánh giá cảm quan làm trong bằng phương pháp ly tâm 34
2.2.4.3 Đánh giá cảm quan làm trong bằng phương pháp sử dụng enzyme
pectinase 35
CHƯƠNG 3 -KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36
3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm trong dịch nho sử dụng
enzyme pectinase . 36
3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình làm trong . 36
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ trong quá trình làm trong 38
3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme trong quá trình làm trong . 40
3.2 Xử lý kết quả quá trình tối ưu hóa theo phương pháp thực nghiệm . 41
3.3 Kết quả đánh giá cảm quan của các phương pháp làm trong dịch nho ép 46
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN . 54
Kết luận . 54
Đề xuất ý kiến 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 55
Phụ lục 1 . 62
Phụ lục 2 . 64


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay trên thị trường Việt Nam có khoảng 300 loại nước giải khát các
loại, mỗi loại đều đánh vào những thị hiếu khác nhau như giải nhiệt, đẹp da, giảm
béo, chữa bệnh . Trước đây thị trường nước giải khát ở nước ta đa phần là sản
phẩm nước uống có gas, rất ít những sản phẩm chiết xuất từ trái cây và không có
gas. Nhưng mấy năm gần đây do xu hướng người tiêu dùng ưa chuộng các sản
phẩm nước không gas nên doanh nghiệp kinh doanh nước giải khát đã mạnhdạn
đầu tư dây chuyền mới để tung ra hàng loạt sản phẩm theo nhu cầu của khách hàng.
Kết quả bán hàng năm 2004-2005 của Công ty nước giải khát hàng đầu Việt
Nam Bidrico cho thấy, gần 50% người tiêu dùng thành phố đang chuyển sang các
loại nước uống có chứa vitamine, ít ngọt, mùi vị tự nhiên.
Năm 2010 các doanh nghiệp kinh doanh nước giải khát đã tăng sản lượng
trên mức 20% so với năm 2009: Vinamilk tăng 30% sản lượng nước trái cây nhãn
hiệu Fresh; Pepsi tăng 30% sản lượng nước giải khát không gas. Các nhà nhập khẩu
cũng làm đa dạng thêm thị trường bằng những mặt hàng cùng loại có thương hiệu:
Ligo, Welch"s, Regain, Berri, Drwitt . Công ty Delta cũng khẳng định sẽ sản xuất
nhiều sản phẩm nước trái cây, đặc biệt là các loại sử dụng nguyên liệu có tác dụng
thanh nhiệt:atisô, mía lau, sâm, bí đao .
Nhờ ưu thế là một nước nhiệt đới có nhiều loại trái cây đa dạng, hiện nay
nước giải khát sản xuất từ trái cây đang được nhiều doanh nghiệp Việt Nam quan
tâm khai thác. Theo công bố nhu cầu tiêu thụ nước giải khát không gas, đặc biệt là
nước trái cây tại Việt Nam tăng rất mạnh, đạt gần 30%/năm.
Nắm bắt được xu hướng đó, việc tính nghiên cứu phát triển sản phẩm mới và
nâng cao chất lượng nước trái cây được đẩy mạnh ở từng doanh nghiệp thực phẩm.
Thường trong các công đoạn sản xuất nước quả có sử dụng các enzyme để nâng cao
chất lượng và hiệu suất sản xuất. Ứng dụng của các enzyme đã được chứng minh
tính hiệu quả cao từ lâu. Những enzyme thường được sử dụng như amylase,
protease, pectinase ứng dụng khá nhiều, đặc biệt là pectinase trong công nghệ chế
2
biến nước giải khát Vì thế việc sử dụng enzyme trong ngành công nghệ giải khát
là cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong lĩnh vực thức uống, enzyme pectinase có tác dụng là một chất làm
trong dịch quả nhằm tránh tình trạng sản phẩm bị phân tầng trong thời gian bảo
quản. Những nghiên cứu về enzyme pectinase cho thấy enzyme này hoạt động tốt ở
khoảng nhiệt độ 30-60
o
C với thời gian ủ 60-120 phút và ứng dụng với dịch chuối
nhiệt độ tối ưu là 43,2
o
C với thời gian ủ 80 phút [69], dịch sapoche ở nhiệt độ tối ưu
là 40
o
C, thời gian ủ 120 phút [28]. Trong luận văn này tôi nghiên cứu sâu hơn quá
trình lọc trong dịch nho ép bằng enzyme pectinase để tìm ra nhiệt độ, thời gian ủ và
nồng độ tối ưu.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài nhằm xác định các thông số về nồng độ enzyme
pectinase nhiệt độ ủ, thời gian xử lý trong quá trình làm trong dịch nho ép.
Nội dung nghiên cứu của đề tài
 Xác định các thông số trong quá trình làm trongdịch nho ép
- Xác định khoảng nghiên cứu của nhiệt độ ủ, thời gian xử lý, nồng độ
enzyme pectinase
-Tối ưu hóa các thông số của nhiệt độ ủ, thời gian xử lý, nồng độ enzyme
pectinase trong quá trình làm trong dịch nho
 So sánh chất lượng cảm quan của dịch nho ép giữa các phương pháp làm
trong khácnhau


CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về nho
Nho là nguyên liệu thô quan trọng để làm rượu và dịch quả vì thế khi hiểu rõ
tính chất vật lý và thành phần hóa học sẽ cải thiện tốt hơn chất lượng sản phẩm.
Hình 1.1 Nho Phan Rang
Nguồn: http://vi.wikipedia.org
1.1.1 Hình dạng, cấu tạo
Nho là loại quả mọng, mọc thành chùm trên các cây dạng dây leo thân gỗ,
sinh trưởng lớn hơn 2 năm và rụng lá theo mùa Nho khi chín có thể được sử dụng
trực tiếp hoặc dùng làm mứt, nước ép, thạch, dấm, rượu, chiết xuất dịch từ hạt, nho
khô, mật đường và chiết xuất dầu từ hạt. Nho thường được sử dụng nhiều trong sản
phẩm có chứa nhiều đường. Nó có hình dạng cầuvà elipsđặc trưng.
Các phần chính trong quả nho là vỏ, thịt và hạt.
Vỏ nho
Nho có lớp vỏ mỏng được xem như là lớp vỏ ngoài bao xung quanh trái, gồm
có6-10 lớp tế bào, nó được bao phủ bởi láp sáp gọi là cutin. Không giống như các
loại thực vật khác, cấu trúc của vỏ nho rất ít các lỗ khí. Vì thế hàm lượng nước
muốn thoát ra phải qua lớp sáp cutin và thườngthì tốc độ thoát hơi nướcrất chậm.
Dưới lớp vỏ mỏng bên ngoài thì nho còn một lớp mỏng gọi là lớp dưới da
gồm các tế bào hình dạng phẳng. Những tế bào này có xu hướng tạo ra hợp chất
4
phenol nồng độ cao khi nho chín, đây cũng là hợp chất ảnh hưởng tới mùi, vị, màu
sắc của nho đồng thời các yếu tố cảm quan của sản phẩm từ nho như nước ép, rượu
vang.
Thành phần chính của lớp vỏ: yếu tố tạo màu, tannin, hợp chất thơm, kiềm
và các chất khoáng.
Thịt quả
Tế bào chủ yếu trong thịt quả thường có kích thước lớn và hình cầu khác so
với tế bào ở vỏ.
Những tế bào này thưòngcó kích thước không bào lớn, nơi này sẽ bị thay thế
bởi các hợp chất đường, acid, hợp chất phenol khi nho chín.
Những tế bào thịt quả phân chia rất nhanh sau ba tuần nho ra hoa, và tỉ lệ
phân chia còn phụ thuộc vào yếu tố môi trường. Sau giai đoạn phân chia thì các tế
bào hoạt động chậm lại, và thường có xu hướng tổng hợp để tăng kích thước.
Kích thước thịt quả thường được quyết định bởi số lượng và kích thước của
các tế bào bên trong.
Tế bào thịt quả chứa nhiều khoảng không bào lớn bên trong có dịch hoặc
chất dinh dưỡng. Khi nho bị dập, những tế bào trong thịt quả thường bị phá vỡ và
làm thoát dịch ra ngoài.
Hạt nho
Hạt nho thường có lớp vỏ bao ngoài, nội nhũ, phôi, thường khi mới phát
triển, nội nhũ sẽ là nguồn dinh dưỡng để nuôi phôi của hạt. Kích thước của nho
cũng bị ảnh hưởng bởi số hạt có bên trong nó. Vỏ hạt cũng chứa hàm lượng tannin
cao, cũng như hợp chất phenol. Tuy nhiên hợp chất phenol này giảm dần khi nho
chín và phenol thì thường tạo vị đắng chát nếu sử dụng hạt nho.
5
Hình 1.2Cấu tạo nho
Nguồn: http://wikipedia.org/grape
1.1.2Thành phần hóa học
Nho tươi chứa 70-80% lượng nước và nhiều chất hòa tan khác bên trong.
Những chất hòa tan này bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ. Một số chất quan trọng
như:
 Đường
 Acid hữu cơ
 Hợp chất phenol
 Hợp chất nito
 Hợp chất thơm
 Hợp chất pectin
 Khoáng
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của nho Phan Rang
Nguồn:http//Wikipedia.com/nhophanrang
Chỉ tiêu Nước
(%)
pH Đường
(g/l)
Acid
tổng số
(g/l)
Pectin
(g/l)
Tro (%) Nito
(g/l)
Tỷ lệ 90 3,3 126 6,45 2,196 0,68 0,276
6
1.1.2.1 Đường
Trong nho, đường chiếm một phần lớn trong hàm lượng chất tan. Glucose và
fructose là 2 đường chính ở trong dịch ép. Hàm lượng đường trong nho chín có thế
đạt từ 100-150g/l dịch ép. Đối với nho chưa chín thì hàm lượng glucose chiếm
nhiều hơn. Khi nho bắt đầu chín thì tỉ lệ glucose và fructose hiện diện ngang nhau,
còn nho chín quá thì hàm lượng fructose vượt quá glucose nhiều lần. Fructose,
glucose và sucrose có độ ngọt khác nhau, sắp xếp theo thứ tự tăng dần theo độ ngọt
thì : fructose, sucrose, glucose. Nếu tính theo tỉ lệ fructose là 100 thì sucrose là 84
và glucose là 66. Đây là một yếu tố quan trọng đối với nhà sảnxuất rượu hoặc nước
giải khát. Ví dụ nếu nhà sản xuất mong muốn nước giải khátcó vị ngọt cao thì họ sẽ
cần nhiều sucrose hơn fructose để đạt tới điểmcảm quanmong muốn.
Glucose và fructose là những loại đường có thể lên men. Trong suốt quá trình
lên men, nấm men sẽ chuyển hóa đường thành rượu và CO
2
. Hàm lượng alcohol sản
sinh ra có liên quan tới hàm lượng đường ban đầu trong dịch ép, vì thế để khống
chế hàm lượng alcohol trong dịch thì nên khống chế hàm lượng đường ban đầu. Có
thể tham khảo thêm công thức giữa lượng đường và alcohol trong rượu:
o
Brix x 0,55 = % alcohol trong rượu.
Hàm lượng đường trong dịch nho ép thường được biểu hiện thông qua độ
Brix. Đơn vị Brix được biểu hiện cho hàm lượng đường có trong100gram dịch ép,
tuy nhiên thông thường thìcó thể quy đổi thành hàm lượng đường có trong 100ml
dịch ép. Thông số này có thể được đo bằng thiết bị khúc xạ kế. Hàm lượng đường
cũng có thể đo bằng tỷ trọng kế sau đó chuyển đổi qua độ Brix.
1.1.2.2 Acid hữu cơ
Cũng như hàm lượng đường thì acid hữu cơ cũng đóng vai trò quan trọng
trong dịch ép và rượu nho. Nó đóng vai trò tạo vị chua và ảnh hưởng tới các tính
chất ổn định, màu sắc và pH trong rượu. Các acid quan trọng được tìm thấy trong
nho là: tartaric, malic và citric. Nhiều acid hữu cơ khác như amino acid cũng được
thấy tuy nhiên acid tartaric và malic đã chiếm trên 90% tổng acid có trong nho. Ở


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hà Duyên Tư, Kỹ thuật phân tích cảm quan thực phẩm, nhà xuất bản Khoa
Học Kỹ Thuật.
2. Ngô Xuân Mạnh, Trần Thị Lan Hương, Ứng dụng chế phẩm enzyme
pectinex để nâng cao hiệu suất trích ly và chất lượng nước quả dứa
(Ananas comusus) tự nhiên.
3. Phạm Thị Trần Châu, Trần Thị Áng, Hóa sinh học, nhà xuất bản Nông
Nghiệp.
4. A.G.Liew Abdullah, 2007 Response surface optimization of conditions for
clarification of carambola fruit juice using a commercial enzyme, .Journal
of food engineering81 (2007) 65-71
5. Aguilar, G và C. huirton, 1990, Constitutive exo-pectinase produced by
Aspergillus sp. Biotechnology Letters 1990 Vol. 12 No. 9 pp. 655-660
6. Albersheim, 1960, Spliting of pectin chain molecules in neutral solutions,
Bioresource Technology, Vol 3, pp 215-227.
7. Alkorta, 1998, Industrial applications of pectic enzymes: A review, Process
Biochemistry Vol. 23 No. 5 pp.17-25
8. Alkorta, 1998, Industrial of pectic enzymes: A review, Process
Biochemistry Vol. 33 No. 1pp. 21-28
9. Arias, Burns, 2002, A pectinmethylesterase gene associated with a
heatstable extract from citrus, Journal of agricultural and food chemistry
Vol 50 pp.3465-72
10. Assis, 2004, Screening of supports for the immobilization of pectinmethylesterase from aceola (Malpighia glabra), Biotechnology and
Applied Biochemistry, Vol 29, pp133-40.
11. Beg, 2000, Effect of amino acids on production of xylanase and pectinase
56
from Streptomyces, Enzymes in food processing, pp 363-399.
12. Blanco, 1999, Production of pectic enzymes in yeast, FEMS Microbiology
Letters, Vol 175 p1-9.
13. Bruhlmann, 1994, Pectinolytic enzymes from actinomycetes for degumming
of romie bast fiber,Food chemistry , Vol 13 pp 171-201.
14. Cao, 1992, Screening of pectinase producer from alkalophilic bacteria and
study on its potential application in degumming of ramie, Enzyme
MicrobialTechnology Vol 14 pp 1013-1016.
15. Codner, 2001, Pectinolytic and cellulolutic enzymes in the microbial
modification of plants tissues, Microbial Enzymes and Biotechnolog, Vol
77, pp 215-227.
16. Corredig, 2000, Seperation of thermostable pectinmethylesterase from
marsh grapefruit pulp, Journal of agricultural and food chemistry ,Vol 48
No 10 pp.4918-23.
17. Cosgrove, 1997, Assembly and enlargement of the primary cell wall in
plants,Microbial Enzymes and BiotechnologyVol 13 pp 171-201.
18. De Loenzo, 1987, Introduction of extracellular polygalacturonases and its
mRNA in the phytopathogenic fungus Fusarium moniliforme, Journal of
General Microbiology Vol 133 pp 3365-3373.
19. De Vos,1973, Pectolytic enzymes in apple juice extraction,Food chemistry
20. Elegado, Fujio, 1994, Purification and some properties of
polygalacturonase from Rhizopus sp., Symbiosis, Vol 2, pp 79-90.
21. Fayyax, 1993, Pectinesterase extraction from papaya, Journal of Food
Engineer, Vol 73, pp 55-63.
22. Forster, 1988, Pectinesterase from Phytophthora infestans, Methods
Enzymol, Vol 13 pp 171-201.
23. Gainvors, 1994, Detection of polygalacturonase, pectin lyase and
pectinesterase activities in Saccharomyces cerevisiae strain, Archieves of
Biochemistry and Biophysics, Vol 33, pp 212-227.
57
24. Grassin and Fau quembergue, 1996, Fruit juice, Bioresource Technology,
Vol 77, pp 215-227.
25. Gummadi, 2003, Purification and biochemical properties of microbial
pectinases: a review, FEBS Letters, Vol 400, pp 122-126.
26. H.A.Murah, H.H.Azzard, 2011, Microbial pectinases and Ruminant
nutrition, Research of microbiology , Vol 40, pp 2931-2944.
27. H.N.Sin, 2006, Optimization of enzymatic clarification of sapodilla juice
using response surface methodology, Journal of Fermentation and
Bioengineer, Vol 77, pp 370-375.
28. Hadj-taieb, 2002, Hyper production of pectinase activities by fully
consitutive mutant of Penicillium occitanis, Microbial Enzymes and
Biotechnolog, Vol 77, pp 215-227.
29. Hasunuma, 2003, Methanol production is enhanced by expression of
Aspergillus niger pectin methylesterase in tobaccco cells, Journal of
industrial microbiology & biotechnology, Vol 20, No 1, pp 34-38.
30. Huang, 1997, An exo-poly-a-D-galactunoroisidase, Pheh,B is required for
wild type virulence of Ralstonia solanacearum, Current microbiology, Vol
28, No 4, pp 193-196.
31. Huang, 1999, Purification and characterization of an endopolygalacturonase from Verticillum albo-atrum, Archieves of Biochemistry
and Biophysics, Vol 141, pp749-757.
32. Innocenzo, 2001, Effect of gamma irradiation on softening changes and
enzyme activities during ripening of papaya fruit, Journal of Food
biochemistry, Vol 25, pp 425-238.
33. Jayani, 2005 Microbial pectinolytic enzymes a review, Process
Biochemistry, Vol 40, pp 2931-2944.
34. Karam, 1995, Detection of polygalacturonase and pectinesterases in lactic
acid bacteria, World journal of microbiology and biotechnology, Vol 11,
No 5, pp559-563.
58
35. Kashyap, 2001, Applications of pectinases in the commercial sector: A
review , Bioresource Technology, Vol 77, pp 215-227.
36. Kawano, 1999, Comparative study of intracellular and extracellular
pectinase produced by Penicillium frequentans, Biotechnology and Applied
Biochemistry, Vol 29, pp133-40.
37. Kilara, 1982, Enzymes and their uses in the processed apple industry: a
review ,Bioprocessand biosystems engineering, V ol 19, No 5, pp355-361.
38. Kobayashi, 2001, Purification and properties of a galacturonic acidreleasing exopolygalacturonase from a strain of Baciillus , Bioscience
Biotechnology Biochemistry, Vol 65, pp 842-7.
39. Kumar, Palanively, 1999, Purification and characterization of an
exoplolygalacturonase from the thermophilic fungus, Theremomyces
lanuginosu, Bioprocess, Vol 77, pp 370-375.
40. Laurent, 2000, Overproduction in Escherichia coli of the pectin
methylesterase A from Erwinia chrysanthemi3937: one-step purification,
biochemical characterization and production of polyclonal antibodies,
Canadian Journal Microbiology, Vol 46, No 5, pp 474-80.
41. Luh, Phaff, 1951, Studies on polygalacturonase of certain yeast, Archieves
of Biochemistry and Biophysics, Vol 33, pp 212-227.
42. Macdonald,Evans 1996, Purification and properties of apple
pectinesterase,Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol 70, pp
321-326.
43. Maceira, 1997, Purification and characterization of a novel
exopolygalacturonase from Fusarium oxysporum, FEMS Microbiology
Letters, Vol 154, pp 37-43.
44. Maldonado, 1994, Purification and characterization of pecinesterase
produced by a strain of Aspergillus niger, Enzyme and Microbial
Technology, Vol 14, pp 832-836.