Tối ưu điều kiện làm trong dịch nho ép bằng enzyme pectinase

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG  53 TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÀM TRONG DỊCH NHO ÉP BẰNG ENZYME PECTINASE OPTIMIZING CONDITIONS FOR CLARIFICATION OF GRAPE JUICE WITH PECTINASE ENZYME Phạm Hồng Ngọc Thùy1, Mạch Trần P hương Thảo2, Nguyễn Minh Trí 3 Ngày nhận bài: 10/12/2011; Ngày phản biện thông qua: 02/8/2012; Ngày duyệt đăng: 12/9/2012 TÓM TẮT Độ đục trong dịch trái cây chủ yếu do các polysacharide như pectin gây ra, do đó có thể sử dụng enzyme pectinase để làm trong dịch trái cây. Đề tài nghiên cứu các điều kiện thích hợp để làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase. Dịch nho được xử lý bằng enzyme pectinase ở các thời gian ủ khác nhau (30 - 50 phút), nồng độ enzyme (0,1 - 0,2% v/v), nhiệt độ (35 - 55oC). Kết quả cho thấy nhiệt độ và nồng độ enzyme có ảnh hưởng đáng kể đến độ đục của dịch nho. Điều kiện làm trong tối ưu cho dịch nho ép là: nồng độ enzyme pectinase 0,18% (v/v), nhiệt độ ủ 550C trong thời gian 30 phút. Xử lý với enzyme pectinase làm giảm độ đục của dịch nho đến 97% nhưng ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng cảm quan về màu, mùi và vị của dịch nho (p>0,05). Từ khóa: dịch nho, enzyme pectinase, làm trong, độ đục ABSTRACT The turbidity of fruit juice is mainly resulted from polysacharides such as pectin, so pectinase enzyme can be used to clarify fruit juice. The report studied optimazing conditions to clarify grape juice by pectinase. Grape juice was treated with pectinase enzyme at different incubation times (30 - 50 minutes), enzyme concentration (0,1 - 0,2% v/v) and temperature (35 - 55oC). The results indicated that temperature and enzyme concentration signifi cantly affect the turbidity of grape juice. The optimal conditions of clarifying grape juice are enzyme concentration 0,18% (v/v), temperature 55oC in 30 minutes. Treated with pectinase reduces turbidity of grape fruit to an extent of 97% but effects its fl avor, colour and taste inconsiderably (p>0,05). Keywords: grape juice, enzyme pectinase, clarify, turbidity 1 ThS. Phạm Hồng Ngọc Thùy, 3TS. Nguyễn Minh Trí: Khoa Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang 2 Mạch Trần Phương Thảo: Lớp Cao học Công nghệ Sau thu hoạch 2011 - Trường Đại học Nha Trang THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC I. ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ép trái cây thường bị đục và có hiện tượng lắng gây phân tầng trong thời gian bảo quản làm giảm chất lượng của sản phẩm. Một trong những nguyên nhân làm cho dịch ép bị đục là do các polysacharide như pectin gây ra, do đó có thể sử dụng enzyme pectinase để cắt mạch pectin [2,3,4,10] làm cho độ nhớt của dịch ép giảm, hỗ trợ cho quá trình làm trong [9]. Việc sử dụng enzyme pectinase còn giúp cho quá trình sản xuất hiệu quả hơn như tăng tỉ lệ dịch chiết và sản phẩm đạt chất lượng cao hơn trong quá trình cô đặc. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ enzyme, nhiệt độ, thời gian ủ đối với quá trình làm trong dịch nho sau đó tiến hành tìm ra thông số tối ưu cho quá trình xử lý. Đây là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của enzyme [8]. Đồng thời đánh giá xem có sự khác biệt về màu sắc, mùi và vị giữa mẫu được làm trong bằng enzyme và các mẫu được làm trong bằng phương pháp lọc và ly tâm hay không. Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 54  TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 1.1. Nho Nho tươi Phan Rang (Red Cardinal) được mua tại chợ Đầm (Nha Trang, Khánh Hòa, Việt Nam) đạt độ chín kỹ thuật phù hợp cho nghiên cứu. 1.2. Dịch nho Nho tươi Phan Rang mua về bỏ cuống, lá, rửa sạch và được ép dịch bằng máy ép Phillips HR-2826. Dịch nho có pH=3, được đo bằng pH Meter (HM Digital, Inc. Culver City, CA USA), hàm lượng chất khô đạt 10oBrix, được đo bằng khúc xạ kế (Atago, Japan). 1.3. Enzyme Pectinex Ultra SP-L, sử dụng enzyme của Novozymes Switzerland AG, Dittengen, Switzerland, bảo quản ở 4oC trong quá trình thí nghiệm. Hoạt tính enzyme Pectinex SP-L là 38000 PG/ml (hoạt độ polygalacturonase trên ml). 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Đo độ đục Dịch nho được đo độ đục bằng máy Turbidy meter (Model 2100P, Colo, USA). Các chất không hòa tan trong dung dịch làm phân tán chùm ánh sáng tới. Đo ánh sáng phân tán các hạt lơ lửng ở góc 900, so với phương ánh sáng chiếu tới, tính được độ đục [12]. Độ đục tỷ lệ nghịch với độ trong [6], nên ở đây sử dụng độ đục để theo dõi tác dụng làm trong dịch nho của enzyme pectinase. 2.2. Các phương pháp làm trong dịch nho Các phương pháp làm trong dịch nho được so sánh trong nghiên cứu là: lọc, ly tâm và sử dụng enzyme pectinase. - Phương pháp lọc: sử dụng giấy lọc (Filtroll Kolkata, India) để lọc dịch. - Phương pháp ly tâm: sử dụng máy ly tâm (Hermle, Germany) với tốc độ 3500 vòng/1 phút với thời gian 10 phút, sau đó gạn lấy nước nổi. - Phương pháp sử dụng enzyme: dịch nho được xử lý với enzyme pectinase. 2.3. Thiết kế thí nghiệm - Xác định khoảng thí nghiệm về nhiệt độ, thời gian, nồng độ enzyme sử dụng trong quy hoạch thực nghiệm: + Xác định khoảng biến thiên về nhiệt độ: Mỗi thí nghiệm sử dụng 50ml dịch nho được xử lý bằng enzyme pectinase với nồng độ 0,15% (v/v), thời gian xử lý là 30 phút, dãy nhiệt độ được khảo sát từ 30 đến 600C với bước nhảy là 50C. + Xác định khoảng biến thiên về thời gian: Mỗi thí nghiệm sử dụng 50ml dịch nho được xử lý bằng enzyme pectinase với nồng độ 0,15% (v/v), nhiệt độ 400C, khoảng biến thiên thời gian từ 20 - 100 phút với bước nhảy là 10 phút. + Xác định khoảng biến thiên về nồng độ: Mỗi thí nghiệm dùng 50ml dịch nho được xử lý bằng enzyme pectinase với nồng độ từ 0 - 0,3% (v/v) với bước nhảy 0,05%, nhiệt độ 400C trong 30 phút. Chọn khoảng biến thiên của các yếu tố có tác động mạnh đến độ trong của dịch nho, sử dụng cho bước nghiên cứu theo mô hình ma trận quy hoạch thực nghiệm tiếp theo. Trong các khoảng biến thiên này mối liên quan giữa các yếu tố sẽ thể hiện rõ nhất. - Bố trí thí nghiệm theo mô hình ma trận quy hoạch thực nghiệm: + Khoảng biến thiên của các biến thông số về thời gian, nhiệt độ, nồng độ enzyme dựa trên kết quả các thí nghiệm xác định khoảng biên của các thông số về nhiệt độ, thời gian, nồng độ enzyme. + Số thí nghiệm: 23 = 8 thí nghiệm và 3 thí nghiệm ở tâm phương án. - Hàm mục tiêu là độ đục của dịch nho. 2.4. Đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi và vị của dịch nho Sự khác nhau về chất lượng cảm quan: màu sắc, mùi và vị của các mẫu được làm trong bằng các phương pháp khác nhau (lọc, ly tâm, sử dụng enzyme) được đánh giá bởi hội đồng cảm quan gồm 9 thành viên. Cảm quan viên được yêu cầu đánh giá về màu sắc, mùi, vị của dịch nho ép dựa theo tiêu chuẩn TCVN 3215 - 79 [11]. 2.5. Phân tích số liệu Số liệu được phân tích phương sai (ANOVA), sự khác biệt có ý nghĩa với p ≤ 0,05. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Xác định các thông số biên cho quá trình làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase 1.1. Xác định thông số biên của nhiệt độ đối với quá trình làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG  55 Xử lý dịch nho bằng enzyme pectinase với nồng độ 0,15% (v/v), thời gian xử lý là 30 phút, nhiệt độ xử lý thay đổi từ 30 đến 600C (bước nhảy là 50C). Kết quả được thể hiện trong hình 1. Hình 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase Hình 1 cho thấy trong khoảng nhiệt độ từ 300C đến 550C thì độ đục giảm dần và đạt điểm thấp nhất ở 550C nghĩa là tại điểm nhiệt độ này, enzyme pectinase hoạt động mạnh nhất. Qua đây có thể thấy rằng, khi nhiệt độ tăng thì vận tốc của phản ứng enzyme tăng vì khi đó các phân tử cơ chất và enzyme chuyển động hỗn độn hơn, va chạm, tiếp xúc với nhau nhiều hơn làm cho độ đục giảm dần [5]. Tuy nhiên khi tăng nhiệt độ hơn nữa thì độ đục tăng vì hoạt động của pectinase đã giảm do nhiệt độ cao quá sẽ làm protein biến tính. Do đó chọn khoảng nhiệt độ 35 - 550C để thực hiện quy hoạch thực nghiệm. 1.2. Xác định thông số biên của thời gian đối với quá trình làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase Xử lý dịch nho bằng enzyme pectinase với nồng độ 0,15% (v/v) ở 400C, thời gian xử lý được thay đổi từ 20 đến 100 phút (bước nhảy là 10 phút). Kết quả được thể hiện trong hình 2. Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian đối với quá trình làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase Hình 2 cho thấy khi ủ trong khoảng thời gian từ 20 - 100 phút thì độ đục giảm dần theo thời gian. Tuy nhiên có thể thấy độ đục giảm mạnh ở khoảng thời gian 30 - 50 phút, từ 60 phút trở đi thì tốc độ giảm chậm dần. Nếu tiếp tục kéo dài thời gian làm trong thì độ đục giảm nhưng sẽ ảnh hưởng tới chất lượng dịch nho bảo quản sau này. Vì thế, chọn khoảng thời gian 30 - 50 phút để tiến hành quy hoạch thực nghiệm. 1.3. Xác định thông số biên của nồng độ enzyme đối với quá trình làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase Dịch nho được xử lý bằng enzyme pectinase với nồng độ thay đổi từ 0 - 0,3% (v/v) (bước nhảy là 0,05%) ở 400C trong 30 phút. Kết quả được thể hiện trong hình 3. Hình 3. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase đối với quá trình làm trong dịch nho Hình 3 cho khi tăng nồng độ enzyme thì độ đục giảm. So sánh giữa mẫu có sử dụng enzyme ở nồng độ 0,2% và mẫu không dùng enzyme thì độ đục của mẫu có xử lý enzyme thấp hơn 10 lần so với mẫu không xử lý enzyme. Từ đồ thị có thể thấy trong khoảng nồng độ 0,1 - 0,2% (v/v) thì sự giảm độ đục diễn ra mạnh, do đó chọn khoảng nồng độ này để thực hiện quy hoạch thực nghiệm. 2. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, nồng độ enzyme đến độ đục của dịch nho Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 56  TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG Từ phương trình (1) cho thấy: - Nồng độ enzyme, nhiệt độ xử lý ảnh hưởng tỉ lệ nghịch đối với độ đục, nghĩa là khi tăng nồng độ enzyme pectinase, nhiệt độ xử lý trong khoảng thích hợp thì độ đục giảm. - Thời gian xử lý enzyme từ 30 - 50 phút ảnh hưởng không đáng kể đến độ đục. - Thời gian xử lý và nồng độ enzyme, nhiệt độ xử lý và nồng độ enzyme có tương tác với nhau và tương tác thuận nghĩa là hoạt động của enzyme phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ xử lý trong suốt quá trình xử lý enzyme. Kết quả này tương tự như kết quả của H.N.Sin và cộng sự khi nghiên cứu tối ưu hóa quá trình làm trong dịch hồng xiêm [7]. Quá trình tối ưu hóa các thông số về nồng độ enzyme, nhiệt độ ủ đạt được là: nồng độ enzyme: 0,18%, nhiệt độ: 550C (cố định thời gian xử lý là 30 phút); độ đục đạt được là 4,63 NTU, giảm 97% so với ban đầu. Hassan K.Sreenath và cộng sự khi xử lý dịch nho với enzyme pectinase từ Aspergillus niger thì độ đục của dịch nho cũng giảm 98 - 99% [6]. So sánh với quá trình làm trong dịch nho ép bằng phương pháp lọc và ly tâm thì độ đục giảm lần lượt là 75% và 72%, như vậy phương pháp làm trong dịch nho bằng enzyme pectinase cho hiệu quả cao hơn hẳn so với phương pháp lọc và ly tâm. 3. Ảnh hưởng của các phương pháp làm trong đến chất lượng cảm quan về màu sắc, mùi và vị của dịch nho Điểm đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi và vị của dịch nho được xử lý bằng 3 phương pháp làm trong: lọc, ly tâm và sử dụng enzyme pectinase thể hiện ở bảng 3. Bảng 1. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, nồng độ enzyme pectinase đến độ đục của dịch nho N U1 (Thời gian, phút) U2 (Nồng độ, %) U3 (Nhiệt độ, 0C) Xo X1 X2 X3 Y (Độ đục, NTU) 1 30 0,1 35 1 -1 -1 -1 19,43 2 50 0,1 35 1 1 -1 -1 17,05 3 30 0,2 35 1 -1 1 -1 7,13 4 50 0,2 35 1 1 1 -1 10,01 5 30 0,1 55 1 -1 -1 1 5,70 6 50 0,1 55 1 1 -1 1 4,67 7 30 0,2 55 1 -1 1 1 5,10 8 50 0,2 55 1 1 1 1 4,22 Bảng 2. Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án N U1 (Thời gian, phút) U2 (Nồng độ, %) U3 (Nhiệt độ, 0C) Y (Độ đục, NTU) 9 40 0,15 45 7,07 10 40 0,15 45 6,70 11 40 0,15 45 6,53 Phương trình hồi quy có dạng: Y= 9,1638 - 2,5488X2 - 4,2413X3 + 0,6763X1X2 + 2,2863X2X3 (1) Bảng 3. Điểm đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi và vị của dịch nho bằng các phương pháp làm trong khác nhau Chỉ tiêu Điểm trung bình đánh giá cảm quan dịch nho ép** F P-value F crit Lọc Ly tâm Sử dụng enzyme Màu sắc 3,7 ± 0,35 3,4 ± 0,37 3,2 ± 0,30 2,8 0,08 3,4 Mùi 3,8 ± 0,30 3,7 ± 0,35 3,7 ± 0,35 0,16 0,86 3,4 Vị 3,4 ± 0,37 3,5 ± 0,38 3,5 ± 0,38 0,12 0,89 3,35 ** Giá trị trung bình ± độ tin cậy 95,0% Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG  57 Từ kết quả ở bảng 3 cho thấy khi làm trong bằng enzyme pectinase có làm giảm nhẹ màu của dịch ép; nhưng sự khác biệt không có ý nghĩa về thống kê (p>0,05). Đối với đánh giá cảm quan về mùi và vị kết quả cũng cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p>0,05). IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, điều kiện để làm trong dịch nho ép bằng enzyme pectinase tốt nhất ở nồng độ enzyme/cơ chất là 0,18 % (v/v), thủy phân ở nhiệt độ 550C trong 30 phút. Phương pháp làm trong bằng enzyme pectinase làm giảm đáng kể độ đục của dịch nho (97%) nhưng ảnh hưởng không có ý nghĩa thống kê đến màu sắc, mùi và vị của dịch ép (p>0,05). 2. Kiến nghị Để hiệu quả làm trong tốt hơn có thể kết hợp phương pháp xử lý bằng enzyme pectinase với một số phương pháp làm trong khác như làm trong bằng phương pháp lọc, ly tâm, làm trong bằng keo bentonic, làm trong bằng phương pháp đun nóng nhanh,... Bên cạnh việc nghiên cứu về độ đục có thể kết hợp nghiên cứu về độ nhớt, màu sắc, độ trong,... của dịch sau khi xử lý bằng enzyme pectinase. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Hà Duyên Tư, 2006. Kỹ thuật phân tích cảm quan thực phẩm. NXB. Khoa học - Kỹ thuật. 2. Nguyễn Trọng Cẩn, Nguyễn Thị Hiền, Đỗ Thị Giang, Trần Thị Luyến, 1998. Công nghệ enzyme. NXB. Nông nghiệp, TP. HCM Tiếng Anh 3. A. G. Liew Abdullah, N. M. Sulaiman, M. K. Aroua, M. J. Megat Mohd Noor, 2007. Response surface optimization of conditions for clarifi cation of carambola fruit juice using a commercial enzyme. Journal of Food Engineering, 81, 65-71. 4. Alvarez, R. Riera, F. A., & Coca. J., 1998. Infl uence of depectinization on apple juice ultrafi ltration, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 138, 377-382. 5. Brasil, I. M., Maia, G. A., & Figuiredo, R. W., 1995. Physicalchemical changes during extraction and clarifi cation of guava juice. Food Chemistry, 54, 383-386. 6. Ceci, L. & Lozano, 1998. Determination of enzymatic activities of commercial pectinases for the clarifi cation of apple juice. Food chemistry, 61, 237-241. 7. Hassan K. Sreenath and Krishnaswamy santhanam, 1992. The use of commercial enzymes in white grape juice clarifi cation. Journal of fermentation and bioengineering, 73, 241-243. 8. H.N. Sin, S. Yusof, N. Sheikh Abdul Hamid, R. Abd. Rahman, 2006. Optimization of enzymatic clarifi cation of sapodilla juice using response surface methodology. Journal of Food Engineering, 73, 313-319 9. Lanzarini, G. & Pifferi, 1989. Enzymes in the fruit juice industry. Biotechnology application in beverage production, 189-222. 10. W. C. Lee, S. Yusof, N. S. A. Hamid, B. S. Baharin, 2006. Optimizing conditions for enzymatic clarifi cation of banana juce using response surface methodology (RSM). Journal of Food Engineering, 73, 55-63. 11. Yusof, S., & Ibrahim, 1994. Quality of soursop juice after pectinase enzymes treatment. Food Chemistry, 51, 83-88. 12.