Tối ưu hóa các thông số quá trình xử lý enzyme để tăng sản lượng dịch trích và các hợp chất có hoạt tính sinh học từ trái thanh trà (Bouea macrophylla Griffith) bằng phương pháp bề mặt đáp ứng

- Enzyme, hiệu suất thu hồi, hợp chất có hoạt tính sinh học, thanh trà, tối ưu hóa, trích ly Keywords:.
- Nghiên cứu quá trình trích ly dịch quả được thực hiện trên trái thanh trà (Bouea macrophylla Griffith) ở thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long.
- Ảnh hưởng của điều kiện trích ly, bao gồm: loại enzyme (pectinase và hemicellulase), nồng độ enzyme và thời gian trích ly (30  60 phút) đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng các hợp chất sinh học của dịch quả thanh trà được nghiên cứu.
- Kết quả đạt được cho thấy thịt quả nghiền thanh trà được xử lý với nồng độ enzyme pectinase 0,04% trong 45 phút cho hiệu suất thu hồi dịch quả là cao nhất (85,33.
- Thiết kế thí nghiệm tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng với mô hình phức hợp trung tâm được sử dụng để tối ưu nồng độ enzyme pectinase và thời gian ủ (40  50 phút).
- Dựa vào các biểu đồ và phân tích dữ liệu, điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch quả thanh trà là 0,041% enzyme pectinase và ủ trong thời gian 43,2 phút cho hiệu suất thu hồi (86,95%) cao nhất và hàm lượng polyphenol tổng số, vitamin C, beta-carotene tương ứng là 38,94 mgGAE/mL, 32,52 mg%, 0,83 µg/mL..
- Tối ưu hóa các thông số quá trình xử lý enzyme để tăng sản lượng dịch trích và các hợp chất có hoạt tính sinh học từ trái thanh trà (Bouea macrophylla Griffith) bằng phương pháp bề mặt đáp ứng.
- Thanh trà là đặc sản thứ hai, sau bưởi Năm Roi của thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long.
- Điểm đặc biệt của trái thanh trà Bình Minh là tính chất quý hiếm của nó.
- Do sở hữu nhiều chất dinh dưỡng quan trọng, trái thanh trà có những đặc điểm quý như:.
- Quá trình trích ly dịch quả cũng là công đoạn quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và nâng cao giá trị kinh tế cho tiến trình sản xuất (Nguyễn Minh Thủy và Nguyễn Thị Mỹ Tuyền, 2016)..
- Mục tiêu của nghiên cứu này là ứng dụng hiệu quả hai loại enzyme ở các mức nồng độ và thời gian ủ/trích ly khác nhau để khảo sát tác động của chúng đến hiệu suất trích ly và chất lượng dịch quả thanh trà (các hợp chất sinh học).
- Hiệu suất trích ly và hàm.
- lượng cao nhất các hợp chất sinh học quý trong dịch quả thanh trà được ước tính và ảnh hưởng của các biến độc lập được đánh giá bằng cách sử dụng mô hình bề mặt đáp ứng, đã được sử dụng tối ưu hóa trong các ứng dụng công nghiệp và các quá trình khác do tính tiện lợi và thực tế của chúng (Kurozawa et al., 2008)..
- Trái thanh trà (chua và ngọt) được thu hoạch ở ấp Đông Hưng 2, xã Đông Thành, thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long.
- Sau khi chọn, trái được rửa sạch bên ngoài và cho vào thiết bị chà (Pulper Finisher), tách vỏ và hạt, thu thịt quả nghiền thanh trà.
- 2.2.1 Ảnh hưởng của loại và nồng độ enzyme (pectinase và hemicellulase), thời gian xử lý đến hiệu quả trích ly và chất lượng nước ép thanh trà.
- Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 nhân tố và 3 mức độ: loại enzyme (pectinase, hemicellulase), nồng độ enzyme và thời gian thủy phân (3060 phút).
- Cân thịt quả thanh trà nghiền và pha loãng thịt quả nghiền với nước cất theo tỷ lệ 1:1, bổ sung enzyme với các loại và nồng độ khác nhau, riêng mẫu đối chứng không xử lý enzyme.
- Thực hiện vô hoạt enzyme ở nhiệt độ 99±1 o C trong 5 phút trước khi ép tách dịch thanh trà.
- Xác định hiệu suất trích ly (H.
- 2.2.2 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng (nồng độ enzyme, thời gian trích ly) đến hiệu suất thu hồi dịch quả và hàm lượng tối đa các hợp chất có hoạt tính sinh học.
- Dựa trên cơ sở đã chọn nồng độ và loại enzyme thích hợp từ kết quả nghiên cứu, thiết kế tối ưu hóa các nồng độ enzyme lân cận bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nhằm xác định các thông số tối ưu cho quá trình trích ly dịch trái thanh trà.
- Thịt quả thanh trà nghiền được cân chính xác khối lượng (1 kg), bổ sung enzyme với các nồng độ và ủ ở các thời gian được bố trí theo 10 nghiệm thức (Bảng 1).
- Thực hiện vô hoạt enzyme ở nhiệt độ 99±1 o C trong 5 phút trước khi ép tách dịch thanh trà..
- Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch quả thanh trà được phân tích bao gồm polyphenol tổng, β-carotene và vitamin C..
- Để chọn điều kiện tối ưu, phân tích hồi quy đa biến được áp dụng diễn tả sự thay đổi hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học (polyphenol tổng, beta- carotene, vitamin C) của dịch quả thanh trà được xác định là biến phụ thuộc vào nồng độ enzyme và thời gian trích ly được ghi nhận (ký hiệu là X 1 và X 2.
- 3.1 Ảnh hưởng của loại và nồng độ enzyme (pectinase, hemicellulase) và thời gian trích ly đến hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả thanh trà.
- 3.1.1 Ảnh hưởng của loại và nồng độ enzyme (pectinase, hemicellulase) và thời gian trích ly đến hiệu suất thu hồi dịch quả.
- Hiệu suất trích ly dịch quả thanh trà được xử lý bằng enzyme pectinase và hemicellulase ở các nồng độ và thời gian xử lý khác nhau được trình bày ở Bảng 2..
- Bảng 2: Ảnh hưởng của loại và nồng độ enzyme (pectinase và hemicellulase) và thời gian ủ/trích ly đến hiệu suất thu hồi dịch quả thanh trà (pH = 3,2).
- Loại enzyme Nồng độ enzyme.
- Thời gian trích ly (phút) Hiệu suất thu hồi.
- Enzyme Pectinase.
- Khi nghiền dịch quả, pectin sẽ phóng thích theo làm cho độ nhớt dịch trích tăng cao, quá trình trích ly dịch quả trở nên khó khăn hơn (Nguyễn Minh Thủy và ctv., 2013).
- Khi bổ sung enzyme pectinase và hemicellulase vào dịch quả thanh trà, quá trình trích ly dịch quả trở nên dễ dàng hơn, kết quả thu nhận đã cho thấy khi bổ sung từng loại enzyme pectinase và hemicellulase vào dịch quả thanh trà, enzyme pectinase đã cho hiệu suất thu hồi dịch quả cao hơn so với hemicellulase (Bảng 3)..
- Bảng 3: Ảnh hưởng của enzyme pectinase và hemicellulase đến hiệu suất thu hồi dịch quả thanh trà (pH =3,2).
- Khi bổ sung chế phẩm pectinase vào dịch quả thanh trà, hiệu suất trích ly dịch quả cao (81,93%) và khác biệt ý nghĩa thống kê so với mẫu bổ sung enzyme hemicellulase (80,72.
- khi được bổ sung vào khối thịt quả thanh trà nghiền, chúng sẽ lần lượt phân cắt các thành phần cấu tạo nên thành tế bào, phá vỡ cấu trúc và giải phóng các thành phần bên trong (bao gồm nước và các hợp chất.
- Chính vì vậy, lượng dịch quả thanh trà tăng lên đáng kể.
- Bên cạnh đó, việc bổ sung enzyme hemicellulase, cellulose được phân cắt làm cho thành tế bào trở nên lỏng lẻo, tế bào bị phá vỡ nên dễ dàng thoát nước, thu hồi dịch quả thanh trà nhiều hơn khi không bổ sung enzyme (74,67%)..
- Bảng 4: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme (pectinase và hemicellulase) đến hiệu suất thu hồi dịch quả thanh trà (pH =3,2) Nồng độ enzyme.
- Hiệu suất thu hồi.
- Dịch nghiền được bổ sung enzyme pectinase, hemicellulase ở các nồng độ đã thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa về lượng dịch thanh trà trích ly được thu hồi (Bảng 4).
- Hiệu suất thu hồi dịch quả có khuynh hướng tăng (từ 79,26 đến 82,37%) khi bổ sung enzyme từ nồng độ 0,03 đến 0,04% vào thịt quả thanh trà nghiền.
- Nếu tiếp tục tăng nồng độ enzyme lên 0,05% cho vào dịch nghiền thanh trà thì hiệu suất trích ly dịch quả không thay đổi đáng kể (82,33%) và không tìm thấy sự khác biệt ý nghĩa thống kê so với khi sử dụng nồng độ enzyme là 0,04%.
- không tăng thêm khi tăng nồng độ enzyme (Nguyễn Nhật Minh Phương và ctv., 2011)..
- Bảng 5: Ảnh hưởng của thời gian ủ/trích ly đến hiệu suất thu hồi dịch quả thanh trà (pH.
- Thời gian trích ly Hiệu suất thu hồi.
- Bên cạnh đó, thời gian ủ dịch quả nghiền cũng cho hiệu suất thu hồi dịch quả thanh trà cao (Bảng 5).
- Khi tăng thời gian ủ/trích ly dịch quả từ 30 lên 45 phút thì hiệu suất thu hồi dịch quả có khuynh hướng tăng từ 80,74 đến 82,04%.
- (2011) cho rằng kéo dài thời gian hoạt động thủy phân của enzyme là cần thiết để tạo ra lượng dịch quả nhiều, nhưng thời gian quá dài cũng không tạo ra lượng sản phẩm nhiều hơn mà có thể mất nhiều thời gian, tương đồng kết quả thu nhận của nghiên cứu này, ủ ở 60 phút thì hiệu suất thu hồi có khuynh hướng giảm ít (81,18.
- Ngược lại, thời gian thủy phân quá ngắn (30 phút) là không đủ cho phản ứng thủy phân nên hiệu suất thu hồi dịch quả cũng thấp (80,74.
- 0,04% được bổ sung vào dịch quả thanh trà và thời gian ủ (trích ly) là 45 phút cho hiệu suất thu hồi cao nhất (85,33%)..
- 3.1.2 Ảnh hưởng của loại, nồng độ enzyme và thời gian trích ly đến chất lượng dịch quả thanh trà.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng acid ascorbic trong dịch quả thanh trà sau khi trích ly có sự khác biệt ý nghĩa giữa mẫu có bổ sung enzyme pectinase và hemicellulase (Hình 1).
- Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng vitamin C trong dịch quả thanh trà xử lý enzyme thể hiện cao hơn so với mẫu không xử lý (đối chứng).
- Nồng độ enzyme pectinase sử dụng 0,04% và thời gian ủ/trích ly 45 phút cho dịch trích có hàm lượng vitamin C cao nhất (32,12 mg.
- Khi nồng độ enzyme pectinase sử dụng cao hơn (0,05.
- Hình 1: Ảnh hưởng của phương pháp xử lý enzyme và thời gian trích ly đến hàm lượng vitamin C trong dịch quả thanh trà.
- TPC cao ở các mẫu dịch quả thu nhận khi bổ sung enzyme (pectinase và hemicellulase) ở các mức nồng độ khác nhau và thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa so với mẫu đối chứng (không bổ sung enzyme) (Hình 2).
- Khi bổ sung enzyme pectinase và hemicellulase vào dịch quả, TPC trong dịch quả thanh trà có khuynh hướng tăng từ 0,03% lên 0,04% và giảm xuống khi bổ sung ở nồng độ 0,05%, TPC trong dịch trích thanh trà cao nhất khi bổ sung enzyme pectinase.
- thành tế bào sẽ phóng thích phenolic từ các hợp chất phenol ở dạng liên kết, có sự chuyển hóa hợp chất phenolic ở dạng không hòa tan thành hòa tan, có sự phân hủy của lignin dẫn đến phóng thích dẫn xuất acid phenolic hoặc làm phát sinh thêm phenolic mới, làm cho TPC trong dịch quả tăng.
- Hình 2: Ảnh hưởng của phương pháp xử lý enzyme và thời gian trích ly đến hàm lượng polyphenol tổng trong dịch quả thanh trà.
- Khi bổ sung nồng độ enzyme pectinase 0,04%.
- kết hợp với thời gian ủ 30 và 45 phút, TPC trong dịch quả thanh trà có xu hướng tăng (từ 37,23 lên 39,42 mgGAE/mL), tiếp tục tăng thời gian ủ lên 60 phút, TPC trong dịch quả có khuynh hướng giảm xuống (38,53 mgGAE/mL).
- Khuynh hướng tăng giảm hàm lượng polyphenol trong dịch trích theo thời gian cũng tương tự khi bổ sung enzyme pectinase 0,05% vào dịch nghiền thanh trà và TPC trong dịch quả thanh trà cao khi bổ sung enzyme hemicellulase ở nồng độ 0,04%.
- Sự thấm dung môi và hòa tan chất khô tăng khi thời gian ủ/trích ly tăng đã cải thiện hiệu quả và tốc độ trích ly, vì vậy hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch quả cao hơn.
- Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng thời gian trích ly, TPC trong dịch quả thanh trà có khuynh hướng giảm, có lẽ do sự suy thoái của các hợp chất phenolic trong điều kiện khí quyển khi oxy hiện diện..
- Loại, nồng độ enzyme pectinase và hemicellulase và thời gian ủ/trích ly cũng có ảnh hưởng đến hàm lượng β-carotene của dịch trích thanh trà (Hình 3).
- Hàm lượng β-carotene của dịch quả thanh trà ở các mẫu bổ sung enzyme pectinase và hemicellulase có khuynh hướng giảm theo thời gian ủ enzyme từ 30 đến 40 phút, do khi ủ/trích ly trong thời gian dài, β-carotene dễ bị phá hủy bởi các tác nhân như các phản ứng pectolytic, ánh sáng, nhiệt độ quá trình oxy hóa (Ferreira and Rodriguez- Amaya, 2008).
- Tuy nhiên, hàm lượng β-carotene trong dịch quả thanh trà có khuynh hướng cao (0,84 và 0,83 µg/mL) khi sử dụng enzyme pectinase 0,04% kết hợp với thời gian ủ 30 và 45 phút.
- Hình 3: Ảnh hưởng của phương pháp xử lý và thời gian trích ly đến hàm lượng β-carotene trong dịch quả thanh trà.
- 3.2 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng (nồng độ enzyme, thời gian trích ly) đến quá trình trích ly dịch quả.
- 3.2.1 Hiệu suất trích ly dịch quả.
- Hiệu suất trích ly (HSTL) dịch quả cũng chịu ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase (X 1.
- và thời gian trích ly (X 2 : 40-50 phút).
- Bảng 6: Kiểm tra mức độ ý nghĩa của các hệ số hồi quy cho HSTL dịch quả.
- Mô hình hồi quy đa chiều mô tả mối quan hệ giữa HSTL dịch quả và các biến độc lập được thiết lập (phương trı̀nh 2)..
- Trong đó, X 1 là nồng độ enzyme pectinase.
- X 2 là thời gian trích ly (phút)..
- Mức độ tương thích giữa HSTL dịch quả thực nghiệm và dự đoán theo phương trình hồi quy 2 đã được tìm thấy: y = 0,9659x + 2,7095 với hệ số xác định tương quan R 2 =0,966 (Hình 4).
- Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện tác động của nồng độ enzyme.
- pectinase và thời gian trích ly đến HSTL dịch quả thanh trà (Hình 5)..
- Nồng độ enzyme và thời gian trích ly ảnh hưởng đồng thời đến HSTL.
- Cụ thể, khi nồng độ enzyme pectinase 0,045% thời gian ủ 45 phút, hiệu.
- suất thu hồi dịch quả thanh trà cao (92,22.
- Tuy nhiên, nếu nồng độ enzyme càng cao và thời gian ủ quá dài thì hiệu suất trích ly có khuynh hướng giảm, có thể là do mỗi enzyme chỉ có thể hoạt động tốt trong một trạng thái nhất định..
- Hình 5: Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện tương quan giữa nồng độ enzyme pectinase và thời.
- gian trích ly đến hiệu suất thu hồi dịch quả 3.2.2 Chất lượng dịch quả thanh trà.
- Từ cơ sở dữ liệu thực nghiệm thu nhận, các phương trình hồi quy thể hiện ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase (X 1 ) và thời gian (X 2 ) ủ/trích ly đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học [TPC, beta-carotene (BETA) và vitamin C (VIT C)].
- theo nồng độ và thời gian ủ/trích ly.
- Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase và thời gian trích ly dịch quả đến hàm lượng polyphenol tổng số được xây dựng (Hình 6).
- Kết quả thu nhận hiệu quả trích ly dịch quả tối ưu của enzyme pectinase khi thực hiện ở nồng độ enzyme 0,041% và 43,2 phút trích ly..
- Hình 6: Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện tương quan giữa nồng độ enzyme pectinase và thời gian trích ly dịch quả thanh trà đến hàm lượng polyphenol tổng số.
- Hiệu suất trích ly .
- Các phương trình hồi quy thể hiện ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase và thời gian ủ/trích ly đến HSTL và hàm lượng các hợp chất sinh học được xây dựng (với hệ số xác định tương quan cao.
- Kết quả tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng cho thấy hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả đạt giá trị cao khi bổ sung enzyme pectinase vào dịch quả với nồng độ 0,041% và thời gian 43,5 phút.
- Tại điểm tối ưu này, dịch quả thanh trà thu được với hiệu suất dịch quả là 86,64% và hàm lượng các hợp chất sinh học polyphenol tổng, β- carotene và vitamin C lần lượt là 38,89 mgGAE/mL, 32,41 mg%, 0,83 µg/mL..
- Tác động enzyme pectinase đến khả năng trích ly dịch quả và các điều kiện lên men đến chất lượng rượu vang xoài sau thời gian lên men chính