Phạm Thị Mỹ, Bùi Xuân Đông

122

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH ECA LÊN CHẤT LƯỢNG CHẤT XƠ
THỰC PHẨM THU HỒI TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN RAU QUẢ
BẰNG PHẢN ỨNG ENZYME
THE INFLUENCE OF THE ECА SOLUTION ON THE QUALITY OF DIETARY FIBERS
RECLAIMED FROM THE WASTED MATERIALS OF PROCESSED FRUIT AND
VEGETABLES VIA ENZYMES REACTIONS
Phạm Thị Mỹ1, Bùi Xuân Đông2
1
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng;
2
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng;
Tóm tắt - Nghiên cứu cơng nghệ phức hợp xử lý phụ phẩm chế
biến rau quả nhằm hướng tới sản xuất sạch hơn là một trong
những hướng nghiên cứu có tính thời sự hiện nay. Bài báo này
trình bày kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của dung dịch điều
chỉnh pH là nước hoạt hóa điện hóa (ECA) lên sản phẩm chất xơ
thu hồi từ phế liệu sản xuất chuối và xoài bằng phản ứng enzyme.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng nước ECA để điều chỉnh
pH của phản ứng enzyme làm tăng hiệu suất loại bỏ tạp chất khi
thu hồi chất xơ từ vỏ chuối lên 1,3 lần và từ phụ phẩm xoài lên 1,6
lần. Ngoài ra khi đánh giá chất lượng sản phẩm chất xơ thu được,
nhận thấy khả năng giữ nước của chất xơ tăng13%, khả năng hấp
phụ kim loại nặng tăng 10% và sản phẩm chất xơ thu được có độ
tinh sạch cao.

Abstract - Researching the complex technology for the treatment
of the by-products of processed fruit and vegetables towards

cleaner production is a pressing need. This article presents the
results of a study on the influence of the pH adjustment solution
called ECA electrolyzed water on the fiber retrieved from the
wasted materials of the processed bananas and mangoes by
means of enzymes reactions. The research results show that using
the ECA solution to regulate the pH of the enzymes reactions
increases the productivity of the extraction of impurities in retrieving
fibers from banana peel up to 1.3 times and from mango waste to
1.6 times. In addition, the evaluation of the quality of the retrieved
fiber products shows a 13% rise in the water retention capability of
fiber, a 10% increase in heavy metal absorption capability and the
retrieved fiber products are within safety limits in terms of purity.

Từ khóa - chất xơ; vỏ chuối; vỏ và bã xoài; phản ứng enzyme;
dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA; khả năng giữ nước; khả năng
hấp phụ kim loại nặng.

Key words - dietary fiber; banana peel; mango skin and waste;
enzymes reactions; ECA electrolyzed water; water retention
capability; heavy metal absorption capability.

1. Đặt vấn đề
Nghiên cứu công nghệ phức hợp xử lý phụ phẩm chế
biến rau quả nhằm hướng tới sản xuất sạch hơn là một trong
những hướng nghiên cứu có tính thời sự hiện nay [1]. Sản
xuất chất xơ từ phụ phẩm chế biến rau quả như sản xuất
các loại nước ép trái cây đã và đang được nhiều nhà khoa
học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu [2; 3]. Lợi
ích của việc sử dụng chất xơ đối với sức khỏe con người đã
được nhiều cơng trình khoa học cơng bố. Việc sử dụng chất

xơ hòa tan được chứng minh làm giảm hàm lượng
cholesterol và giúp ổn định hàm lượng glucose trong máu
[4; 5]. Trong khi đó, việc sử dụng chất xơ khơng hịa tan
giúp cho cơ thể ngăn ngừa các bệnh ung thư ruột và các
bệnh về rối loạn tiêu hóa [6]. Ngồi ra, việc tiêu thụ các
loại thực phẩm có hàm lượng chất xơ cao còn ngăn ngừa
các bệnh về tim mạch, tiểu đường và béo phì [7].
Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất chất xơ theo phương
pháp hóa học cần sử dụng một lượng lớn bazơ và axit mạnh
trong điều kiện nhiệt độ cao để thực hiện các công đoạn loại
bỏ protein và tinh bột, gây ra nhiều hậu quả đáng lo ngại cho
môi trường [2]. Trong các nghiên cứu trước đây, một số tác
giả đã thu hồi chất xơ từ vỏ chuối, vỏ và bã xoài bằng phương
pháp sinh học (sử dụng chế phẩm enzyme alcalase và
amylase) [8] kết hợp sử dụng dung dịch nước hoạt hóa điện
hóa của cơng nghệ ECA (Electro Chemical Activation) [9]
làm dung dịch điều chỉnh pH cho phản ứng enzyme. Mục
tiêu của nghiên cứu này là đánh giá sự ảnh hưởng của nước
hoạt hóa điện hóa ECA đến chất lượng sản phẩm chất xơ thu
hồi từ vỏ chuối, vỏ và bã xoài bằng phản ứng enzyme.

2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Quy trình thu nhận chất xơ từ phụ phẩm chế biến
chuối và xoài
Chất xơ được thu nhận từ vỏ chuối và hỗn hợp vỏ, bã
xoài sau khi được nghiền nhỏ bằng phản ứng enzyme với
hai giai đoạn khác nhau. Đối với chất xơ từ vỏ chuối thì
giai đoạn 1 dùng enzyme alcalase và giai đoạn 2 dùng
enzyme amylase. Trong khi đó, chất xơ từ hỗn hợp vỏ, bã
xoài ở giai đoạn 1 dùng enzyme amylase và giai đoạn 2

dùng alcalase. Để điều chỉnh pH tối ưu cho phản ứng
enzyme alcalase, sử dụng dung dịch ECA-catolyte hoặc
NaOH 0,1N. Dung dịch ECA-anolyte hoặc HCl 0,1% được
dùng để điều chỉnh pH cho phản ứng enzyme α-amylase.
Vỏ chuối và hỗn hợp vỏ, bã xoài, sau khi tham gia phản
ứng enzyme được quay ly tâm thu được chất xơ chính là
phần rắn. Chất xơ thành phẩm được sấy khô ở nhiệt độ
60ºC trong thời gian 5,5-6h. Sau đó hỗn hợp được nghiền
nhỏ với kích thước 0,5 mm, được đóng gói và bảo quản ở
nhiệt độ 22ºC và độ ẩm 70%.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu bao gồm hai nhóm chất xơ sau:
- Nhóm chất xơ được thu hồi từ vỏ chuối
+ Chất xơ thu hồi từ vỏ chuối (kí hiệu C-H) bằng phản
ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase với dung dịch
điều chỉnh pH là NaOH 0,1N và HCl 0,5%.
+ Chất xơ thu hồi từ vỏ chuối (kí hiệu C-E) bằng phản
ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase với dung dịch


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015

đệm là nước ECA.
- Nhóm chất xơ được thu hồi từ vỏ và bã xoài
+ Chất xơ thu hồi từ hỗn hợp vỏ và bã xồi (kí hiệu XH) bằng phản ứng thủy phân enzyme alcalasevà amylase
với dung dịch điều chỉnh pH là NaOH 0,1N và HCl 0,5%.
+ Chất xơ thu hồi từ hỗn hợp vỏ và bã xồi (kí hiệu XE) bằng phản ứng thủy phân enzyme alcalase và amylase
với dung dịch điều chỉnh pH là nước ECA
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu nhận dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA

Nước hoạt hóa điện hóa ECA thu được bằng cách sử
dụng máy sản xuất nước hoạt hóa điện hóa СТЭЛ-20 АК.
Q trình hoạt hóa kéo dài trong khoảng 10-15 phút thu
được dung dịch ECA-anolyte với giá trị pH 2,0-6,5 và dung
dịch ECA-catolyte với giá trị pH 7,5-12,0.
2.3.2. Phương pháp xác định thành phần hóa học của xơ
thành phẩm
+Hàm lượng protein (%) được xác định bằng phương
pháp Kjeldahl.
+Hàm lượng nước (%) xác định theo GOST 28561-90,
Liên bang Nga.
+ Hàm lượng tro (%) được xác định theo GOST 2555582, Liên bang Nga.
+ Hàm lượng gluxit tổng số (%) được tính theo cơng
thức: G = 100 – (N+P+L+T) trong đó N – a hàm lượng nước,
P - hàm lượng protein, L – hàm lượng lipid, T – hàm lượng
tro.
2.3.3. Phương pháp xác định các thành phần gluxit của
chất xơ
+ Hàm lượng đường khử (%) được xác định bằng
phương pháp Bertrand [10].
+ Hàm lượng tinh bột (%) được xác định bằng phương
pháp Everse [11].
+ Hàm lượng cellulose (%) được xác định bằng phương
pháp Kiusner và Ganek [10].
+ Hàm lượng hemicellulose (%) xác định bằng phương
pháp Obolenska [11].
+ Hàm lượng pectin (%) được xác định bằng phương
pháp canxi pectat [10].
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu tính chất cơng nghệ của
chất xơ

Khả năng giữ nước của chất xơ được xác định bằng
phương pháp Loxeva. Khả năng hấp phụ kim loại nặng của
chất xơ được xác định dựa vào khả năng hấp phụ ion Hg2+
theo phương pháp Loxeva và Starkova [12].
Khả năng oxi hóa các thành phần của chất xơ trong
dung môi hữu cơ được xác định bằng phương pháp
von-ampe kế tuần hoàn trên thiết bị IPC-Pro-MF. Bản
chất của phương pháp dựa vào sự phụ thuộc của cường độ
dòng điện trong ơ điện hóa mà anod được nhúng vào dung
dịch hữu cơ СН 3СN vào hiệu điện thế. Trên anod bạch
kim xảy ra q trình oxi hóa các thành phần của chất xơ,
qua đó có thể xác định được hàm lượng tương đối của
chúng.

123

3. Kết quả nghiên cứu và khảo sát
3.1. Kết quả nghiên cứu thành phần hóa học của chất xơ
thu hồi được bằng phản ứng enzyme với các dung dịch
đệm khác nhau
Kết quả phân tích thành phần hóa học của chất xơthành
phẩm C-H, C-E, X-H, X-E được trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1. Thành phần hóa học của chất xơ
từ phụ phẩm chế biến chuối và xoài
STT

Sản
phẩm

1

2
3
4

C-H
C-E
X-H
X-E

Hàm lượng, %
Nước
9,7±0,3
9,7±0,2
10,5±0,4
9,9±0,1

Protein
1,3±0,05
0,9±0,05
0,97±0,05
0,7±0,05

Gluxit
85,7±0,5
86,1±0,5
86,4±0,4
87,6±0,4

Tro
3,3±0,3

3,3±0,2
1,9±0,2
1,8±0,2

So sánh thành phần hóa học của các sản phẩm chất xơ
thu hồi được (Bảng 1) nhận thấy rằng dung dịch điều chỉnh
pH ảnh hưởng không đáng kể đến thành phần hóa học của
chúng.
Tiếp theo, chúng tơi tiến hành phân tích hàm lượng
thành phần gluxit của sản phẩm chất xơ thu được bằng phản
ứng enzyme với các dung dịch đệm khác nhau (Bảng 2).
Bảng 2. Thành phần gluxit của chất xơ thu được từ phụ phẩm
chế biến chuối và xoài
STT
1
2
3
4
5

Thành phần
Đường
Tinh bột
Cellulose
Hemixellulose
Pectin

Chất xơ từ vỏ chuối
C-H
14,6±0,1

0,6±0,04
50,7±0,4
11,3±0,2
8,4±0,1

C-E
5,1±0,1
0,3±0,02
55,5±0,5
14,4±0,2
10,8±0,1

Chất xơ từ hỗn hợp
vỏ và bã xoài
X-H
X-E
15,0±0,3 6,3±0,1
1,1±0,05 0,8±0,04
44,1±0,4 50,1±0,6
13,5±0,2 15,0±0,3
12,5±0,2 15,3±0,3

Từ kết quả nghiên cứu ở Bảng 2, nhận thấy rằng chất
xơ thu hồi được bằng phản ứng enzyme với dung dịch đệm
là nước ECA (C-E, X-E) có hàm lượng cellulose,
hemicellulose và pectin cao hơn và hàm lượng đường, tinh
bột thấp hơn so với sản phẩm dùng hóa chất làm dung dịch
đệm (C-H, X-H).
Việc sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa ECA làm
dung dịch điểu chỉnh pH đã tăng hàm lượng pectin,

cellulose, hemicellulose trong chất xơ từ vỏ chuối lần lượt
là 22%, 21%, 8,6% và làm giảm hàm lượng đường 2,8 lần,
hàm lượng tinh bột 2,3 lần. Trong khi đó ở sản phẩm chất
xơ thu hồi từ phụ phẩm xồi thì sự tăng hàm lượng pectin,
cellulose, hemicellulose tương ứng là 18,3%, 10%, 12% và
hàm lượng đường giảm 2,4 lần, còn hàm lượng tinh bột
giảm 1,6 lần. Phần trăm chất xơ tinh khiết trong các sản
phẩm C-E, X-E tương ứng là 93,7% và 91,6%, cao hơn
12% so với các sản phẩm C-H và X-H.
Như đã biết, khi hoạt hóa điện hóa nước, ta nhận được hai
dung dịch ECA-anolyte có giá trị рН 2,0 – 6,5 và ECAkatolyte có рН 7,5 – 12,5 [13]. Nghiên cứu được tiến hành bởi
các nhà khoa học của Nga cũng như trên thế giới cho thấy rằng
dung dịch điện hóa ECA có một khả năng thâm nhập qua
màng sinh học cao, có tác dụng ức chế hệ thống enzyme, là
chất xúc tác hiệu quả và chất oxi hóa mạnh [9, 14]. Do vậy
nhận thấy rằng kết quả nghiên cứu của tác giả là hoàn toàn


Phạm Thị Mỹ, Bùi Xuân Đông

124

phù hợp với các nghiên cứu của các nhà khoa học trước đó.
Khả năng diệt khuẩn của dung dịch hoạt hóa điện hóa
ECA thể hiện ở khả năng oxi hóa các chất của tế bào vi
khuẩn, đặc biệt các lipoprotein. Các nhà khoa học đã chứng
minh rằng dung dịch điện hóa với giá trị pH khác nhau có
khả năng tiêu diệt tất cả các vi sinh vật như S. aurreus, S.
choleraesuis, E. coli, Salm. enteritidis... Chính vì vậy, khảo
sát các chỉ số an tồn vi sinh vật cho thấy rằng khi sử dụng

nước ECA thu được các sản phẩm chất xơ có chỉ số vi sinh

vật nằm trong giới hạn an toàn [14].
3.2. Kết quả đánh giá hiệu suất phản ứng enzyme thu hồi
chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối và xoài
Để so sánh hiệu suất loại bỏ các tạp chất trong quá trình
tách chiết chất xơ từ phụ phẩm chuối và xoài khi sử dụng
hai dung dịch đệm là hóa chất (NaOH 0,1N; HCl 0,5%) và
nước ECA chúng tôi tiến hành nghiên cứu q trình oxi hóa
các thành phần trong chất xơ thu hồi được bằng phương
phápvon-ampe kế tuần hoàn trên thiết bị IPC-Pro-MF.

1

Cường độ dòng điện, mA

2

3

Cường độ dòng điện, mA

1

2

3

Hiệu điện thế, mV


Hiệu điện thế, mV

Hình 1. Đồ thị oxi hóa: chất điện ly nền (3); chất xơ nhãn hiệu C-E, X-E (2); chất xơ nhãn hiệu C-H, X-H
(1) (Pt-anod, Ag/AgCl, СН3CN, 0,1 М n-Bu4NClO4)

Theo kết quả nghiên cứu ở đồ thị Hình 1, dựa vào chiều
cao của các đỉnh đường cong oxi hóa nhận thấy rằng trong
phản ứng enzyme sử dụng nước ECA làm dung dịch điều
chỉnh pH để thu hồi chất xơ thì sự oxi hóa các thành phần
trong chất xơ từ vỏ chuối thấp 1,3 lần và từ hỗn hợp vỏ, bã
xoài bé hơn 1,6 lần so với khi dùng hóa chất thơng thường
làm dung dịch đệm. Như vậy, có thể đưa ra kết luận rằng
việc sử dụng hóa chất (HCl 0,5% và NaOH 0,1N) để tạo

dung dịch điều chỉnh pH cho phản ứng enzyme tách chiết
chất xơ từ phụ phẩm chuối và xoài đưa lại hiệu suất thấp
hơn khi sử dụng nước ECA làm dung dịch đệm.
3.3. Kết quả nghiên cứu chất lượng sản phẩm chất xơ thu
hồi từ phụ phẩm chế biến chuối và xoài
Kết quả nghiên cứu chỉ tiêu đánh giá chất lượng và khảo
sát các tính chất cơng nghệ của chất xơ thu hồi được từ phụ
phẩm chế biến chuối và xồi được trình bày ở Bảng 3.

Bảng 3. Các chỉ tiêu về chất lượng và tính năng, cơng nghệ của sản phẩm chất xơ
STT

C-H

C-E


X-H

X-E

1

Hình dạng

2

Màu

Dạng bột, dễ tan dưới tác dụng cơ học

3

Mùi, vị

5

Khả năng giữ nước, g
nước/g chất xơ

7,9±0,3

9,0±0,3

9,1±0,2

10,5±0,2


6

Khả năng hấp phụ, mg
Hg2+/g chất xơ

15,4±0,4

17,2±0,4

16,6±0,3

18,5±0,4

Nâu tối

Nâu sáng

Vàng

Kem sữa

Đặc trưng của sản phẩm chất xơ

Khảo sát các chỉ tiêu về chất lượng và tính năng cơng
nghệ của sản phẩm chất xơ (Bảng 3) cho thấy rằng, so với
sử dụng dung dịch đệm hóa chất thì nước ECA cho phép
thu nhận được các sản phẩm có màu sắc tươi sáng hơn. Kết
quả này hồn toàn phù hợp với các nghiên cứu của các nhà
khoa học trước về tính chất oxi hóa, khả năng tẩy màu của

dung dịch điện hóa ECA [14]. Kết quả nghiên cứu cũng
chứng minh rằng khi sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa
ECA làm tăng khả năng giữ nước của chất xơ lên 13% và
khả năng hấp phụ kim loại nặng lên 10%. Kết quả trên đây
phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây của nhà khoa

học Dukin M.S., Ông đã chứng minh rằng khả năng giữ
nước của chất xơ liên quan đến mức độ ưa nước và số lượng
polime sinh học có trong nó, được đặc trưng bởi bề mặt và
độ xốp của các phần tử cũng như kích thước của chúng.
Chất xơ tổ hợp trong thành phần của chúng các polime sinh
học với ái lực khác nhau đối với nước. Pectin và một số
hemicellulose thuộc nhóm keo háo nước. Cellulose hầu
như không tan trong nước, chứa lượng lớn nhóm –OH và
hệ thống mao quản rất nhỏ, chính những yếu tố này tạo nên
khả năng hấp thụ và giữ nước [2]. Việc sử dụng nước ECA
làm tăng hàm lượng pectin, hemicellulose và cellulose


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015

trong chất xơ, chính vì thế mà tăng khả năng giữ nước cũng
như hấp thụ kim loại nặng của chúng.
4. Kết luận
Trong nghiên cứu này tác giả trình bày các kết quả thí
nghiệm nhằm xác định ảnh hưởng đệm ECA lên phản ứng
enzyme thu hồi chất xơ từ phụ phẩm chế biến chuối và
xoài. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi sử dung dung dịch
ECA, hiệu suất loại bỏ tạp chất khi thu hồi chất xơ từ vỏ
chuối tăng 1,3 lần và từ phụ phẩm xoài tăng 1,6 lần. Ngoài

ra, khi đánh giá chất lượng sản phẩm chất xơ thu được,
nhận thấy khả năng giữ nước của chất xơ lên 13%, tăng khả
năng hấp phụ kim loại nặng lên 10%. Các chất xơ thu được
có thể được sử dụng với vai trò là chất phụ gia để tạo ra
những sản phẩm thực phẩm chức năng có ích cho sức khỏe
con người, đặc biệt là dùng để sản xuất thực phẩm chức
năng dành cho những người béo và những người có nguy
cơ tăng đường huyết.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Бутова, С. Н., Биотехнологическая деградация отходов
растительного сырья, М.: МГУПП, 2004.
[2] Дудкин, М. Си Черко Н.К., Пищевые волокна, К.: Урожай, 1988.
[3] Пат. 2336731 Российская Федерация, МПК А 23 L 1/05, А 23 L
1/308, А 23 L 1/0524, Способ получения растительных пищевых
волокон, Г.Н. Румянцева, С.В. Макурина; патентообладатель:
Московский государственный университет прикладной
биотехнологии, № 2007133465/13, заявл. 07.09.07; опубл.
27.10.08, Бюл. № 30. – 4 с.: ил.

125

[4] Anderson W., Deakins D.A., Floore T.L., Smithy B.M &Whitis
S.E.,“Dietary fiber and coronary heart disease”, Critical Reviews in
Food Science and Nutrition, Volume 29, 1990, p.95-147.
[5] Brown L., B. R os Пег, Willett W. & Sacks F., “Cholesterollowering effects of dietary fiber: A meta-analysis”, American
Journal of Clinical Nutrition, Volume 69, 1999, p.30- 42.
[6] McIntosh G.H. & Racobs D.R.,“Cereal- grain foods, fibers, and
cancer prevention”, Whole-grain foods in health and disease. L.
Marquart, J. L. Slavin, & IL G. Fulcher (Eds.), AACC International:
St Paul, MN, 2002, p. 201-232.

[7] Slaving J.L.,Dietary fiber and body weight, Nutrition, Volume 21,
2005, p. 411-418.
[8] Фам, Т.М., “Разработка технологии получения пищевых
волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и
бананов”, Известия вузов. Пищевая технология, 2013, № 5 – 6
(336 - 337),С.61 - 63.
[9] Thorn R. M. S., Lee S. W. H., Robinson G. M., Greenman J. &
Reynolds D. M., “Electrochemically activated solutions: evidence
for antimicrobial efficacy and applications in healthcare”, European
Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases, Volume
31,2012, p. 641-653.
[10] Широков, Е.П, Практикум по технологии хранения и
переработки плодов и овощей, М.: Агропромиздат, 1985.
[11] Ермаков А. И., Арасимович В.Ви др,Методы биохимического
исследований растений,, Л.« Колос», Линингр. Отд-ие, 1972.
[12] Лосева, В. А., Способ получения пищевых волокон, их свойства
и использования для очистки соков свеклосахарного
производства: Мед. указания к лабораторным работам по курсу
« Технология отрасли», Воронеж: ВГТА, 2002.
[13] ПрилуцкийВ. И. и БахирВ. М., Электрохимическая
активированная вода: аномальные свойства, механизм
биологического действия, М.: ВНИИИМТ, 1997.
[14] Бахир, В. М., Электрохимическая активация, М.: ВНИИИ
мед.техники, 1992, 2 ч.

(BBTnhậnbài: 09/12/2014, phảnbiệnxong: 29/01/2015)