ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG THỊ BÍCH TUYỀN

NÂNG CAO HIỆU SUẤT TRÍCH LY DỊCH QUẢ BÍ ĐAO
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ENZYME
(Benincasa hispida)

Chuyên ngành: Cơng nghệ thực phẩm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Đặng Quốc Tuấn
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phan Ngọc Hòa
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TPHCM
ngày 23 tháng 07 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Đồng Thị Thanh Thu

- Chủ tịch

2. TS. Đặng Quốc Tuấn

- Phản biện 1

3. TS. TS. Phan Ngọc Hòa

- Phản biện 2

4. TS. Trần Bích Lam

- Ủy viên

5. TS. Võ Đình Lệ Tâm

-

Ủy viên thƣ ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trƣởng khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
---------------------------------------


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đặng Thị Bích Tuyền

MSHV: 13110576

Ngày, tháng, năm sinh: 10/08/1990

Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

Mã số: 60 54 02

I.

TÊN ĐỀ TÀI: Nâng cao hiệu suất trích ly dịch quả bí đao (Benincasa
Hispida) bằng phƣơng pháp enzyme ứng dụng sản xuất bột bí đao hịa tan

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DỤNG:
-

Khảo sát một số thành phần trong quả bí đao

-

Xác định tỉ lệ enzyme cellulase/ pectinase và tỉ lệ pha lỗng thích hợp
cho q trình thủy phân


-

Khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời
gian thích hợp cho q trình thủy phân và tối ƣu hóa các yếu tố này.

-

Xác định các hàm lƣợng phenolic, hoạt tính chống oxy hóa từ ngun
liệu đến sản phẩm.

-

Đánh giá chất lƣợng sản phẩm bột bí đao hòa tan về các chỉ tiêu cảm
quan, dinh dƣỡng, vi sinh.

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015

V.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: GS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO

Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2015
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành cơng trình nghiên cứu này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến ban lãnh đạo Bộ môn Công nghệ thực phẩm, thuộc Khoa kỹ thuật hóa
học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã trang bị những cơ sở vật chất đầy
đủ tạo điều kiện giúp tơi có thể hồn thành đề tài đúng tiến độ.
Bên cạnh đó, tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến q thấy cơ trong Bơ mơn
đã nhiệt tình giúp đỡ và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu giúp tơi tránh
đƣợc nhiều sai sót trong q trình thực hiện để tài. Đặc biệt cảm ơn cô GS.TS
Đống Thị Anh Đào ln ln tận tình hƣớng dẫn và chỉ bảo tơi để tơi có thể giải
quyết các khó khăn một cách tốt nhất.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn ủng hộ, cảm ơn cơ quan
công tác đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc tham gia làm đề tài và hồn thành nghiên
cứu của mình.
Trân trọng.
Tp.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2015

Đặng Thị Bích Tuyền


TĨM TẮT
Trong nghiên cứu này, ngun liệu bí đao (B.Hispida) đƣợc nâng cao hiệu suất

thu hồi chất khô bằng việc xử lý kết hợp hai enzyme pectinase và cellulase. Nghiên
cứu đƣợc tiến hành song song trên hai cơ chất là thịt quả và vỏ quả. Các điều kiên thủy
phân khảo sát gồm pH, nhiệt độ thủy phân, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân.
Kết quả phân tích phƣơng sai ANOVA cho thấy các biến đều có ảnh hƣởng đến hiệu
suất thu hồi chất khô. Các điều kiện thủy phân sau khi khảo sát đƣợc tối ƣu hóa bằng
phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (RSM). Kết quả tối ƣu hóa trên thịt quả cho thấy ở điều
kiện pH 5,43; nhiệt độ thủy phân 53,76oC; nồng độ enzyme 0,9128%v/w; thời gian
thủy phân 120 phút, hiệu suất thực nghiệm thu đƣợc là 66,08±0,17% tăng 35,78% so
với khi không sử dụng enzyme. Quá trình tối ƣu hóa trên vỏ quả với các thơng số tối
ƣu pH 5,23; nhiệt độ thủy phân 45oC; nồng độ enzyme 1% v/w; thời gian 150 phút làm
tăng hiệu suất từ 22,87±0,57% khi không sử dụng enzyme lên 42,27±0,71%. Từ dịch
thủy phân tối ƣu, tiến hành phối chế dịch vỏ quả với tỉ lệ 5% so với dịch thịt quả. Dịch
phối chế đƣợc sấy phun ở nhiệt độ 160oC, áp lức sấy 3 bar để thu sản phẩm bột bí đao
hịa tan. Sản phẩm bột bí đao có dạng hạt mịn, vẫn giữ đƣợc mùi vị đặc trƣng của bí.
Kết quả phân tích các hợp chất chống oxy hóa cho thấy sản phẩm có hàm lƣợng
phenolic đạt 5,78±0,01mgGAE/g nguyên liệu tƣơi, hoạt tính chống oxy hóa theo
DPPH đạt 140,55±7,01mgTEAC/100g nguyên liệu, hoạt tính theo ABTS đạt
149,58±4,07 mgTEAC/100g nguyên liệu tƣơi.


ABSTRACT
In this study, winter melon (B.hispida) was raised the performance of dry
matter recovery by the combined treatment two types of enzyme pectinase and
cellulase. The research was conducted on both substrates: flesh and peel. The
hydrolytic conditions included pH, incubation temperature, enzyme concentration and
incubation time. The result of ANOVA analysis showed the effect of these hydrolytic
conditions to the performance of dry matter recovery. The hydrolytic conditions then
were optimized by response surface methodology (RSM). The optimum result on flesh
indicated for the hydrolytic conditions of pH 5,43; 53,76oC, enzyme concentration
0,9128%, 120 minutes that the experimental performance obtained 66,08±0,17%

which increased 35,78% compare with non-enzymatic treatment. The optimization on
peel at pH 5,23; 45oC, enzyme concentration 1,0%, 150 minutes grew the performance
of dry matter recovery from 22,87±0,57% in non-enzymatic treatment up to
42,27±0,71%. Flesh juice after hydrolysis continued to be mixed with the peel juice at
the ratio of 5% peel juice compare with flesh. The mixed solution was dried at160oC,
pressure of 3bar into powder as finished product. Product had the form of fine-grained
and maintained typical flavor of winter melon. Antioxydant activity analysed on
product showed the total phenolic content of 5,78±0,01mgGAE/g fresh weight, DPPH
and ABTS radical scavenging activity got the result of 140,55±7,01mgTEAC/100g
and 149,58±4,07 mgTEAC/100g fresh weight respectively.


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................................................1
1.1 Tổng quan về trái bí đao .................................................................................................................1
1.1.1 Phân loại khoa học .................................................................................................................1
1.1.2 Phân bố và đặc điểm ...............................................................................................................1
1.1.3 Đặc điểm thực vật học .............................................................................................................3
1.1.4 Thành phần dinh dưỡng ..........................................................................................................3
1.1.5 Tình hình nghiên cứu trên trái bí đao .....................................................................................6
1.2 Tổng quan về enzyme pectinase và cellulase .................................................................................7
1.2.1 Pectinase .................................................................................................................................8
1.2.2 Cellulase ................................................................................................................................11
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................................................15
2.1 Nguyên vật liệu ............................................................................................................................15
2.1.1 Trái bí đao .............................................................................................................................15
2.1.2 Enzyme ..................................................................................................................................15
2.1.3 Maltodextrin ..........................................................................................................................15
2.1.4 Hóa chất ................................................................................................................................15
2.2 Dụng cụ và thiết bị .......................................................................................................................16

2.2.1 Dụng cụ .................................................................................................................................16
2.2.2 Thiết bị ..................................................................................................................................16
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ..............................................................................................................16
2.3.1 Sơ đồ nghiên cứu ...................................................................................................................16
2.3.2 Quy trình trích ly dịch quả bằng enzyme ..............................................................................18
2.3.3 Bố trí thí nghiệm thủy phân ..................................................................................................18
2.3.4 Phối chế dịch quả sau tối ưu và sấy phun .............................................................................22
2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu .....................................................................................................23
2.3.6 Phương pháp phân tích .........................................................................................................23
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................................................25
3.1 Kết quả xác định một số thành phần trong nguyên liệu ...............................................................25
3.2 Kết quả thí nghiệm 1: Xác định tỉ lệ pha lỗng thích hợp ............................................................26
3.3 Kết quả thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ enzyme thích hợp ...............................................................28
3.4 Kết quả thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất thu hồi chất khô từ thịt và vỏ
quả ......................................................................................................................................................30


3.5 Kết quả thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi chất khô từ thịt và
vỏ quả .................................................................................................................................................31
3.6 Kết quả thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến hiệu suất thu hồi chất khô
từ thịt và vỏ quả..................................................................................................................................33
3.7 Kết quả thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thu hồi chất
khô từ thịt và vỏ quả...........................................................................................................................36
3.8 Kết quả thí nghiệm 7: Tối ƣu hóa các điều kiện thủy phân ..........................................................37
3.8.1 Tối ưu hóa các điều kiện thủy phân trên thịt quả ..................................................................37
3.8.2 Tối ưu hóa các điều kiện thủy phân trên vỏ quả ...................................................................40
3.9 Kết quả thí nghiệm 8: Kiểm chứng H (%) dự đốn từ mơ hình so với thực nghiệm ...................42
3.10 Kết quả thí nghiệm 9: Phối chế dịch vỏ và thịt quả sau khi tối ƣu .............................................43
3.11 Kết quả thí nghiệm 10: Đánh giá chất lƣợng sản phẩm sấy phun và sự biến đổi của một số hợp
chất chống oxy hóa trong sản phẩm ...................................................................................................44

3.11.1 Phân tích một số thành phần hóa học trong sản phẩm .......................................................44
3.11.2 Kết quả phân tích hàm lượng phenolic từ nguyên liệu đến sản phẩm ................................45
3.11.3 Kết quả phân tích hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH và ABTS từ nguyên liệu đến sản
phẩm ...............................................................................................................................................46
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .............................................................................................48
4.1

Kết luận ..................................................................................................................................48

4.2

Kiến nghị ................................................................................................................................49

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................................50
PHỤ LỤC ...............................................................................................................................................54
Phụ lục A: Các phƣơng pháp phân tích ..............................................................................................54
1.

Xác định hàm lƣợng các hợp chất phenolic – Phƣơng pháp Folin-Ciocalteu .......................54

2.

Phân tích hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH .....................................................................55

3.

Phân tích hoạt tính chống oxy hóa theo ABTS .....................................................................57

Phụ lục B. Các bảng thống kê ............................................................................................................60
Phụ lục B.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng đến H(%) trên thịt quả ..............................................60

Phụ lục B.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng đến H(%) trên vỏ quả ................................................60
Phụ lục B.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme đến H(%) trên thịt quả ..................................................61
Phụ lục B.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme đến H(%) trên vỏ quả ....................................................63
Phụ lục B.5 Ảnh hưởng của pH đến H(%) trên thịt quả ................................................................64
Phụ lục B.6 Ảnh hưởng của pH đến H(%) trên vỏ quả ..................................................................65
Phụ lục B.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến H(%) trên thịt quả.......................................65
Phụ lục B.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến H(%) trên vỏ quả .........................................66
Phụ lục B.9 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến H(%) trên thịt quả............................................67


Phụ lục B.10 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến H(%) trên vỏ quả ...........................................68
Phụ lục B.11 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến H(%) trên thịt quả ....................................70
Phụ lục B.12 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến H(%) trên vỏ quả......................................71
Phụ lục B.13: Kết quả phân tích hàm lượng phenolic từ nguyên liệu đến sản phẩm.....................71
Phụ lục B.14: Kết quả phân tích hoạt tính chống oxy hóa DPPH và ABTS từ nguyên liệu đến sản
phẩm ...............................................................................................................................................72


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Sản lƣợng các cây quan trọng thuộc họ bầu bí (bí ngơ, bí đỏ, bí đao) ở một
số nƣớc trên Thế giới ...................................................................................................... 1
Bảng 1.2: Thành phần dinh dƣỡng của bí đao ................................................................. 3
Bảng 1.3: Hàm lƣợng các axit amin (mg/100g quả tƣơi) trong các phần khác nhau của
trái bí đao chín ................................................................................................................ 5
Bảng 2.1: Giá trị ở tâm và bƣớc nhảy trong thí nghiệm tối ƣu hóa .............................. 21
Bảng 2.2: Bảng quy hoạch thực nghiệm 4 yếu tố.......................................................... 21
Bảng 2.3: Tỉ lệ phối chế dịch vỏ quả vào thịt quả (% so với dịch từ thịt quả).............. 23
Bảng 2.4: Các phƣơng pháp phân tích .......................................................................... 23
Bảng 3.1: Một số thành phần dinh dƣỡng cơ bản trong nguyên liệu ............................ 25
Bảng 3.2: Tỉ lệ thành phần thịt và vỏ trong bí đao ........................................................ 26

Bảng 3.3: Hiệu suất thu hồi chất khô H (%) theo các điều kiện thủy phân (pH, nhiệt
độ, nồng độ, thời gian) theo quy hoạch thực nghiệm .................................................... 38
Bảng 3.4: Hệ số phƣơng trình hồi quy .......................................................................... 38
Bảng 3.5: Hiệu suất thu hồi chất khô H (%) theo các điều kiện thủy phân (pH, nhiệt
độ, nồng độ, thời gian) theo quy hoạch thực nghiệm .................................................... 40
Bảng 3.6: Hệ số phƣơng trình hồi quy .......................................................................... 41
Bảng 3.7: Các điều kiện thủy phân tối ƣu trên thịt quả và vỏ quả đƣợc xác định từ phần
mềm Mode 5.0 ............................................................................................................... 42
Bảng 3.8: Kết quả kiểm chứng H (%) dự đoán từ phần mềm Mode 5.0 ....................... 42
Bảng 3.9: Kết quả của phép thử ƣu tiên so hàng trên 4 mẫu thí nghiệm ...................... 43
Bảng 3.10: Một số thành phần hóa học trong sản phẩm bột bí đao .............................. 44


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Các hợp chất phenolic tìm thấy trong bí đao .................................................. 6
Hình 1.2: Hình thức phản ứng của pectinase. ............................................................... 10
Hình 1.3: Hoạt tính khác nhau của enzyme pectinase khi đƣợc phân lập bởi các chủng
khác nhau trong mơi trƣờng pectin................................................................................ 11
Hình 1.4: pH và nhiệt độ hoạt động của pectinase phân lập từ A.foetidus và
A.aculeatus .................................................................................................................... 11
Hình 1.5: Hoạt tính khác nhau của cellulase khi đƣợc phân lập bởi các chủng khác
nhau trên môi trƣờng CMC và rơm lúa mì (WS) .......................................................... 13
Hình 1.6: nhiệt độ và pH tối ƣu của cellulase sản xuất bởi Trichoderma reesei S542 . 14
Hình 3.1: Ảnh hƣởng của tỉ lệ pha lỗng thịt quả/nƣớc đến H(%) ............................... 26
Hình 3.2: Ảnh hƣởng của tỉ lệ pha loãng vỏ quả/ nƣớc đến H (%) ............................... 26
Hình 3.3: Ảnh hƣởng của tỉ lệ enzyme đến H (%) trên thịt quả.................................... 28
Hình 3.4: Ảnh hƣởng của tỉ lệ enzyme đến H (%) trên vỏ quả ..................................... 29
Hình 3.5: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất thu hồi chất khô trên thịt quả H (%) ........ 30
Hình 3.6: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất thu hồi chất khô trên vỏ quả H (%) ......... 31
Hình 3.7: Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%)trên thịt quả .......................... 32

Hình 3.8: Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến H (%) trên vỏ quả........................... 32
Hình 3.9: Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến H (%) trên thịt quả ............................. 34
Hình 3.10: Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme đến H (%) trên vỏ quả ............................ 34
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hiệu H (%)trên thịt quả ............... 36
Hình 3.12: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến H (%) trên vỏ quả ....................... 36
Hình 3.13: Kết quả phân tích hàm lƣợng phenolic từ nguyên liệu đến sản phẩm ........ 45
Hình 3.14: Kết quả phân tích hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH từ nguyên liệu đến
sản phẩm. ....................................................................................................................... 46
Hình 3.15: Kết quả phân tích hoạt tính chống oxy hóa theo ABTS từ nguyên liệu đến
sản phẩm. ....................................................................................................................... 47


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5

VIẾT TẮT
ANOVA
DPPH
GAE
LSD
RSM

6

TEAC


7

U/ml

TÊN ĐẦY ĐỦ
Analysis of variance – Phân tích phƣơng sai
2,2-Diphenyl-1-picryhydrazyl
Gallic acid equivalent – Hàm lƣợng acid gallic tƣơng đƣơng
Least Significant Difference – Sự khác biệt ý nghĩa
Response surface methodology – Mơ hình bề mặt đáp ứng
Trolox Equivalent Antioxidant Capacity – Khả năng chống
oxy hóa tƣơng đƣơng trolox
Đơn vị hoạt độ của chế phẩm enzyme


LỜI MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Bí đao vốn là một loại quả quen thuộc với ngƣời dân các nƣớc Châu Á nói
chung và Việt Nam nói riêng. Bí đao là loại quả dây leo, thƣờng đƣợc trồng rất
phổ biến ở các vùng nơng thơn. Quả có vị thanh đặc trƣng, nhai kĩ sẽ thấy có vị
chua. Bí đao thƣờng đƣợc nấu nhƣ canh cùng với thịt heo băm nhuyễn hoặc
xƣơng hầm trong nhiều giờ tạo thành món ăn truyền thống có tác dụng giải
nhiệt. Ngồi ra bí đao cịn đƣợc ứng dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất
bánh kẹo và nƣớc giải khát và đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao. Bí đao cũng là loại
quả dễ trồng, có khả năng sinh trƣởng và phát triển tốt, chống đƣợc sâu bệnh
nên trồng bí đao ít phải sử dụng thuốc bảo vệ thực vật. Năng suất bí đao ở Việt
Nam khá cao trung bình từ 35-50 tấn/ha.
Bí đao là loại quả có hàm lƣợng nƣớc cao (trên 90%), do đó việc nghiên cứu
chế biến để thu đƣợc sản phẩm có hàm lƣợng chất khô cao là cần thiết. Với

mong muốn tạo ra một sản phẩm cơng nghiệp từ bí đao, chúng tôi chọn đề tài
nghiên cứu “ Nâng cao hiệu suất trích ly dịch quả bí đao bằng phƣơng pháp
enzyme”. Đề tài sẽ tập trung ngiên cứu hiệu quả thu hồi chất khơ từ quả và từ đó
ứng dụng sản xuất thử nghiệm một sản phẩm công nghiệp. Đây là hƣớng nghiên
cứu mới góp phần làm phong phú thêm thị trƣờng của loại quả này, qua đó giúp
ngƣời tiêu dùng có nhiều lựa chọn hơn. Bên cạnh đó, đề tài cịn mở ra thêm
nhiều hƣớng nghiên cứu khác trên nguyên liệu quen thuộc này.
Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng phƣơng pháp enzyme để nâng cao hiệu suất trích ly dịch quả
Ứng dụng sản xuất bột bí đao ở quy mơ phịng thí nghiệm
Phân tích một số hợp chất chống oxy hóa trong sản phẩm
Nội dung nghiên cứu
Tổng quan về nguyên liệu chính - quả bí đao và các enzyme pectinase,
cellulase
Phân tích một số thành phần cơ bản trong quả bí đao
Nghiên cứu hiệu quả trích ly chất khơ từ bí trên 2 cơ chất là thịt quả và vỏ,
cụ thể bằng xúc tác thủy phân của hỗn hợp enzyme pectinase và cellulase


Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất trích ly là tỉ lệ pha loãng, pH, nhiệt độ,
nồng độ enzyme và thời gian thủy phân
Tối ƣu hóa 4 yếu tố ảnh hƣởng: pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian
thủy phân
Khảo sát tỉ lệ phối chế dịch thủy phân từ thịt quả và vỏ quả
Phân tích sự thay đổi của các hợp chất phenolic, hoạt tính chống oxy hóa
theo DPPH và ABTS từ thịt quả, vỏ quả, dịch thủy phân, dịch quả đã phối chế
đến sản phẩm bột bí đao.
Phân tích một số chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm.



CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về trái bí đao
1.1.1 Phân loại khoa học [20], [21]
Bí đao có tên khoa học là Benincasa hispida (hay Benincasa cerifera, Cucurbita
hispida, Curcubita pepo-aspera) thuộc họ Cucurbitaceae, chi Benincasa. Đây là loài
duy nhất trong chi Benincasa. Ngồi tên khoa học, bí đao cịn có nhiều tên gọi khác
nhau ở các nƣớc khác nhau, tiêu biểu có các tên dƣới đây:
Tên tiếng Anh: Ash Gourd, Wax Gourd, Chinese Preserving, Melon, Chinese
Water Melon, Gourd Melon, Joined Gourd, Tallow Gourd, Winter Gourd, Winter
Melon, White Pumpkin
Tên Trung Quốc: Dong Gua, Tung Kua, Bai Dong Gua, Yin Dong Gua, Bai-Gua,
Pai Gua
Tên Ấn Độ: Kumora, Komora ( Assamese ), Chal Kumra, Kumra ( Bengali) ,
Bhujailu, Gol-Kaddu, Golkaddu, Kadu, Khola, Kondha, Kudimah, Kumra, Petha,
Pethaa, Phuthia, Raksa ( Hindu )...
Tên Thái Lan: Faeng, Fak, Mafak Khom, Mafak Mon, Mafak Mon Khom
Tên Tây Ban Nha: Calabaza Blanca, Calabaza China
1.1.2 Phân bố và đặc điểm
Nguồn gốc của bí đao vẫn chƣa đƣợc xác định rõ nhƣng khu vực Đông Dƣơng
và Ấn Độ đƣợc xem là nơi tập trung của loại quả này. Bí đao khơng mọc hoang dã mà
đƣợc trồng. Bí đao đƣợc trồng ở Trung Quốc từ năm 500 Sau công nguyên và trồng
rộng rãi ở Đông Nam Á [20]. Ở Việt Nam, bí đao là loại quả phổ biến, dễ chăm sóc và
đƣợc trồng khắp cả nƣớc.
Bảng 1.1: Sản lƣợng các cây quan trọng thuộc họ bầu bí (bí ngơ, bí đỏ, bí đao) ở một
số nƣớc trên Thế giới [40]
Sản lƣợng (tấn)

Tên nƣớc
Trung Quốc


1987

1997

2007

1.063.336

3.075.232

6.309.623
1


Ấn Độ

2.685.000

3.300.000

3.500.000

Liên bang Nga

-

750.000

1.318.150


Mỹ

-

-

864.180

Ai Cập

436.000

568.035

708.000

Mexico

257.310

440.001

516.721

Iran

807.500

536.000


505.000

Cuba

-

-

450.000

Ukraine

-

-

524.700

Philippines

-

160.815

365.698

Ý

342.950


465.117

338.211

Hàn Quốc

-

180.779

330.040

Tây Ban Nha

229.921

341.309

315.000

Argentina

372.500

275.700

300.000

Bangladesh


117.115

185.000

274.635

Pakistan

120.998

244.443

255.000

Indonesia

190,847

-

254,056

Nhật Bản

276.800

247.000

237.000


Thái Lan

200.000

200.000

226.000

Dựa vào bảng trên có thể thấy sản lƣợng của các cây họ bầu bí tăng lên theo
thời gian. Sự gia tăng này là do nhu cầu tăng cao của ngƣời tiêu dùng cũng nhƣ các
nhận thức về những lợi ích sức khỏe mà các loại cây này mang lại. Tính đến thời điểm
2007 thì Trung Quốc tạm thời dẫn đầu về sản lƣợng các cây họ bầu bí với hơn 6 triệu
tấn. Ấn Độ đứng hai với 3,6 triệu tấn. Các quốc gia nhƣ Mỹ, Nga, Ai Cập cũng có sản
lƣợng cao cho thấy đƣợc sự phổ biến trên khắp thế giới của nhóm các cây này.
Bí đƣợc trồng ở độ cao khoảng 1000m, nhìn chung phù hợp với những vùng
thấp có khí hậu nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới. Bí chịu đƣợc khơ hạn và có thể phát triển
ở những vùng khơ. Nhiệt độ thích hợp từ 23 - 28oC, pH từ 6,0 – 7,0, đất tới xốp, thoát
nƣớc tốt [21].
2


1.1.3 Đặc điểm thực vật học
Về đặc điểm thực vật học, cây bí đao gồm 4 thành phần chính là rễ, thân lá, hoa
và quả. Rễ sinh trƣởng mạnh và có khả năng chịu hạn tốt, gặp điều kiện thuận lợi rễ sẽ
ăn sâu vào mặt đất. Nếu gặp đất tốt và độ ẩm thích hợp, rễ phát triển tốt, làm tăng khả
năng hấp thu nƣớc và chất dinh dƣỡng từ đất. Thân lá thuộc loại thân thảo, leo bò rất
tốt. Thân trịn, có màu xanh và đƣợc phủ bới một lớp lơng cứng và dày, lơng dài hơn
về phía ngọn. Khả năng phân nhánh của bí xanh tƣơng đối mạnh và đều cho quả. Lá
xanh thẫm, dày, phủ lông cứng. Lá lớn có dạng chân vịt 5 cạnh, 2 lá mầm. Lá có răng
cƣa và lơng mềm, độ dài lá từ 5 - 20cm. Hoa có 5 cánh hợp màu vàng, đơn tính cùng

gốc. Hoa cái cánh to hơn hoa đực và mọc trên cùng nách lá. Hoa đực dài từ 7,5 10cm, hoa cái ngắn hơn. Hoa cái có thể xuất hiện từ nách lá thứ 6 - 7 trở đi. Cây thụ
phấn nhờ cơn trùng. Quả có màu xanh, hình trụ thon dài, hẹp dần về phía trung tâm.
Độ dài quả từ 15 - 23cm, đƣờng kình từ 5 - 10cm. Bên ngoài quả đƣợc phủ một lớp
phấn sáp có lơng nên cịn đƣợc gọi là bí phấn hay bí sáp [17] [20] [21].
Bí đao có thể trồng quanh năm ở tất cả các vùng sinh thái. Tuy nhiên tuỳ theo
chế độ đất và nƣớc của từng vùng, bố trí thời vụ thích hợp để thời kỳ ra hoa, ra quả
tránh bị úng hoặc gặp hạn kéo dài. Các vụ trong năm gồm:
Vụ Xuân gieo trồng vào tháng 1;
Vụ hè gieo trồng vào tháng 5-6. Ở Đồng bằng sông Cửu Long vùng không chủ
động nƣớc gieo trồng đầu tháng 4 đến tháng 5;
Vụ Thu gieo trồng vào tháng 9-10;
Vụ Đông: Vùng Đồng bằng sông Hồng, các tỉnh miền núi ấm, vùng Bắc Trung
Bộ trồng bí đao vào đầu tháng 10, sau khi đã thu hoạch lúa mùa sớm. ở Đồng bằng
sơng Cửu Long bí đao trồng dƣới ruộng, tốt nhất là vụ Đông – Xuân, xuống ruộng
tháng 10-11.
Thời gian thu quả phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Khi bí có nhiều phấn trắng
là đã già, có thể bảo quản đƣợc lâu.
1.1.4 Thành phần dinh dưỡng
Bảng 1.2: Thành phần dinh dƣỡng của bí đao [37]

3


Thành phần

Đơn vị

Giá trị trên 100g

Nƣớc


g

96.1

Năng lƣợng

kcal

13

Protein

g

0.4

Lipid tổng

g

0.2

Carbohydrate

g

3

Xơ


g

2.9

Tro

g

0.3

Canxi

mg

19

Sắt

mg

0.4

Magie

mg

10

Photpho


mg

19

Kali

mg

6

Natri

mg

111

Kẽm

mg

0.64

Đồng

mg

0.023

Mangan


mg

0.058

Selen

mg

0.2

Vitamin C

mg

13

Thiamin

mg

0.04

Riboflavin

mg

0.11

Niacin


mg

0.4

Acid pantothenic

mg

0.133

Vitamin B6

mg

0.035

Folate

µg

5

Acid béo bão hịa

g

0.016

4



Tryptophan

g

0.002

Lysine

g

0.009

Methionine

g

0.003

Số liệu từ bảng trên cho thấy, ngoài các thành phần dinh dƣỡng cơ bản, bí đao
tƣơi cịn chứa các vitanmins nhiều nhất có thể kể đến vitamin C, Riboflavin, Niacin;
các khống chất Natri, Kali, Canxi, Photpho, Magie. Ngồi ra trong bí đao cịn chứa
một lƣợng lớn các triterpenoids, flavanoids, glycosides, saccharides, β sitosterin và
acid uronic. Bên canh đó, một số các báo cáo cịn cho thấy bí đao là một nguồn dồi
dào các axit amin thiết yếu và không thiết yếu, đặc biệt là trong hạt và vỏ quả.
Bảng 1.3: Hàm lƣợng các axit amin (mg/100g quả tƣơi) trong các phần khác nhau của
trái bí đao chín [40]
Axit amin


Thịt

Hạt

Vỏ

Ornithine
Aspartate
Threonine
Serine
Glutamate
Proline
Glycine
Alanine
Cysteine
Valine
Methionine
Isoleucine
Leucine
Tyrosine
Phenylalanine
Lysine
Histidine
Arginine
γ-Aminobutyric acid

7.002
37.041
7.352
8.487

54.083
3.502
6.109
8.507
1.505
7.128
8.360
9.548
4.433
8.221
8.921
6.009
26.514
3.673

6.946
559.282
171.905
253.473
990.661
137.955
324.061
244.525
40.186
200.942
30.883
191.723
348.316
70.980
267.765

261.668
133.558
747.042
9.869

99.860
34.078
45.395
112.985
35.117
46.829
54.288
2.755
39.933
3.711
39.535
62.567
25.912
46.566
60.646
24.170
64.388
-

Các hợp chất dễ bay hơi đƣợc tìm thấy trong bí đao có E-2-hexenal, n-hexanal
và n-hexyl formate trong khi đó các hợp chất tạo mùi chính đƣợc phát hiện gồm có
acetoin, octanal và nonanal. Trong thịt quả cịn chứa các hợp chất phenolic, 3 hợp chất
5



phenolic đƣợc tìm thấy khi tách 2g phenolic thơ chiết từ quả là astilbin (120mg),
catechin (103 mg) và naringenin (79 mg) [40].
1.1.5 Tình hình nghiên cứu trên trái bí đao
Tình hình nghiên cứu về trái bí đao trong nƣớc nhìn chung cịn hạn chế. Các
sản phẩm về bí đao hiện có trên thị trƣờng Việt Nam cũng chƣa nhiều. Phổ biến hơn cả
là trà bí đao với hƣơng vị đặc biệt của bí đao và đƣờng caramel hóa. Tại Việt Nam
cũng có đề tài thực hiện bởi Đ.T.A.Đào về “Nghiên cứu chế biến nƣớc uống từ bí đao”
(2003) [3].
Các nghiên cứu thực hiện trong vòng 30 năm trở lại đây trên thế giới cho thấy
bí đao là loại có nhiều tính năng y học vƣợt trội nhƣ khả năng chống oxy hóa, chống
loét, chống ung thƣ, chống suy nhƣợc, kháng viêm, kháng histamine, trị tiêu chảy, hỗ
trợ hoạt động tiêu hóa và bài tiết [10] [17] [40].
Dịch chiết bằng methanol từ hạt bí đao cho thấy khả năng loại bỏ các gốc tự do
một cách hiệu quả tùy thuộc vào nồng độ. Ở nồng độ 300µg/ml, hoạt tính loại bỏ các
gốc tự do đƣợc tìm thấy là cao nhất với 79.8%, khả năng loại bỏ gốc H2O2 là 63.7% ở
nồng độ 200µg/ml [21]. Hạt bí cịn có khả năng cao nhất trong việc ức chế sự oxy hóa
axit linoleic và loại bỏ gốc tự do DPPH so với vỏ,thịt hay lõi quả. Trong một thử
nghiệm trên chuột bạch, bí đao còn cho thấy việc làm giảm tổn thƣơng thận sau quá
trình thiếu máu cục bộ ở thận do khả năng loại bỏ các gốc tự do. Khả năng chống oxy
hóa có đƣợc là do sự có mặt của các hợp chất phenolic, bằng phƣơng pháp sắc kí
ngƣợc dịng tốc độ cao, 3 hợp chất phenolic đƣợc xác định có trong bí đao là astilbin,
catechin and naringenin [40].

Hình 1.1: Các hợp chất phenolic tìm thấy trong bí đao [40]
6


Một nghiên cứu khác trên chuột bạch cũng cho răng, bí đao giúp ngăn ngừa
bệnh Alzheimer – thƣờng gặp nhất ở ngƣời lớn tuổi do các gốc tự do đƣợc tạo thành
ngày càng nhiều. Với một lƣợng khoảng 400mg/kg thể trọng, bí đao có thể bảo vệ các

tế bào thần kinh chuột khỏi các nguyên nhân gây ra bệnh Alzheimer [40].
Bí đao đã qua sơ chế cũng đƣợc nghiên cứu cho rằng sẽ kéo dài thời gian sử
dụng khi đƣợc chiếu xạ ở liều 0,5- 2,5 kGy kết hợp với bảo quản ở nhiệt độ thấp (4 15oC). Sử dụng chiếu xạ cịn giúp hàm lƣợng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa giữ
đƣợc lâu hơn so với bí khơng chiếu xạ [36].
1.2 Tổng quan về enzyme pectinase và cellulase
Thành tế bào thực vật cấu tạo chủ yếu từ cellulose, hemicellulose

và

protopectin. Mô thực vật đƣợc cấu tạo từ các tế bào riêng rẽ liên kết vững chắc với
nhau nhờ các bản mỏng trung gian cấu tạo chủ yếu từ pectin [7]. Do đó, enzyme
cellulase và pectinase đƣợc sử dụng để xử lý các loại trái cây sau quá trình nghiền xé.
Các enzyme sẽ hỗ trợ quá trình phá hủy thành tế bào và lớp kết dính giữa các tế bào
trong cấu trúc mơ thực vật. Nhờ đó mà dịch bào và chất chiết thu đƣợc nhiều hơn [5].
Trong ngành công nghệ thực phẩm, enzyme có thể có nguồn gốc từ vi sinh vật,
nguyên liệu động thực vật hoặc chế phẩm enzyme. Các chế phẩn enzyme đƣợc sản
xuất từ nguồn nguyên liệu thực vật, động vật hay vi sinh vật. Nguồn thu nhận enzyme
chủ yếu hiện nay là vi sinh vật vì chủng loại enzyme đa dạng, hoạt tính cao và giá
thành thấp. Chất lƣợng chế phẩm enzyme đƣợc đánh giá qua hai chỉ tiêu cơ bản:
Hoạt tính của chế phẩm: là số đơn vị hoạt độ (đvhđ – đơn vị quốc tế IU) có
trong 1ml hay 1g chế phẩm. Giá trị này nói lên cƣờng lực xúc tác của chế phẩm
enzyme. Khi số đơn vị hoạt độ có trong 1ml hay 1g chế phẩm càng cao thì hoạt tính
của chế phẩm càng cao. Theo Hiệp hội Hóa sinh thế giới thì 1 đvhđ sẽ tƣơng đƣơng
với lƣợng enzyme cần thiết để xúc tác phản ứng làm chuyển hóa 1µmol cơ chất hoặc
tạo ra đƣợc 1µmol sản phẩm trong 1 giây ở điều kiện nhiệt độ và pH xác định.
Hoạt tính riêng: là số đơn vị hoạt độ có trong 1mg protein của chế phẩm. Giá
trị này nói lên độ tinh sạch của chế phẩm enzyme. Nếu chế phẩm enzyme có giá trị
hoạt độ riêng càng cao thì độ tinh sạch của nó sẽ càng cao [5].

7



1.2.1 Pectinase
Cơ chất của pectinase là các hợp chất pectin với những thành phần là
protopectin, axit pectic, axit pectinic, pectin, pectate và pectinate. Protopectin là phức
của pectin với các hợp chất hóa học khác và có nhiều khi trái cây chƣa chín. Axit
pectic là axit polygalacturonic, là polymer của các phân tử axit galacturonic liên kết
với nhau bằng liên kết α-1,4 glycoside. Axit pectinic là axit polygalacturonic trong đó
một số gốc -COOH đã bị ester hóa bởi metanol. Nếu hầu hết các gốc -COOH bị ester
hóa bởi metanol thì axit galacturonic khi đó đƣợc gọi là pectin. Pectate và pectinate là
muối của axit pectic và pectinic. Trừ protopectin, các hợp chất còn lại đều tan trong
nƣớc [5].
Các chế phẩm pectinase đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến rau
quả. Ngồi mục đích làm tăng hiệu suất thu hồi chất khơ cịn giúp giảm độ nhớt và
tăng độ bền keo của dịch quả. Chế phẩm thƣơng mại của enzyme lần đầu tiên đƣợc sử
dụng năm 1930 để chuẩn bị các sản phẩm rƣợu vang và nƣớc ép trái cây. Đến những
năm 1960, các nhà khoa bắt đầu nghiên cứu ứng dụng enzyme này một cách rộng rãi
hơn và ngày nay pectinase đƣợc sử dụng rộng rãi dƣới dạng các chế phẩm thƣơng mại.
[24]. Pectinase từ vi sinh vật chiếm 25% trong tổng số các enzyme thực phẩm toàn cầu
[26].
Hệ enzyme pectinase gồm 4 nhóm chính:
Nhóm 1: Nhóm pectinesterase (EC.3.1.1.11): hay còn gọi là Pectin methyl
esterase (PME) xúc tác phản ứng thủy phân ester trong phân tử pectin, làm giảm mức
độ ester hóa của cơ chất và giải phóng ra methanol. Enzyme phản ứng trên nhóm
methyl ester tại galaturonate nằm kế bên một galacturonate khơng có gốc methyl hóa.
Các chế phẩm pectinesterase thƣờng đƣợc ứng dụng trong sản xuất pectin để tạo ra sản
phẩm với những mức độ ester hóa khác nhau pectinesterase còn sử dụng để tách pectin
khỏi dịch nƣớc trái cây làm tăng độ trong sản phẩm [5] [15].
Nhóm 2: Nhóm enzyme thủy phân liên kết α-1,4 glycoside trong các hợp chất
pectin: gồm 2 nhóm nhỏ là polygalacturonase (PG) và polymethylgalacturonase

(PMG)
Polygalacturonase (PG) gồm 3 enzyme:

8


Endo PG (EC.3.2.1.15): thủy phân liên kết α-1,4 glycoside tại những vị trí giữa
mạch của axit pectic hay axit pectinic.
Exo PG (EC.3.2.1.67): thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu không khử của
phân tử axit pectic hay acid pectinic và tạo ra sản phẩm là D-galacturonate.
Exo PG (EC.3.2.1.82): thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu không khử của
phân tử axit pecticvhay acid pectinic và tạo ra sản phẩm là digalacturonate.
Polymethylgalacturonase (PMG) gồm 2 emzyme: Endo PMG và Exo PMG.
Endo PMG thủy phân liên kết α-1,4 glycoside tại những vị trí giữa mạch phân tử
pectin. Exo PMG thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu không khử của phân tử
pectin. Phản ứng ƣu tiên với pectin có mức độ ester hóa cao hơn và tạo ra sản phẩm là
6-methyl-D-galacturonate [5].
Nhóm 3: Nhóm pectin transeliminase: những enzyme này xúc tác phản ứng
phân giải liên kết α-1,4 glycoside trong các hợp chất pectin nhƣng khơng có sự tham
gia của phân tử nƣớc. Tƣơng tự nhƣ nhóm enzyme thủy phân liên kết α-1,4 glycoside
trong các hợp chất pectin, các enzyme transeliminase cũng đƣợc chia thành hai nhóm:
Polygalacturonatelyase (PGL) gồm hai enzyme:
Endo PGL (EC.4.2.2.2): xúc tác trên cơ chất là axit pectic hay axit pectinic, liên
kết bị phân hủy nằm ở những vị trí giữa mạch phân tử cơ chất.
Exo PGL (EC.4.2.2.9): xúc tác trên cơ chất là pectin, liên kết bị phân hủy nằm
ở vị trí đầu khơng khử của phân tử cơ chất.
Polymethylgalacturonatelyase (PMGL) gồm có các enzyme
Endo PMGL (EC.4.2.2.10): hay cịn gọi là pectin lyase (PL) xúc tác trên cơ
chất là pectin, liên kết bị phân hủy nằm ở vị trí giữa mạch của phân tử cơ chất
Exo PMGL: xúc tacstreen cơ chất là pectin, liên kết bị phân hủy nằm ở vị trí

đầu khơng khử của phân tử cơ chất
Ngồi ra, hệ enzyme pectinase cịn có những enzyme thủy phân hoặc phân hủy
liên kết α-1,4 glycoside trong các oligo-D-galacturonate [5].

9


Hình 1.2: Hình thức phản ứng của pectinase: (a) gốc R là H với PG và R là CH3 với
PMG, (b) PE, (c) gốc R là H với PGL và R là CH3 với PL. Mũi tên chỉ vị trí mà
pectinase xúc tác phản ứng [15].
Các enzyme pectin đƣợc sản xuất một cách tự nhiên bởi các loại sinh vật khác
nhau nhƣ vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, côn trùng, động vật nguyên sinh và thực vật.
Các enzyme thủy phân pectin đƣợc sản xuất chủ yếu từ nấm mốc, hoạt động tốt trong
mơi trƣờng axit hoặc trung tính [15]. Pectinase đƣợc sản xuất từ chủng mốc
Aspergillus sp có pH hoạt động vào khoảng 4,0 – 6,0, nhiệt độ vào khoảng 40 – 50oC.
Enzyme tổng hợp đƣợc chủ yếu là Endo polygalacturonase và Exo polygalacturonase.
Pectinase tinh sạch từ chủng Aspergillus aculeatus và Aspergillus foetidus cho hoạt
tính enzyme cao hơn so với các chủng mốc khác [26].

10


Đƣờng khử g/L

Chủng phân lập

Hình 1.3: Hoạt tính khác nhau của enzyme pectinase khi đƣợc phân lập bởi các chủng

Đƣờngk hử g/L


Đƣờngk hử g/L

khác nhau trong môi trƣờng pectin [26]

Nhiệt độ (oC)

Hình 1.4: pH và nhiệt độ hoạt động của pectinase phân lập từ A.foetidus và
A.aculeatus [26]
pH tối ƣu đƣợc xác đinh là 5,0 và nhiệt độ tối ƣu là 50oC , có thể thấy ở mức độ
cao hơn hoặc thấp hơn pH và thời gian tối ƣu, hoạt tính của emzyme giảm dần [26].
Ngồi ra, polygalacturonase cịn đƣợc tổng hợp bởi các chủng mốc khác nhau
nhƣ Aspergillus niger, Aspergillus awamori, Penicillium restrictum, Trichoderma
viride, Mucor piriformis… Các enzyme pectic từ nấm mốc đƣợc sử dụng rộng rãi vì
pH tối ƣu của enzyme nấm mốc khá gần với pH tự nhiên của các loại trái cây (từ 3 –
5,5).
1.2.2 Cellulase
Cơ chất của cellulase là cellulose. Đây là cơ chất rất phổ biến trong tự nhiên và
đƣợc tìm thấy ở các lồi thực vật. Cellulose là polyme mạch thẳng của các phân tử
đƣờng glucose liên kết với nhau bằng liên kết β,1-4 glycoside . Mỗi phân tử cellulose
có thể chứa từ 6000 – 12000 gốc glucose, phân tử lƣợng từ 106 – 2.106 Da. Trong tự
nhiên, cellulose tồn tại dƣới dạng những bó sợi, khi đó sẽ xuất hiện liên kết hydro giữa
11