Xác định chế phẩm enzyme và điều kiện thích hợp để xử lý lớp nhớt cà phê vối bằng phương pháp ướt

- 1 - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN THỊ LOAN XÁC ĐỊNH CHẾ PHẨM ENZYME VÀ ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ LỚP NHỚT CÀ PHÊ VỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống Mã số : 60.54.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN VĂN THƯỜNG Đà Nẵng - Năm 2011 - 2 - Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN THƯỜNG Phản biện 1: TS. Đặng Minh Nhật Phản biện 2: GS. TSKH. Lê Văn Hoàng Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng 7 năm 2011 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng. - 3 - MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đối với cà phê Việt Nam, tuy diện tích, năng suất và sản lượng không ngừng tăng lên nhưng chi phí sản xuất trên một ñơn vị sản phẩm vẫn cao, chất lượng cà phê còn thấp, nên giá bán sản phẩm bị giảm, dẫn ñến sức cạnh tranh của cà phê Việt Nam trên thị trường thế giới chưa cao, giá cả không ổn ñịnh, làm cho cuộc sống người dân còn nhiều khó khăn. Để tăng chất lượng cà phê trong nước cũng như ổn ñịnh giá cà phê chúng ta cần phải nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê trong chế biến. Trong các phương pháp chế biến, chế biến ướt sẽ ñem lại chất lượng cà phê cao nhất. Tuy nhiên phương pháp chế biến ướt theo cách truyền thống phải ñầu tư nhiều trang thiết bị, sử dụng nhiều nước sạch, thải ra nhiều nước bẩn, chi phí xử lý nước thải lớn; và lại cần công nhân lành nghề ñể thực hiện; do ñó giá thành sản phẩm chế biến ướt thường cao. Vì vậy, việc tìm ra giải pháp kỹ thuật mới ñể cải tiến phương pháp chế biến ướt nhằm rút ngắn thời gian chế biến, giảm chi phí ñầu tư và nâng cao ñược chất lượng sản phẩm là vấn ñề rất cấp thiết. Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi mạnh dạn chọn ñề tài: “Xác ñịnh chế phẩm enzyme và ñiều kiện thích hợp ñể xử lý lớp nhớt quả cà phê vối bằng phương pháp ướt”, nhằm ñáp ứng yêu cầu này. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Lựa chọn ñược loại enzyme tốt nhất ñể xử lý lớp nhớt của cà phê vối trong chế biến ướt. - 4 - - Xác ñịnh các tham số tối ưu (trị số pH, nhiệt ñộ, liều lượng enzyme) trong quá trình lên men xử lý lớp nhớt hạt cà phê vối. - Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào giai ñoạn xử lý lớp nhớt quả cà phê tại một xưởng chế biến ở Đăklăk (quy mô nhỏ). - Xác ñịnh mức ñộ ảnh hưởng của quy trình chế biến sử dụng enzyme ñến chất lượng cà phê nhân bảo quản so với quy trình lên men tự nhiên và ñánh nhớt cơ học. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu quả cà phê vối (Robusta) tại tỉnh ĐăkLăk. - Các nguồn enzyme thương phẩm do các hãng/ công ty ña quốc gia sản xuất và có ñại diện tại Việt Nam (chứa nhóm enzyme pectinases) - Quy trình cần nghiên cứu: xử lý lớp nhớt trong công nghệ chế biến ướt. - Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp vật lý - Phương pháp hóa học - Phương pháp cảm quan - Phương pháp xử lý số liệu 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5.1. Ý nghĩa khoa học - Lựa chọn chế phẩm enzyme pectinase thích hợp cho xử lý lớp nhớt cà phê vối - Xác ñịnh các ñiều kiện tối ưu ñể chế phẩm enzyme pectinase có khả năng xử lý lớp nhớt cao nhất. - 5 - - Thiết lập cơ sở khoa học cho việc ứng dụng enzyme trong chế biến cà phê tại Việt Nam. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài - Việc sử dụng chế phẩm enzyme trong quá trình sản xuất cà phê ở giai ñoạn tách nhớt ñể loại bỏ lớp nhớt ngoài vỏ thóc bao quanh nhân cho sản phẩm là cà phê thóc ướt sạch nhớt ñể thuận tiện cho phơi sấy. - So với các phương pháp trước ñây thì việc sử dụng chế phẩm enzyme vào sản xuất sẽ có thể tiết kiệm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cà phê ñể tăng tính cạnh tranh của sản phẩm cà phê Việt Nam trên thị trường thế giới. - Ngoài ra nó còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường, giảm ñược lượng nước rửa, giảm chỉ số BOD5 và TSS trong nước thải theo phương pháp chế biến ướt. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm các chương và các phần chính như sau: Mở ñầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục. - 6 - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ 1.1.1. Các chủng loại/giống cà phê 1.1.2. Cấu tạo của quả cà phê 1.1.3. Phương pháp chế biến cà phê nhân 1.1.4. Tổng quan về chất lượng hạt cà phê, các yếu tố tác ñộng ñến chất lượng 1.2. TỔNG QUAN VỀ ENZYME 1.2.1. Giới thiệu về chế phẩm enzyme pectinase 1.2.2. Pectin và cơ chế tác dụng của pectinase 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3.1. Các công trình trong nước 1.3.2. Các công trình ngoài nước CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1. Nguyên liệu Quả cà phê vối chín ñược thu hoạch vào tháng 11- 12/2010 và tháng 01/2011 từ các vườn cây của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên. 2.1.2. Các enzyme sử dụng trong nghiên cứu Các enzyme thương phẩm do các hãng/ công ty ña quốc gia sản xuất và có ñại diện tại Việt Nam, gồm: Lumipect-CP, Rohapect® 10L, Rohament® pulpex, Pectinex® Ultra SP-L. - 7 - 2.2. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Bố trí thí nghiệm 2.3.1.1. Thành phần hóa học chủ yếu trong lớp nhớt cà phê vối 2.3.1.2. Lựa chọn loại chế phẩm enzyme thích hợp ñể xử lý lớp nhớt cà phê vối 2.3.1.3. Xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý lớp nhớt của cà phê thóc 2.3.1.4. Xác ñịnh pH thích hợp ñể chế phẩm có hiệu lực cao nhất 2.3.1.5. Xác ñịnh nhiệt ñộ tối ưu ñể chế phẩm có hiệu lực cao nhất 2.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp xác ñịnh 2.3.2.1. Phương pháp tiến hành làm mẫu thí nghiệm 2.3.2.2. Phương pháp lấy mẫu 2.3.2.3. Xác ñịnh ñộ nhớt 2.3.2.4. Xác ñịnh pH nước rửa cà phê sau ủ 2.3.2.5. Xác ñịnh ñộ ẩm nhân 2.3.2.6. Tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược ở ẩm ñộ 12,5% 2.3.2.7. Phương pháp xác ñịnh tỷ lệ sạch nhớt cà phê thóc tươi sau ủ enzyme 2.3.2.8. Phương pháp toán học Các phương pháp này ñược xử lý bởi các phần mềm chuyên dùng trong nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm MSTATC 1.2 for Windows (2005), Excel (2003). - 8 - CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CHỦ YẾU CỦA LỚP NHỚT CÀ PHÊ VỐI Bảng 3.1. Thành phần hóa học của lớp nhớt cà phê vối STT Thành phần Hàm lượng (%) 1 Nước 82 2 Pectins tổng số 2,0 3 Đường khử 2,2 4 Đường không khử 2,0 5 Cellulose, tro 1,2 6 Khác 10,6 Ghi chú: Kế t quả phân t ích tạ i Viện Công nghiệp Thực phẩm Hà Nội Từ những kết quả trên cho thấy, thành phần hóa học của lớp nhớt quả cà phê phụ thuộc giống và sự khác nhau về lãnh thổ, vị trí ñịa lý,…mà thành phần lớp nhớt ñược tạo nên chủ yếu là do hợp chất pectin và ñường. Chính vì thế, ñể tách lớp nhớt ñược dễ dàng cần nghiên cứu phương pháp tách cho hiệu quả cao nhất. Chúng tôi sẽ nghiên cứu phương pháp tách nhớt bằng cách sử dụng enzyme, tùy theo hàm lượng pectin có trong quả cà phê ñể ta có thể ñiều chỉnh liều lượng sử dụng enzyme pectinase bổ sung vào cho phù hợp, nhằm tăng tối ña khả năng làm sạch lớp nhớt của hạt cà phê thóc, và giảm thiểu tác ñộng xấu ñến chất lượng cà phê nhân thành phẩm. 3.2. XÁC ĐỊNH CHẾ PHẨM ENZYME THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ LỚP NHỚT QUẢ CÀ PHÊ VỐI Hình 3.1 biểu diễn quá trình giảm ñộ nhớt của dịch chiết bằng số tương ñối (%) trong ñó ñộ nhớt của dịch chiết trước khi xử - 9 - lý enzyme là 270 mPa.s tương ứng 100%. Với ñối chứng sau 30 phút ñộ nhớt vẫn còn 97,5%, trong khi các công thức ñược xử lý enzyme sau 30 phút ñộ nhớt chỉ còn 6 - 35%. Sau 84 phút, ñộ nhớt của ñối chứng (dịch nhớt) vẫn còn 92,0%, trong khi ñộ nhớt của các công thức xử lý enzyme chỉ còn dưới 10%. 1 , 5 100 35,1 10,4 6 , 2 3 , 6 5 , 9 9 , 6 9 8 , 1 9 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 Thời gian xử lý (phút) Đ ộ n hớ t t ư ơ n g ñố i ( % ) Lumipect - CP Rohapect® 10L Rohament® Pulpex Pectinex® Ultra SP-L Đối chứng Dịch nhớt Đối chứng Nước Hình 3.1. Sự thay ñổi ñộ nhớt của dịch chiết xuất lớp nhớt cà phê vối sau khi xử lý các loại enzyme khác nhau Trong 4 chế phẩm enzyme thử nghiệm, Lumipect-CP (chứa Polygalacturonase ñơn lẻ) có hiệu lực thấp (sau 30 phút xử lý, ñộ nhớt của dịch chiết vẫn còn 35%) còn lại 3 enzyme khác có hiệu lực rất tốt, sau 30 phút làm ñộ nhớt của dịch chiết giảm chỉ còn 5 - 10%. Tuy nhiên trong 3 loại này, Pectinex® Ultra SP-L (chứa chủ yếu Polygalacturonase và tỷ lệ nhỏ hemicellulase) có hiệu lực kém hơn hai loại còn lại. - 10 - Từ kết quả thử nghiệm 4 chế phẩm enzyme, ñã loại ñược hai chế phẩm là Lumipect-CP và Pectinex® Ultra SP-L; sơ tuyển ñược 2 loại chế phẩm enzyme là Rohapect® 10L và Rohament® Pulpex. Mặt khác, xét về tính sử dụng thì Rohament® Pulpex phức tạp và rườm rà hơn Rohapect® 10L và lại có nguy cơ làm chất lượng sản phẩm không ñồng ñều nếu các thao tác xử lý không ñược thực hiện nghiêm túc. Tôi quyết ñịnh chọn chế phẩm Rohapect® 10L ñể làm các thử nghiệm tiếp theo. 3.3. XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG ENZYME THÍCH HỢP CHO XỬ LÝ LỚP NHỚT QUẢ CÀ PHÊ VỐI 3.3.1. Kết quả xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý thời gian 2 giờ 3.3.1.1. Mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc sau xử lý enzyme 2 giờ 9796 86 65 10 98 67 95 86 80 75 100100 989595 84 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 Liều lượng (ppm) T ỷ lệ sạ ch n hớ t ( % ) Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước Hình 3.2. Hiệu quả xử lý lớp nhớt của enzyme Rohapect® 10L ở các liều lượng khác nhau xử lý 2 giờ - 11 - Kết quả thu ñược ở hình 3.2 cho thấy, mức ñộ sạch nhớt tăng dần theo sự tăng liều lượng enzyme. Tuy nhiên tỉ lệ sạch nhớt từ 90% trở lên mới ñược coi là sạch thì trong 6 công thức về liều lượng ở tỷ lệ cà phê/nước là 10/5, 10/4, 10/3 chỉ có hai liều lượng là 300 ppm và 350 ppm mới ñáp ứng yêu cầu tách lớp nhớt ra khỏi vỏ thóc tốt nhất, còn với tỷ lệ 10/2 nhớt ñược làm sạch ở liều lượng 250 ppm. Riêng ñối với tỷ lệ 10/1 chỉ với liều lượng 150 ppm hạt cà phê thóc ñã sạch nhớt. Kết quả còn cho thấy, tỉ lệ cà phê/nước càng cao thì mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc càng cao. Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước có mức ñộ sạch nhớt khá cao ở các nồng ñộ từ 150 - 350 ppm, và ñáng chú ý là chỉ với liều lượng enzyme 150 ppm thì tỉ lệ sạch nhớt ñã ñạt tới 95%. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của liều lượng Rohapect® 10L tới khối lượng sản phẩm 33 30,1 31,3 30,9 34,4 33,3 32,4 31,6 31,4 31,1 33,5 33,3 32,4 31,6 33,833,7 31,3 31,4 30,9 32,2 33,4 34,1 31,4 34,3 35 32,2 31,8 31,4 32,3 36,2 34,4 34,5 35,1 35,3 35,3 29 30 31 32 33 34 35 36 37 0 50 100 150 200 250 300 350 Liều lượng (ppm) Tỷ lệ cà ph ê n hâ n th u hồ i ( % ) Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước Hình 3.3. Tỷ lệ nhân thu hồi ở các liều lượng enzyme Rohapect® 10L khác nhau xử lý 2 giờ - 12 - Từ kết quả hình 3.3 cho thấy, tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược ở ẩm ñộ 12,5% lại có xu hướng giảm dần theo sự tăng của liều lượng enzyme Rohapect® 10L từ 150 - 350 ppm. Kết quả cũng cho thấy khối lượng cà phê nhân thu ñược tăng dần theo sự tăng của tỉ lệ cà phê/nước và sự khác biệt về tỉ lệ cà phê nhân thu ñược. Ở tỉ lệ 10 cà phê/1 nước thì khối lượng cà phê nhân khô ñạt cao nhất so với các tỉ lệ khác. Tóm lại, liều lượng chế phẩm enzyme Rohapect®10L thích hợp nhất ñể xử lý lớp nhớt cà phê vối trong thời gian 2 giờ là 150 ppm (tính theo khối lượng cà phê thóc ướt còn nhớt) với tỉ lệ pha trộn 10 cà phê/1 nước. 3.3.2. Kết quả xác ñịnh liều lượng enzyme thích hợp cho xử lý lớp nhớt với thời gian 10 giờ 3.3.2.1. Mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc sau xử lý enzyme 10 giờ 62 81 96 85 99 90 100 95 79 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Liều lượng (ppm) T ỷ lệ sạ ch n hớ t ( % ) Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước Hình 3.4. Hiệu quả xử lý lớp nhớt của enzyme Rohapect® 10L ở các liều lượng khác nhau xử lý 10 giờ - 13 - Kết quả hình 3.4 cho thấy mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc tăng khi liều lượng enzyme tăng. Ở các tỉ lệ cà phê/nước khác nhau thì mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc ñều tăng dần theo liều lượng enzyme. Tuy nhiên tỉ lệ sạch nhớt từ 90% trở lên mới ñược coi là sạch thì trong 6 công thức về liều lượng thì công thức ở liều lượng 40 ppm và 50 ppm ñều chưa ñảm bảo ñộ sạch ở tất cả các tỷ lệ nước, còn với liều lượng 60 ppm thì mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc ñạt 95% ở tỷ lệ cà phê/nước 10/3, và sau ñó tăng dần ở các liều lượng tiếp theo và ñạt cao nhất ở liều lượng 90 ppm ñã ñảm bảo ñược ñộ sạch nhớt ở tất cả các tỷ lệ cà phê/nước. Kết quả còn cho thấy, tỷ lệ cà phê/nước càng cao thì mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc càng cao. 3.3.2.2. Ảnh hưởng của liều lượng Rohapect® 10L tới tới khối lượng sản phẩm 34,7 35,7 36 35 36,9 35,6 34,4 36,6 34,3 36,7 34,2 36 34,6 35,3 34 35 36 37 38 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 liều lượng (ppm) T ỷ lệ n hâ n th u hồ i (% ) Tỉ lệ 10 cà phê/5 nước Tỉ lệ 10 cà phê/4 nước Tỉ lệ 10 cà phê/3 nước Tỉ lệ 10 cà phê/2 nước Tỉ lệ 10 cà phê/1 nước Hình 3.5. Tỷ lệ nhân thu hồi ở các liều lượng enzyme Rohapect® 10L khác nhau xử lý 10 giờ - 14 - Kết quả ở hình 3.5 cho thấy giữa liều lượng enzyme và tỉ lệ cà phê nhân khô ở ẩm ñộ 12,5% có sự tương quan nghịch với nhau; tức là liều lượng enzyme càng cao thì tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược càng thấp. Tỉ lệ cà phê nhân thu ñược giảm dần theo sự tăng của liều lượng enzyme Rohapect® 10L từ 40 - 90 ppm. Kết quả cũng cho thấy tỉ lệ nhân thu hồi ñạt cao nhất ở tỉ lệ cà phê/nước là 10/5 và thấp nhất ở tỉ lệ cà phê/nước 10/1. Chênh lệch giữa tỉ lệ thu hồi cao nhất và tỉ lệ thu hồi thấp nhất là 1%. Do vậy, kết hợp với sự ñánh giá mức ñộ sạch nhớt, chúng tôi chọn tỷ lệ cà phê/nước là 10/3. 3.4. XÁC ĐỊNH pH THÍCH HỢP ĐỂ CHẾ PHẨM ENZYME CÓ HIỆU LỰC CAO NHẤT 3.4.1. Xử lý 2 giờ với các công thức liều lượng enzyme cao 94,3 95 95,7 96 96,7 95,7 94,3 91,3 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 Tỷ lệ sạ ch n hớ t ( % ) 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 pH Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH tới mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc xử lý 2 giờ Kết quả hình ở 3.6 cho thấy, với thời gian ủ 2 giờ chế phẩm enzyme Rohapect®10L hoạt hóa lớp nhớt của hạt cà phê vối trong - 15 - môi trường acid tốt hơn trong môi trường trung tính (pH = 6,8~7). Khoảng pH thích hợp nhất là từ 4,5 - 5,5. Tuy vậy, pH 3,5 và 6 cũng cho kết quả khá. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên tỷ lệ cà phê nhân thu hồi ở ẩm ñộ 12,5% ñược thể hiện ở hình 3.7. 36 d 36,5 cd 36,3 cd 36,7 bc 36,5 cd 36,6 bc 37,1 b 38,1 a 34,5 35 35,5 36 36,5 37 37,5 38 38,5 T ỷ lệ n hâ n th u hồ i (% ) 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 pH Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH tới tỉ lệ cà phê nhân khô thu hồi ở ẩm ñộ 12,5 % xử lý 2 giờ Kết quả ở hình trên cho thấy, tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược ở ẩm ñộ 12,5% có sự chênh lệch rất có ý nghĩa thống kê (p<0,05), ở giá trị pH thấp thì tỉ lệ cà phê nhân khô thu ñược thấp hơn so với ở giá trị pH cao cụ thể ở pH = 3,5 thì tỉ lệ cà phê nhân khô là 36% trong khi ñó ở pH = 7 thì tỉ lệ cà phê nhân khô là 38,1%. Theo quan sát của chúng tôi, cà phê thóc sau khi phơi ở công thức pH thấp thì màu trắng hơn so với công thức pH cao. Xét khía cạnh tiết kiệm chi phí sản xuất ñể làm tăng hiệu quả của chế biến thì ở pH môi trường (6,8~7) với liều lượng enzyme 150 ppm ñã có kết quả tốt, không cần phải ñiều chỉnh pH môi trường mà - 16 - vẫn ñảm bảo sạch nhớt, tỷ lệ thu hồi nhân khô cao hơn so với các công thức khác pH từ 3,5 - 6. Do ñó chúng tôi chọn pH môi trường (6,8~7) ñể tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 3.4.2. Xử lý 10 giờ với các công thức liều lượng enzyme thấp Kết quả thể hiện ở hình 3.8: 89 bc 89 bc 95,7 ab 99,3 a 90,7 bc 80,7d 80 d 84,7 cd 75 80 85 90 95 100 Tỷ lệ sạ ch n hớ t ( % ) 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 pH Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH tới mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc xử lý 10 giờ Số liệu ở hình 3.8 cho thấy, khả năng phân giải lớp nhớt tăng dần theo sự tăng ñộ pH, xảy ra mạnh mẽ ở pH 4,5 – 5, sau ñó khả năng phân hủy nhớt có xu hướng giảm xuống theo sự tăng của pH. Khả năng sạch nhớt ở pH bằng 6; 6,5; 7 chỉ có thể tạm chấp nhận ñược. Kết quả còn cho thấy, ñiều kiện pH 4,5 – 5 là thích hợp cho enzyme có hoạt tính cao nhất. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ lên tỷ lệ cà phê nhân thu hồi ở ẩm ñộ 12,5% ñược thể hiện ở hình 3.9: - 17 - 34,7 d 34,9 d 35,3 d 35,4 cd 35,5 bcd 35,9 abc 36,3 ab 36,4 a 33,5 34 34,5 35 35,5 36 36,5 Tỷ lệ n hâ n th u hồ i ( % ) 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 pH Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH tới tỉ lệ cà phê nhân thu hồi xử lý 10 giờ Kết quả này cho thấy, ñể làm tăng hiệu quả của chế biến thì cần ñiều chỉnh pH = 5 với liều lượng enzyme 60 ppm, tỷ lệ cà phê/nước 10/3 ñã có kết quả tốt, tỷ lệ thu hồi nhân khô cao hơn so với các công thức khác pH. Do ñó chúng tôi chọn pH = 5 ñể tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 3.5. XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TỐI ƯU ĐỂ CHẾ PHẨM ENZYME CÓ HIỆU LỰC CAO NHẤT 3.5.1. Xử lý 2 giờ với các công thức liều lượng enzyme cao Từ kết quả hình 3.10 cho thấy, mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc ñều ñạt sau thời gian xử lý 2 giờ ở liều lượng 150 ppm với tỉ lệ là 10 cà phê/1 nước. - 18 - 94,7 96 96 95,3 94,7 95 95 94 94,5 95 95,5 96 96,5 Tỷ lệ sạ ch n hớ t ( % ) 20-25 30 35 40 45 50 55 Nhiệt ñộ (ñộ C) Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tới mức ñộ sạch nhớt cà phê thóc xử lý 2 giờ Nhiệt ñộ 55oC chưa phải là mức làm bất hoạt hay làm giảm hoạt lực enzyme. Tại nhiệt ñộ môi trường trong mùa lạnh 20~25oC, chế phẩm enzyme Rohapect®10L cũng làm sạch lớp nhớt, tuy kém hơn ñiều kiện môi trường có nhiệt ñộ cao hơn, nhưng không kém là bao. Từ kết quả ở hình 3.11 cho thấy, ñể làm tăng hiệu quả của chế biến thì cần xử lý ở nhiệt ñộ môi trường với liều lượng enzyme 150 ppm, tỷ lệ 10 kg cà phê/1 lít nước ñã có kết quả tốt, tỷ lệ thu hồi nhân khô cao hơn so với các công thức khác nhiệt ñộ. Do ñó trong thí nghiệm này chúng tôi chọn nhiệt ñộ môi trường (20~25oC). - 19 - 36,6 a 35,7 b 34,5 c 33,5 d 33,3 d 33,5 d 33,1 d 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 T ỷ lệ n hâ n th u hồ i (% ) 20-25 30 35 40 45 50 55 Nhiệt ñộ (ñộ C) Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tới tỉ lệ cà phê nhân khô xử lý 2 giờ 3.5.2. Xử lý 10 giờ với các công thức liều lượng enzyme thấp 96,3 c 96,7 c 97,7 b 100 a 100 a 100 a 100 a 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 T ỷ lệ sạ ch n hớ t ( % ) 18-25 30 35 40 45 50 55 Nhiệt ñộ (ñộ C) Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tới mức ñộ sạch nhớt cà phê thóc xử lý 10 giờ - 20 - Kết quả hình 3.12 cho thấy, mức ñộ sạch nhớt của cà phê thóc tăng dần theo sự tăng nhiệt ñộ của khối ủ. Ở mức nhiệt ñộ từ 30oC ñến 55oC chế phẩm enzyme Rohapect® 10L hoạt hóa lớp nhớt của hạt cà phê vối ñều rất tốt. Tại nhiệt ñộ môi trường trong mùa lạnh 18~25oC (môi trường), chế phẩm enzyme Rohapect® 10L cũng làm sạch lớp nhớt, tuy kém hơn ñiều kiện môi trường có nhiệt ñộ cao hơn. Qua hình 3.13 cho thấy, khối lượng cà phê nhân thu ñược giảm dần theo sự tăng của nhiệt ñộ và sự khác biệt về tỉ lệ cà phê nhân thu ñược có ý nghĩa thống kê (p<0,001). Ở nhiệt ñộ môi trường thì khối lượng cà phê nhân khô ñạt cao nhất so với ở các mức nhiệt ñộ khác. 34,5 a 33,7 b 32,4 c 31,5 d 31,3 d 31,4 d 31 d 29 30 31 32 33 34 35 Tỷ lệ n hâ n th u hồ i (% ) 18-25 30 35 40 45 50 55 Nhiệt ñộ (ñộ C) Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt tới tỉ lệ cà phê nhân khô xử lý 10 giờ Xét khía cạnh tiết kiệm chi phí sản xuất ñể làm tăng hiệu quả của chế biến thì cần xử lý ở nhiệt ñộ môi trường với liều lượng - 21 - enzyme 60 ppm, tỷ lệ 10 kg cà phê/3 lít nước ñã có kết quả tốt, tỷ lệ thu hồi nhân khô cao hơn so với các công thức khác nhiệt ñộ. Do ñó trong thí nghiệm này chúng tôi chọn nhiệt ñộ môi trường (18~25oC). 3.6. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO GIAI ĐOẠN LÊN MEN CÀ PHÊ VỐI TẠI XƯỞNG CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Ở ĐĂKLĂK 3.6.1. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào chế biến ướt trong sản xuất Kết quả thu ñược ở hình 3.15: 75 97 95,7 60 65 70 75 80 85 90 95 100 M ứ c ñ ộ sạ ch n hớ t ( % ) CT1 CT2 CT3 Liều lượng enzyme (ppm) Hình 3.15. Mức ñộ sạch nhớt của qui trình sản xuất thông thường của xưởng chế biến và quy trình có bổ sung enzyme Dựa vào kết quả hình 3.15 chúng tôi nhận thấy, ở hai công thức xử lý enzyme ñều sạch nhớt, sau thời gian 2 giờ (CT1) cà phê xử lý enzyme với liều lượng 150 ppm ñã sạch nhớt ñạt tới 97%, còn xử lý thời gian 10 giờ (CT2) với liều lượng 60 ppm ñạt 95,7%, ñồng thời theo quan sát của chúng tôi, nước trong bể có màu vàng trong và - 22 - cà phê có mùi thơm sạch, trong khi ñó cà phê ñược xử lý bằng acid oxalic kết hợp với ñánh nhớt cơ học sau 12 giờ ủ vẫn chưa sạch nhớt (75%) nước trong bể ủ có màu nâu ñen và cà phê có mùi chua. Qua quan sát hình 3.16, chúng tôi cũng nhận thấy, tỷ lệ cà phê nhân thu hồi ở quy trình có bổ sung enzyme (xử lý enzyme 2 giờ với liều lượng 150 ppm ñạt 37,8%, xử lý 10 giờ với liều lượng 60 ppm ñạt 36,4%) cao hơn so với quy trình không bổ sung enzyme (32,9%). 32,9 37,8 36,4 30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 38,0 Tỷ lệ n hâ n ở ẩm ñ ộ 12 ,5 % CT1 CT2 CT3 Liều lượng enzyme (ppm) Hình 3.16. Tỷ lệ thu hồi nhân ở ẩm ñộ 12,5% của qui trình sản xuất thông thường của xưởng và qui trình có bổ sung enzyme 3.6.2. Tính toán hiệu quả kinh tế Lợi nhuận = Tổng giá trị sản phẩm - Tổng chi phí Tổng giá trị sản phẩm = Số lượng sản phẩm × ñơn giá sản phẩm - 23 - Đơn giá sản phẩm tính theo giá bình quân mỗi loại cùng thời ñiểm. Tổng chi phí = chi phí trực tiếp + chi phí ñầu vào khác Doanh lợi (%) = (Lợi nhuận / Tổng chi phí) × 100 Kết quả tính toán nêu ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý lớp nhớt khác nhau trong chế biến cà phê nhân thương phẩm Phương pháp xử lý nhớt Tt Chỉ tiêu Hóa học + cơ học Enzyme, 2 giờ Enzyme, 10 giờ 1 Tổng chi phí (ñồng) 14.670.000 14.495.260 14.441.260 2 Tổng giá bán (ñồng) 14.969.500 17.388.000 16.744.000 3 Lợi nhuận (ñồng) 299.500 2.892.740 2.302.740 4 Doanh lợi 2,04 % 19,96 % 15,95 % Qua hai quy trình ứng dụng enzyme trong chế biến cà phê theo phương pháp ướt ta thấy, sử dụng enzyme giúp ñơn giản hóa quy trình chế biến nhờ việc tách nhớt thực hiện theo thời gian ñịnh sẵn không phụ thuộc nhiệt ñộ, và các yếu tố khác. Công suất của nhà máy cũng ñược tăng ñáng kể do rút ngắn ñược thời gian chế biến. - 24 - Đồng thời chất lượng cà phê cũng ñược nâng cao, nhìn hạt cà phê xử lý enzyme không bị xỉn màu do ngâm nước và rửa lâu. Chi phí xử lý so với phương pháp chế biến ướt truyền thống giảm ñáng kể. 3.6.3. Đánh giá mức ñộ ô nhiễm của nước thải chế biến xử lý enzyme Bảng 3.4. Kết quả phân tích nước rửa cà phê Phương pháp xử lý lớp nhớt BOD5 (mg/lit) pH TSS (mg/lit) Độ nhớt (mPa.s) Enzyme Rohapect®10L 987 5,7 1109 3 Lên men tự nhiên 1135 4,7 2020 5,4 Acid oxalic+ ñánh nhớ t cơ học 1237 3,4 1586 5,8 3.6.4. Ảnh hưởng của quy trình xử lý enzyme ñến chất lượng cà phê bảo quản Bảng 3.5. Màu sắc cà phê nhân sau 4 tháng bảo quản Công thức Trước bảo quản 1 tháng 2 tháng 3 tháng 4 tháng CT4 Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh nhạt Xám- nhạt CT5 Xám-nâu Xám- nâu Xám- nâu nhạt Xám- nhạt Xám- nhạt CT6 Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh CT7 Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh Xám- xanh nhạt - 25 - Chỉ có hai công thức CT4 và CT5 bắt ñầu có biểu hiện phai màu (từ xanh xám chuyển sang xám nhạt); nhưng màu xám nhạt cũng không phải màu xấu ñối với cà phê nhân, còn ñối với CT6 và CT7 màu sắc của cà phê nhân hầu như không ñổi qua 4 tháng bảo quản. Như vậy chế phẩm Rohapect®10L không làm ảnh hưởng ñến màu sắc của cà phê nhân. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ *. KẾT LUẬN Từ kết quả nghiên cứu thu ñược có thể rút ra các kết luận sau: 1. Thành phần hóa học cơ bản của lớp nhớt cà phê vối có pectin 2%, tổng ñường 4,2% và cellulose 1,2% theo khối lượng tươi. 2. Trong bốn chế phẩm enzyme thực hiện thí nghiệm ta chọn chế phẩm enzyme Rohapect® 10L ñể tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 3. Xử lý lớp nhớt của cà phê vối bằng chế phẩm Rohapect® 10L với thời gian ủ 2 giờ - Liều lượng chế phẩm thích hợp nhất là 150 ppm với tỉ lệ là 10 cà phê/1 nước. - pH thích hợp nhất cho hoạt hóa của enzyme trên lớp nhớt là pH môi trường (6,8~7). - Các mức nhiệt ñộ từ 20 - 55oC ñều có tác dụng tốt tới hoạt ñộng của chế phẩm enzyme. Xét nhiều yếu tố chọn nhiệt ñộ môi trường (20~25oC) là thích hợp nhất. 4. Xử lý lớp nhớt của cà phê vối bằng chế phẩm Rohapect® 10L với thời gian ủ 10 giờ - 26 - - Liều lượng chế phẩm thích hợp là 60 ppm với tỉ lệ là 10 cà phê/3 nước. - pH thích hợp nhất cho hoạt hóa của enzyme trên lớp nhớt là pH = 5. - Các mức nhiệt ñộ từ 18 - 55oC ñều có tác dụng tốt tới hoạt ñộng của chế phẩm enzyme. Chọn nhiệt ñộ môi trường (18~25oC) là phù hợp nhất. - Chế phẩm Rohapect® 10L trong chế biến không ảnh hưởng xấu tới chất lượng của cà phê nhân. 5. Ứng dụng quy trình chế biến cà phê có bổ sung enzyme theo 2 mức thời gian ủ 2 giờ và 10 giờ thu ñược kết quả khả quan: - Đảm bảo mức ñộ sạch nhớt và tỷ lệ cà phê nhân thu hồi ở ẩm ñộ 12,5% cao hơn so với quy trình chế biến hiện tại của xưởng. - Giảm giá thành chế biến và tăng chất lượng cà phê nhân. Xưởng chế biến cà phê ñược ứng dụng ñể thử nghiệm ñã áp dụng theo quy trình này. - Giảm BOD5, tăng pH, giảm ñộ ñục và làm giảm ñộ nhớt của nước thải chế biến, hạn chế nguy cơ ô nhiễm môi trường và sẽ làm giảm chi phí xử lý nước thải chế biến. - Cà phê ñược xử lý enzyme ở giai ñoạn tách nhớt, sau 4 tháng bảo quản sản phẩm cà phê nhân chưa có dấu hiệu biến ñổi chất lượng. *. KIẾN NGHỊ Nghiên cứu mở rộng quy mô ứng dụng các chế phẩm enzyme pectinase trong chế biến ướt cà phê ñể làm tăng chất lượng, hiệu quả kinh tế và giảm tác ñộng ô nhiễm nước thải chế biến cà phê.