TRANG THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN
Tên luận án: Sử dụng chế phẩm protease trong xử lý cám gạo dùng cho chế biến thức uống dinh dưỡng.
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã ngành: 62.54.01.01
Họ tên nghiên cứu sinh: Lê Hoàng Phượng
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Lý Nguyễn Bình
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Cần Thơ
1. Tóm tắt nội dung luận án
Cám gạo là một nguồn phụ phẩm dồi dào và chứa hàm lượng dinh dưỡng cao. Trong nghiên cứu này hai chế phẩm protease thương mại được sử dụng để vô hoạt enzyme lipase trong cám gạo.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng chế phẩm Flavourzyme và Protamex, lipase bị vô hoạt. Quá trình vô hoạt hiệu quả khi kết hợp Flavourzyme và Protamex với tỷ lệ enzyme sử dụng là 0,4% cho mỗi loại, xử lý ở nhiệt độ 50oC và đặc biệt thời gian vô hoạt rút ngắn còn 2 giờ. Sau khi vô hoạt lipase, dịch cám gạo được xử lý nhiệt (tiệt trùng), theo dõi sự thay đổi của thành phần các hợp chất bay hơi trong thời gian bảo quản. Bên cạnh đó, chất xơ prebiotic là fructooligosaccharides (FOS) được xác định có mặt trong cám gạo và chịu ảnh hưởng của các điều kiện chế biến. Kết quả xác định độ bền nhiệt của FOS trong điều kiện pH và nhiệt độ khác nhau cho thấy sự phân hủy của FOS (bao gồm 1-kestose (GF2), nystose (GF3) và 1-fructosyl-nystose (GF4)) trích ly từ cám gạo theo thời gian xử lý nhiệt ở các giá trị pH 5,0, 6,0 và 7,0 tuân theo mô hình động học bậc một. Các giá trị hằng số tốc độ phân hủy nhiệt (k) của GF2, GF3 và GF4 tăng khi nhiệt độ xử lý tăng. Hằng số tốc độ phân hủy k của GF2, GF3 và GF4 có giá càng nhỏ khi pH của mẫu cám gạo có giá trị càng lớn trong khoảng từ 5,0 đến 7,0. FOS của cám gạo rất bền nhiệt ở vùng pH trung tính, trong khi nhạy cảm ở vùng pH acid. Sự phụ thuộc nhiệt độ của các hằng số tốc độ phân hủy nhiệt k của GF2, GF3 và GF4 trong khoảng nhiệt độ khảo sát có thể được mô tả đầy đủ bằng phương trình Arrhenius. Năng lượng hoạt hóa (Ea) trong khoảng pH từ 5,0 đến 7,0 tương ứng với GF2 tăng từ 61,80 đến 77,67 kJ/mol, GF3 từ 67,46 đến 92,31 kJ/mol và GF4 từ 49,24 đến 72,06 kJ/mol. Cám gạo sau khi vô hoạt lipase bằng Flavourzyme và Protamex được sử dụng chế biến sữa chua và bột dinh dưỡng. Chất lượng cảm quan của các sản phẩm được đánh giá ở mức tốt và thời gian bảo quản của bột dinh dưỡng là 2 tháng. Kết quả ban đầu này là nguồn dẫn liệu khoa học có giá trị về định hướng phát triển và khai thác nguồn phụ phẩm nông nghiệp trong tương lai.
Toàn luận án được thực hiện trong bốn nội dung:
Nội dung thứ nhất: nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng vô hoạt enzyme lipase trong cám gạo bằng các chế phẩm Protamex và Flavourzyme. Những yếu tố dung môi, nhiệt độ, tỷ lệ enzyme và thời gian thủy phân của chế phẩm protease ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vô hoạt enzyme lipase trong cám gạo. Trong nội dung này, kết quả thí nghiệm đã chỉ ra hiệu quả thủy phân khi kết hợp hai chế phẩm Protamex và Flavourzyme hơn là sử dụng chúng riêng lẻ.
Nội dung thứ hai, nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiệt trùng và thời gian bảo quản lên thành phần hợp chất bay hơi của nước cám gạo. Cám gạo sau khi đã vô hoạt enzyme lipase được tiệt trùng ở chế độ nhiệt độ tiệt trùng được chọn là 121,1oC (z bằng 10oC, F bằng 6 phút) nhằm tiêu diệt vi sinh vật mục tiêu là bào tử Clostridium botulinum. Dịch cám gạo sau tiệt trùng được đóng hộp và theo dõi hợp chất bay hơi trong thời gian 3 tháng. So sánh mẫu nước cám tiệt trùng và không tiệt trùng thì mẫu có tiệt trùng ghi nhận nhiều hợp chất bay hơi hơn và những hợp chất này thay đổi theo thời gian bảo quan. Trong thời gian theo dõi, có nhiều hợp chất bay hơi mất đi và cũng có nhiều chất mới được sinh ra.
Nội dung thứ 3 Nghiên cứu động học phân hủy nhiệt của hợp chất fructooligosaccharides (FOS) [1-kestose (GF2), nystose (GF3), và 1-fructosyl-nystose (GF4)] trích ly từ cám gạo. Động học phân huỷ nhiệt của fructooligosaccharides (FOS) trong cám gạo đã khử chất béo được nghiên cứu ở nhiệt độ 90, 100 và 110 ◦C và hòa tan trong đệm ở các giá trị pH 5,0, 6,0 và 7,0 được chuẩn bị cho các xử lý nhiệt. Hàm lượng FOS còn lại (bao gồm 1-kestose (GF2), nystose (GF3) và 1F-fructofuranosylnystose (GF4)) được xác định bằng cách sử dụng sắc ký lỏng (UPLC-ESI-MS/MS). Kết quả cho thấy động học suy giảm nhiệt của GF2, GF3 và GF4 tuân theo mô hình động học bậc nhất. Hằng số tốc độ suy giảm nhiệt (giá trị k) của GF2, GF3 và GF4 ở các giá trị nhiệt độ và pH khác nhau được ước tính bằng cách sử dụng phương trình động học bậc nhất. Kết quả là các giá trị k này giảm dần khi pH của mẫu tăng từ 5,0 đến 7,0. Mô hình Arrhenius được áp dụng để mô tả sự phụ thuộc nhiệt của các giá trị k. Năng lượng hoạt hóa (Ea) được tính toán cho từng trường hợp phân hủy GF2, GF3 và GF4 ở các giá trị pH là 5,0, 6,0 và 7,0. Kết quả cho thấy cám gạo FOS rất bền ở pH trung tính trong khi không bền hơn ở pH axit.
Nội dung thứ 4 Ứng dụng cám gạo đã xử lý vào chế biến thức uống dinh dưỡng.
Dịch cám gạo thủy phân được lọc thô, phần bã (50%) được phối trộn cùng bột kem béo thực vật (40%), bột cacao (10%) hoặc bột matcha (10%) sấy đến độ ẩm 5% được bột cám gạo hỗn hợp. Phần dịch cám thủy phân phối trộn: sữa tươi nguyên liệu (50%) phối chế với 10% sữa đặc có đường, sau đó bổ sung dịch cám gạo thủy phân thay đổi từ 15% đến 35%, còn lại là nước lọc, cố định hàm lượng men cái sử dụng là 0,003% lên men đến pH đạt 4,6. Mẫu sữa chua được chọn là mẫu sử dụng 25% dịch cám gạo bổ sung cho các chỉ tiêu tốt nhất về độ nhớt, khả năng giữ nước và điểm cảm quan.
2. Những kết quả mới của luận án
Kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở khoa học cho vấn đề nghiên cứu còn bỏ ngõ, cám gạo. Việc sử dụng kết hợp chế phẩm protease nhằm rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả xử lý enzyme lipase đã giúp cho việc thu hồi dịch thủy phân chứa thành phần dinh dưỡng nổi trội, làm gia tăng giá trị của sản phẩm ứng dụng là sữa chua và bột dinh dưỡng, đây là hai sản phẩm mới có tính khả thi khi được chuyển giao sản xuất thực tế. Đồng thời, việc nghiên cứu thành phần fructooligosaccharide (FOS) trong cám gạo là nội dung nổi bật, chưa có công trình nghiên cứu nào đã công bố. Ngoài ra, phương pháp “metabolomics” đã được xem như một công cụ đánh giá chất lượng, quá trình chế biến và tính an toàn của nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng đã được sử dụng trong nghiên cứu. Từ đây cho thấy nghiên cứu này là công trình có tính mới về đối tượng và về phương pháp.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu
Hiện nay, ở nước ta việc nghiên cứu về phụ phẩm nông nghiệp ít công trình được công bố, do đó, kết quả nghiên cứu về cám gạo đã mang lại một ý nghĩa quan trọng, góp phần vào việc định hướng phát triển ngành lúa gạo, một thế mạnh của Việt nam. Nghiên cứu chỉ ra việc sử dụng kết hợp chế phẩm protease mang lại hiệu quả trong xử lý cám gạo và ứng dụng nguồn nguyên liệu này chế biến ra những sản phẩm dinh dưỡng là một hướng đi mới đầy tiềm năng. Bên cạnh đó, nghiên cứu đã bước đầu khảo sát sự hiện diện cũng như điều kiện chế biến ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của thành phần FOS, một prebiotic quan trọng đối với sức khỏe con người. Hơn nữa, đề tài còn có tính hiện đại vì sử dụng kỹ thuật fingerprinting và headspace để truy vết và định lượng các hợp chất tạo hương vị trong quá trình chế biến nhiệt các sản phẩm nước uống từ cám gạo. vì vậy, đề tài có giá trị khoa học, thực tiễn và thời sự cao.
Dịch cám gạo thủy phân được sử dụng chế biến thức uống dinh dưỡng cho người với sản phẩm bột cám gạo dinh dưỡng và sữa chua bổ sung dịch cám gạo. Kết quả ban đầu cho thấy các sản phẩm này đã đáp ứng được về mặt dinh dưỡng dùng cho người, có tính khả thi trong triển khai sản xuất thực tế. Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu chuyên sâu để nâng cao chất lượng và đa dạng sản phẩm.
