Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
PHẦN THỨ NHẤT
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Dứa là một trong những cây ăn quả nhiệt đới có giá trị kinh tế cao. Dứa
được sản xuất ở hơn 70 nước trên thế giới nhưng chủ yếu tập trung ở châu Á
(chiếm 57% tổng sản lượng toàn thế giới). Ngày nay, dứa trở thành mặt hàng
xuất khẩu chủ lực của ngành rau quả châu Á. Châu Á đưa ra thị trường thế giới
16% sản lượng dứa tươi, 85% nước dứa và 74% dứa đóng hộp [3]. Ở nước ta,
nghề trồng dứa đang phát triển đáng khích lệ. Chúng ta đã mở rộng thị trường
xuất khẩu sang các nước: Nga, Đức, Mỹ, Anh, Hà Lan, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn
Quốc,… Lượng dứa xuất khẩu năm 2000 là 5000 tấn, năm 2001 là 6000 tấn,
lượng nước dứa cô đặc xuất năm 2001 là 1000 tấn, năm 2002 xuất 10000 tấn dứa
hộp và 2000 tấn nước dứa cô đặc [3]. Kim ngạch xuất khẩu dứa trong tháng
03/2005 đạt xấp xỉ 1.4 triệu USD, chiếm 8.3% tổng kim ngạch xuất khẩu trái cây
của cả nước [21]. Nhu cầu của thị trường ngày càng tăng, vì vậy sản xuất và chế
biến dứa cũng ngày càng phát triển.
Cùng với sự phát triển của ngành sản xuất và chế biến dứa thì lượng phế
phụ phẩm (chồi ngọn, vỏ, lõi, những vụn nát trong quá trình chế biến và toàn bộ
lá của cây dứa phá đi trồng mới) cũng tăng theo. Chúng được sử dụng với hiệu
quả rất thấp. Ở các nông trường trồng dứa, lá dứa bị bỏ khô trên đồi hoặc được
vùi làm phân bón. Ở các nhà máy chế biến rau quả, phần lớn phụ phẩm dứa được
đưa ra bãi rác gây ô nhiễm môi trường. Việc tận dụng biến các phế phụ phẩm
thành các sản phẩm có ích một mặt tăng hiệu quả kinh tế của cây dứa, mặt khác
góp phần bảo vệ môi trường.
Khoa Công nghệ thực phẩm
1
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Một trong những sản phẩm có thể được sản xuất từ phế phụ phẩm dứa là
2.1.1. Nguồn gốc và chủng loại
Cây dứa có tên khoa học là Ananas Comousus (L) Merr, họ Bromeliaceae,
là quả nhiệt đới, nguồn gốc Nam Mỹ. Cây dứa sinh trưởng mạnh ở nhiệt độ 25 –
35
o
C, lượng mưa trung bình 1200 - 2000 (mm/năm), ẩm độ 75 - 80 (%). Cây dứa
có thể trồng ở nhiều loại đất, đặc biệt nó có khả năng sinh trưởng, phát triển trên
đất cằn khô [26].
Theo Hume và Miller, các giống dứa trồng hiện nay chia làm 3 nhóm
chính là [2]:
• Nữ Hoàng (Queen)
• Cayen (Cayenne)
• Tây Ban Nha (Spainish)
2.1.2. Giá trị dinh dưỡng của quả dứa
Dứa được mệnh danh là “hoàng hậu” của các loại quả nhờ hương vị thơm
ngon và bổ dưỡng. Tùy thuộc giống, vụ, điều kiện canh tác mà thành phần hoá
học của dứa thay đổi. Tuy nhiên, thành phần chủ yếu của dứa bao gồm:
Nước: 71 – 88 %
Acid: 0.3 – 0.8 %
Đường: 8 – 18.5 %
Protein: 0.25 – 0.5 %
Muối khoáng: 0.25 %
Khoa Công nghệ thực phẩm
3
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Vitamin: Vitamin C: 13 - 15 mg%; Vitamin A: 0.06 mg%; Vitamin
B
1
: 0.09mg%; Vitamin B
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
phẩm có hương vị đặc trưng và có giá trị dinh dưỡng cao. Rượu vang dứa có thể
dùng để chữa một số bệnh (bệnh thiếu máu, bệnh hen) và dùng làm rượu bổ cho
người yếu sức khỏe [18].
Hình 2.1. Một số sản phẩm từ dứa
2.1.4. Nguồn phế phụ phẩm dứa
Phụ Phế phụ phẩm dứa bao gồm chồi ngọn của quả dứa, vỏ cứng ngoài,
những vụn nát trong quá trình chế biến dứa, bã dứa ép và toàn bộ lá của cây dứa
phá đi trồng mới. Hàng năm các loại phế phụ phẩm này ở các nông trường dứa
và các cơ sở chế biến dứa rất lớn. Ước tính 1ha dứa phá đi để trồng lại sau 2 vụ
thu quả sẽ để lại 50 tấn lá dứa; 1 tấn dứa đưa vào chế biến theo quy trình chế
biến dứa đông lạnh cho 0.25 tấn chính phẩm và 0.75 tấn phụ phẩm, tức là cứ 4kg
dứa nguyên liệu cho 1kg thành phẩm; 1 tấn dứa đưa vào chế biến theo quy trình
đóng hộp được 0.35 tấn chính phẩm và 0.65 tấn phụ phẩm [22].
Khoa Công nghệ thực phẩm
5
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Bảng 2.2:. Sản lượng thành phẩm và phụ phẩm cả quả dứa tại các nhà máy
chế biến ở phía Bắc [5]
Chỉ tiêu
Năm
1998 1999 2000
Sản lượng quả dứa (tấn)
Thành phẩm dứa (tấn)
Phụ phẩm dứa (tấn)
Trong đó:
- Chồi ngọn (tấn)
2.1.5.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới
Thị trường dứa thế giới rất sôi động. Dứa có một vị trí quan trọng trong
nền kinh tế của nhiều nước. Theo FAO, trung bình hơn 80 nước trên thế giới sản
xuất gần 14 triệu tấn dứa. Thái Lan (2.3 triệu tấn), Philipines (1.5 triệu tấn),
Khoa Công nghệ thực phẩm
6
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Brazil (1.4 triệu tấn), Trung Quốc (1.4 triệu tấn) và Ấn Độ (1.0 triệu tấn) là 5
nước sản xuất dứa chính trên thế giới.
Trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan, Indonesia, Philipines và Việt
Nam là 4 nước có diện tích trồng dứa lớn ở khu vực Đông Nam Á. Tuy nhiên,
trong số 4 nước này, chỉ có Thái Lan và Philipines có sản lượng tương đối lớn,
đặc biệt là Thái Lan (nước xuất khẩu dứa đóng hộp lớn trên thế giới). Điều này
cho thấy năng suất trồng dứa ở Indonesia và Việt Nam thấp hơn Thái Lan và đặc
biệt là Philipines [23], [10].
.
(2.12. a) (2.12. b)
Hình 2.2. Diện tích trồng (ha) (2.12. a) và sản lượng dứa (tấn) (2.12. b) của
một số nước Asean [10]
Về xuất khẩu, Thái Lan, Philipines và Indonesia chiếm tới 80% lượng xuất
khẩu dứa đóng hộp thế giới.
Khoa Công nghệ thực phẩm
7
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Trung Quốc,
9.5
Colombia,
bán ra 106 ngàn tấn. Và mMức bán ra của dứa chế biến là 106
ngàn tấn trong năm 2005. Tổng giá trị dứa năm 2006 ước đạt
Khoa Công nghệ thực phẩm
8
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
75.5 triệu USD, giảm so với 79.3 triệu USD của năm 2005. Đây
là năm thứ 3 liên tiếp sản lượng và lượng dứa bán ra giảm do bị
cạnh tranh bởi các nhà sản xuất ở nước ngoài [19].
Việc tiêu thụ dứa tăng 3% mỗi năm ở châu Âu. Béc - nin sản xuất loại dứa
Cayenne vỏ nhẵn rất được ưa chuộng tại thị trường các nước phương Tây. Mặt
khác, Béc - nin còn trồng loại dứa duy nhất trên thế giới có tên “bánh mì đường”,
vị ngọt rất tinh tế có thể xuất cho những khách “VIP”. Giống dứa này hiện chưa
được xuất khẩu. Việc xuất khẩu dứa đang gặp trở ngại do năng lực đóng gói,
đóng hộp của Béc - nin còn thấp. Việc chế biến nước dứa gần như còn chưa tồn
tại trong khi nhu cầu thế giới lại rất cao. Quỹ phát triển châu Âu đã đầu tư 2 triệu
euro để nâng cao năng lực khai thác và buôn bán dứa tại khu vực Tây và Trung
Phi [20].
Ở Nhật Bản, dứa chủ yếu nhập khẩu ở dạng tươi, ướp lạnh hoặc đóng hộp.
Dứa ướp lạnh được gọt vỏ bỏ lõi và được tiêu thụ trực tiếp khi đông lạnh. Dứa
được nhập từ Philippin và từ Đài Loan trong khoảng từ tháng 3 đến tháng 7 (Hồ
sơ thị trường rau quả Nhật Bản, 2003).
Khu vực tiêu thụ dứa lớn thứ hai thế giới là thị trường EU, trong đó Hà
Lan là nước nhập khẩu lớn nhất châu Âu. Khối lượng nhập khẩu hàng năm của
Hà Lan chiếm 10 – 12% tổng khối lượng toàn thế giới [5].
Một số nhà nhập khẩu dứa chế biến khác trên thế giới: Anh ( chiếm
khoảng 2.5%, Canada 1.5 - 2%, Bỉ 2% [5].
2.1.5.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa của ở Việt Nam
Về sản xuất, từ năm 1997 đến nay, do sự năng động của các công ty trong việc
khai thác, tìm kiếm thị trường và nhờ các chính sách mở của nhà nước trong việc
200
250
300
350
400
Diện tích
Sản lượng
Hình 2.4. Diện tích và sản lượng dứa Việt Nam [10]
Trong các vùng của cả nước, đồng bằng sông Cửu Long là vùng sản xuất
chủ yếu của cả nước. Năm 2002, diện tích dứa của vùng đạt trên 20 ngàn ha
chiếm 55.6% tổng diện tích dứa của cả nước. Do chiếm tỷ trọng khá lớn về diện
tích nên đồng bằng sông Cửu Long chiếm tới 65.9% sản lượng cả nước [10].
Bảng 2.3. Diện tích gieo trồng và năng suất dứa trung bình trên cả nước [25]
Khoa Công nghệ thực phẩm
Năm 2001 2002 2003 2004 2005
Diện tích (ha) 37200 41700 41651 43350 47400
Năng suất (tạ/ha)
99.3 110.3 114.9 127.6 128.5
10
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Hình 2.5. Diện tích và sản lượng dứa của một số tỉnh (2001-2005) [25]
Hiện nay nước ta đang trồng 3 nhóm giống dứa chính là: cayenne, queen
và spanish. Phổ biến nhất và chiếm tỷ trọng lớn về diện tích (khoảng 90%) vẫn là
2 giống dứa truyền thống là dứa Queen queen (chiếm đa số) và dứa
Spanishspanish.
So với các nước trên thế giới, Việt Nam chỉ là nước sản xuất dứa nhỏ. Sản
lượng dứa của Việt Nam chỉ chiếm 2.4% lượng dứa toàn cầu [10].
Các sản phẩm dứa của Việt Nam bao gồm dứa tươi, dứa chế biến (dứa
hộp, nước dứa, dứa đông lạnh). Đối với dứa tươi, hầu hết được tiêu thụ ở thị
Dứa hộp
Dứa tươi
Nước dứa
Hình 2.6. Xuất khẩu dứa của Việt Nam 1994 - 2002 (1000USD) [10]
Theo số liệu thống kê chính thức của Tổng cục Hải quan, trong 06 tháng
đầu năm 2007 tổng kim ngạch xuất khẩu dứa cả nước ta đạt xấp xỉ 8 triệu USD.
Khoa Công nghệ thực phẩm
12
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Hình 2.7. Kim ngạch xuất khẩu dứa của Việt Nam 6 tháng đầu năm
2007 (Triệu USD) [25]
Hầu hết các doanh nghiệp xuất khẩu dứa cho biết: xuất khẩu dứa trong
nửa đầu năm 2007 diễn ra thuận lợi: nguồn cung cấp dứa ổn định, chất lượng
dứa khá đồng đều nên các nhà máy chế biến hoạt động hết công suất trong các
dịp thu hoạch. Tuy nhiên, lượng dứa xuất khẩu hiện nay còn rất hạn chế so với
sản lượng sản xuất [25].
Bảng 2.4. Thị trường xuất khẩu dứa 06/2007 [25]
Khoa Công nghệ thực phẩm
13
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
2.2. Enzyme bromelain
Bromelain là enzyme thủy phân protein, có trong nhựa của cây dứa và tất
cả các bộ phận của cây dứa. Có 2 loại bromelain: bromelain của quả (fruit
bromelain) và bromelain của lõi (steam bromelain). Theo quy định quốc tế về ký
hiệu enzyme, fruit bromelain được ký hiệu là EC3.4.22.4 và steam bromelain
được ký hiệu là EC3.4.22.5 [13].
2.2.1. Cấu trúc của bromelain
Bromelain là protease cystein, trung tâm hoạt động chứa nhóm -SH [1],
K49
• Bromelain lõi là enzyme hai thành phần gồm phần protein cấu tạo từ 212
amincoacid và phần glucid. Khối lượng phân tử 23800 Dalton. Phần protein có
cấu tạo giống papain, protease có trong nhựa đu đủ.
Hình 2.8. Cấu trúc của bromelain [27]
2.2.2. Cơ chế hoạt động
Enzyme bromelain thuỷ phân các protein, peptid, …Với protein, enzyme
bromelain thuỷ phân thành các polipeptid, peptid và các aminoacid.
Enzyme này tham gia phản ứng thuỷ phân protein qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn đầu là sự acyl hoá tạo thành các hợp chất trung gian.
- Giai đoạn hai xảy ra sự deacyl hoá cùng với sự thuỷ phân phức trung
gian này.
Nhóm –SH của của cystein trực tiếp tham gia phản ứng.
Nhìn chung các protease cystein và các protease serin hoạt động trong các
điều kiện như nhau và với cơ chế giống nhau. Hình 2.9 mô tả cơ chế hoạt động
Khoa Công nghệ thực phẩm
15
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
của α-chimotrypsin, một protease serin trung tâm họat hoạt động bao gồm serin
195, histidine 57 và acid aspartic 102.
So với các enzyme protease khác có nguồn gốc động vật và vi sinh vật thì
bromelain có khả năng thuỷ phân sâu hơn. Vì thế, nó dùng để phân giải tiếp các
mối liên kết peptid tạo thành sau quá trình thuỷ phân protein bằng trypsin hay
chimotrypsin để tạo phân tử nhỏ hơn. Bromelain còn có khả năng thủy phân
amid, ester và thioester [13].
Hình 2.9. Cơ chế hoạt dộng của α-chimotrypsin [29]
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme bromelain
2.2.3.1. Cơ chất
Khả năng thuỷ phân của bromelain với các cơ chất khác nhau là khác
có chứa nhóm -SH đều là chất hoạt hoá cho bromelain. Một số chất: L cystein,
Dithiothratiol, KCN, Thioglycolicacid là các chất hoạt hóa của bromelain [1].
Bảng 2.5 Ảnh hưởng của chất hoạt hoá đến họat hoạt tính bromelain [1]
Tên hoạt chất Nồng độ (M) Hoạt tính bromelain (%)
L. - cystein 1*.10
-2
100.00
Dithiothratiol 1*.10
-2
95.50
Khoa Công nghệ thực phẩm
17
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
KCN 1*.10
-2
96.00
Thioglycolicaxit 1*.10
-2
99.00
2.2.3.5. Các chất ức chế
Một số chất ức chế đến hoạt động của bromelain: HgCl
2
, Iodoaxetat, N –
chloromercuribenzoat [1].
Bảng 2.6. Ảnh hưởng của chất ức chế đến họat hoạt tính bromelain [1]
Tên chất ức chế Nồng độ (M) Hoạt tính bromelain (%)
Không có chất ức chế 100.00
N-chloromercuribenzoat 1*.10
-2
o
C để cho tự các enzyme trong thịt thủy phân thì phải mất
10 – 14 ngày) [9].
- Làm đông tụ sữa
Renin là loại enzyme được sử dụng làm đông sữa truyền thống, enzyme
này được thu từ ngăn thứ tư của dạ dày bê. Tuy nhiên, lượng renin không đáp
ứng được nhu cầu ngày càng tăng của công nghiệp sữa. Vì vậy, ngày nay người
ta có xu hướng thay thế enzyme renin bằng enzyme thực vật, trong đó bromelain
được quan tâm sử dụng nhiều [1].
- Để thu nhận các chất ức chế protease
Trong tế bào cơ quan động vật tồn tại các chất ức chế enzyme, trong đó có
chất ức chế protease. Các chất ức chế trong tế bào thường có bản chất protein
như enzyme. Hiện nay, trong công nghiệp và y tế sử dụng rộng rãi các chất ức
chế này. Chế phẩm bromelain được sử dụng để thu thận chất ức chế protease [1].
Trong chế biến bia và nước giải khát: bromelain được dùng để làm trong
bia và nước quả [1], [2].
2.2.4.2. Trong y học
Bromelain là enzyme được quan tâm đặc biệt trong y học vì nó được xem
như là một trong những loại thuốc chữa bệnh, enzyme này được sử dụng nhờ các
tác dụng:
Bromelain có tác dụng làm giảm các cơn đau. Trong các nghiên cứu gần
đây, việc sử dụng chế phẩm bromelain làm giảm hiện tượng sưng phồng, bầm
dập, đau đớn đối với các sản phụ trải qua phẫu thuật nhỏ khi sinh và những
người bị bỏng rộp. Bromelain cũng có tác dụng chữa đau nhức khớp gối…[12].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng: bromelain có tác dụng loại trừ và làm
giảm bớt các triệu chứng phù nề và echymoses của bệnh nhân trải qua phẫu thuật
hoặc vết thương trên mặt. Các điều tra đã đề nghị rằng xử lý bromelain cho việc
Khoa Công nghệ thực phẩm
19
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
Bromelain làm tăng hệ miễn dịch giúp cho người bị ung thư giảm được di
căn (200 – 300 mg bromelain/kg thể trọng kết hợp với xạ trị hoặc hóa trị).
Bromelain có tác dụng chữa đau tim (do làm tan máu tụ gây đau tim) [16],
[17].
2.2.4.3. Trong các lĩnh vực khác
Bromelain được sử dụng trong các ngành như: công nghiệp dệt, công
nghiệp da, cao su, tẩy rửa, hương liệu…
Trong công nghiệp dệt: protease có tác dụng thủy phân lớp protein serisin
đã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bong và tách rời các sợi tơ tằm, do đó
làm giảm lượng hoá chất để tẩy trắng.
Trong công nghiệp thuộc da: protease được sử dụng để làm mềm da, làm
sạch và tẩy lông da. Các protease sẽ làm mềm lớp biểu bì, phân giải không sâu
sắc protein, loại bỏ chất nhầy và thủy phân một số liên kết của sợi collagen. Khi
xử lý bằng enzyme, tính đàn hồi của da cũng tăng lên, rút ngắn được quá trình
tẩy lông. Lượng lông thu được tăng lên khoảng 25 - 30% so với khi sử dụng
phương pháp hóa học. Ở Mỹ, chế phẩm enzyme protease được sản xuất có tên là
M - Zim dùng trong sản xuất da.
Trong chế biến các loại bột giặt: ngày nay, enzyme được dùng nhiều trong
việc chế biến các loại bột giặt, nhiều chức năng tẩy vết bẩn protein, vết máu, vết
hồ [1], [2].
2.2.5. Tình hình nghiên cứu enzyme bromelain trong và ngoài nước
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến bromelain, nhiều chế
phẩm thương mại ra đời và có ứng dụng hiệu quả.
Khoa Công nghệ thực phẩm
21
Khóa luận tốt nghiệp đại học Phạm Thị Hồng BQCBA –
K49
Hình 2.11. Một số chế phẩm thương mại của bromelain [30]
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã bắt đầu quan
tâm nghiên cứu về bromelain nhưng chưa nhiều. Việc nghiên cứu phương pháp
muối trung hoà thường được sử dụng là amonsulfat, natrisulfat, magiesulfat, hỗn
hợp monophosphat và dibasic song tốt hơn cả là amonsulfat vì: độ hoà tan của
muối này cao, không phụ thuộc nhiệt độ và không làm biến tính ngay cả các
protein kém bền nhất [9].
Theo như đề tài nghiên cứu của Đinh Thị Tình năm 2007, phương pháp
kết tủa enzyme bằng muối (NH
4
)
2
SO
4
ở
nồng độ 70% độ bão hoà cho hiệu suất
thu hồi enzyme cao hơn so với phương pháp thu hồi enzyme bằng cồn ở nồng độ
80% thể tích. Nhưng trong phương pháp kết tủa enzyme bằng muối (NH
4
)
2
SO
4
,
tốn nhiềulượng muối tiêu tốn nhiều, vlà khó thu hồi lại sau quá trình tách
enzyme, độ tinh sạch của chế phẩm không cao. Tuy kKết tủa enzyme bằng cồn ở
nồng độ 80% thể tích cho hiệu suất thu hồi thấp hơn nhưng lại có những lợi thế:
hoá chất rẻ, dễ thu hồi chế phẩm, độ tinh khiết cao, dung môi dễ được thu hồi
lại…
Từ những lý do trên, trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn phương pháp
tách kết tủa enzyme bằng cồn để thu enzyme.
Khoa Công nghệ thực phẩm
• Máy xác định độ ẩm nhanh (KCRN - NRS120 - 3, Germany)
Khoa Công nghệ thực phẩm
25
Vỏ cứng ngoàiBỏ vỏ
Cắt khoanh
Chồi ngọnBỏ chồi
Làm sạch
Bỏ chồi
Tạo hình Thịt quả
Lõi quảĐột lõi
Chồi ngọn
Chồi
ngọnTách lá
Chồi ngọn
Copyright: Tài liệu đại học ©