Xác định loại enzyme phù hợp để tách lớp nhớt của hạt cà phê trong chế biến theo phương pháp ướt
1. Đặt vấn đề
Một công đoạn quan trọng trong chế biến cà phê nhân theo phương pháp ướt là tách lớp nhớt nằm trên vỏ thóc sau khi xát bỏ vỏ quả. Hai phương pháp tách nhớt phổ biến hiện nay là lên men tự nhiên và đánh nhớt cơ học. Mỗi phương pháp đều có hạn chế nhất định:
Lên men tự nhiêncần xây dựng nhiều bề lên men tốn kém và chịu nhiều tác động không kiểm soát được từ bên ngoài, nhất là yếu tố nhiệt độ, do đó kết quả thu được không ổn định. Chất lượng cà phê có nguy cơ bị giảm do nhiều hạt bị lên men thối dẫn đến các mùi vị xấu trong nước pha. Lên men tự nhiên làm tăng mức độ ô nhiễm nước và không khí.
Phương pháp đánh nhớt cơ họckhắc phục được một vài bất lợi của phương pháp lên men tự nhiên, nhưng nó lại có các bất lợi khác: thiết bị có giá khá cao; tiêu tốn nhiều điện; nguy cơ làm nhiều hạt bị tróc vỏ thóc và cà phê nhân không còn lớp bảo vệ nên khó bảo quản. Do các máy đánh nhớt không tách được nhớt nằm tại khe hạt nên muốn loại bỏ hết nhớt phải lên men bổ sung, và khi đó quá trình chế biến trở nên phức tạp hơn.
Để tránh được những hạn chế trong cả hai phương pháp lên men tự nhiên và đánh nhớt cơ học, các nhà khoa học đề nghị sử dụng enzyme để phân hủy lớp nhớt. Enzyme không phải là hóa chất mà là chất xúc tác sinh học, có trong tế bào của mọi loại sinh vật. Nó có bản chất protein, có tính xúc tác đặc hiệu và làm cho các phản ứng hóa học xảy ra cực kỳ nhanh. Các hãng sản xuất enzyme hiện nay chủ yếu tách triết enzyme từ vi sinh vật.
Trước khi ứng dụng enzyme để phân hủy lớp nhớt, điều cần thiết đầu tiên là phải xác định được loại chế phẩm enzyme phù hợp với loại cơ chấttrong lớp nhớt. Thành phần chính của lớp nhớt là các hợp chất cao phân tử như pectin, cellulose và các loại đường. Đường tan trong nước nhưng pectin và cellulose không tan trong nước. Vì vậy trong các thí nghiệm, chúng tôi chỉ sử dụng các chế phẩm xúc tác chứa enzyme thuộc hai nhóm này. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định loại chế phẩm enzyme phù hợp để phân hủy lớp nhớt của hạt cà phê vối (Robusta) trong phương pháp chế biến ướt qua việc đánh giá hiệu lực phân hủy dịch chiết lớp nhớt của chúng.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Quy trình chuẩn bị mẫu
- Quả chín cà phê vối (thu hoạch tháng 112 năm 2009 tại các vườn cây ở Buôn Ma Thuật) được tách vỏ bằng máy xát trống thông thường để lấy ra 30kg cà phê thóc.
- Cà phê thóc được chia làm 6 phần, mỗi phần 5kg, đựng trong các chậu i-nox; cho thêm vào mỗi chậu 2,5 lít nước (theo tỉ lệ 2 cà phê/1 nước). Dùng máy đánh trứng có hai cánh khuấy để khuấy đảo kỹ cà phê ở mỗi chậu trong thời gian 10 phút để chiết xuất lớp nhớt.
- Tách riêng hạt cà phê ra; trộn dung dịch chiết của 6 chậu để có mẫu chung, sau đó lại chia đều cho 6 chậu để có mẫu thí nghiệm xử lý enzyme.
- Chuẩn bị 5 chế phẩm enzyme (nêu ở bảng 1), mỗi loại enzyme xử lý dịch nhớt ở một chậu riêng biệt với liều lượng 20 phần triệu (ppm) tính theo khối lượng cà phê thóc ướt. Dịch chiết trong chậu còn lại là đối chứng (không xử lý enzyme).
Bảng 1: Các chế phẩm enzyme thực phẩm sử dụng trong nghiên cứu
Chế phẩm | Thành phần enzyme | Nguồn gốc | Tính chất |
Lumipect-CP | Polygalacturonase(viết tắt PG, thuộc nhóm pectinase) | Sản phẩm của Lumis Biotech P.Ltd, Ấn Độ | Lỏng, mầu nâu, tan trong nước. Hoạt lực tối thiểu: 720LU/ml. Tỉ trọng: 1,25g/ml |
Peelzym | Enzyme nhóm cellulase, chủ yếuβ-glucannase; ngoài ra còn có xylannasevà hemicellulasenhưng hoạt lực thấp | Sản phẩm của Novo Nordisk Ferment Ltd, Đan Mạch. Sản xuất bằng giống nấm Aspergillus aculeatus | Lỏng, mầu nâu, mùi lên men nhẹ, tan trong nước. Hoạt lực tối thiểu: 100 FBG/g. Tỉ trọng: 1,23g/ml |
Rohapect® 10L | Enzyme nhóm pectinase, gồm pectinesterase (PE),PG và pectinlyase(PL) | Sản phẩm của AB Enzyme, Phần Lan. Sản xuất từ giống nấm Aspergillus niger | Lỏng, mầu nâu và mùi thơm, tan trong nước. Hoạt lực tối thiểu: 100 FBG/g. Tỉ trọng: 1,23g/ml |
rohament® pulpex | Enzyme nhóm pectinasegồm PG, PE, PL; ngoài ra còn có một số enzyme nhóm cellulosenhưng hoạt tính thấp | Sản phẩm của AB Enzyme, Phần Lan. Sản xuất từ giống nấm Aspergillus niger | Bột thô, màu nâu nhạt, tan trong nước. Hoạt lực tối thiểu: 600 PA |
Pectinex® Ultra SP-L | PG, ngoài ra còn có hemicelllulasenhưng hoạt tính rất thấp | Sản phẩm của Novo Nordisk Ferment Ltd, Đan Mạch. Sản xuất từ giống nấm Aspergillus aculeatus. | Lỏng, mầu nâu và mùi thơm, tan trong nước. Hoạt lực tối thiểu: 9500 PBG/g. Tỉ trọng: 1,16g/ml |
2.2. Đánh giá hiệu lực của enzyme
Sử dụng hai loại vi nhớt kế VT-03F và VT-04F của Nhật Bản để đo độ nhớt của dịch chiết ngay tại thời điểm trước khi xử lý enzyme và sau mỗi 6 phút. Số lần đo cho mỗi công thức xử lý enzyme là 15 lần. Đơn vị độ nhớt tính bằng mPa.s (Millipascal-giây). Mức độ giảm độ nhớt nhanh hay chậm thể hiện hiệu lực của enzyme cao hay thấp.
3. Kết quả và thảo luận
Kết quả trong bảng 2 cho thấy cả năm loại enzyme đều có tác dụng làm giảm nhanh độ nhớt của dịch triết lớp nhớt của cà phê.
Bảng 2. Độ nhớt (đvt: mPa.s) của dịch chiết lớp nhớt cà phê sau khi xử lý enzyme
Thời gian xử lý (phút) | Các công thức xử lý enzyme | Đối chứng | ||||
Lumipect - CP | Peelzym® | Rohapect® 10L | Rohament® Pulpex | Pectinex® Ultra SP-L | ||
0 | 270 | 270 | 270 | 270 | 270 | 270 |
6 | 230 | 60 | 70 | 155 | 140 | 270 |
12 | 185 | 50 | 60 | 118 | 100 | 270 |
18 | 155 | 20 | 35 | 60 | 65 | 265 |
24 | 110 | 17 | 25 | 40 | 29 | 265 |
30 | 95 | 15 | 17 | 17 | 26 | 260 |
36 | 80 | 13 | 16 | 9 | 23 | 260 |
42 | 70 | 10 | 15 | 6 | 20 | 260 |
48 | 65 | 10 | 14 | 5 | 19 | 250 |
54 | 60 | 10 | 13 | 5 | 17 | 250 |
60 | 55 | 10 | 11 | 5 | 17 | 250 |
66 | 50 | 8 | 10 | 5 | 16 | 250 |
72 | 50 | 8 | 12 | 4 | 16 | 250 |
78 | 45 | 7 | 10 | 4 | 16 | 250 |
84 | 28 | 7 | 10 | 4 | 16 | 250 |
Số liệu chỉ ra rằng, độ nhớt của dịch chiết lớp nhớt trước khi xử lý enzyme là 270 mPa.s; sau khi xử lý, Peelzym® làm giảm độ nhớt nhanh nhất (sau 18 phút độ nhớt dịch chiết còn 20 mPa.s) và tiếp theo là Rohapect®10L (sau 24 phút độ nhớt dịch chiết còn 25 mPa.s).
Cũng thấy rằng Rohament® Pulpex ở giai đoạn đầu không làm giảm độ nhớt nhanh như Peelzym® và Rohapect® 10L, nhưng ở giai đoạn sau làm độ nhớt của dịch chiết giảm triệt để nhất: sau 48 phút, độ nhớt dịch chiết còn 5 mPa.s, chỉ bằng ½ so với dịch chiết xử lý Peelzym® và bằng 1/3 so với dịch chiết xử lý Rohapect®10L. Lưu ý rằng độ nhớt của nước (lấy từ giếng khoan) sử dụng trong thí nghiệm này là 0,7 mPa.s.
Hình 4 biểu diễn quá trình giảm độ nhớt của dịch chiết bằng số tương đối (%). Trong khi đối chứng không xử lý enzyme, sau 30 phút độ nhớt vẫn còn 94,7% thì các công thức xử lý enzyme, độ nhớt chỉ còn 5-33%. Sau 84 phút, độ nhớt của đối chứng vẫn còn 87,7%, trong khi độ nhớt của các công thức xử lý chỉ còn dưới 10%.
Trong 5 chế phẩm, Lumipect CP có hiệu lực thấp (sau 30 phút độ nhớt vẫn còn 30%). Còn lại 4 enzyme khác có hiệu lực tốt, sau 30 phút làm độ nhớt dịch chiết giảm còn 5-10%; tuy vậy trong 4 loại này, Pectinex® Ultra SP-L cho hiệu lực kém hơn ba loại còn lại.
Chế phẩm Peelzym® có hiệu lực rất cao, làm giảm độ nhớt của dịch chiết lớp nhớt nhanh nhất: chỉ sau 18 phút xử lý, độ nhớt của dịch triết lớp nhớt chỉ còn 7%. Rohapect® 10L cho cũng có hiệu lực rất cao; sau 24 phút xử lý, độ nhớt của dịch chiết còn dưới 10%.
Rohament® Pulpex cũng cho hiệu lực cao. Theo công bố, hoạt lực pectinase của chế phẩm này là 600 PA, cao hơn 2 lần so với Rohapect® 10L (260 PA); tuy vậy kết quả nghiên cứu lại cho thấy hiệu lực phân hủy dịch nhớt của Rohapect® 10L cao hơn. Có lẽ do bào chế ở dạng bột nên Rohament® Pulpex khó hòa tan vào dịch nhớt hơn, vì vậy phát huy tác dụng chậm hơn. Với ưu tiên lựa chọn chế phẩm làm giảm độ nhớt dịch triết xuống dưới 10% nhanh nhất, nên Rohament® Pulpex không được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
4. Kết luận và kiến nghị
4.1. Kết luận
- Trong các chế phẩm enzyme pectinasevà cellulase, chế phẩm chứa hỗn hợp nhiều loại enzyme có hiệu lực cao hơn chế phẩm chỉ chứa enzyme đơn lẻ.
- Hai chế phẩm Peelzym® (hỗn hợp các enzyme nhóm cellulose) và Rohapect® 10L (hỗn hợp các enzyme nhóm pectinase) có hiệu lực phân hủy dịch chiết lớp nhớt của quả cà phê cao nhất.
4.2. Kiến nghị
Nghiên cứu xác định điều kiện tối thích về liêu lượng, pH và nhiệt độ môi trường để hai chế phẩm Peelzym® và Rohapect® 10L phân hủy lớp nhớt cà phê tốt nhất.
