Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ bảy, 13/08/2022 | 03:30

Thứ bảy, 13/08/2022 | 03:30

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 17:27 ngày 01/08/2022

Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa sinh chế biến rượu vang chất lượng cao từ quả điều

Năm 2017, lần đầu tiên nước ta vươn lên là nước xuất khẩu điều đứng đầu thế giới với tổng sản lượng xuất khẩu đạt hơn 360 nghìn tấn hạt điều và giá trị đạt hơn 3 tỷ đô la Mỹ. Điều được xem là cây tỷ đô la, đóng góp quan trọng vào kim ngạch xuất khẩu của ngành nông nghiệp nước ta hiện nay. Sản phẩm xuất khẩu chủ yếu là hạt điều sau chế biến. Sản phẩm khác được chế biến từ điều là dầu vỏ hạt điều, chiếm tỷ trọng rất thấp. Quả điều gồm hạt điều và cuống điều (hay còn gọi là quả điều giả, trong dân gian gọi là quả điều, ở đề tài này cũng gọi là quả điều). Sau khi thu hoạch lấy hạt điều để chế biến thì phần quả điều đang bị vứt bỏ, vừa lãng phí, vừa gây ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam, điều là cây kinh tế vườn quan trọng trong cơ cấu cây trồng của các tỉnh phía Nam như: Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, Bình Thuận, Gia Lai, Bình Định... với tổng diện tích thu hoạch hơn 300 nghìn hecta, năng suất thu hoạch đạt khoảng 250 nghìn tấn hạt mỗi năm (QĐ579/BNNTT, 2015).
Theo thống kê, cứ thu hoạch 1 tấn hạt điều thô thì có khoảng 8-10 tấn quả điều bị vứt bỏ, như vậy lượng quả điều đang bị vứt bỏ hiện nay của nước ta ước khoảng 2-2,5 triệu tấn một năm (Tran Nhat Nam et al., 2014) một sự lãng phí rất lớn. Nghiên cứu công nghệ chế biến các sản phẩm như nước ép dinh dưỡng hay rượu vang điều nhằm tận dụng nguồn phế phụ phẩm quả điều dồi dào, tăng giá trị gia tăng cho nông dân trồng điều, tạo ra đặc sản của địa phương là nhu cầu cấp thiết. Theo các nghiên cứu tại Ấn Độ, Bra-xin, Ni-giê-ri-a cho thấy dịch ép quả điều chứa giá trị dinh dưỡng cao, nhiều vitamin B, C và khoáng chất. Hàm lượng vitamin C chứa 219 mg trong 100 ml dịch ép quả điều, cao gấp 5 lần so với cam, 12 lần so với dứa; magiê 260 mg cao hơn cam, chuối; kali 565 mg cao gấp đôi so với cam, gấp 4 lần so với xoài, chứa nhiều polyphenol có tính chất chống oxy hóa, có khả năng kháng khuẩn Helicobacter pillory gây viêm loét dạ dày, chống ung thư. Dịch ép quả điều mặc dù giá trị dinh dưỡng cao, nhưng vì chứa hàm lượng tanin cao (450mg/100ml) gây nên vị quá chát, cảm giác khô sít miệng khó chịu khi dùng nên từ trước đến nay quả điều đang bị vứt bỏ, vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa lãng phí. Nếu loại bỏ được vị chát, tận dụng được nguồn nguyên liệu quả điều có ý nghĩa to lớn. Theo các nghiên cứu trước đây, để tách loại hàm lượng tanin thường sử dụng gelatin, casein, lòng trắng trứng, tinh bột gạo, tinh bột sắn… nhằm tạo kết tủa protein-tanin loại ra khỏi dung dịch. Phương pháp truyền thống này có nhược điểm là tiến hành ở nhiệt độ cao 60-80 độ C làm mất đi các vitamin B, C có trong dịch quả điều. Đồng thời tanin cũng là một polyphenol hữu ích bị loại hẳn ra khỏi dịch ép, làm giảm hàm lượng polyphenol hữu ích và khả năng kháng oxy hóa của dịch ép quả điều ban đầu. Tại một số nước như Braxin, Nigiêria, Ấn Độ, Thái Lan… đã có một số sản phẩm được chế biến từ quả điều như siro, mứt, nước ép, rượu, rượu vang điều… Dịch ép sau xử lý thu được chế biến các loại đồ uống như: nước giải khát, nước ép nhưng vẫn chưa được phổ biến rộng rãi, nguyên nhân vẫn là dịch ép còn vị quá chát và sít lưỡi. Do đó việc nghiên cứu áp dụng khoa học kỹ thuật tách tanin ra khỏi dịch ép hiệu quả cao mà vẫn giữ được polyphenol là vấn đề quan trọng quyết định sự thành công cho các quá trình chế biến tiếp theo sau. Giải quyết vấn đề tách loại tanin, giảm vị chát đối với các sản phẩm chế biến từ phần thịt quả điều là một thách thức lớn. Điểm mấu chốt trong công nghệ chế biến rượu vang điều: một là phải xử lý triệt để tanin vì hàm lượng tanin cao sẽ gây vị quá chát, cảm giác không ngon miệng và hai là lựa chọn chủng men phù hợp, tối ưu hóa quá trình lên men để tạo sản phẩm có độ cồn phù hợp, hương vị đặc trưng, thơm ngon. Thành phẩm rượu vang điều chất lượng cao, có hương thơm đặc trưng rất khác so với các loại rượu vang chế biến từ các loại hoa quả khác, hơi nồng khi uống, pha chút vị cay nhẹ của rượu. Các chất dinh dưỡng và khoáng chất trong rượu vang điều có hàm lượng cao hơn khi so sánh với một số rượu vang hoa quả thông thường. Hàm lượng polyphenol cao hơn 2-3 lần vang nho trắng (29-29 mgGAE/100ml) giúp cho rượu có khả năng kháng oxy hóa cao, tốt cho sức khỏe, vitamin C cao hơn các loại hoa quả tươi (nho, cam, khóm), khoáng chất kali cao và chứa các loại hương thảo mộc tạo mùi vị dễ chịu khi uống. Nếu giải quyết được hai vấn đề trên thì việc tận dụng nguồn phế phụ phẩm quả điều dồi dào, làm nguyên liệu chế biến rượu vang điều sẽ thành công, giúp tăng giá trị gia tăng cho nông dân trồng điều, tạo ra đặc sản cho địa phương.
Từ lý do trên, nhóm thực hiện đề tài Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do TS. Nguyễn Văn Khoa đứng đầu đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa sinh chế biến rượu vang chất lượng cao từ quả điều”. Đề tài đã được Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt thực hiện theo Quyết định 237/QĐ-BKHCN ngày 17 tháng 02 năm 2016, nhằm mục đích nghiên cứu phương pháp tích hợp hóa sinh giữa enzym tanase và gelatin, vừa xử lý loại bỏ tanin hiệu quả, giảm vị quá chát, vừa giữ được polyphenol hữu ích trong dịch ép cao hơn so với phương pháp truyền thống. Từ đó giúp tận dụng nguồn phế phụ phẩm quả điều dồi dào, tăng giá trị cho nông dân trồng điều, tạo ra đặc sản của địa phương. Đồng thời đưa ra quy trình công nghệ tiên tiến sản xuất rượu vang điều đặc sản chất lượng cao từ quả điều. Có được quy trình công nghệ tiên tiến sản xuất rượu vang đặc sản chất lượng cao từ quả điều đạt hàm lượng tanin < 0,15%. - Xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ sở đối với sản phẩm. Mô hình chế biến rượu vang từ quả điều quy mô 100 lít/mẻ. Sản phẩm rượu vang từ quả điều: 300 lít đạt tiêu chuẩn cơ sở.
Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã xây dựng các kết quả theo các nội dung nghiên cứu như sau:
1. Quả điều chứa nhiều thành phần dinh dưỡng tốt cho sức khỏe, nhưng có sự khác nhau qua các giai đoạn chín (từ quả xanh đến quả chín mềm). Trong đó quả chín vàng (CV) với hàm lượng tanin đạt 250 mg/100mL, hàm lượng vitamin C (211 mg/100mL), đường (9%), khoáng chất, polyphenol và có khả năng kháng oxy hóa cao… thích hợp, được chọn làm nguyên liệu sản xuất.
2. Sử dụng kết hợp giữa enzym tanase và gelatin để thiết lập phương pháp thủy phân và tách loại hàm lượng tanin đạt hiệu quả cao, hiệu suất đạt 67% w/v tương ứng hàm lượng tanin còn lại sau xử lý là 80 mg/100mL, dịch ép sau xử lý không còn vị chát.
Điều kiện tối ưu để xử lý enzym:
+ Tanin thủy phân trong dịch ép quả điều đã được thủy phân bằng enzym tanase tạo thành axit gallic và glucose. Tại điều kiện thực nghiệm với hàm lượng enzym 100 ppm, nhiệt độ 40 độ C và trong thời gian 30 phút, dịch ép quả điều sau thủy phân có tổng hàm lượng polyphenol tăng lên 17% và khả năng kháng oxy hóa cao hơn so với dịch ép quả điều chưa xử lý.
+ Gelatin được thêm vào dịch ép sau thủy phân bằng enzym tanas, tạo kết tủa với phần tanin ngưng tụ còn lại trong dịch quả. Hiệu quả tách loại tanin ra khỏi dịch ép quả điều đạt cao nhất tại điều kiện gelatin với hàm lượng 2 g/L và nhiệt độ 40 độ C.
3. Chọn chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae K1 V1116 (S1) và Saccharomyces cerevisiae ICV D47 (S2) để thực hiện lên men rượu vang điều. Môi trường dịch điều làm môi trường tăng sinh men giống trước khi bổ sung vào dịch lên men.
+ Điều kiện lên men chính và lên men phụ ở rượu vang điều: Dịch ép quả điều sau xử lý tanin vẫn còn chứa nhiều chất dinh dưỡng, bổ sung đường saccharose, thực hiện lên men rượu vang điều ở điều kiện tối ưu là: 22 độ Brix, pH = 4,5 và 7,5% tỷ lệ men (1,25*107 CFU/ml), trong thời gian 7 ngày lên men chính ở nhiệt độ phòng và lên men phụ 90 ngày ở nhiệt độ 15 độ C.
+ Thành phẩm rượu vang điều đạt được ở nấm men Saccharomyces cerevisiae K1 V1116 (S1) có độ cồn là 14,8% Vol, cho kết qủa đánh giá cảm quan tốt hơn về độ cồn, vị cay nồng của rượu so với Saccharomyces cerevisiae ICV D47 (S2) có độ cồn là 13,6% Vol cho cảm quan tốt về mùi thơm, vị ngon và hậu vị khi uống.
4. Vận hành thử nghiệm thành công mô hình pilot, kết quả sản phẩm rượu vang điều có chất lượng tương đương với sản phẩm chế biến ở quy mô phòng thí nghiệm. Tương ứng hệ thống mô hình thiết bị đã xây dựng gồm: hệ thống xử lý tanin bằng gelatin, hệ thống thiết bị xử lý tanin bằng enzym và hệ thống thiết bị lên men rượu vang điều.
5. Triển khai sản xuất thực nghiệm 300 lít sản phẩm trên mô hình pilot với công suất 100 lít/mẻ, rượu vang điều thành phẩm tạo thành phù hợp theo TCVN 7045:2013 và QCVN 6-3:2010/BYT.
6. Phân tích chất lượng sản phẩm rượu vang, xác định được 13 hợp chất hương đặc trưng cho rượu vang điều, trong pha hơi có 4 hợp chất và trong pha lỏng có tất cả 13 hợp chất.
Xây dựng 3 TCCS cho nguyên liệu quả điều tươi, chất lượng sản phẩm rượu vang điều và quy trình công nghệ chế biến rượu vang điều. Như vậy thành phẩm rượu vang điều chất lượng cao tạo thành có chứa hàm lượng polyphenol cao (68 mg/100ml), vitamin C (101 mg/100ml) và các chất khoáng (K, Ca, Mg, Fe…) mang hương thơm đặc trưng của các thảo mộc, vị cay nồng... tốt cho sức khỏe khi sử dụng.
Đề tài bước đầu đã nghiên cứu thành công quy trình chế biến rượu vang điều từ quả điều tươi sau thu hoạch. Sản phẩm có hương vị thơm đặc trưng của điều, giàu dinh dưỡng, khả năng kháng oxi hóa cao, tốt cho sức khỏe. Tạm tính chi phí giá thành sản phẩm có tính cạnh tranh cao so với các sản phẩm rượu vang hoa quả khác trên thị trường. Kiến nghị Bộ Khoa học & Công nghệ tiếp tục đầu tư triển khai dự án sản xuất thực nghiệm để đưa sản phẩm ra thị trường, giúp đa dạng sản phẩm và tạo đặc sản cho địa phương và tăng thêm nguồn thu cho người trồng điều.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17029/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
Theo https://vista.gov.vn/
lên đầu trang