Phan Thanh Bình, Phạm Văn Thao, Võ Thị Thùy Dung, Trương Minh Hằng,
Trần Thị Thắm Hà, Nguyễn Thị Kim Oanh
Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình sản xuất hạt tiêu trắng (tiêu sọ) từ quả tiêu chín tương đối dễ làm, có thể thực hiện tại các hộ gia đình có trồng, thu hoạch và sơ chế hạt tiêu. Tuy nhiên một khó khăn rất lớn để thực hiện có hiệu quả qui trình này là nguồn nguyên liệu không sẵn có quanh năm do thời gian thu hoạch thường ngắn (1-1,5 tháng), vì vậy việc sản xuất ra một khối lượng lớn, sản xuất thành sản phẩm hàng hóa với qui mô công nghiệp trong thời gian kéo dài sẽ không thực hiện được. Một giải pháp thay thế cho qui trình này là sử dụng nguồn nguyên liệu hạt tiêu đen để sản xuất hạt tiêu trắng. Mặc dù có lợi thế về nguồn nguyên liệu quanh năm, có thể thực hiện ở qui mô công nghiệp và không phụ thuộc vào thời vụ, nhưng phương pháp này cũng gặp nhiều khó khăn cần phải khắc phục như: khó tách vỏ, làm trắng, đảm bảo vệ sinh môi trường…. Hiện nay phương pháp này đã và đang được ứng dụng nhiều tại các hộ gia đình, cơ sở sản xuất chế biến tiêu với sản lượng lớn và đặc biệt tại các công ty, nhà máy sản xuất hạt tiêu trắng, tuy nhiên quá trình thực hiện đã bộc lộ nhiều nhược điểm như: thời gian ngâm dài, lượng nước sử dụng lớn, độ trắng không cao, hương vị bị giảm sút nghiêm trọng…. Các phương pháp chủ yếu là: ngâm trong nước thời gian dài, sử dụng các hóa chất không an toàn để tẩy trắng, sử dụng hơi nước quá nhiệt để làm mềm vỏ, sử dụng quả tiêu chín làm tiêu sọ…
Việc nghiên cứu ứng dụng enzyme đã được thực hiện và có kết quả khá tốt ở một vài đề tài. Chế phẩm Peelzyme được sử dụng với nồng độ 1%, điều kiện nhiệt độ 500C….và một số điều kiện sử dụng khá nghiêm ngặt khác đã làm cho việc ứng dụng của chúng không được rộng rãi. Để khắc phục được nhược điểm này cần có một chế phẩm enzyme có hoạt lực cao hơn, có điều kiện hoạt động rộng hơn và trong điều kiện thường vẫn hoạt động tốt.
Chế phẩm Enzyme Rohapect chủ yếu là pectinase và một phần là cellulose được sản xuất từ nguồn nấm Aspegillus niger và là sản phẩm của Công ty AB Enzyme, trực thuộc tập đoàn ABF Ingredients, Phần Lan. Chế phẩm enzyme này có hoạt lực cao tới 750PE/g (1PE là số lượng enzyme giải phóng được 1 micromol acid trong 1 phút ở điều kiện 300C, pH 4,5) (AB Enzym), trong thành phần bao gồm nhiều enzyme trong thành phần và có khả năng phân cắt pectinase, liên kết cellulose khá tốt. Chế phẩm này cũng đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất như: làm trong nước quả, làm sạch các vết bẩn có chứa pectine…. Đây cũng là chế phẩm đã được lựa chọn để sử dụng tách lớp nhớt cà phê thuộc đề tài cấp nhà nước về nghiên cứu ứng dụng enzyme trong chế biến ướt cà phê. Vì vậy chế phẩm này được lựa chọn để nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất tiêu trắng với mục tiêu làm giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng hạt tiêu, đảm bảo vệ sinh môi trường.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu
– Hạt tiêu đen được mua tại tỉnh Đăk Lăk. Sau đó được sàng phân loại để chọn những hạt có đường kính d≥5mm, tỷ trọng trên 550g/lít làm nguyên liệu thí nghiệm.
– Chế phẩm enzyme Rohapect là sản phẩm của Công ty AB Enzyme, Phần Lan. Được sản xuất bằng giống nấm Aspegillus niger, dạng lỏng, màu vàng nhạt. Điều kiện hoạt động tối ưu pH=4,5, nhiệt độ 25-500C
– Các thiết bị sử dụng: Thiết bị ngâm hạt tiêu xử lý enzyme (tách vỏ và làm trắng), thiết bị xát vỏ tiêu, thiết bị làm trắng hạt tiêu, thiết bị sấy nhiệt hoặc sấy lạnh được chế tạo tại Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên.
2.2. Địa điểm nghiên cứu: Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên (WASI)
2.3. Phương pháp nghiên cứu
TN1. Xác định liều lượng enzyme để xử lý lớp vỏ của hạt tiêu
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 6 công thức (5 công thức sử dụng enzyme với các nồng độ khác nhau là 500ppm; 750ppm; 1000ppm; 1250ppm; 1500ppm và 1 đối chứng không sử dụng enzyme). Ngâm các công thức trong 96 giờ (4 ngày). Mỗi công thức 20kg nguyên liệu, 3 lần lặp lại
Thực nghiệm: Nguyên liệu tiêu đen (d ≥ 5mm) → làm sạch → thanh trùng bằng nước nóng 800C trong vòng 30 phút → ngâm nước với tỉ lệ nguyên liệu/nước= 1:3 → điều chỉnh pH = 4,5 → bổ sung enzym với các nồng độ khác nhau → ngâm ở điều kiện tự nhiên trong 96 giờ (4 ngày) → xát vỏ bằng máy xát.
Chỉ tiêu theo dõi: Đánh giá sự trương nở của nguyên liệu, đánh giá hiệu suất bóc vỏ của hạt tiêu
TN2. Xác định thời gian để xử lý lớp vỏ của hạt tiêu
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 7 công thức với thời gian ngâm khác nhau: 72, 96, 108, 120, 132, 144 giờ và đối chứng. Mỗi công thức 20kg nguyên liệu, 3 lần lặp lại.
Thực nghiệm: Nguyên liệu tiêu đen (d ≥ 5mm) → làm sạch → thanh trùng bằng nước nóng 800C trong vòng 30 phút → ngâm nước với tỉ lệ nguyên liệu/nước = 1:3 → điều chỉnh pH = 4,5 → bổ sung enzym với liều lượng tốt nhất từ thí nghiệm 1 → ngâm theo các công thức khác nhau từ 72-144 giờ→ xát vỏ.
Chỉ tiêu theo dõi: Đánh giá sự trương nở của nguyên liệu, đánh giá tỉ lệ bóc vỏ của hạt tiêu
TN3. Xác định liều lượng enzyme để xử lý làm trắng hạt tiêu
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 6 công thức (5 công thức sử dụng enzyme với các nồng độ khác nhau là 100ppm, 200ppm; 300ppm; 400ppm; 500ppm và đối chứng không xử lý). Thời gian xử lý trong 12 giờ. Mỗi công thức 20kg nguyên liệu, 3 lần lặp lại
Thực nghiệm: Nguyên liệu sau khi được xát vỏ ngoài → rửa sạch → bổ sung nước tỉ lệ 1:1 → chỉnh pH = 4,5 → bổ sung enzym với liều lượng khác nhau→ ngâm ở điều kiện tự nhiên trong 12 giờ→ làm trắng → phơi khô.
Chỉ tiêu theo dõi: Màu sắc hạt tiêu và chất lượng sản phẩm (tỉ trọng, hàm lượng pepperin, hàm lượng dầu bay hơi, đánh giá cảm quan)
TN4. Xác định thời gian để xử lý làm trắng hạt tiêu
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 6 công thức với các thời gian xử lý khác nhau là 4 giờ, 8 giờ, 12 giờ, 16 giờ, 20 giờ, 24 giờ. Mỗi công thức 20kg nguyên liệu, 3 lần lặp lại
Thực nghiệm: Nguyên liệu sau khi được xát vỏ ngoài → rửa sạch → bổ sung nước tỉ lệ 1:1 → chỉnh pH = 4,5 (bằng acid acetic) → bổ sung enzym với liều lượng tốt nhất từ thí nghiệm 3→ ngâm ở điều kiện tự nhiên trong các khoảng thời gian khác nhau 4-24 giờ → xát vỏ → phơi khô.
Chỉ tiêu theo dõi: Màu sắc hạt tiêu và chất lượng sản phẩm (tỉ trọng, hàm lượng pepperin, hàm lượng dầu bay hơi, đánh giá cảm quan)
2.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu
– Phương pháp tính hiệu suất bóc vỏ: Hiệu suất bóc vỏ khi sử dụng thiết bị bóc vỏ được tính theo công thức như sau:
|
Hiệu suất bóc vỏ (%) = |
Σ Số hạt – Σ số hạt còn vỏ ngoài |
x 100% |
|
Σ Số hạt có trong mẫu |
– Ẩm độ hạt: Xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi.
– Màu sắc hạt và hương vị sản phẩm: Đánh giá bằng phương pháp cảm quan
– Hàm lượng peperine (%): Xác định theo TCVN 9683:2013.
– Hàm lượng tinh dầu bay hơi (ml/100g): Xác định theo TCVN 7039-2013
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme (E) đến hiệu suất bóc vỏ của hạt tiêu đen
Hiện nay tại các hộ nông dân thường sử dụng nước để phân hủy hết lớp vỏ bao quanh hạt, tuy nhiên đối với hạt tiêu đen quá trình này thường kéo dài (15-20 ngày), cần phải nhiều tác động hơn để làm cho quá trình phân hủy có hiệu quả.. vì vậy việc ứng dụng enzyme sẽ làm cho quá trình phân hủy của vò tiêu được diễn ra nhanh hơn, thời gian ủ lên men được rút ngắn.
Bảng 1: Ảnh hưởng của nồng độ E đến khả năng trương nở và hiệu suất bóc vỏ
|
Chỉ tiêu đánh giá |
Nồng độ enzyme (ppm) |
|||||
|
500 |
750 |
1000 |
1250 |
1500 |
Đối chứng |
|
|
Độ trương nở của hạt |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
|
Hiệu suất bóc vỏ |
72,2b |
84,9ab |
95,3a |
96,2a |
96,8a |
40,3c |
(+): ít trương nở (++): Trương nở chưa hoàn toàn (+++): Trương nở hoàn toàn
Các chữ số khác nhau đi sau theo trị hàng ngang là chỉ sự khác nhau các kết quả có ý nghĩa thống kê ở mức P≤0,05
Kết quả cho thấy nồng độ enzyme có ảnh hưởng khá lớn tới khả năng bóc vỏ của sản phẩm nhưng có ảnh hưởng không nhiều tới khả năng trước nở của hạt tiêu. Sau 96h (4 ngày) ngâm nước độ trương nở hạt của tất cả các công thức đều ở mức hoàn toàn, trong khi đó hiệu suất bóc vỏ có sự khác nhau rõ rệt và có ý nghĩa thống kê. Hiệu suất bóc vỏ của các công thức sử dụng enzyme từ 72,2-97,3% và cao hơn đối chứng (40,3%). Trong đó các công thức sử dụng nồng độ càng cao thì hiệu suất bóc vỏ càng tăng tuy nhiên khi sử dụng nồng độ 1000ppm (0,1%) hiệu suất sau 4 ngày ngâm đã đạt 95,3% và khi sử dụng nồng độ cao hơn thì hiệu suất bóc vỏ tăng lên không đáng kể. Sự khác nhau này có ý nghĩa thống kê ở mức P≤0,05 vì vậy để tiết kiệm kinh tế sử dụng enzyme với nồng độ 1000ppm (0,1%) là hợp lý.
3.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt đến hiệu suất bóc vỏ của tiêu đen
Bảng 2. Hiệu suất bóc vỏ theo thời gian ngâm hạt
|
Chỉ tiêu đánh giá |
Thời gian ủ (giờ) |
||||||
|
72 |
84 |
96 |
108 |
120 |
132 |
144 |
|
|
Độ trương nở của hạt |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
|
Hiệu suất bóc vỏ |
54,5c |
80,4b |
96,8a |
99,8a |
100a |
100a |
100a |
(+): ít trương nở (++): Trương nở chưa hoàn toàn (+++): Trương nở hoàn toàn
Việc ngâm với thời gian càng kéo dài thì hiệu suất bóc vỏ hạt tiêu đen càng tăng. Kết quả chỉ ra rằng: Từ 72 giờ ngâm trở đi thì hạt tiêu đã trương nở hoàn toàn và sau 96 giờ ngâm hiệu suất bóc vỏ đạt 96,8%, sau 108 giờ ngâm thì hiệu suất bóc vỏ đạt 99,8% và đạt 100% sau các giờ ngâm tiếp theo. Do đó, để rút ngắn thời gian sản xuất, chúng tôi dừng quá trình ngâm ở 108 giờ (4,5 ngày).
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme (E) đến khả năng làm trắng và chất lượng của hạt tiêu
Đối với việc sản xuất tiêu trắng công đoạn làm trắng là rất quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của sản phẩm. Thông thường sau quá trình xử lý tách lớp vỏ ngoài của hạt tiêu đen bằng enzym, phần bên trong là sọ tiêu có màu hơi đậm, chất lượng cảm quan không hấp dẫn. Để tăng độ sáng, độ trắng và độ nhẵn của sọ tiêu, cần thiết phải tiếp tục xử lý bằng enzyme. Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian sử dụng chế phẩm để làm trắng hạt tiêu.
Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ E đến màu sắc và chất lượng sản phẩm hạt tiêu
|
Chỉ tiêu đánh giá |
Nồng độ enzyme (ppm) |
|||||
|
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
Đối chứng |
|
|
Màu trắng |
58,2b |
69,2ab |
80,4a |
75,3ab |
70,3ab |
35,4c |
|
Màu trắng vàng |
19,6 |
22,3 |
18,6 |
24,0 |
29,2 |
18,6 |
|
Màu đen nhạt |
20,4ab |
8,1b |
0,7c |
0,4c |
0,3c |
37,3a |
|
Màu đen |
1,8 |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
8,7 |
|
Pipperine (%) |
5,14a |
5,24a |
5,25a |
5,22a |
5,27a |
5,18a |
|
Dầu bay hơi (ml/100g) |
2,15a |
2,23a |
2,28a |
2,17a |
2,21a |
2,16a |
Ghi chú: Các chữ cái trên cùng một hàng ngang khác nhau thì khác nhau có ý nghĩa thống kê ở mức 95%.
Như vậy các công thức sử dụng enzyme có tác dụng khá rõ trong làm trắng hạt tiêu. Kết quả cho thấy các công thức sau khi xử lý bằng enzyme thì sản phẩm chủ yếu có màu trắng và màu trắng vàng và rất khác biệt so với công thức đối chứng (màu đen nhạt và màu đen rất nhiều) các kết quả khác nhau này có ý nghĩa thống kê ở mức p≤0,05. Liều lượng enzyme xử lý càng cao thì tỉ lệ hạt tiêu có màu trắng và trắng vàng càng cao trong khi đó hạt tiêu có màu đen nhạt và màu đen giảm hẳn. Với công thức xử lý 100ppm và 200ppm thì tỉ lệ hạt còn màu đen khá nhiều. Từ công thức xử lý 300ppm thì tỉ lệ hạt màu đen nhạt và màu đen còn lại rất ít trong khi đó tỉ lệ hạt có màu trắng và màu trắng vàng rất cao. Công thức sử dụng liều lượng enzyme 300ppm cho tỉ lệ hạt màu trắng cao nhất đến 80,4%. Về hàm lượng pepperine và dầu bay hơi trong sản phẩm cuối cùng của các công thức thì không có sự khác biệt đáng kể. Vì vậy để tiết kiệm chi phí sử dụng enzyme và tăng tỉ lệ hạt màu trắng trong sản phẩm cuối cùng thì chúng tôi chọn nồng độ chế phẩm enzyme để xử lý làm trắng là 300ppm
TN4. Xác định thời gian để xử lý làm trắng hạt tiêu
Quá trình tẩy trắng với mụch đích chính là làm trắng sản phẩm hạt tiêu vì vậy sau khi xác định được liều lượng sử dụng thì việc nghiên cứu chính xác thời gian để xử lý hoàn toàn giúp cho người sản xuất chủ động trong công việc và rút ngắn được thời gian sản xuất sản phẩm.
Bảng 4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến màu sắc và chất lượng sản phẩm hạt tiêu
|
Chỉ tiêu đánh giá |
Thời gian xử lý (giờ) |
|||||
|
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
|
|
Màu trắng |
54,2c |
69,2ab |
80,4a |
72,5ab |
69,5ab |
65,4b |
|
Màu trắng vàng |
19,6 |
24,3 |
17,3 |
25,8 |
29,2 |
33,8 |
|
Màu đen nhạt |
20,6 |
5,3 |
2,1 |
1,5 |
1,2 |
0,6 |
|
Màu đen |
5,6 |
1,2 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
|
Pipperine (%) |
5,19a |
5,21a |
5,20a |
5,22a |
5,14a |
5,17a |
|
Dầu bay hơi (ml/100g) |
2,12a |
2,19a |
2,13a |
2,20a |
2,15a |
2,11a |
Kết quả cho thấy thời gian xử lý càng dài thì tỉ lệ hạt màu trắng và trắng vàng càng tăng, trong khi tỉ lệ hạt màu đen nhạt và màu đen càng giảm. Trong đó sau 8 giờ xử lý thì tỉ lệ hạt màu trắng và màu trắng đạt trên 93% và sau 12 giờ xử lý thì tỉ lệ hạt tiêu có màu trắng và màu trắng vàng đạt trên 97% (tỉ lệ hạt màu đen nhạt và màu đen <2%). Kết quả đánh giá hàm lượng pipperine và dầu bay hơi cho thấy không có sự khác biệt giữa các công thức.
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Như vậy kết quả cho thấy sử dụng chế phẩm rohapex trong sản xuất tiêu trắng là rất khả thi với nồng độ 1000ppm (0,1%) trong giai đoạn xử lý lớp vỏ hạt tiêu với thời gian ngâm 108 giờ (4,5 ngày) cho hiệu suất bóc vỏ đạt 99,8%.
Trong giai đoạn làm trắng sử dụng chế phẩm enzyme Rohapect nồng độ 300ppm, thời gian xử lý 12 giờ cho kết quả tốt nhất với tỉ lệ hạt màu trắng và màu trắng vàng đạt trên 97%. Chất lượng sản phẩm đẹp, sáng màu và hấp dẫn.
4.2. Kiến nghị
Nghiên cứu ứng dụng kết quả ở qui mô lớn hơn để ổn định các thông số trong sản xuất công nghiệp.
Nghiên cứu xác định các thông số trên các loại tiêu khác nhau, trên các loại tiêu chín và tiêu xanh để làm tăng nguồn nguyên liệu đầu vào.