Tình hình tận dụng phế phẩm từ quả điều trong sản xuất các sản phẩm định hướng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và sản xuất nhiên liệu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tình hình tận dụng phế phẩm từ quả điều trong sản xuất các sản phẩm định hướng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và sản xuất nhiên liệu giới thiệu khái quát về quả điều; Tình hình sản xuất các sản phẩm chế biến từ quả điều.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tình hình tận dụng phế phẩm từ quả điều trong sản xuất các sản phẩm định hướng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và sản xuất nhiên liệu

TÌNH HÌNH TẬN DỤNG PHẾ PHẨM TỪ QUẢ ĐIỀU TRONG SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU Hồ Thị Hồng Thi và Nguyễn Thị Cẩm Mi* (*) Viện Khoa học Ứng Dụng, Trường Đại học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Điều có tên khoa học Anacardium occidentale Linn.; là cây nhiệt đới, thường xanh (xanh quanh năm) và là cây công nghiệp trọng điểm của Việt Nam. Ngoài hạt điều mang lại giá trị kinh tế cao, dịch quả điều (CAJ) với hàm lượng vitamin C, khoáng chất và hàm lượng polyphenol cao thích hợp sản xuất các loại nước giải khát lên men, mứt, kẹo,…Phần bã thịt quả điều sau ép (CAB) chứa hàm lượng chất xơ khoảng 15 – 18% được trích ly thu nhận pectin và cellulose hay lên men thu ethanol và ứng dụng vào nhiều mục đích. Phần vỏ lụa hạt điều (Testa) được ép để thu dịch chiết (CNSL) ứng dụng làm dầu diesel, nhựa, chất kết dính, đánh vecni cách điện,… Quả điều cùng với vỏ hạt điều là các phế phẩm từ ngành công nghiệp sản xuất hạt điều đang từng bước tạo ra vị thế riêng cho mình từ đó góp phần nâng cao giá trị của cây điều. Từ khóa:công nghiệp, hạt điều, nhiên liệu, quả điều, sản phẩm. 1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ QUẢ ĐIỀU Điều hay còn được gọi là Đào lộn hột, tên tiếng Anh là Cashew và tên khoa học là Anacardium occidentale Linn. Cây điều có nguồn gốc từ Đông Bắc Nam Phi (Brasil), Đông Nam Venezuela sau đó được phân bố rộng rãi khắp thế giới nhờ các nhà thám hiểm Bồ Đào Nha vào những năm 1500. Nhiều năm trở lại đây cây điều được biết đến là cây trồng có giá trị kinh tế ở nước ta. Ở Việt Nam, cây điều du nhập vào Việt Nam từ những năm 1980, sau đó được phát triển thành cây công nghiệp, phủ xanh đất trống đồi trọc và được trồng rộng rãi ở các tỉnh khu vực Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và Duyên hải Nam Trung Bộ cụ thể như: Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa – Vũng Tàu, Bình Thuận, Lâm Đồng, Đắk Lắk, Đắk Nông,… Điều là cây công nghiệp quan trọng ở nước ta hiện nay với tổng diện tích trồng ở Việt Nam năm 2021 đạt 297.000 ha, bằng 99,7 % so với năm 2020. Theo Cục Xuất nhập khẩu (Bộ Công Thương), tính đến quý I/2021 xuất khẩu hạt điều ước đạt 108 nghìn tấn. Việt Nam là một trong những nước cung cấp hạt điều lớn nhất cho Thế Giới với xấp xỉ 285 nghìn tấn năm 2020. 419
Trái điều 90% Hình 4. Cấu tạo quả điều 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM CHẾ BIẾN TỪ QUẢ ĐIỀU 2.1 Giới thiệu Xét về nhu toàn cầu của thị trường hạt điều của Thế giới thì ngành công nghiệp chế biến hạt điều có giá trị kinh tế rất lớn. Vì các thành phần hóa học có sẵn cũng như các chất chuyển hóa thứ cấp như các hợp chất phenolic, các acid amin thiết yếu trong hạt điều chứng tỏ đây là loài cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao, trong ngành thực phẩm thì hạt điều được chế biến thành dạng hạt rang muối, sấy khô, sữa hạt điều. Tuy nhiên, quá trình chế biến hạt điều trong công nghiệp tạo ra một khối lượng không nhỏ các sản phẩm phụ, điều này đã gây ra những lo ngại đối với môi trường. Chúng bao gồm dịch chiết vỏ hạt điều (CNSL), testa (vỏ lụa), quả thịt điều và bã thịt điều sau ép (CAB). Các sản phẩm phụ này cũng có đóng góp không nhỏ vào các ngành công nghiệp khác vì chúng sau khi được xử lý sẽ tạo thành một số hợp chất hoạt tính sinh học, polyme và các sản phẩm khác, từ đó có thể giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường cũng như tạo ra nhiều sản phẩm thân thiện, thúc đẩy kinh tế phát triển bền vững. Ví dụ, thịt quả điều có thể ép thu dịch để làm nước uống lên men, mặt khác bã sau khi ép còn rất nhiều chất hữu cơ và có thể là một nguồn nguyên liệu lignocellulosic mạnh để sản xuất cồn sinh học, thu cellulose, thu pectin và các sản phẩm khác. 2.2 Chế phẩm từ quả điều Quả thịt điều Trái điều có hai phần: phần hạt và phần cuống. Phần hạt điều có lợi ích kinh tế lớn hơn. Hạt điều khô có giá trị dinh dưỡng cao và được sử dụng như một món ăn trong nhiều thập kỷ qua. Phần cuống tức là quả thịt của trái điều h a y c ò n g ọ i l à quả giả có thời gian bảo quản ngắn nên thường được tiêu thụ ở các khu vực địa phương dưới dạng trái cây tươi. Dịch quả điều – CAJ (Cashew apple juice) Quả giả được mọi người biết rộng rãi do có chất làm se nhẹ hương vị vì chứa nhiều tannin. Lượng trái điều bị lãng phí hằng năm rơi vào khoảng 85%, tức là khoảng 1 triệu tấn. Dịch quả điều điều đã được sử dụng 420
để tạo ra một loạt các sản phẩm bao gồm nước lên men, rượu vang, mứt, thạch, kẹo và các loại sản phẩm khác đang được nghiên cứu như làm bột, bánh ngọt, thanh ngũ cốc,… (Araújo và cộng sự, 2011). CAJ là một kho lưu trữ các loại đường khử, đặc biệt là sucrose và fructose có thể hoạt động như một chất nền cho vi sinh vật để hỗ trợ chuyển đổi thành các sản phẩm như ethanol và rượu vang. Ngoài ra, CAJ cũng có thể hoạt động như một chất nền để tổng hợp các enzyme và oligosaccharide prebiotic ứng dụng trong sản xuất các loại thực phẩm có lợi cho đường tiêu hóa, điều này giúp làm giảm lãng phí phần cuống trái điều. Mặt khác, CAJ còn có các hợp chất chính như metyl-3-metyl pentanoat, trans-2-hexenal, etyl-2-metyl- 2-bu tenoat, và 2-metyl-2-pentenal, các loại vitamin (đặc biệt là vitamin C), amino axit, chất xơ, khoáng chất, chất dinh dưỡng thực vật và carotenoid như -caroten, cis-β-caroten, trans-caroten, auroxanthin và sự hiện diện của β-cryptoxanthin, đây là những hợp chất có lợi và có tính ứng dụng cao trong ngành công nghiệp thực phẩm. Bã thịt điều sau ép – CAB (Cashew apple bagasse) Sau khi thu dịch, bã quả điều được thu nhận như một sản phẩm phụ của quá trình xử lý CAJ. CAB này chủ yếu bao gồm chất xơ còn lại được sử dụng làm chất bổ sung vào thức ăn chăn nuôi (De Abreu và cộng sự, 2013). CAB là một chất thải lignocellulosic xuất hiện dưới dạng nguyên liệu thô đầy hứa hẹn cho ngành khoa học vật liệu. CAB có tiềm năng sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học, enzyme, ethanol và xylytol, tổng hợp biohydrogen. Biohydrogen được sản xuất bằng cách xử lý trước CAB với hydro peroxit kiềm để tạo ra CAB-AHP, sau đó thủy phân CAB-AHP bằng enzyme tạo ra hydro (Silva và cộng sự, 2018). Vỏ lụa hạt điều – Testa Hạt điều được bao phủ bởi một lớp mỏng giàu chất chống oxy hóa màu nâu đỏ, được gọi là testa. Testa chiếm khoảng 1 – 3% tổng trọng lượng hạt điều (Viswanath và cộng sự, 2018), đây là một nguồn tannin có thể thủy phân như catechin, epicatechin và epi gallocatechin và các proanthocyanidin cao phân tử. Ngoài ra, nó còn chứa các các acid phenolic như acid syringic, acid gallic và acid p-coumaric. Mặt khác, testa là một chất thải nhưng hàm lượng tannin nên nó mang lại giá trị rất cao, sự kết hợp của tannin testa trong lớp phủ giúp làm giảm sự ăn mòn và có thể ứng dụng như một chất thuộc da. Quan trọng hơn hết là testa có tiềm năng phát triển các hợp chất để ứng dụng trong các ngành sản xuất những vật liệu thân thiện với môi trường do tính ổn định nhiệt. Tannin testa có hiệu quả như một chất đông tụ đã được chứng minh đối với việc loại bỏ chất rắn ra khỏi nước thải của ngành công nghiệp xi măng, một loạt các thí nghiệm keo tụ cho thấy tannin có trong vỏ lụa hạt điều có đặc tính keo tụ ở liều thấp hơn trong điều kiện kiềm (Hamad và cộng sự, 2015). Tannin trong vỏ lụa hạt điều có hiệu suất tối ưu 84% để loại chất rắn lơ lửng có trong nước thải công nghiệp. 421
Chất lỏng vỏ hạt điều – CNSL (Cashew nut shell liquid) Chất lỏng từ vỏ hạt điều là một chất lỏng nhớt màu xanh lục, màu vàng nhạt hoặc màu nâu đỏ được tìm thấy trong vỏ tổ ong mềm của vỏ hạt điều, đây là một sản phẩm phụ có thể tái tạo và sử dụng được. CNSL chiếm khoảng một phần ba trọng lượng hạt hoặc 30 – 35% trọng lượng vỏ quả hạch tùy thuộc vào phương pháp thu hồi. Thành phần chính của CNSL chứa cardanol (3-pentadecenyl phenol), cardol (5-pentade cenyl resorcinol), acid anacardic (6-pentadecenyl salicylic axit). Các thành phần của CNSL thường có tính kỵ nước các chuỗi bên, có mức độ không bão hòa khác nhau do có 5 – 8% bão hòa, 48 – 49% monoene, 16 – 17% diene và 29 – 30% triene. Có nhiều phương pháp để chiết xuất CNSL như rang, chiết xuất dung môi, nhiệt phân chân không, ép đùn lạnh, chiết xuất dựa trên carbon dioxide siêu tới hạn. Qua đó, người ta nhận thấy rằng phương pháp chiết xuất ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng (về thành phần) và số lượng CNSL; khi sử dụng phương pháp ép đùn lạnh có thể thu được khoảng 70% acid anacardic, 18% cardol, 5% cardanol, phenol và các chất phân cực (Patel và cộng sự, 2006). Trên cơ sở thành phần hoá học và sự phối hợp của các phương pháp chiết xuất khác nhau, CNSL được chia thành hai loại là CNSL tự nhiên và CNSL kỹ thuật. Để chiết xuất CNSL tự nhiên, các phương pháp được áp dụng là sử dụng các kỹ thuật chiết xuất dung môi như carbon dioxide siêu tới hạn hoặc chiết xuất Soxhlet để có thể thu được thành phần ban đầu của CNSL mà không bị xáo trộn. CNSL tự nhiên bao gồm acid anacardic 60 – 70%, cardols 10 – 20%, cardanols 3 – 10%, 2-metylcardols 2 – 5%, và các thành phần phụ khác. CNSL kỹ thuật là một nguồn hợp chất phenol có giá trị về mặt kinh tế để tổng hợp polyme phenol / formaldehyde. CNSL kỹ thuật khác với CNSL tự nhiên về mặt hóa học và chủ yếu bao gồm cardanol 60 – 70%, cardol 10 – 20%, 2-metylcardol 2 – 5%, vật liệu cao phân tử 5 – 10%, cùng với các thành phần phụ khác. Để thu được CNSL kỹ thuật, ta tiến hành ngâm vỏ hạt điều trong CNSL tự nhiên và gia nhiệt ở 180 – 190 °C, khi đó acid anacardic trải qua phản ứng khử cacboxyl để tạo ra cardanol (Lomonaco, D. Mele và cộng sự, 2017). Ngoài việc, làm chất màu trong thực phẩm, CNSL còn có được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau bao gồm dược phẩm, nhựa, vật liệu phủ và lót, chất kết dính, dẫn xuất nhiên liệu sinh học, thuốc trừ sâu và có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần trong quá trình phát triển sản phẩm mới. Bảng 1: Một số ứng dụng phế phẩm ngành công nghiệp sản xuất hạt điều trong sản xuất các chế phẩm định hướng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm: Nguyên liệu STT Phương pháp sản xuất Sản phẩm Tài liệu tham khảo từ quả điều 1 Lên men (Clostridium Ethanol thế hệ thứ (Araújo và cộng sự, CAB roseum) nhất 2011) 422
Lên men (Kluyveromyces Ethanol (Araújo và cộng sự, 2 CAJ marxianus CE025) 2011) Quá trình tỏa nhiệt Dầu ethanol sinh học (Araújo và cộng sự, 3 CNSL 2011) 4 Hấp phụ và kết tinh Glucose và fructose (Araújo và cộng sự, Trái điều 2011) Lên men ở trạng thái rắn Tannase (Araújo và cộng sự, 5 Testa (Aspergillus niger CEPC 2011) 11) 6 Hydro peroxyde kiềm Ethanol thế hệ thứ CAB (Silva và cộng sự, 2018) nhất Chưng cất và hydro hóa Thuốc nhuộm (AshokPandey, Poonam 7 Testa Sharma và cộng sự, 2020) Dẫn xuất Cardanol, Chất màu thực phẩm phenolic (E102, E110,…) và 8 CNSL thuốc nhuộm (Patel và cộng sự, 2006) Cardanol kết hợp với Thuốc nhuộm Bis diamines và amin thơm (azo) Quá trình khử oxy, hydro Dầu diesel xanh hóa và cracking CO2 siêu tới hạn ở 120 – Phenolic (86%), 300 bar và 30 – 60 C o cardanol (Lomonaco và cộng sự, 9 CNSL Polyme hóa axit Chất phủ bề mặt 2017) (sơn, sơn mài) Trộn cao su Chất kết dính kim polychloroprene và nhựa loại – kim loại CNSL Lên men (Saccharomyces Rượu vang (Nguyễn Mạnh Hùng, 10 CAJ cerevesiae) 2017) Lên men (Leuconostoc Enzyme dextran (Sueli Rodrigues and 11 CAJ mesenteroides nrrl b512f) sucrase Talita L. Honorato 2008) Gia nhiệt truyền thống Pectin (Camila Tamiello Rosa, 12 Quả thịt điều Thaisa Jungles và cộng sự ,2019) 423
Thủy phân bằng enzyme Ethanol thế hệ thứ và lên men (Hanseniaspor hai (AshokPandey, Poonam 13 CAB sp.) Sharma và cộng sự, Lên men (Saccharomyces Ethanol 2020) cerevesiae) Enzyme dextransucrase Prebiotic (AshokPandey, Poonam 14 CAJ oligosaccharides Sharma và cộng sự, 2020) 3. KẾT LUẬN Sản phẩm chính của quá trình chế biến hạt điều cho năng suất là hạt điều có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp tất cả các acid amin thiết yếu. Phế liệu của quá trình chế biến hạt điều mặc dù là một nguyên liệu phế thải nhưng lại có tiềm năng vô cùng lớn để sản xuất một số sản phẩm ứng dụng trong ngành thực phẩm như nước giải khát, ethanol, pectin và một số chế phẩm có hoạt tính sinh học được ứng dụng trong dược phẩm, hay sản xuất dầu diesel, thuốc nhuộm, chất kết dính,... Dịch chiết từ vỏ hạt điều, bã thịt điều sau ép và testa có thể nổi lên như một nguồn tự nhiên để thu được các sản phẩm cao cấp. Ứng dụng đa dạng của các sản phẩm phụ từ hạt điều vào trong đời sống cần đòi hỏi nhiều nghiên cứu chi tiết hơn về khả năng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Araújo, S.M., Silva, C.F., Moreira, J.J.S., Narain, N., Souza, R.R., (2011) Biotechnological process for obtaining new fermented products from cashew apple fruit by Saccharomyces cerevisiae strains. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 38 (9), 1161–1169. [2] De Abreu, F.P., Dornier, M., Dionisio, A.P., Carail, M., Caris-Veyrat, C., Dhuique-Mayer, C., (2013). Cashew apple (Anacardium occidentale L.) extract from by-product of juice processing: a focus on carotenoids. Food Chem. 138 (1), 25–31. [3] Dextransucrase Stability in Cashew Apple Juice by Sueli Rodrigues and Talita L. Honorato (2008) [4] Hamad, F.B., Mubofu, E.B., (2015). Potential biological applications of bio-based anacardic acids and their derivatives. Int. J. Mol. Sci. 16 (4), 8569–8590. [5] Lomonaco, D. Mele, G. Mazzetto, S.E., (2017). . Cashew nutshell liquid (CNSL): from an agro- industrial waste to a sustainable alternative to petrochemical resources. Cashew Nut Shell Liquid. Springer, pp. 19–38. [6] Nguyễn Mạnh Hùng, 2017, Khảo sát điều kiện lên men nhằm nâng cao chất lượng rượu trái điều. Luận văn, Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh. [7] Patel, R.N., Bandyopadhyay, S., Ganesh, A., (2006). Extraction of cashew (Anacardium occidentale) nut shell liquid using supercritical carbon dioxide. Bioresour. Technol. 97 (6), 847–853. 424
[8] Pectins from cashew apple fruit (Anacardium occidentale): Extraction and chemical characterization by Camila Tamiello Rosa, Thaisa Jungles et al (2019) [9] Silva, J.S., Mendes, J.S., Correia, J.A.C., Rocha, M.V.P., Micoli, L., (2018). Cashew apple bagasse as new feedstock for the hydrogen production using dark fermentation process. J. Biotechnol. 286, 71–78. [10] Valorization of cashew nut processing residues for industrial applications by AshokPandey, Poonam Sharma et al (2020). [11] Viswanath, V., Leo, V.V., Sabna Prabha, S., Prabhakumari, C., Potty, V.P., Jisha, M.S., (2016). Thermal properties of tannin extracted from Anacardium occidentale L. Using TGA and FT-IR spectroscopy. Nat. Prod. Res. 30 (2), 223–227. 425