Tổng quan về thanh long và ứng dụng vỏ thanh long trong công nghiệp thực phẩm

553 TỔNG QUAN VỀ THANH LONG VÀ ỨNG DỤNG VỎ THANH LONG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Phan Phước Thảnh, Lê Thị Ngọc Mai, Võ Lê Ngân Hà, Trần Thủy Trúc Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trương Thị Phương Khanh TÓM TẮT Thanh long là một loại trái cây kỳ lạ bổ dưỡng và tuyệt vời được trồng trên khắp các khu vực khô cằn trên toàn cầu, đặc biệt là các nước châu Á. Trái cây với hình dạng hấp dẫn và màu sắc tuyệt vời được làm tăng giá trị thương mại với những cách chế biến mới. Có nhiều thành phần dinh dưỡng quan trọng như: carotene, canxi, chất xơ, vitamin B, vitamin C và phospho. Trái cây hiện nay được chế biến thành nhiều sản phẩm giá trị gia tăng, tuy nhiên, điều đó đang bị giới hạn trong các ngành công nghiệp chế biến quy mô nhỏ. Ngoài chế biến bột, việc sử dụng các sản phẩm (vỏ, hạt) sẽ góp phần giảm các vấn đề xử lý chất thải, tăng giá trị cho sản phẩm thực phẩm và các ứng dụng công nghiệp khác. Bài đánh giá này sẽ làm nổi bật lợi ích của thanh long và ứng dụng của nó trong công nghiệp thực phẩm. Hơn thế nữa, công việc hiện tại nhằm mục đích sử dụng toàn diện loại trái cây này thông qua các phương pháp bổ sung giá trị và sử dụng phụ phẩm. Từ khóa: lợi ích của thanh long, màu tự nhiên, pectin, thanh long, vỏ thanh long. 1 TỔNG QUAN Thanh long, được gọi là pitaya hoặc pitahaya thuộc họ Cactaceae và phổ biến trong hai chi riêng biệt là 'Hylocereus' và 'Selenicereus'. Các giống được trồng thương mại phổ biến nhất là từ chi Hylocereus bao gồm khoảng 16 loài khác nhau. (Esquivel et al 2007). Còn gọi là pitayaroja (tiếng Tây Ban Nha) và la pitahaya rouge (tiếng Pháp). Thanh long có thân dài khoảng 6 mét và được trồng ở các khu vực có lượng mưa ít hàng năm, phù hợp để canh tác (Lim et al 2010). Các loài Pitaya chủ yếu được tìm thấy ở Mesoamerica trong các cảnh quan khác nhau, từ vài mét đến 1700 m trên mực nước biển và lượng mưa 500 đến 2000 mm. Việc trồng trọt chủ yếu ở khoảng 20 quốc gia (Mizrahi et al 1996). Có ba giống được trồng thương mại bao gồm: Hylocereus undatus (thanh long ruột trắng), Hylocereus costaricensis (thanh long ruột đỏ), Hylocereus megalanthus (thanh long ruột trắng vỏ vàng). 554 2 ĐẶC Đ ỂM CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC 2.1 Đặc điểm cấu trúc Thanh long bao gồm ba thành phần chính: thịt quả (47,40-73,76%), vỏ (36,70-37,60%) và hạt giống (2,70-14,67%). Màu sắc của bột trái cây có thể thay đổi từ màu trắng đến các màu đỏ và tím (Esquivel et al 2007). Vỏ thanh long chủ yếu có màu đỏ và vàn (Lim et al 2010). Ngoài ra, màu đỏ của vỏ thanh long đỏ đậm hơn so với thanh long trắng. Hạt nhỏ, mềm, ăn được và màu đen (Mizrahi et al 1996). 2.2 Thành phần hóa học của vỏ thanh long 2.2.1 Trái thanh long Trái thanh long đã nhận được sự chú ý từ các nhà nghiên cứu bởi những giá trị dinh dưỡng mà nó mang lại ở từng bộ phận. Do đó chúng có thể được chế biến thành các sản phẩm khác nhau. Bảng 2.1. Thành phần dinh dưỡng của các bộ phận khác nhau của thanh long Thịt quả Vỏ Hạt Độ ẩm (g/100 g thịt quả) 82.5–89.4d 84.86–91.19a,b 12.6 ± 6h pH 4.26–4.98c 4.83–5.48b 3.1–6.1k Chất khô (%) 12 ± 1e NR NR Density 20 °C (g/cm3) 1.02–1.04c NR NR Acid Titratable (%) 3.15–6.85c 0.22–0.25b NR Tổng chất rắn hòa tan (°Brix) 7.50–12.92c 7.15–12.77b NR Tổng chất rắn hòa tan : acid Titratable 10.93–35.20c 4.60–5.70k NR Pectin (mg/g) 0.64–1.36c NR NR Hàm lượng chất béo (%) 0.10–0.61d 0.02–0.07b 29.6 ± 6h Hàm lượng tro (%) 0.28–0.50d 14.29a 2.1 ± 1h Hàm lượng khoáng NR 0.17–0.22b NR Hylocereus undatus Hylocereus costaricensis Hylocereus megalanthus Ruột trắng với vỏ đỏ Ruột đỏ với vỏ đỏ Ruột trắng với vỏ vàng 555 Thịt quả Vỏ Hạt Tổng hàm lượng phenolic (mg/100 g) 3.75–19.72g 28.16–36.12g 1356 ± 2.04i Tổng hàm lượng chất xơ (g/100 g) 1.1–3.20f 69.30 ± 0.53j 30.2 ± 19h Tổng hàm lượng acid ascorbic (mg/100 g) 13.0–55.80f NR NR Tổng Vitamin C (g/1000 ml) 0.32–0.58c 0.0704–0.0762 0.0036 ± 0.01i Hàm lượng Protein (g/100 ml) 12-12.5e 0.64–0.66b, 0.95 ± 0.15j 20.6 ± 6h Citric acid (g/100 ml) 9.5–21.1c 0.08 j NR Malic acid (g/100 ml) 60.8–82.0c 0.64 j NR Glucose (g/100 ml) 491.4–1039.5c 4.15 ± 0.03j NR Fructose (g/100 ml) 192.0–289.7c 0.86 ± 0.02 j NR Hàm lượng Betacyanin (mg/g of dm) NR 41.55a NR Tổng hàm lượng carbohydrates (%) NR 6.20 ± 0.09j 35.2 ± 15h Các giá trị được báo cáo chỉ liên quan đến ba loài chính (Ruột trắng vỏ trắng, Ruột đỏ vỏ đỏ, Ruột trắng vỏ vàng) của thanh long 2.2.2 Vỏ thanh long Vỏ thanh long là sản phẩm bổ trợ chính còn sót lại từ tiêu thụ tươi hoặc chế biến trái cây. Nó chiếm khoảng một phần tư toàn bộ trái cây. Vỏ thanh long có chứa các thành phần giá trị. Ngoài ra, còn có tiềm năng như một chất kháng khuẩn (Lourith, et al 2013), chất tạo màu tự nhiên và chất chống oxy hóa. Các tính chất hóa lý của vỏ thanh long được thể hiện trong Bảng 2.2. Bảng 2.2. Tính chất hóa lý của vỏ thanh long Chỉ tiêu Thanh long thịt trắng Thanh long thịt đỏ pH 4.68 ± 0.005a 4.65 ± 0.004a Chất khô (g/100 g) 9.19 ± 0.24a 6.55 ± 0.28b Vitamin C (mg/100 g) 5.06 ± 0.17a 12.95 ± 0.09b Betacyanin (mg/100 g) 10.19 ± 0.24a 19.98 ± 0.32b Tham số màu 556 Chỉ tiêu Thanh long thịt trắng Thanh long thịt đỏ L* (lightness) 31.05 ± 0.28a 30.48 ± 0.23a a* (redness) 17.98 ± 0.54a 17.64 ± 0.72a b* (yellowness) -2.41 ± 0.12a -0.99 ± 0.16b Giá trị pH 4,7 và chất khô (7-9 g/100 g trọng lượng tươi) của cả vỏ thanh long đều có giá trị tương đương. Hàm lượng vitamin C của vỏ thanh long thịt đỏ gấp khoảng 2.5 lần so với thanh long thịt trắng (13 mg/100g so với 5 mg/100 g). Không có sự khác biệt đáng kể giữa giá trị L* (độ sáng) và a * (đỏ) của cả vỏ thanh long, trong khi giá trị b * (độ vàng) của vỏ thanh long thịt đỏ cao hơn so với thanh long thịt trắng. Các chỉ số được đưa ra ± SD (N = 3) và nội dung dựa trên cơ sở trọng lượng quả tươi. Các chỉ số trên cho thấy sự khác biệt đáng kể (p < 0,05). Như báo cáo cho thấy cả hai loại vỏ thanh long đều chứa một lượng đáng kể betacyanin (sắc tố đỏ/tím). Theo Bảng 2.2, tổng hàm lượng betacyanin trong vỏ thanh long thịt đỏ gấp đôi lượng vỏ thịt trắng (20 mg/100 g so với 10 mg/100 g). Sắc tố betacyanin trong thanh long cũng đã được xác định bao gồm chủ yếu là betanin, phyllocactin, hylocerenin và các dẫn xuất của chúng (Lichtenzveig et al 2000). Chúng có thể được áp dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như một loại chất màu tự nhiên. Ngoài ra, betacyanin trong thanh long có thể được chiết xuất đơn giản bằng cách đun nóng ở 100°C trong 5 phút ở pH 5 để có được năng suất cao của sắc tố (Kim et al 2011). Tuy nhiên, sự suy thoái của betacyanin thông qua xử lý nhiệt có thể tự nhiên xảy ra. Mỗi phần của thanh long (thịt quả, vỏ, hạt, nụ hoa, hoa khô) có giá trị dinh dưỡng to lớn về chất chống oxy hóa, chất xơ, vitamin C, khoáng chất, đặc biệt là canxi và phostpho (Bảng 2.2). 3 ỨNG DỤNG Thanh long có chứa khoảng 36% vỏ, trên 50% thịt quả và 10% hạt, trong đó, thịt quả được đã được sử dụng để sản xuất bột. Hạt giống chủ yếu được sử dụng để chiết xuất dầu vì nó có chứa khoảng 50% axit béo thiết yếu. (Ariffin et al 2009). Ngoài ra, hạt giống có ứng dụng như một thành phần trong nhiều sản phẩm thực phẩm như xi-rô, kem, sherbet, kẹo, sữa chua và bánh ngọt. Vỏ ngoài ứng dụng trong ngành công nghiệp phân bón thì hiện nay đang được nghiên cứu để ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như: pectin, bột vỏ thanh long, bột màu tự nhiên. Vỏ trái cây có tiềm năng như một chất kháng khuẩn (Nurliyana et al 2010), chất tạo màu tự nhiên và chất chống oxy hóa. Vỏ có tác dụng chiết xuất chất tạo màu thực phẩm tự nhiên cũng như nguồn pectin (Ariffin et al 2009). 3.1 Bột vỏ thanh long Vỏ thanh long có chứa hàm lượng chất xơ cao gần 10%, khá tốt cho việc hỗ trọ hệ tiêu hóa. Bên cạnh đó, còn có vitamin C hơn 10 mg/100 g vỏ, sắc tố màu betacyanin gần 20 mg/100 g vỏ giúp chống oxy hóa. Bột vỏ thanh long được chế biến bằng cách nghiền vỏ khô thành bột 557 mịn, cho kết quả như sau: 21,34% chất xơ thô; 16,74% tro; độ ẩm 6,66%; 4,35% protein thô; và 1,28% chất béo thô. Bột thể hiện khả năng hút nước 14,90 g/g. Khả năng hấp thụ dầu 89 g/g, độ hòa tan 75,66%, lực trương nở 18,31 và nồng độ gel hóa tối thiểu 6%. Vỏ thanh long tạo ra một lượng bột đáng kể. Bột chứa các thuộc tính dinh dưỡng có thể bổ sung cho sự thiếu hụt chất xơ và khoáng chất. Nó có các đặc tính chức năng mong muốn có thể được nghiên cứu thêm để thay thế bột mì đa dụng nhằm nâng cao chất lượng dinh dưỡng của các sản phẩm giá trị gia tăng. Các đặc tính chức năng của bột vỏ thanh long được xác định là khả năng giữ nước (WHC), khả năng giữ dầu (OHC) và khả năng trương nở (SWC) (Rosiana1 et al 2020). Bột vỏ thanh long đỏ có khả năng giảm cholesterol toàn phần, trigliserida, LDL-c và Tăng mức HDL-c. Bột vỏ thanh long đỏ có thể được tiêu thụ như một chất bổ sung trong thực phẩm giúp duy trì cơ thể khỏe mạnh và ngăn ngừa tăng lipid máu (Hernawati et al 2018). 3.2 Màu tự nhiên Vỏ thanh long hầu như chỉ làm phân bón, nhưng trong vỏ có chứa 1 lượng màu betacyanin cao chiếm gần 20 mg/100 g vỏ. Vì thế đó là 1 sản phẩm màu thực phẩm tự nhiên giúp chống oxy hóa. Được kỳ vọng sẽ rất lành mạnh và hấp dẫn đặc biệt là đối với người tiêu dùng. Phát triển bột vỏ thanh long như các chất tạo màu thực phẩm tự nhiên không chỉ tốt cho cơ thể con người mà còn thân thiện với xã hội và môi trường. Bột vỏ thanh long được ước tính có hiệu quả về chi phí, vì nó có nguồn gốc từ phần dùng một lần duy nhất (vỏ) của trái cây. Các công ty sản xuất các sản phẩm từ thanh long có thể đa dạng hóa dây chuyền sản xuất của họ thành sản phẩm mới bằng cách sử dụng vỏ trái cây để tránh lãng phí. Lớp màu đỏ của trái cây có nguồn vitamin phong phú như B1, B2, B3 và C, khoáng chất như kali, natri, canxi, sắt và phốt pho, và chất dinh dưỡng. chất béo, protein, carbohydrate, flavonoid, chất xơ thô, thiamin, phytoalbumin, niacin, pyridoxine, kobalamin, glucose, betacyanin, phenolic, carotene và polyphenol (Le Bellec et al 2006). Hơn nữa, loại trái cây này có hoạt tính chống oxy hóa tương đối cao so với các loại trái cây cận nhiệt đới khác (Davis 2007). Betalains, được chiết xuất từ vỏ thanh long và được sử dụng phần lớn cho các chất phụ gia và chiết xuất màu thực phẩm bao gồm các sắc tố đỏ và vàng, bao gồm 2 thành phần chủ yếu là betacyanin và betaxanthin. Betacyanin là thành phần chính (95%) sắc tố đỏ trong chiết xuất vỏ thanh long, góp phần tạo ra các sản phẩm chăm sóc sức khỏe và sắc đẹp. Trong họ Caryophyllales, betalain được phân loại trong cùng nhóm với sắc tố anthocyanin (Cai et al 2005, Kimler et al 1971, Strack et al 2003). Bởi vì vỏ thanh long chứa betalain nên nó được sử dụng làm thuốc nhuộm tự nhiên (Harivaindaran et al 2008). Tuy nhiên, lớp vỏ thanh long trong cùng có thể có tiềm năng cao như một chất tạo màu và phụ gia thực phẩm tự nhiên. 3.3 Pectin Qua kết quả nghiên cứu thấy rằng, do mức độ ester hóa và hàm lượng pectin thấp nên vỏ quả thanh long không thích hợp để chiết xuất pectin. Tuy nhiên, độ nhớt cao ở nồng độ thấp 558 cho thấy sự tương đồng với các chất làm đặc thương mại có sẵn trên thị trường như guar gum. De Mello và cộng sự, thông qua kết quả thí nghiệm của họ cho thấy vỏ quả pitaya có tính ổn định nhiệt ở dạng gel mạnh trong quá trình gia nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau (5 °C đến 95 °C) cho thấy nó có thể được coi là chất tạo cấu trúc (Montoya-Arroyo et al 2014). Pectin từ các phần khác nhau của vỏ quả thanh long (Hylocereus polyrhizus) được chiết xuất bằng cách sử dụng axit citric 1% và các đặc tính hóa lý của pectin đã được nghiên cứu. Sản lượng pectin cao nhất 26,38% (trên cơ sở khối lượng khô) thu được từ lớp bên trong tươi của vỏ khi chiết xuất được thực hiện ở nhiệt độ 73°C, trong thời gian 67 phút, pH 2,03, tỷ lệ vỏ thanh long tươi:axit citric = 1:4 (w/v), tỷ lệ bột vỏ thanh long:axit citric = 1:50 (w/v). Pectin cho thấy mức độ ester hóa cao nhất 63,74% khi so sánh với pectin từ các phần khác của vỏ thanh long. Qua mức độ ester hóa xác nhận rằng pectin chiết xuất được là một pectin metoxyl cao. Pectin thể hiện tính ổn định cấu trúc ở nồng độ 2,0% và 3,0%. Mặc dù độ nhớt của pectin từ vỏ thanh long thấp hơn pectin của táo và cam quýt thương mại, nhưng nó có thể được sử dụng như một thành phần chức năng và sức khỏe trong thực phẩm và đồ uống có độ nhớt thấp (Muhammad et al 2014). 4 KẾT LUẬN Thanh long là một loại cây ăn quả có tiềm năng tiếp thị trong nước và quốc tế là rất lớn. Do các đặc tính dinh dưỡng và chức năng của nó, có thể giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính, bổ sung chất chống oxi hóa, vitamin cho cơ thể... Bột vỏ thanh long và pectin được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Bên cạnh đó, chất tạo màu có nguồn gốc tự nhiên đang là nhu cầu của nhiều người tiêu dùng. Bài báo đưa ra những thông tin chi tiết về việc sử dụng hoàn toàn trái thanh long cũng như các sản phẩm của nó để chế biến thực phẩm và các ứng dụng nhằm nâng cao giá trị. Hiện tại, các sản phẩm chế biến có nguồn gốc từ thanh long dần xuất hiện trên thị trường và cần phải nghiên cứu thêm để cải thiện cơ hội kinh doanh của chúng. Thanh long đang được sử dụng để sản xuất các sản phẩm gia tăng giá trị khác nhau và có thể cung cấp các sản phẩm thanh long đi toàn cầu. Việc chế biến các sản phẩm phụ như vỏ, hạt không những nâng cao lợi nhuận mà còn cung cấp thêm các sản phẩm mới cho ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Tóm lại, thanh long được các nước thử nghiệm và phát triển sẽ được hưởng lợi rộng rãi nhờ chế biến thanh long hiệu quả. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Esquivel, P.; Stintzing, F. C.; Carle, R. Comparison of Morphological and Chemical Fruit Traits from Different Pitaya Genotypes (Hylocereus Sp.) Grown in Costa Rica. J. Appl. Bot. Food Qual. 2007, 81,7–14. [2] Lim, H. K.; Tan, C. P.; Karim, R.; Ariffin, A. A.; Bakar, J. Chemical Composition and DSC Thermal Properties of Two Species of Hylocereus cacti Seed Oil: Hylocereus undatus and Hylocereus polyrhizus.. Food Chem. 2010, 119(4), 1326–1331. DOI: 10.1016/j. foodchem.2009.09.002. 559 [3] Mizrahi, Y.; Nerd, A. New Crops as Possible Solution for the Troubled Israeli Export Market. In Trends in New Crops and New Uses; Janick, J., Whipkey, A., Eds.; ASHS Press: Alexandria, 1996; pp 37–45. [4] Lichtenzveig, J.; Abbo, S.; Nerd, A.; Tel-Zur, N.; Mizrahi, Y. Cytology and Mating Systems in the Climbing Cacti Hylocereus and Selenicereus. Am. J. Bot. 2000, 87(7), 1058–1065. DOI: 10.2307/2657005. [5] Kim, H., H.-K. Choi, J.Y. Moon, Y.S. Kim, A. Mosaddik, and S.K. Cho, 2011. Comparative antioxidant and antiproliferative activities of red and white pitayas and their correlation with flavonoid and polyphenol content. Journal of Food Science 76: C38- C45. [6] Harivaindaran, K.V., O.P.S. Rebecca, and S. Chandran, 2008. Study of optimal temperature, pH and stability of dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel for use as potential natural colorants. Pakistan Journal of Biological Sciences 11: 2259-2263. [7] Stintzing, F.C., A. Schieber, and R. Carle, 2003. Evaluation of colour properties and chemical quality parameters of cactus juices. European Food Research Technology 216: 303- 311. [8] Lourith, N.; Kanlayavattanakul, M. Antioxidant and Stability of Dragon Fruit Peel Colour. Agro FOOD Ind. Hi Tech. 2013, 24(3), 56–58. [9] Ariffin, A. A.; Bakar, J.; Tan, C. P.; Rahman, R. A.; Karim, R.; Loi, C. C. Essential Fatty Acids of Pitaya (Dragon Fruit) Seed Oil. Food Chem. 2009, 114(2), 561–564. DOI: 10.1016/j. foodchem.2008.09.108. [10] Nurliyana, R.; Syed Zahir, I.; Mustapha Suleiman, K.; Aisyah, M. R.; Kamarul Rahim, K. Antioxidant Study of Pulps and Peels of Dragon Fruits: A Comparative Study. Int. Food Res. J. 2010, 17, 367–375. [11] Hernawati, N A Setiawan, R Shintawatin, & D Priyandoko. The role of red dragon fruit peel ( Hylocereus polyrhizus ) to improvement blood lipid levels of hyperlipidaemia male mice, 2018 J. Phys.: Conf. Ser. 1013 012167 [12] S.L. Chia and G.H. Chong. Effect of Drum Drying on Physico-chemical Characteristics of Dragon Fruit Peel (Hylocereus polyrhizus), February 2015 [13] Le Bellec, F., Vaillant, F., & Imbert, E. (2006). Pitahaya (Hylocereus spp.): A new fruit crop, a market with a future. Fruits, 61(04), 237-250 [14] Davis. (2007). Pitahaya (Dragon Fruit) Research & Production in California UC Small Farm Program 2007 Specialty Crops Conference Davis, CA [15] Cai, Y.Z., Sun, M., & Corke, H. (2005). Characterization and application of betalain pigments from plants of the Amaranthaceae. Trends in Food Science & Technology, 16(9), 370-376 560 [16] Kimler, L., Larson, R.A., Messenger, L., Moore, J.B., & Mabry, T.J. (1971). Betalamic acid, a new naturally occurring pigment. Journal of the Chemical Society D: Chemical Communications(21), 1329-1330 [17] Strack, D., Vogt, T., & Schliemann, W. (2003). Recent advances in betalain research. Phytochemistry, 62(3), 247-269 [18] Esquivel, Patricia, Stintzing, Florian C., & Carle, Reinhold. (2007). Pigment pattern and expression of colour in fruits from different Hylocereus sp. genotypes. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 8(3), 451-457. [19] Harivaindaran, KV, Rebecca, OPS, & Chandran, S. (2008). Study of optimal temperature, pH and stability of dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel for use as potential natural colorant. Pakistan Journal of Biological Sciences, 11(18), 2259-2263. [20] Muhammad, K., Mohd. Zahari, N. I., Gannasin, S. P., Mohd. Adzahan, N., & Bakar, J. (2014). High methoxyl pectin from dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel. Food Hydrocolloids, 42, 289297. Doi:10.1016/j.foodhyd.2014.03.021 [21] Montoya-Arroyo, A.; Schweiggert, R. M.; Pineda-Castro, M.; Sramek, M.; Kohlus, R.; Carle, R.; Esquivel, P. Characterization of Cell Wall Polysaccharides of Purple Pitaya (Hylocereussp.) Pericarp. Food Hydrocolloids. 2014, 35, 557–564. DOI: 10.1016/j. foodhyd.2013.07.010.