Đồ án Nghiên cứu và so sánh hiệu quả của phương pháp lạnh đông - vi sóng với phương pháp xử lý enzyme pectinase trong tách dịch quả thanh long

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu và so sánh hiệu quả của phương pháp lạnh đông - vi sóng với phương pháp xử lý enzyme pectinase trong tách dịch quả thanh long

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM – MÔI TRƢỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ CỦA PHƢƠNG PHÁP LẠNH ĐÔNG - VI SÓNG VỚI PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ ENZYME PECTINASE TRONG TÁCH DỊCH QUẢ THANH LONG NGÀNH : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S Huỳnh Kim Phụng Sinh viên thực hiện: Lê Hải Dƣơng MSSV: 1311110014 Lớp: 13DTP01 TP.HCM, 2017
2. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: 1. Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của ThS. Huỳnh Kim Phụng. 2. Các kết quả phân tích trong đề tài này là kết quả thu được từ quá trình thực nghiệm, khách quan, không sao chép từ bất kỳ nguồn tài liệu nào. 3. Những thông tin trích dẫn, bảng biểu số liệu tham khảo phục vụ cho việc nghiên cứu đều được ghi rõ nguồn trong phần tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Công nghệ TP.HCM không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có). TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện LÊ HẢI DƢƠNG
3. LỜI CẢM ƠN Đồ án này đƣợc hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của nhà trƣờng, thầy cô trong Khoa và bạn bè. Tôi xin chân thành cám ơn các tập thể và cá nhân đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến ban giám hiệu trƣờng Đại học Công nghệ Tp.HCM, quý thầy cô trong Khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm - Môi trƣờng, đã tạo điều kiện học tập, tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trƣờng. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hƣớng dẫn của tôi ThS. Huỳnh Kim Phụng, giảng viên Khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Công nghệ Tp.HCM ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt quá trình làm đồ án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong đƣợc sự góp ý của quý thầy cô để đồ án đƣợc hoàn chỉnh hơn. Xin gửi đến thầy cô, gia đình và bạn bè lời chúc sức khỏe và hạnh phúc.
4. Mục lục LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 5 1.1. Giới thiệu chung về cây thanh long 5 1.1.1. Giới thiệu chung 5 1.1.2. Đặc điểm sinh học 5 1.1.3. Phân loại 6 1.1.4. Tình hình sản xuất thanh long 6 1.1.5. Cấu tạo tế bào của thanh long 8 1.1.6. Thành phần dinh dƣỡng của trái thanh long 9 1.1.7. Thành phần chống oxy hóa 12 1.1.8. Công dụng nổi bật của thanh long 14 1.2. Giới thiệu về pectin 14 1.2.1. Giới thiệu 14 1.2.2. Cấu trúc pectin 15 1.2.3. Độ nhớt của dung dịch pectin 16 1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp lạnh đông - vi sóng 16 1.3.1. Lạnh đông 16 1.3.2. Vi sóng 24 1.4. Giới thiệu phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 28
5. 1.4.1. Giới thiệu enzyme pectinase 28 1.4.2. Phân loại 29 1.4.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của enzyme 31 1.4.5. Ứng dụng của enzyme pectinase lên dịch quả 32 1.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 32 1.5.1. Phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 33 CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1. Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu 36 2.1.1. Nguyên liệu chính 36 2.1.2. Nguyên liệu phụ 36 2.1.3. Dụng cụ dùng trong nghiên cứu 36 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 36 2.2.1. Quy trình công nghệ cho thí nghiệm thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 36 2.2.2. Quy trình thí nghiệm thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 40 2.2.3. Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 43 2.2.4. Thí nghiệm 1.1 xác định thời gian lạnh đông 44 2.2.5. Thí nghiệm 1.2 xác định công suất rã đông vi sóng 45 2.2.6. Thí nghiệm 1.3 xác định thời gian rã đông vi sóng 47
6. 2.2.7. Thí nghiệm 1.4 xác định công suất – thời gian tối ƣu phƣơng pháp lạnh đông vi sóng 49 2.2.8. Thí nghiệm xác định nồng độ 2.1 enzyme pectinase 51 2.2.9. Thí nghiệm 2.2 xác định thời gian ủ enzyme pectinase 52 2.2.10. Thí nghiệm 2.3 xác định nhiệt độ ủ enzyme pectinase 54 2.2.11. Thí nghiệm tối ƣu hóa nhiệt độ và thời gian ủ enzyme pectinase 56 Các số liệu về quá trình thủy phân ở các nhiệt độ, nồng độ enzyme pectinase bổ sung, thời gian và nhiệt độ ủ thu đƣợc ở phần trên đƣợc xem xét và phân tích để lựa chọn khoảng biến thiên thích hợp sử dụng cho tối ƣu hóa, sau đó dùng phần mêm JMP 10 thiết kế bề mặt đáp ứng thu đƣợc. Kết quả tối ƣu trong bảng bề mặt đáp ứng đƣợc thực nghiệm nhằm đảm bảo thống nhất giữa lý thuyết tối ƣu và thực tế trƣớc khi rút ra kết luận cuối cùng về các thông số của quá trình thủy phân. 56 2.2.12. So sánh 2 phƣơng pháp tách thịt quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng và xử lý enzyme pectinase 58 2.3. Các phƣơng pháp phân tích đã áp dụng 58 2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu 58 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 59 3.1. Khảo sát nguyên liệu thanh long ruột trắng Bình Thuận 59 3.2. Kết quả thí nghiệm 1.1 xác định thời gian lạnh đông 62 3.3. Kết quả thí nghiệm 1.2 xác định công suất vi sóng 66 3.4. Kết quả thí nghiệm 1.3 xác định thời gian rã đông vi sóng 70
7. Từ bảng 3.7, chúng tôi nhận thấy khi khảo sát hàm lƣợng vitamin C, hàm lƣợng acid tổng và hiệu suất thu hồi ở các mức thời gian xử lý có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0.05) 70 3.5. Kết quả thí nghiệm 1.4 tối ƣu hóa công suất và thời gian rã đông vi sóng 74 3.6. Kết quả thí nghiệm 2.1 xác định nồng độ xử lý enzyme pectinase 81 3.7. Kết quả thí nghiệm 2.2 xác định thời gian ủ enzyme 85 3.8. Kết quả thí nghiệm 2.3 xác định nhiệt độ thích hợp cho xử lý bằng enzyme pectinase 88 3.9. Kết quả thí nghiệm 2.4 tối ƣu hóa nhiệt độ - thời gian xử lý enzyme pectinase 92 3.10. So sánh phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng với phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 100 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤC LỤC A 1 PHỤ LỤC B 9
8. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bộ NN & PTNT: Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn ADI: Acceptable Daily Intake DE:Dextrose equivalent ĐHQG-HCM : Đại học Quốc gia – Hồ Chí Minh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU HL: Hàm lƣợng W: woat V: thể tích M: khối lƣợng i
9. DANH MỤC HÌNH Hình1.1 . Sơ đồ của mô tế bào nhu mô (A) và (B) các tế bào loại I 9 Hình 1.2. Cấu trúc của acid phenolic 14 Hình 1.3. Cấu trúc phân tử D- glacturonic 15 Hình 1.4. Các nhóm chức của pectin 16 Hình 1.7. Cấu tạo phân tử nƣớc đơn lẻ 26 Hình 1.8. Cơ chế tác động của vi sóng vào thịt quả 27 Hình 1.9a. Sự đổi chiều liên tục của các phần tử phân cực 27 Hình 1.9b. sự sinh nhiệt tác động đến thành tế bào 27 Hình 3.1. Bề mặt đáp ứng về hiệu suất thu hồi dịch khảo sát mức công suất – thời gian tối ƣu 78 Hình 3.2. Bề mặt đáp ứng thu hồi vitamin C khảo sát mức công suất – thời gian tối ƣu 79 Hình 3.3. Bề mặt đáp ứng về thu hồi acid tổng khảo sát mức công suất – thời gian tối ƣu 80 Hình 3.4. Bề mặt đáp ứng về hiệu suất thu hồi dịch trong khảo sát mức nhiệt độ – thời gian tối ƣu enzym 97 Hình 3.5. Bề mặt đáp ứng về lƣợng vitamin C trong khảo sát mức nhiệt độ – thời gian tối ƣu enzyme 98 Hình 3.6. Bề mặt đáp ứng về lƣợng acid tổng trong khảo sát mức công suất – thời gian tối ƣu enzyme 99 Hình 3.7a. Bã thanh long trong phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 102 Hình 3.7b. Bã thanh long trong phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 102 ii
10. Hình 3.8a. Dịch lọc thô thu đƣợc từ phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 102 Hình 3.8b. Dịch lọc thô thu đƣợc từ phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 102 iii
11. DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng hiệu suất thu hồi theo thời gian lạnh đông 64 Biểu đồ 3.2. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Vitamin C theo thời gian lạnh đông 65 Biểu đồ 3.3. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng acid tổng theo thời gian lạnh đông 65 Biểu đồ 3.4. Biểu đồ so sánh hiệu suất dịch thu đƣợc theo công suất vi sóng 68 Biểu đồ 3.5. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng vitamin c thu đƣợc theo công suât vi sóng 69 Biểu đồ 3.6. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc theo công suất vi sóng 69 Biểu đồ 3.7. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc theo thời gian vi sóng 72 Biểu đồ 3.8. Biểu đồ so sánh hàm lƣờng acid tổng thu hồi theo thời gian rã đông vi sóng 73 Biểu đồ 3.9. Biểu đồ so sánh hiệu suất dịch quả thu hồi theo thời gian rã đông vi sóng 73 Biểu đồ 3.10. Biểu đồ hiệu sất (%) tối ƣu công suất – thời gian vi sóng 75 Biểu đồ 3.11. Biểu đồ hàm lƣợng vitamin C (mg/100g) tối ƣu công suất – thời gian vi sóng 76 Biểu đồ 3.12. Biểu đồ hàm lƣợng acid tổng (mg/100g) tối ƣu công suất – thời gian vi sóng 76 Biểu đồ 3.13. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng vitamin C thu hồi theo nồng độ enzyme pectinase bổ sung 82 iv
12. Biểu đồ 3.14. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng acid tổng thu hồi theo nồng độ enzyme pectinase bổ sung 83 Biểu đồ 3.15. Biểu đồ so sánh hiệu suất thu hồi dịch quả theo nồng độ enzyme pectinase bổ sung 84 Biểu đồ 3.16. Biểu đồ so sánh hàm lƣờng vitamin C thu hồi theo thời xử lý enzyme pectinase 86 Biểu đồ 3.17. Biểu đồ so sánh hàm lƣờng acid tổng thu hồi theo thời xử lý enzyme 87 Biểu đồ 3.18. Biểu đồ so sánh hàm lƣờng acid tổng thu hồi theo thời xử lý enzyme pectinase 87 Biểu đồ 3.19. Biểu đồ so sánh hàm lƣợng vitamin C thu hồi theo nhiệt độ xử lý enzyme pectinase 90 Biểu đồ 3.20. Biểu đồ so sánh hàm lƣợnng acid tổng thu hồi theo nhiệt độ xử lý enzyme pectinase 91 Biểu đồ 3.21. Biểu đồ so sánh hiệu suất thu hồi dịch theo nhiệt độ xử lý enzyme pectinase 91 Biểu đồ 3.22. Biểu đồ hiệu suất thu hồi dịch quả trong tối ƣu nhiệt độ - thời gian xử lý enzyme pectinase 93 Biểu đồ 3.23. Biểu đồ hàm lƣợng vitamin C trong tối ƣu nhiệt độ - thời gian xử lý enzyme pectinase 94 Biểu đồ 3.24. Biểu đồ hàm lƣợng acid tổng trong tối ƣu nhiệt độ - thời gian xử lý enzyme pectinase 94 v
13. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hoá học (trên 100 g phần ăn đƣợc, trọng lƣợng tƣơi) của thanh long, măng cụt, xoài và dứa 11 Bảng 1.2. Hàm ẩm và điểm lạnh đông của một số loại thực phẩm 23 Bảng 2.1. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng tối ƣu hóa công suất – thời gian 50 Bảng 2.2. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng 2 yếu tố nhiệt độ và thời gian ủ enzyme 57 Bảng 3.1: Bảng thể hiện giá trị các thành phần hóa học trong thanh long Bình Thuận của khảo sát. 59 Bảng 3.2: Thành phần sinh hóa quả thanh long phân tích tại Bộ môn Sinh lý - Sinh hóa và Bộ môn Thủy Nông thuộc Đại học Nông Lâm TP. HCM. 59 Bảng 3.3: Thành phần hóa học của trái thanh long từ các miền khác nhau của Trung tâm Tiêu chuẩn Đo lƣờng Chất lƣợng tỉnh Bình Thuận 60 Bảng 3.4: Thành phần hóa học của thanh long theo nghiên cứu ảnh hƣởng của enzyme pectinase lên tính chất cảm quan của thanh long, 61 Bảng 3.5. Bảng phân tích JMP của các thông số khảo sát về yếu tố thời gian lạnh đông 63 Bảng 3.6. Bảng phân tích JMP của các thông số khảo sát về yếu tố công suất xử lý vi sóng 67 Bảng 3.7. Bảng phân tích JMP của các thông số khảo sát về yếu tố thời gian rã đông vi sóng. 71 Bảng 3.8. Bảng thống kê công suất – thời gian tối ƣu thu hồi đối với các giá trị 81 vi
14. Bảng 3.9. Bảng phân tích JMP của các thông số khảo sát về yếu tố nồng độ thủy phân. 81 Bảng 3.10. Bảng phân tích JMP của các thông số khảo sát về yếu tố thời gian thủy phân. 85 Bảng 3.11. Bảng giá trị thể hiện tỷ lệ thu hồi dịch thanh long qua các mốc nhiệt độ khảo sát. 89 Bảng 3.12. Bảng thống kê nhiệt độ – thời gian tối ƣu thu hồi đối với các giá trị 100 Bảng 3.13. Bảng so sánh lƣợng thu hồi dịch và thành phần dinh dƣỡng 100 Bảng 4.1. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng khảo sát công suất – thời gian tối ƣu vi sóng trong tách dịch quả thanh long 7 Bảng 4.2. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng khảo sát nhiệt độ - thời gian tối ƣu xử lý enzyme pectinase trong tách dịch quả thanh long 8 Bảng 4.3. Bảng số liệu thô nguyên liệu 9 Bảng 4.4. Bảng số liệu thô thời gian lạnh đông TN1.1. 10 Bảng 4.5. Bảng số liệu thô công suất vi sóng TN1.2. 11 Bảng 4.6. Bảng số liệu thô thời gian vi sóng TN1.3. 12 Bảng 4.7. Bảng số liệu thô tối ƣu công suất – thời gian vi sóng TN1.4. 14 Bảng 4.8. Bảng số liệu thô khảo sát nồng độ enzyme TN2.1. 15 Bảng 4.9. Bảng số liệu thô khảo sát thời gian enzyme TN2.2. 17 Bảng 4.10. Bảng số liệu thô khảo sát nhiệt độ ủ enzy,e TN2.3. 18 Bảng 4.11. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng tối ƣu hóa nhiệt độ - thời gian TN2.4. 19 vii
15. Bảng 4.12. Hàm lƣợng vitamin C trong nguyên liệu 22 Bảng 4.13. Hàm lƣợng acid tổng trong nguyên liệu 23 Bảng 4.14. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong thí nghiệm khảo sát thời gian lạnh đông 24 Bảng 4.15. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong thí nghiệm khảo sát thời gian lạnh đông 25 Bảng 4.16. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm khảo sát thời gian lạnh đông 26 Bảng 4.17. Hàm lƣợng vitamin C của dịch quả thanh long thu đƣợc trong khảo sát công suất vi sóng 27 Bảng 4.18. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong khảo sát công suất vi sóng 28 Bảng 4.19. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong khảo sát công suất vi sóng 29 Bảng 4.20. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong khảo sát thời gian xử lý vi sóng 30 Bảng 4.21. Hàm lƣợng acid tổng của dịch quả thanh long thu đƣợc trong khảo sát thời gian xử lý vi sóng 31 Bảng 4.22. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm khảo sát thời gian xử lý vi sóng 32 Bảng 4.23. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong thí nghiệm tối ƣu hóa công suất - thời gian 33 Bảng 4.24. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong thí nghiệm tối ƣu hóa công suất - thời gian 35 viii
16. Bảng 4.25. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm tối ƣu hóa công suất – thời gian 37 Bảng 4.26. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong thí nghiệm xử lý nồng độ enzyme pectinase 39 Bảng 4.27. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong thí nghiệm xử lý nồng độ enzyme pectinase 40 Bảng 4.28. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm xử lý nồng độ enzyme pectinase 41 Bảng 4.29. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong thí nghiệm xử lý nhiệt độ ủ enzyme pectinase 42 Bảng 4.30. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong thí nghiệm xử lý nhiệt độ ủ enzyme pectinase 43 Bảng 4.31. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm xử lý nhiệt độ ủ enzyme pectinase 44 Bảng 4.32. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong thí nghiệm xử lý thời gian ủ enzyme pectinase 45 Bảng 4.33. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong thí nghiệm xử lý thời gian ủ enzyme pectinase 46 Bảng 4.34. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm xử lý thời gian ủ enzyme pectinase 47 Bảng 4.35. Hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc trong thí nghiệm tối ƣu hóa nhiệt độ - thời gian 48 Bảng 4.36. Hàm lƣợng acid tổng thu đƣợc trong thí nghiệm tối ƣu hóa nhiệt độ - thời gian 50 ix
17. Bảng 4.37. Hiệu suất thu hồi dịch quả trong thí nghiệm tối ƣu hóa nhiệt độ - thời gian 52 x
18. DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1. Sơ đồ thí nghiệm thu hồi dịch quả bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 37 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ thí nghiệm thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 40 Sơ đồ 2.3. Sơ đồ trí thí nghiệm nghiên cứu và đánh giá hiệu quả thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 44 Sơ đồ 2.4. Sơ đồ xác định thời gian lạnh đông 45 Sơ đồ 2.5. Sơ đồ xác định công suất rã đông vi sóng 47 Sơ đồ 2.6. Sơ đồ xác định thời gian rã đông vi sóng 49 Sơ đồ 2.7. Sơ đồ xác định nồng độ enzyme pectinase thích hợp 52 Sơ đồ 2.8. Sơ đồ xác định thời gian ủ enzyme thích hợp 54 Sơ đồ 2.9. Sơ đồ xác định nhiệt độ ủ enzyme thích hợp 56 xi
19. Tỏm tắt Nghiên cứu nhằm tìm hiểu và đánh giá khả năng tách dịch của phƣơng pháp xử lý lạnh đông – vi sóng so với phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase nhằm đƣa ra thông số cụ thể nhằm đánh giá khả năng thu hồi hàm lƣợng vitamin C, hàm lƣợng acid tổng và hiệu suất thu hồi dịch của phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng. Kết quả thu đƣợc đối với khảo sát đơn các yếu tố thời gian lạnh đông, công suất – thời gian vi sóng thì có ảnh hƣởng đáng kể, khi thực hiện thí nghiệm tối ƣu hóa chúng tôi thu đƣợc giá trị xử lý công suất – thời gian vi sóng ở 128w – 132.5s với hàm lƣợng dịch thu đƣợc kém hơn 15.7% so với mức xử lý tối ƣu của enzyme pectinase ở 46:C – 46 phút, tuy nhiên đề cao giá trị dinh dƣỡng thu đƣợc phƣơng pháp xử lý lạnh đông – vi sóng lại hiệu quả hơn so với xử lý enzyme, cụ thể hàm lƣợng vitamin C thu đƣợc nhiều hơn 3.5%, ở acid tổng hàm lƣợng thu hồi cao hơn 22.9%.
20. LỜI MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thanh long là một trong những loại trái cây xứ nhiệt đới có màu sắc đẹp, vị ngọt thanh đƣợc trồng từ lâu, trên vùng đất khô hạn, ít mƣa của vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ. Theo Hiệp hội Rau quả Việt Nam, kim ngạch do xuất khẩu thanh long của Việt Nam có tốc độ tăng trƣởng rất ấn tƣợng, từ 40 - 50%, thanh long sẽ là cây ăn quả xuất khẩu số một của Việt Nam. Nhƣng hình thức tiêu thụ hiện nay vẫn chỉ dừng ở dạng quả tƣơi, chƣa có nhiều công nghệ nào chế biến các sản phẩm khác từ trái thanh long nên vẫn còn xảy ra tình trạng ―đụng hàng dội chợ‖ gây khó khăn cho ngƣời nông dân. Thanh long đƣợc coi là thứ quả lành đối với hầu hết mọi ngƣời, kể cả phụ nữ mang thai hoặc cho con bú. Thanh long giàu vitamin C (30mg/100g) và cũng là một nguồn axit béo dồi dào. Các chuyên gia cho rằng không chỉ vitamin có trong loại quả này đem lại những lợi ích cho sức khỏe, mà cả axít béo và phốt pho có trong đó. Các chất dinh dƣỡng trong thanh long đặc biệt là vitamin C và các acid có khả năng ngăn ngừa ung thƣ, chống lão hóa, ngừa bệnh tim mạch, tiểu đƣờng, tăng khả năng tiêu hóa và hơn hết là làm tăng sức đề kháng cho cơ thể. Hiện nay, cũng có khá nhiều phƣơng pháp sử dụng để thu hồi dịch quả nhƣ: sử dụng enzyme pectinase, lạnh đông, xử lý cơ học, xử lý điện. Ở phƣơng pháp thu hồi dịch bằng cơ học với các tác động trực tiếp lên thịt quả, làm dập các màng tế bào giúp nƣớc bên trong chảy ra nhiều, tuy nhiên việc đó lại làm ảnh hƣởng không nhỏ đến hàm lƣợng dinh dƣỡng bởi các tác nhân oxi hóa. Còn ở phƣơng pháp xử lý nhiệt sẽ tác dụng nhiệt độ cao protid của chất nguyên sinh bị biến tính, tính thấm của tế bào sẽ tăng lên do đó dễ ép lấy nƣớc, việc này cũng 1
21. sẽ gây ảnh hƣởng không nhỏ đến thành phần dinh dƣỡng khi nhiệt độ và thời gian xử lý cao. Đối với phƣơng pháp xử lý enzyme là phƣơng pháp xứ lý thƣờng gặp nhất hiện nay, tuy nhiên phƣơng pháp lại mang nhiều trở ngại khi phải xử lý qua nhiều công đoạn, trong đó có cả công đoạn gia nhiệt và cơ học sẽ gây ảnh hƣởng không nhỏ đến hàm lƣợng chất dinh dƣỡng. Ngoài ra việc xử lý enzyme còn gặp phải là việc bị tắc nghẽn màng lọc. Các phân tử chƣa đƣợc thủy phân hòan toàn, dƣới dạng đơn phân còn chứa hàm lƣợng chất khô không hòa tan lớn, dẫn đến việc tăng độ nhớt ảnh hƣởng đến việc lọc thu hồi dịch. Phƣơng pháp lạnh đông là phƣơng pháp sử dụng nhiệt độ thấp để quả lạnh đông, làm cho tế bào quả bị vỡ, protid trong chất nguyên sinh sẽ biến tính dịch chảy ra và thu hồi dễ dàng.Ở phƣơng pháp này có thể không làm ảnh hƣởng nhiều đến dịch bởi không xử lý ở nhiệt độ cao, không để dinh dƣỡng bị ảnh hƣởng bởi các tác nhân oxi hóa, nhƣng thời gian để xử lý khi chỉ lạnh đông sẽ rất dài. Là phƣơng pháp có khả năng giữ lại thành phần dinh dƣỡng cao hơn so với các phƣơng pháp khác, tuy nhiên nhƣợc điểm của phƣơng pháp là thời gian xử lý để thu hồi dịch khá lâu. Nhƣợc điểm có thể khắc phục, bằng cách làm giảm ngắn thời gian xử lý ở công đoạn rã đông. Rã đông với phƣơng pháp nhiệt sẽ đƣợc loại bỏ bởi có khả năng ảnh hƣởng đến thành phần dinh dƣỡng khá cao, với phƣơng pháp sử dụng điện sẽ cho dòng điện xoay chiều chạy qua thịt quả, hoặc xử dụng các sóng viba, siêu âm để làm cho các chất nguyên sinh bị biến tính, tăng tính thấm của tế bào. Chính vì thế, phƣơng pháp sử dụng sóng điện, cụ thể là sóng viba đƣợc chọn để làm hạn chế nhƣợc điểm này. Việc sử dụng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng: nhằm mục đích nghiên cứu khả năng thu hồi dịch quả với hàm lƣợng dinh dƣỡng đạt chất lƣợng tốt hơn. Bởi nguyên tắc của phƣơng pháp là làm giảm nhiệt độ của dung dịch chƣa bão hòa xuống dƣới nhiệt độ chƣa đóng băng của nó thì lúc này dung môi sẽ đóng băng trƣớc, các chất 2
22. hòa tan vẫn ở dạng dung dịch. Sau đó sử dụng các biện pháp lọc, chiết, ly tâm để thu nhận dịch quả đảm bảo hàm lƣợng dinh dƣỡng tốt. ―Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng trong tách dịch quả thanh long‖ nhằm so sánh hiệu quả thu hồi dịch của phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng so với phƣơng pháp khác, mà ở đây phƣơng pháp xử lý bằng enzyme pectinase sẽ đƣợc chọn để làm phƣơng pháp so sánh. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Trong đề tài này chúng tôi tiến hành khảo sát đề tìm ra: Thời gian lạnh đông của nguyên liệu, công suất và thời gian rã đông vi sóng thích hợp cho nguyên liệu thanh long Khảo sát tối ƣu hóa công suất và thời gian rã đông vi sóng. So sánh hiệu quả phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng so với phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 3. Nội dung nghiên cứu Xác định thành phần vitamin C, acid tổng có trong nguyên liệu đầu Xác định thời gian lạnh đông, công suất vi sóng, thời gian vi sóng hiệu quả thông qua khảo sát hàm lƣợng vitamin C, hàm lƣợng acid tổng, hàm lƣợng dịch quả thu đƣợc. Xác định công suất và thời gian vi sóng tối ƣu cho phƣơng pháp lạnh đông vi sóng thông qua thiết kế bề mặt đáp ứng và thực nghiệm khảo sát hàm lƣợng vitamin C, hàm lƣợng acid tổng và hàm lƣợng dịch quả thu hồi. Xác định nồng độ, nhiệt độ, thời gian ủ enzyme thông qua khảo sát hàm lƣợng vitamin C, acid tổng, lƣợng dịch quả thu hồi. Xác định nhiệt độ và thời gian tối ƣu cho phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase thông qua thiết kế bề mặt đáp ứng và thực nghiệm khảo sát hàm lƣợng vitamin C, hàm lƣợng acid tổng và hàm lƣợng dịch quả thu hồi. 3
23. So sánh và đánh giá phƣơng pháp lạnh đông-vi sóng so với phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 4. Ý nghĩa khoa học Tìm hiều cơ chế tác động của lạnh đông chậm và vi sóng trong việc phá vỡ tế bào để trích ly dịch quả thanh long Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tách dịch quả thanh long của phƣơng pháp 5. Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá hiệu quả tách dịch quả thanh long đối với phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase Mở hƣớng nghiên cứu mới đối với các loại quả chứa nhiều pectin Tận dụng nguồn nguyên liệu thanh long chất lƣợng thấp giá rẻ khi sản lƣợng thanh long nhiều đề chế biến sản phẩm mới ít thay đổi chất dinh dƣỡng. Đƣa ra phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng để tách dịch từ các loại quả có thành phần pectin và thủy phân cap 4
24. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây thanh long 1.1.1. Giới thiệu chung Thanh long có tên khoa học là Hylocereus undutalus thuộc họ xƣơng rồng Cactaceau. Nhiều ngƣời cho rằng, cây thanh long có nguồn gốc từ Nam Mỹ, ở các vùng sa mạc từ Mehico đến Colombia. Theo Fonque (tạp chí Fruits của Viện nghiên cứu trái cây hải ngoại Pháp), thanh long đƣợc trồng ở Việt Nam thuộc loài Hylocereus undatus Brittet Rose. Ngoài ra, thanh long còn đƣợc biết đến với các tên gọi khác nhau nhƣ: dragon fruit, cactus apple, pitaya, pitahaya. Thanh long đƣợc ngƣời Pháp đem trồng ở Việt Nam trên 100 năm nay, trên vùng đất cát khô hạn, ít mƣa của vùng duyên hải Nam Trung Bộ. Diện tích tập trung chủ yếu ở Long An, Tiền Giang và Bình Thuận, nhƣng mới đƣợc đƣa lên thành hàng hóa từ thập niên 1980. Việt Nam là nƣớc duy nhất Đông Nam Á trồng thanh long ở quy mô thƣơng mại . Hiện nay nƣớc ta đã xuất khẩu thanh long qua nhiều nƣớc nhƣng chủ yếu ở dạng quả tƣơi vì ít công nghệ chế biến các sản phẩm khác từ trái thanh long. Riêng thị trƣờng Nhật rất ƣa chuộng loại quả này nhƣng do sự kiểm dịch thực vật khắt khe nên những năm gần đây chỉ nhập thanh long ở dạng lạnh. Vài năm gần đây, các nƣớc có nền nông nghiệp phát triển nhƣ Thái Lan, Taiwan và cả Trung Quốc cũng đã bắt đầu nghiên cứu cây trồng này. 1.1.2. Đặc điểm sinh học Cây thanh long thuộc họ xƣơng rồng, có nguồn gốc nhiệt đới nên có khả năng chịu hạn hán cao. Trên thực tế, nó có thể chống chịu đƣợc nhiệt độ từ 38oC đến 40oC, thích hợp trồng ở những vùng có cƣờng độ ánh sáng mạnh. 5
25. Cây thanh long có nhánh thân dài từ 6m đến 12m, có thể sống từ 15 đến 20 năm, nở hoa vào từ tháng 3 đến tháng 11. Hoa thanh long to, hình ống dài 25 – 30 cm, nở về chiều và ban đêm, ngày héo. Các bộ phận ngoài cùng của bao hoa màu vàng cong ra phía ngoài. Các bộ phận ở trong nhụy và đầu nhụy màu trắng sữa. Vỏ quả có vảy xanh, khi chín có màu tím đỏ, mặt vỏ quả nhẵn bóng. Thịt quả trắng trong có nhiều hạt đen nhƣ hạt vừng, mềm, có thể cùng ăn cả thịt quả lẫn hạt. 1.1.3. Phân loại Quả thanh long gồm có 3 loại: Thanh long vỏ đỏ ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus): các tai trái có màu đỏ của rƣợu vang. Ruột trái màu đỏ và có các hạt màu đen. Vị của trái ngọt dịu. Độ dày trung bình vỏ trái khoảng 3.5 – 5 mm. Thanh long vỏ đỏ ruột trắng (Hylocereus undatus): ruột có màu trắng nhƣng tai trái có màu xanh đến đỏ. Mùi vị thơm diu, ngọt thanh. Thanh long vỏ vàng ruột trắng (Hylocereus megalanthus): giống thanh long này có kích thƣớc trung bình, thịt màu trắng ngà, hạt nhiều và to, mùi thơm dịu Trong số đó, Hylocereus undatus (vỏ đỏ, ruột màu trắng) đã đƣợc trồng rộng rãi (6000 ha tại Việt Nam và 2000 ha ở miền nam Mexico), trong khi những loài khác nhƣ Hylocereus Polyrhizus (vỏ đỏ và ruột màu đỏ tím) và H. costaricensis (vỏ màu đỏ và ruột đỏ) đƣợc trồng trên một quy mô nhỏ hơn (Barbeau, 1990; Feng-Ru và Chung-Ruey, 1997a; Mizrahi và Nerd, 1999; Ortiz, 1999). 1.1.4. Tình hình sản xuất thanh long Theo số liệu của Cục trồng trọt, Bộ NN&PTNT, hiện nay, diện tích thanh long cả nƣớc đạt hơn 42.010 ha, trong đó diện tích cho thu hoạch là 30.220 ha. Sản lƣợng ƣớc 707.566 tấn/năm. Bình Thuận là tỉnh sản xuất thanh long lớn nhất với diện tích trên 26.000. Trong khi quy hoạch phát triển thanh long đến năm 2015 đƣợc tỉnh phê duyệt chỉ là 15.000 ha. Trong số 26.000 ha hiện nay có khoảng 21.000 ha đang cho trái. Số còn lại 6
26. là thanh long mới trồng. Điều đó cho thấy cây thanh long Bình Thuận đang phát triển ―phi mã‖. Chủ tịch Uỷ ban nhân dân huyện Hàm Thuận Bắc Nguyễn Thanh Đạt cho biết: ―Nông dân trồng ồ ạt dù địa phƣơng đã cảnh báo nhiều nguy cơ. Trong mấy tháng đầu năm huyện Hàm Thuận Bắc trồng mới gần 200 ha. Thậm chí trồng ngay trên đất lúa. Dù chúng tôi khuyến cáo, thậm chí xử phạt nhƣng dân vẫn trồng‖. Theo ông Nguyễn Thanh Đạt, do thanh long bán đƣợc giá, có lãi nhiều lần so với trồng lúa nên dù có cấm, bà con vẫn trồng. Tƣơng tự, tại huyện Hàm Thuận Nam, nơi đƣợc coi là ―thủ đô thanh long Việt Nam‖ cũng có diện tích phát triển ―khủng‖. Trƣởng phòng Nông nghiệp huyện Hàm Thuận Nam Nguyễn Văn Phúc cho biết cả huyện có trên 11.000 ha. Từ đầu năm tới nay trồng mới tới trên 350 ha (nhiều nhất tỉnh). Theo ông Phúc, mỗi ha thanh long cho sản lƣợng từ 26-30 tấn/năm. Nếu thắp điện cho thanh long ra trái mùa thì sản lƣợng còn có thể cao hơn. Mỗi năm sản lƣợng thanh long của Bình Thuận là trên 500.000 tấn. Tuy nhiên, có khoảng 75% sản lƣợng trên đƣợc xuất sang Trung Quốc bằng đƣờng tiểu ngạch. Tức là các doanh nghiệp chở đến chợ biên giới Pò Chài (thuộc tỉnh Quảng Tây-Trung Quốc) bán tự do mà không có bất cứ hợp đồng mua bán nào giữa hai bên. Ngay khi vừa bắt đầu vào mùa thu hoạch từ giữa tháng 4 đến nay, giá thanh long đã trƣợt dốc không phanh, từ 15.000 đồng/kg loại ruột trắng rớt còn 3.000 đồng/kg, thậm chí có lúc tại Long An còn có 1.000 đồng/kg. Thông thƣờng giá thanh long ruột đỏ luôn cao hơn thanh long ruột trắng gấp 3, thậm chí gấp 5 lần do khó trồng hơn, năng suất lại thấp (vì sâu bệnh nhiều) nhƣng vị ngon ngọt hơn. Nhƣng hiện tại giá hai loại thanh long này lại bằng nhau, khiến cho ngƣời trồng thanh long thua lỗ nặng. Sản lƣợng thanh long và diện tích trồng thì quá nhiều nhƣng nơi tiêu thụ lại ít, dẫn đến thanh long rớt giá và trở thành sản lƣợng phế phẩm. Nếu không tìm hƣớng đi mới cho thanh long thì sẽ rất lãng phí loại trái cây dinh dƣỡng này. 7
27. 1.1.5. Cấu tạo tế bào của thanh long Cấu trúc tổng thể của các tế bào cây một lá mầm và cây hai lá mầm tƣơng tự nhau bởi vì chúng bao gồm một chuỗi các polysaccharides phức tạp. Chuỗi polysaccharide bao gồm các polysaccharit cellulose bao quanh bởi các polysaccharides không cellulose, ví dụ: hemicellulosic và pectic. Thành tế bào thực vật có sự khác biệt đáng kể về hình dáng và sự đa dạng tƣơng đối của các polysaccharides không cellulose, liên kết chéo polysaccharide, sự phong phú của các protein và hợp chất phenolic và sự hiện diện của lignin (Cosgrove, 2005; Harris và Smith, 2006 , Vogel, 2008). Chúng bao gồm ba lớp thành tế bào: phiến lớp giữa, thành tế bào nguyên sinh và thành tế bào thứ phát. Thêm vào đó, bức thành tế bào gốc của cây có hoa có thể đƣợc chia thành hai loại rộng: các thành tế bào loại I đƣợc tìm thấy trong cây hai lá mầm, bao gồm thanh long (Hylocereus spp.), Và các tế bào loại II chỉ đƣợc tìm thấy trong cây một lá mầm (ví dụ nhƣ cỏ, cá vây, súc vật và cây gừng). Chúng bao gồm các sợi cellulose đƣợc bao bọc trong glucuronoarabinoxylans, cao hydroxycinnamates, và mức độ pectin và protein cấu trúc rất thấp (Carpita, 1996, Vogel, 2008) Trong quá trình phân chia tế bào của cây hai lá, các phiến trung gian đƣợc hình thành đầu tiên mà chủ yếu bao gồm các thành phần pectic và protein để liên kết các tế bào với nhau. Trong khi các tế bào đang mở rộng, thành tế bào chính đƣợc xây dựng. Trong lớp này, các thành tế bào loại I đƣợc hình thành chủ yếu gồm cellulose (một carbohydrate phức tạp dƣới dạng các sợi nhỏ đƣợc tổ chức) và hai nhóm polysaccharides gồm: các pectin và các glycans liên kết chéo nhƣ xyloglucan. Các polysaccharide này đƣợc lắp ráp thành một mạng lƣới với các sợi nhỏ xenlulô (hình 1.1). Số lƣợng thấp các este phenol, khoáng chất và enzyme có thể có trong thành tế bào gốc (O`Neil và York, 2003). Các glycans liên kết chéo tăng độ bền kéo, trong khi mạng lƣới đồng trục pectin cung cấp khả năng chống lại sự nén vào thành tế bào (Buggenhout et al, 2009. Cosgrove, 2005, Harris và Smith, 2006). Tuy nhiên, apoplast thƣờng nằm giữa thành tế bào nguyên sinh và lớp mỏng giữa (Buggenhout et al., 2009). 8
28. Sau khi hoàn thành việc phân chia tế bào và mở rộng tế bào, thành tế bào thứ phát triển bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin, trong một số cây cấy trên thành tế bào nguyên sinh. Quá trình này làm cho thành tế bào mạnh hơn và thƣờng dày hơn nhiều so với thành tế bào gốc (Cosgrove, 2005, Harris và Smith, 2006). Vách tế bào thứ phát có thể đƣợc phân thành hai loại: những chất có chứa lignin (các bức ảnh đƣợc đánh dấu) phổ biến hơn trong thành tế bào thực vật và những tế bào không chứa lignin (các tế bào không bị làm nhăn) (Harris và Smith, 2006). Sơ đồ của mô tế bào nhu mô (A) và (B) các tế bào loại I theo Buggenhout et al., 2009 Hình1.1 . Sơ đồ của mô tế bào nhu mô (A) và (B) các tế bào loại I Trong nhóm quả ăn đƣợc, thành tế bào nguyên sinh (một lớp mỏng tƣơng đối) đƣợc quan tâm trung tâm, trong khi tế bào thứ sinh hầu nhƣ không có trong quả trƣởng thành (Brummell, 2006). Thành tế bào thực vật, là ma trận phức tạp với cấu trúc đa dạng, có thể đƣợc phân lập thành các phân đoạn polysaccharide khác nhau. Polysaccharide pectic đƣợc hòa tan bằng dung dịch nƣớc, dung dịch axit và chất chelat canxi. Chúng thƣờng có nhiều GalA, rhamnose (Rha), arabinose (Ara) và galactose (Gal). Tuy nhiên, polysaccharide hemicellulosic còn cần kiềm mạnh để hòa tan (sau khi loại bỏ pectin) vì hemicellulose là một nhóm các polysaccharides phức tạp kết hợp chặt chẽ với xenlulo để tạo thành mạng lƣới sản phẩm hemicellulose-cellulose mạnh mẽ và bền bỉ (Brett và Waldron, 1996 , Cosgrove, 2005). 1.1.6. Thành phần dinh dƣỡng của trái thanh long 9
29. Thành phần dinh dƣỡng trong trái thanh long khá cao, nhờ những thành phần dinh dƣỡng thiết yếu đó đã mang lại cho loại trái thuộc họ xƣơng rồng nhiều tính năng và công dụng đặc biệt có ích đối với sức khỏe con ngƣời. Bảng 1.1 cho thấy thành phần hoá học trên 100 g thanh long so với một số loại trái cây nhiệt đới khác.Trái thanh long có chứa một lƣợng đáng kể các khoáng chất nhƣ kali, phốt pho,natri và magiê. Số lƣợng các khoáng chất này trong thanh long rõ ràng là cao hơn măng cụt, xoài và dứa (Gunasena và cộng sự, 2007, Stintzing et al., 2003; Et al, 1999). Vitamin nhƣ vitamin C (33 mg / 100 g) (Choo và Yong, 2011) và vitamin B3 (0,2-2,8 mg / 100 g), cũng đƣợc tìm thấy trong thanh long ở nồng độ cao, trong khi hàm lƣợng vitamin B1, B2 và A (<0,05 mg / 100 g) (Stintzing et al., 2003; To et.Al., 1999). Giá trị năng lƣợng ƣớc tính của quả thanh long là tƣơng đối thấp so với thanh long đỏ (130 kJ / 100 g so với 283 kJ / 100 g) và các trái cây nhiệt đới khác. Tuy nhiên, giá trị năng lƣợng của quả thanh long đỏ thấp hơn trái cây và quả chuối (410 và 356 kJ / 100 g, tƣơng ứng), nhƣng nó là giá trị so sánh với măng cụt, xoài và dứa (238-283 kJ / 100 g) (To et al, 1999). Thành phần hoá học của thanh long có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loài, nguồn gốc và điều kiện thu hoạch. Các loại đƣờng chủ yếu trong thanh long là glucose (Glc), tiếp theo là fructose. Những loại đƣờng này chiếm từ 2-6 g / 100 g (Nomura và cộng sự, 2005, Stintzing và cộng sự, 2003). Sorbitol cũng có mặt (0,3 g / 100 g) (To et al, 1999), trong khi bảng 1.1 không có sô liệu của sucrose và maltose nhƣng vẫn đƣợc quan sát thấy trong thanh long (Stintzing và cộng sự, 2003, To et al, 1999).Thanh long là loại trái cây có axit thấp. Giá trị pH của nó dao động từ 4,4 đến 5,1 (Gunasena và cộng sự, năm 2007; Stintzing và cộng sự, 2003) với acid malic là axit chính trong quả (Nomura và cộng sự, 2005). Tƣơng tự nhƣ hầu hết các loại trái cây, độ ẩm của thanh long tƣơng đối cao (83-89 g / 100 g trọng lƣợng tƣơi), góp phần tạo nên đặc tính ngon ngọt cho thanh long (Mahattanatawee et al, 2006; To et al, 1999). 10
30. Bảng 1.1. Thành phần hoá học (trên 100 g phần ăn đƣợc, trọng lƣợng tƣơi) của thanh long, măng cụt, xoài và dứa Thanh long ruột Thanh long ruột Thành phần Măng cụt Xoài Dứa trắng đỏ Năng lƣợng (kJ) 130 283 238 276 243 Protein (g) 0.5 0.2-1.1 0.5 0.7 0.3 Béo (g) 0.1 0.6-0.9 0.3 0.4 0.2 Carbohydrates(g) 9.5 11.2 14.7 16.8 13.7 Glucose (g) 5.5 4.7-5.7 - 0.8-1.5 – Fructose (g) 1.9 1.8-3.2 - 6.4-9.4 – Chất xơ (g) 0.3 0.7-1.3 5 0.9 0.4 Calcium (mg) 3.1-6 2.3-10.2 10 10 17 Magnesium(mg) 26.6 31.3-38.9 - 8.8 13 Sodium (mg) 3.3 7.3-8.9 1 7 1 Potassium (mg) 399.5 272-328.4 135 189 146 Iron (mg) 0.4 0.6-3.4 0.5 0.4 0.5 Phosphorus(mg) 19 27.5-36.1 10 13 8 Dịch nhầy trong mô da thịt bao quanh hạt bao gồm các chất polysaccharide (Wichienchot et al., 2010). Quả thanh long chứa oligosaccharides ( 90g / kg) đƣợc cho là bao gồm một số fructooligosaccharides, tức là 1-kestose, 6-kestose và neokestose (1 Glucose và 2 fructose), hoặc nystose, bifurcose và neobifurcose (1 Glucose và 3 fructose), hoặc stachyose (3 Glucose và 1 fructose). Những fructooligosaccharides có tính chất prebiotic và có lợi cho đƣờng tiêu hóa, hệ thống bao gồm kháng acid điều kiện 11
31. trong dạ dày ngƣời, kháng một phần a-amylase của ngƣời và có thể tăng cƣờng khả năng kích thích sự phát triển của lactobacillus và bifidobacteria (Wichienchot và cộng sự 2010). Fructooligosacchrides có thể là một phần đƣợc thủy phân bởi acid dạ dày, nhƣng chúng đƣợc cho là đƣợc tiêu hóa hoàn toàn trong ruột thừa của ngƣời và đƣợc lên men bởi vi khuẩn đại tráng (CUMMings and Englyst, 1995). 1.1.7. Thành phần chống oxy hóa Việc ăn kiêng các thành phần chống oxy hoá đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ màng tế bào ở ngƣời chống lại oxy hóa (lipid peroxidation) bằng cách loại bỏ các loài oxy hoạt tính. Oxy hóa có thể góp phần vào sự lão hóa của con ngƣời và bệnh tật (Tesoriere et al, 2009). Nói chung, các hợp chất phenolic, bao gồm một nhóm hydroxyl trực tiếp gắn vào một vòng thơm, là các thành phần chống oxy hoá phong phú nhất trong hầu hết các thực phẩm từ thực vật. Chúng có nhiều cấu trúc: phenolic đơn giản (một vòng phenolic có chứa một nhóm hydroxyl liên kết với một vòng thơm), axit phenolic (nhóm carboxyl gắn với một vòng phenolic) và polyphenolic (hai hoặc nhiều vòng phenolic). Bằng cách đó, chúng có thể có các chức năng khác nhau, ví dụ: màu sắc, các chức năng cảm quan và các chức năng sinh học nhƣ các thành phần sinh học có lợi cho sức khoẻ (Ignat et al., 2011, Jaiswal và cộng sự, 2011, Maestri và cộng sự, 2006. Nagasaka và cộng sự, 2007, Parr và Bolwell, 2000). Các hợp chất phenol trong thanh long bao gồm chủ yếu là acid gallic (GA) (Kim và cộng sự, 2011) và acid ferulic với một lƣợng nhỏ axit hydroxycinnam khác (Mahattanatawee và cộng sự, 2006). Hình 1.2 cho biết cấu trúc hóa học của GA, đó là axit phenolic chính, và các axit phenolic thông thƣờng khác. Hầu hết các axit hydroxycinnamic nhƣ axit caffeic, ferulic, pcoumaric và sinapic, thƣờng có ở các cây cao hơn (Ignat et al., 2011), ví dụ nhƣ trong nho tím, lựu và táo (Mullen et al., 2007). Ngoài các axit phenolic, trái thanh long còn có chứa một số hợp chất flavonoid (các hợp chất polyphenolic),ví dụ phloretin-2-O glucoside và myricetin-3-O galactopyranoside, có nhiều nồng độ trong vỏ hơn nhiều so với thịt quả (Kim và cộng sự, 2011). Hoạt tính chống oxi hóa của acid phenolic chủ yếu là làm giảm chất oxy hóa. Điều này cho phép chúng hoạt động nhƣ các tác nhân khử, cung cấp hydro (cho các gốc 12
32. tự do là các nguyên tử hoặc các phân tử có ít nhất một điện tử chƣa ghép). Chúng cũng có một khả năng chelation kim loại tƣơng tự nhƣ chức năng của hợp chất polyphenolic (Karadag và cộng sự, 2009, Maestri và cộng sự, 2006, Stevenson và Hurst, 2007). Điều này giải thích tại sao thanh long có hoạt tính chống oxy hoá cao (Mahattanatawee và cộng sự, 2006, Vaillant và cộng sự, 2005, Wu và cộng sự, 2006). Hoạt động chống oxy hóa của thanh long thậm chí còn cao hơn một số loại trái cây nhiệt đới khác nhƣ xoài, vải thạch, nhãn và đu đủ. Những quả này chủ yếu chứa các hợp chất polyphenolic nhƣ flavone glycosides, gallotannin và các hợp chất catechin (Mahattanatawee et al, 2006). Axit phenolic có thể đƣợc hấp thụ trực tiếp qua đại tràng và có sinh khả dụng tƣơng đối cao (Stevenson và Hurst, 2007). Mặt khác, flavonoid bị hấp thu không tốt bởi cơ thể con ngƣời, và do đó, chúng có thể có ít giá trị chống oxy hóa ở ngƣời (Suzuki, 2009). Bên cạnh sự hiện diện của axit phenolic, flavonoid và betacyanin, trái thanh long cũng giàu các chất chống oxy hoá tự nhiên có triển vọng khác nhƣ tocopherol (Chemah et al., 2010; Lim et al, 2010a) và acid ascorbic (vitamin C) (Choo và Yong, 2011). Tocopherol phản ứng với các gốc tự do peroxyl có hoạt tính chống oxy hóa. Phản ứng này liên quan đến chức năng sinh hóa chủ yếu của nó. Tocopherol có thể bảo vệ mô mở khỏi sự tấn công của các gốc tự do. Các gốc tự do này có thể bắt nguồn từ các acid béo không bão hòa (PUFA) trong các phospholipid màng hoặc trong lipoprotein sau khi loại bỏ hydro trong quá trình bắt đầu quá trình oxy hóa. Mặt khác, các gốc tự do cũng có thể bắt nguồn từ sự bổ sung của một phân tử oxy (Choe và Min, 2009, Sarin và cộng sự, 2007, Sies và cộng sự, 1992). Acid ascorbic đƣợc coi là chất chống oxy hoá tế bào quan trọng nhất. Nó có thể bảo vệ màng sinh học chống lại sự hủy hoại peroxidative bằng cách nhặt superoxide, hydroperoxide, hypochlorite, gốc hydroxyl, gốc peroxyl và singlet oxygen. Nó có hiệu quả hơn trong việc ức chế sự peroxid hóa lipid bắt đầu bởi một chất khởi tạo gốc peroxyl so với các thành phần huyết tƣơng khác. Vitamin C cũng có thể bảo vệ màng chống lại peroxidation bằng cách tăng cƣờng hoạt tính của tocopherol, chất chống oxy hóa phá vỡ chuỗi tan trong lipid chính (Sies et al., 1992). 13
33. Hình 1.2. Cấu trúc của acid phenolic 1.1.8. Công dụng nổi bật của thanh long Quả thanh long có vị ngọt, mềm, hơi chua dùng để giải khát, ngon mát. Theo Y học cổ truyền, ăn thanh long giúp cơ thể khỏe mạnh, da đƣợc cải thiện, giảm huyết áp, giảm béo phì, nhuận tràng và giải nhiệt. Ngoài ra, quả thanh long còn có tác dụng chống táo bón, bổ mắt, tăng chất canxi trong xƣơng, tăng trƣởng tế bào, chống thiếu máu, tăng thêm tiêu hóa, tính ngon miệng. Thanh long quả vàng còn có chất captin dùng làm thuốc trợ tim. 1.2. Giới thiệu về pectin 1.2.1. Giới thiệu Pectin là một hợp chất tự nhiên có nhiều trong màng tế bào của các loài thực vật bậc cao, phân bố chủ yếu ở các bộ phận nhƣ quả, củ, than. Trong màng tế bào, pectin có mặt ở phiến giữa (với hàm lƣợng cao nhất) và vách tế bào sơ cấp. Pectin là một thuật ngữ để chỉ một nhóm gồm các protopectin, acid pectinic và acid pectic, trong đó protopectin là pectin ở trạng thái tự nhiên ( trong vách tế bào thực vật va phiến giữa), mức độ methyl hóa rất cao, không hòa tan. Protopectin có nhiều trong quả xanh. Acid pectinic: mức độ methyl hóa trung bình, tan, bản chất là chất keo nên có khả năng tạo gel, tạo nhũ, tạo đặc và ổn định. Đặc tính acid pectic cso mức độ methyl hóa rất thấp, dễ tan. 14
34. Ngƣời ta rất hay lẫn lộn giữa pectin và acid pectinic nên thật ra trong thực tế ―pectin‖ là tên gọi chung của cả 2 chất này Pectin đặc trƣng bởi chỉ số methoxyl (MI) và chỉ số ester hóa. Chỉ số methoxyl biểu hiện tỷ lệ methyl hóa, là % khối lƣợng nhóm methyl (-OCH3) trên tổng khối lƣợng. Sự methyl hóa hoàn toàn ứng với chỉ số methoxyl bằng 16,3% các pectin tách từ thực vật thƣờng có chỉ số methoxyl từ 10% - 12% Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức độ ester hóa của pectin , là % về số lƣợng của các gốc acid galacturonic đƣợc ester hóa trên tổng số lƣợng gốc acid galacturonic có trong phân tử. 1.2.2. Cấu trúc pectin Pectin có cấu trúc phức tạp, dạng mạch thẳng, mỗi phân tử chứa từ vài trăm đến 1000 đơn vị, có phân tử lƣợng trung bình khoảng 50000—150000 ĐvC Pectin thƣơng phẩm không có khối lƣợng phân tử xác định mà phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, phƣơng pháp trích ly và loại sản phẩm. Phần tử đơn vị của pectin là acid D-galacturonic, ngài ra còn có một số đƣờng trung tính nhƣ rhammose, galactose, arabijmose và một số đƣờng khác với hàm lƣợng ít hơn. Các nhóm carboxyl (-COOH) có thể tồn tại tự do hoặc ở dạng liên kết ester với methanol, acid acetic, acid phenolic hoặc ở dạng muối của Na+,K+,NH4+, Hình 1.3. Cấu trúc phân tử D- glacturonic Ở pectin amid hóa, một phần các gốc carboxyl trong phân tử pectin bị amid hóa tạo thành các nhóm amid (-CO=NH2) 15
35. Ngoài ra pectin cũng có thể chứa các gốc acetyl. Hình 1.4. Các nhóm chức của pectin 1.2.3. Độ nhớt của dung dịch pectin So với các gum thực vật và các chất tạo đặc khác, dung dịch pectin có độ nhớt tƣơng đối thấp. Ca2+ và các ion đa hóa trị khác làm tăng độ nhớt của dung dịch pectin. Do đó độ nhớt của dung dịch pectin phụ thuộc vào độ cứng của nƣớc. pH cũng ảnh hƣởng đến độ nhớt của dung dịch pectin, trong dung dịch không chứa Ca2+, độ nhớt dung dịch pectin sẽ giảm khi pH tăng từ pH 3.5 1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp lạnh đông - vi sóng 1.3.1. Lạnh đông 1.3.1.1. Giới thiệu lạnh đông Lạnh đông là quá trình bảo quản thực phẩm bằng cách giảm nhiệt độ của sản phẩm xuống thấp hơn nhiệt độ mà tại đó, nƣớc có trong sản phẩm sẽ kết tinh, những phản ứng ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng sản phẩm sẽ bị đình chỉ hoặc diễn ra ở cƣờng độ rất thấp. Tại nhiệt độ đó, hầu nhƣ tất cả vi sinh vật đều bị ức chế, không hoạt động nữa. Khi đó, chất lƣợng của sản phẩm sẽ đƣợc giữ ổn định. Có thể xem thời hạn sử dụng của sản 16
36. phẩm (shelf-life) là một hàm số của nhiệt độ lạnh đông: nhiệt độ càng thấp thời hạn sử dụng càng dài. o o o Lạnh đông: t đóng băng > t > -100 C. Đông lạnh là một phƣơng pháp bảo quản nổi tiếng đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Quá trình đóng băng kết hợp các hiệu ứng thuận lợi của nhiệt độ thấp với việc chuyển đổi nƣớc thành băng. Sự chuyển đổi nƣớc có ƣu điểm là cố định cấu trúc mô và phân tách phần nƣớc dƣới dạng các tinh thể băng để nƣớc không có trong dung môi, nhƣ là một thành phần phản ứng (Delgado và Sun, 2001) hoặc cho sự phát triển của vi sinh vật. Tuy nhiên, kỹ thuật bảo quản này có thể dẫn đến những thay đổi về mặt văn bản dẫn tới việc làm mềm thực phẩm. Chất lƣợng quả lạnh đông lạnh-tan giá có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm quá trình đông lạnh tối ƣu và chuỗi phân phối thích hợp. Để xây dựng, tốc độ đóng băng có ảnh hƣởng trực tiếp đến kết cấu sản phẩm cuối cùng. Kích thƣớc và vị trí của các tinh thể băng hình thành trong quá trình đông có thể làm hỏng màng tế bào và phá vỡ cấu trúc vật lý của quả. Nguyên nhân của những thay đổi hóa lý không mong muốn trong quá trình đóng băng có thể là do quá trình kết tinh và hòa tan (Delgado và Sun, 2001). Ngƣời ta biết rằng sự kết tinh của băng có hai bƣớc: sự hình thành hạt nhân và sự phát triển của hạt nhân đến kích thƣớc tinh thể cụ thể. Kích thƣớc tinh thể băng cuối cùng đƣợc biết đến là một hàm số của tốc độ tăng trƣởng hạt nhân và tinh thể, cũng nhƣ nhiệt độ cuối cùng (Martino và cộng sự, 1998). Sự đóng băng chậm (SF) thƣờng dẫn đến các tinh thể băng lớn đƣợc hình thành độc lập ở các khu vực ngoài tế bào có thể phá huỷ cấu trúc tế bào và có ảnh hƣởng đến hoạt động làm tan cũng nhƣ tính chất cảm quan và giá trị dinh dƣỡng của thực phẩm. Tỷ lệ đóng băng cao (HF) đƣợc biết là tạo ra những tinh thể nhỏ phân bố đều khắp mô. Do đó, tỷ lệ đóng băng thấp có thể thích hợp sử dụng trong nghiên cứu hơn vì nó có thể làm tăng thiệt hại cho màng tế bào quả và làm phá vỡ cấu trúc tế bào để thu đƣợc lƣợng dịch, lƣợng dinh dƣỡng cao hơn. 1.3.1.2. Quá trình làm lạnh đông với rau quả 17
37. Các sản phẩm thực phẩm chứa đựng trong nó các mô sinh học. Đó là cách dùng dịch bao gồm nhiều chất hoà tan trong nƣớc. Quá trình đông lạnh là quá trình hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuống dƣới điểm đóng băng của dịch bào. Tại nhiệt độ này các tinh thể băng bắt đầu đƣợc hình thành trong các mô tế bào (nhiệt độ bắt đầu kết tinh hoặc nhiệt độ nóng chảy). Khi nhiệt độ hạ xuống thêm nữa càng có nhiều tinh thể băng hình thành làm cho nồng độ dung dịch trong thực phẩm đƣợc cô đặc lại. Phần lớn nƣớc trong rau quả, thực phẩm (rau quả, thực phẩm chứa 70 – 90%) chuyển thành băng ở –9 đến -12 0C. Tuy nhiên, ngay cả ở nhiệt độ –400C vẫn còn một phần nƣớc nhỏ chƣa đóng băng. Trong quá trình làm lạnh đông thực phẩm, yếu tố quan trọng nhất quyết định đến sự đóng băng là nồng độ phân tử gam của dịch tế bào do mỗi một phân tử chất dịch bào đều liên kết với một số phân tử nƣớc nhất định. Để đóng băng đƣợc những mỗi phân tử nƣớc liên kết này cần phải làm lạnh đến 1,84oC. Đó chính là độ hạ băng điểm Ät trong định luật Raun. Ät = 1.84n Trong đó: n là nồng độ phân tử gam Độ hạ băng điểm Ät tỷ lệ thuận với nồng độ chất hoà tan trong dịch bào. Cho nên trong kỹ thuật lạnh đông thực phẩm ngƣời ta chú ý tăng nồng độ phân tử dịch bào của các sản phẩm làm lạnh đông, để hạ băng điểm, ứng với nhiệt độ đông lạnh thấp, từ đó tạo điều kiện cho các sản phẩm đóng băng với tinh thể đá lớn, làm vỡ cấu trúc tế bào của sản phẩm, nhằm tăng khả năng trích ly dịch. Do các thực phẩm khác nhau có thành phần và nồng độ chất hoà tan và hàm lƣợng nƣớc khác nhau nên có điểm kết tinh ban đầu, thời gian kết tinh của nƣớc trong thực phẩm khác nhau do đó để đƣa ra đƣợc một công nghệ lạnh đông cho một sản phẩm ta cần xác định đƣợc 3 thông số cơ bản của quá trình lạnh đông sau: o Nhiệt độ kết tinh ban đầu. o Tỷ lệ nƣớc kết tinh hoặc không kết tinh. 18
38. o Thời gian xử lý lạnh đông để có nhiệt độ trong lòng sản phẩm nhƣ mong muốn. 1.3.1.3. Các thay đổi chủ yếu về thành phần dinh dƣỡng trong lạnh đông Do quá trình chế biến nhiệt độ thấp, nên bảo quản chất lƣợng và giá trị chức năng cho các sản phẩm lạnh đông. Nói chung, vitamin C nhạy cảm với nhiệt độ, oxy và ánh sáng. Điều này ngụ ý rằng nếu hàm lƣợng vitamin C đƣợc giữ lại tốt, các chất dinh dƣỡng khác cũng có thể đƣợc bảo quản. Do đó, bảo quản vitamin C có thể đƣợc sử dụng nhƣ là một chỉ số chất lƣợng các sản phẩm chế biến (Awuah và cộng sự, 2007). Hàm lƣợng vitamin C và phosphoru đƣợc tìm thấy trong các loại trái cây nhiệt đới nhƣ dứa, anh đào, ổi, đu đủ và xoài nhỏ (tƣơng ứng là 16 và 2%). Mặt khác, hàm lƣợng canxi của các trái cây nhiệt đới không bị ảnh hƣởng đáng kể bởi việc sấy khô. Vì vậy, các sấy đông khô Trái cây nhiệt đới có thể đƣợc thúc đẩy tiêu thụ do giá trị dinh dƣỡng cao (Marques et al., 2006). Việc lạnh đông không làm ảnh hƣởng đáng kể đến hàm lƣợng vitamin C của trái cây nhiệt đới, ví dụ nhƣ quả mọng, xoài, đu đủ, dƣa vàng và dƣa hấu. Ngƣợc lại, nồng độ β-caroten trong xoài và dƣa hấu đã làm khô giảm đến 26% và 43% so với nội dung ban đầu (Shofian và cộng sự, 2011). Không có sự mất mát đáng kể về vitamin C trong cà rốt đƣợc tìm thấy khi lạnh đông, trong khi đó các tổn thƣơng nhỏ của α và β carotenes đƣợc quan sát, do hoạt động của vitamin A trong quá trình đông cứng (Lin et al, 1998). Lạnh đông có thể bảo quản vitamin C tốt hơn so với phƣơng pháp thông thƣờng. Chẳng hạn, ớt khô làm khô, có chứa vitamin C cao gấp 2 và 4 lần so với không khí nóng và ớt khô. 1.3.1.4. Quá trình tạo tinh thể đá Điểm lạnh đông (freezing point) là nhiệt độ mà tại đó, các tinh thể đá đƣợc hình thành và cân bằng với môi trƣờng xung quanh. Tuy nhiên, trƣớc quá trình này, các mầm của tinh thể đá phải đƣợc tạo thành. Có 2 loại mầm tinh thể là mầm đồng thể (homogenous nucleic) và mầm dị thể (heterogeneous nucleic). Mầm đồng thể đƣợc hình thành do sự sắp xếp có định hƣớng của các cấu tử nƣớc và đƣợc bao quanh bởi môi trƣờng nƣớc. Mầm dị thể đƣợc tạo thành khi xung quanh mầm không phải là những cấu 19
39. tử nƣớc hoặc quá trình tạo mầm hình thành trên thành tế bào. Trong thực phẩm, đa số các mầm tinh thể là mầm dị thể và đƣợc hình thành chủ yếu trong giai đoạn ―quá lạnh‖. Thời gian của giai đoạn ―quá lạnh‖ dài hay ngắn phụ thuộc vào từng loại nguyên liệu và tốc độ làm lạnh (tốc độ mất nhiệt) của nguyên liệu. Khi tốc độ lạnh đông càng nhanh, lƣợng mầm tinh thể tạo ra càng nhiều. Khi đó, số lƣợng các tinh thể tạo thành sẽ càng nhiều, kích thƣớc của các tinh thể càng nhỏ. Tuy nhiên, cùng 1 tốc độ làm lạnh, kích thƣớc của tinh thể đá lại phụ thuộc vào từng loại thực phẩm cũng nhƣ các quá trình xử lý trƣớc khi lạnh đông. Tốc độ làm lạnh của quá trình sẽ quyết định tốc độ tăng kích thƣớc của các tinh thể đá. Thời gian cần thiết để thực hiện hết giai đoạn tiêu chuẩn (critical zone) sẽ quyết định đến kích thƣớc và số lƣợng các tinh thể đá đƣợc hình thành. Ở giai đoạn cuối của quá trình lạnh đông, tốc độ quá trình chuyển khối của các cấu tử nƣớc (từ môi trƣờng xung quanh đến tinh thể để phát triển tinh thể) và các cấu tử chất hòa tan trong nƣớc (bề mặt tinh thể ra môi trƣờng xung quanh) sẽ ảnh hƣởng đến tốc độ tăng kích thƣớc của tinh thể do nồng độ của các cấu tử hòa tan trong nƣớc sẽ tăng lên. 1.3.1.5. Cơ chế đóng băng thực phẩm Nƣớc trong thực phẩm do có hoà tan các chất tan nên nhiệt độ đóng băng thấp hơn 0⁰C Khi hạ nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các dạng nƣớc trong thực phẩm đóng băng dần dần tùy mức độ liên kết của chúng với tế bào. Khi hạ nhiệt độ xuống thấp bằng nhiệt độ cấp đông, trƣớc tiên các tinh thể đá xuất hiện ở gian bào( khoảng trống giữa các tế bào). Do đó áp suất thẩm thấu tăng lên làm cho nƣớc trong tế bào có xu hƣớng ra ngoài gian bào, qua màn bán thấm của tế bào. Nếu tốc độ làm lạnh chậm thì nƣớc trong tế bào ra sẽ làm các tinh thể hiện diện lớn lên mà không tạo nên tinh thể mới Nếu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thể sẽ tạo ra cả ở bên ngoài lẫn bên trong tế bào, tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều. 20
40. Do đó nếu hạ nhiệt chậm thì tế bào mất nƣớc, các tinh thể đá tạo ra sẽ to và chèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến dạng, giảm chất lƣợng sản phẩm. Khi nƣớc tự do đã đóng băng hết thì đến nƣớc liên kết, bắt đầu từ nƣớc có liên kết yếu đến nƣớc có liên kết mạnh 1.3.1.6. Các phƣơng pháp lạnh đông 1.3.1.6.1. Phƣơng pháp lạnh đông chậm Phƣơng pháp lạnh đông chậm vẫn đƣợc áp dụng trong bảo quản một số loại rau quả nhằm dự trữ nguyên liệu cho chế biến nƣớc rau quả và cô đặc nƣớc quả. Lạnh đông chậm trong trƣờng hợp này có tác dụng tích cực vì lạnh đông chậm phá huỷ cấu trúc tế bào, cấu trúc hệ keo, làm tăng năng suất và hiệu suất ép. Quả nho, quả táo qua lạnh đông chậm và bảo quản ở -9oC đến -18oC, đem ép lấy nƣớc thì hiệu suất tăng đến 150% so với ép quả tƣơi. 1.3.1.6.2. Phƣơng pháp lạnh đông nhanh Môi trƣờng làm lạnh nhanh thƣờng là không khí có nhiệt độ nhỏ hơn to ≤ - 35oC với tốc độ lƣu lƣợng khí 3 –4 m/s cho các phòng nhỏ, hầm lạnh đông nhanh (tunel). Thời gian làm lạnh đông nhanh các sản phẩm rau quả từ 15 – 25 phút tuỳ thuộc vào kích thƣớc và loại rau quả. Lạnh đông nhanh tinh thể đá trong sản phẩm tạo thành nhỏ nên ít phá huỷ cấu trúc của thế bào, có thể giữ đƣợc trên 95% phẩm chất của sản phẩm. 1.3.1.6.3. Phƣơng pháp lạnh đông cực nhanh Đối với phƣơng pháp lạnh đông cực nhanh, các tinh thể đá tạo thành trong sản phẩm ở dạng vô định hình nên không phá vỡ cấu trúc tế bào, hơn nữa ở nhiệt độ thấp (- 196oC) Nitơ lỏng tiêu diệt và hạn chế nhiều vi sinh vật hơn so với các phƣơng pháp khác. Đối với tách dịch quả thanh long sẽ sử dụng phƣơng pháp lạnh đông chậm. 1.3.1.6.4. Phƣơng pháp đƣợc sử dụng trong nghiên cứu 21
41. Lạnh đông chậm đƣợc lựa chọn để thực hiện trong nghiên cứu này bởi nó là một trong những biện pháp làm tăng hiệu suất thu hồi dịch quả tốt nhất. Vì khi lạnh đông chậm sẽ hình thành tinh thể đá có kích thƣớc lớn trong gian bào, các tinh thể đá có kích thƣớc lớn này khi rã đông làm rách màng tế bào và phá huỷ cấu trúc mô tế bào làm giảm độ nhớt của dịch bào, tạo điều kiện cho dịch bào thoát ra ngoài một cách dễ dàng. Khi làm lạnh đông chậm thì nhiệt độ lạnh đông ảnh hƣởng đến sự kết tinh nƣớc trong dịch bào nên ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất ép. Hạn chế của phƣơng pháp lạnh đông để bảo quản sản phẩm là cấu trúc sản phẩm có thể bị thay đổi (do việc hình thành các tinh thể đá) và yêu cầu về năng lƣợng. Trong quá trình lạnh đông, các biến đổi về cấu trúc của sản phẩm bị gây ra bởi việc hình thành tinh thể đá thƣờng là các biến đổi không thuận nghịch. Vì vậy sau khi thực hiện quá trình rã đông, cấu trúc của sản phẩm không trở về lại nhƣ trƣớc khi lạnh đông nữa. Qua nghiên cứu ngƣời ta thấy ở khoảng nhiệt độ quá lạnh -1 ÷ -10oC, số tinh thể đá đƣợc tạo thành trong sản phẩm ít nên kích thƣớc tinh thể đá tƣơng đối lớn, dễ làm rách màng tế bào thực phẩm, còn nếu tạo đƣợc độ quá lạnh từ -10 ÷-40oC thì số tinh thể đá tạo o thành sẽ nhiều do kích thƣớc tinh thể đá nhỏ chỉ khoảng 5 ÷ 10 µm còn nếu tql = -80 C thì chất lỏng sẽ không tạo thành tinh thể mà chỉ tạo chất rắn vô định hình. Nhiều công trình nghiên cứu còn cho biết nếu ở nhiệt độ cao hơn -30oC thì kích thƣớc tinh thể đá phát triển đều ra xung quanh và lớn dần đều về các phía. Nếu ở nhiệt độ thấp hơn -30oC thì kích thƣớc tinh thể đá chỉ phát triển theo chiều dài nên tinh thể đá trở thành sợi bao bọc quanh tế bào, khi đó nó không chỉ không phá vỡ cấu trúc tế bào thực phẩm mà còn bảo vệ cho tế bào đƣợc toàn vẹn. Chính vì thế, nhiệt độ lạnh đông đƣợc chọn để thực hiện nghiên cứu nằm trong khoảng -9 đến -10 oC 1.3.1.7. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lạnh đông Kích thƣớc và hình dạng: Trong quá trình lạnh đông nói riêng và trong các quá trình truyền nhiệt nói chung, hình dáng và kích thƣớc của nguyên liệu là một trong những 22
42. yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi nhiệt. Kích thƣớc và hình dạng của nguyên liệu sẽ quyết định diện tích bề mặt truyền nhiệt. Diện tích bề mặt truyền nhiệt càng lớn, quá trình truyền nhiệt càng nhanh. Kích thƣớc của nguyên liệu càng nhỏ, thời gian cần thiết để nhiệt độ tại tâm nguyên liệu đạt giá trị nhiệt độ mong muốn càng ngắn. Nguyên liệu có hình dạng càng cân đối, mức độ đồng đều về nhiệt trong nguyên liệu càng cao. Hàm ẩm: Hàm ẩm sẽ ảnh hƣởng đến sự trƣơng nở của sản phẩm lạnh đông, thời gian thực hiện quá trình lạnh đông và năng lƣợng cần thiết để thực hiện quá trình lạnh đông. Cùng một điều kiện nhiệt độ, hàm ẩm càng cao thì thời gian lạnh đông càng dài. Hàm ẩm càng cao, năng lƣợng tiêu tốn tính trên một đơn vị sản phẩm để thực hiện quá trình lạnh đông càng lớn. Hàm lƣợng và thành phần các chất hòa tan trong nguyên liệu: Hàm lƣợng và thành phần các chất hòa tan có trong nguyên liệu sẽ ảnh hƣởng đến điểm đông của dung dịch. Theo định luật Raul, nồng độ chất hòa tan trong nƣớc càng cao thì nhiệt độ kết tinh nƣớc trong dung dịch tƣơng ứng sẽ giảm. Các hợp chất khác nhau sẽ làm giảm điểm kết tinh của nƣớc trong dung dịch với mức độ khác nhau. Vì vậy, các loại nguyên liệu khác nhau thì điểm lạnh đông sẽ khác nhau vì hàm lƣợng và thành phần của các chất hòa tan trong nguyên liệu đó là khác nhau. Bảng 1.2. Hàm ẩm và điểm lạnh đông của một số loại thực phẩm Thực phẩm Hàm ẩm Điểm lạnh đông Rau 78– 92 -0.8 ÷ -2.8 Trái cây 87 – 95 -0.9 ÷ -2.7 Thịt 55 – 70 -1.7 ÷ -2.2 Cá 65 – 81 -0.6 ÷ -2.0 Sữa 87 -0.5 23
43. Trứng 74 -0.5 Tính chất nhiệt của nguyên liệu: trong quá trình lạnh đông, nhiệt dung riêng của nguyên liệu và độ dẫn nhiệt của nguyên liệu là 2 yếu tố quyết định năng lƣợng cung cấp cho quá trình lạnh đông và tốc độ của quá trình lạnh đông. Nhiệt dung riêng càng cao, năng lƣợng tiêu tốn càng nhiều. Nguyên liệu dẫn nhiệt càng tốt, tốc độ quá trình lạnh đông càng nhanh, mức độ đồng đều trong nguyên liệu càng cao. Nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của nguyên liệu phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của nguyên liệu. Đối với một số loại thực phẩm đã đƣợc đóng gói thì cần chú ý thêm đến nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt của bao bì. 1.3.2. Vi sóng 1.3.2.1. Giới thiệu vi sóng Lò vi sóng là một trong những phát minh vĩ đại nhất của thế kỷ 20. Ngày nay, hàng triệu gia đình trên thế giới đang sở hữu ít nhất một chiếc lò vi sóng. Điều kì diệu nhất của lò vi sóng là khả năng nấu chín trong một thời gian ngắn kỷ lục. Thêm nữa, hiệu năng sử dụng điện của lò cực cao do chúng chỉ hâm nóng trực tiếp lên thức ăn chứ không phải qua những vật trung gian theo cách nấu truyền thống nhƣ xoang, nồi cũng nhƣ lƣợng nhiệt tỏa ra môi trƣờng xung quanh. 1.3.2.2. Cấu tạo Dựa vào cấu tạo và chức năng đặc biệt. lò vi sóng thƣờng có các bộ phận sau: Nguồn phát sáng Mạch điện tử điều khiển Ống dẫn sóng, ngăn nấu Ngăn nấu là một lồng Faraday gồm kim loại hay lƣới kim loại bao quanh, đảm bảo cho sóng không lọt ra goài. Lƣới kim loại thƣờng đƣợc quan sát ở cửa lò vi sóng. Các lỗ trên lƣới này có kích thƣớc nhỏ hơn nhiều bƣớc sóng (12cm), nên sóng vi ba không lọt ra, nhƣng ánh sang (ở bƣớc sóng ngắn hơn nhiều ) vẫn lọt qua đƣợc, giúp quan sát thức 24
44. ăn bên trong . Lò vi sóng sử dụng sóng vi ba để làm nóng thức ăn sóng vi ba là sóng vô tuyến. Sóng vi ba trong lò vi sóng là các dao động của trƣờng điện từ với tần số thƣờng ở 2,450 MHz (bƣớc sóng cỡ 12,24 cm). sóng vi ba có một đặc điểm rất thú vị là đƣợc nƣớc, chất béo và đƣờng hấp thụ. Khi đƣợc hấp thụ, chúng chuyển trực tiếp vào sự chuyển động nguyên tử. Các sản phẩm bằng nhựa, thủy tinh và gốm sứ không hấp thụ đƣợc sóng vi ba. Kim loại phản xạ lại sóng vi ba nên không đƣợc sử dụng trong lò vi sóng - Các phân tử thức ăn (nƣớc, chất béo, đƣờng và các chất hữu cơ khác) thƣờng ở dạng lƣỡng cực điện (có một đầu tích điện âm và đầu kia tích điện dƣơng). - Những lƣỡng cực điện này có xu hƣớng quay sao cho nằm song song với chiều điện trƣờng ngoài. Khi điện trƣờng dao động, các phân tử bị quay nhanh qua lại. Dao động quay đƣợc chuyển hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn va chạm phân tử, làm nóng thức ăn. - Các phân tử thủy tinh, một số loại nhựa hay giấy cũng khó bị hâm nóng bởi vi sóng ở tần số 2.450 MHz. Nhờ đó, thức ăn có thể đƣợc đựng trong vật dụng bằng các vật liệu chuyên biệt trên trong lò vi sóng, mà chỉ có thức ăn bị nấu chín. 1.3.2.3. Nguyên lý hoạt động của vi sóng Khi ta ấn nút khởi động, thƣờng chỉ mất 2 giây để lò vi sóng làm nóng sợi dây tóc bên trong ống magnetron. Vi sóng sinh ra sau đó sẽ đƣợc thổi vào khoang nấu. Với tần số thƣờng là 2.45GHZ, sóng vi ba dễ bị hấp thụ bởi nƣớc, chất béo và đƣờng. Các sóng bên trong lò sẽ đƣợc phát ở đúng tần số để có thể đi sâu vào trong thức ăn và truyền hầu hết năng lƣợng cho lƣợng nƣớc bên trong thực phẩm. Các loại chất rắn ít nƣớc hầu nhƣ không hấp thụ sóng vi ba. Đó là lý do tại sao các hộp đựng dành riêng cho lò vi sóng không bị nóng lên nhƣ thức ăn bên trong nó. Sóng vi ba làm nóng đồ ăn bằng cách xoay các phân tử nƣớc qua lại. Những phân tử này có một đầu tích điện âm và một đầu tích điện dƣơng. Một phân tử nƣớc đơn lẻ có hình dáng nhƣ đầu chú chuột Mickey. Bạn có thể tƣởng tƣợng phân tử oxy tích điện âm là mặt của Mickey, và hai phân tử hidro nhỏ tích điện dƣơng là hai tai của chú. 25
45. Đầu tích điện dƣơng của phân tử nƣớc luôn cố gắng hƣớng theo điện trƣờng của lò vi sóng, trong khi đầu tích điện âm chỉ theo hƣớng ngƣợc lại. Nhƣng bởi vì điện trƣờng đảo ngƣợc 2,5 tỷ lần trong một giây, nên đầu của chú chuột Mickey sẽ bị xoay nhƣ chong chóng. Và trong quá trình xoay qua xoay lại, các phân tử nƣớc sẽ cọ xát vào nhau. Điều này tạo ra ma sát, là nguồn sản sinh nhiệt năng. Một chiếc lò vi sóng có thể nấu chín thức ăn nhanh hơn lò nƣớng thông thƣờng bởi vì nó làm nóng cả bên trong và bên ngoài thực phẩm cùng một lúc. Một chiếc lò nƣớng hoặc chảo rán lúc đầu chỉ làm nóng bề mặt của thức ăn, sau đó nhiệt mới tiến dần vào bên trong. Nhƣng vì chỉ có thức ăn nóng lên còn không khí bên trong lò vi sóng vẫn ở nhiệt độ phòng, nên món ăn sẽ không thể có màu nâu hay giòn nhƣ khi đƣợc chế biến bằng các phƣơng pháp khác. Hình 1.7. Cấu tạo phân tử nước đơn lẻ 1.3.2.4. Cơ chế tác động của vi sóng 26
46. Trong rau quả có chứa các ion và các hạt phân cực, các phân tử lƣỡng cực nhƣ các phân tử H2O. Khi các phân tử phân cực này chuyển động và thay đổi hƣớng lên tục cùng lúc, các hạt sẽ di chuyển dựa vào sự tác động của trƣờng điện từ, các hạt sẽ chuyển động nhanh dần và va chạm với nhau tạo ma sát giữa các hạt và sinh nhiệt. Lúc này các tinh thể đá sẽ nóng dần lên, bắt đầu tan băng dẫn đến quá trình rã đông đƣợc diễn ra. Hình 1.8. Cơ chế tác động của vi sóng vào thịt quả Hình 1.9a. Sự đổi chiều liên tục của các phần tử phân cực Hình 1.9b. sự sinh nhiệt tác động đến thành tế bào 27
47. Cơ chế giúp cho các phần tử dung môi dễ dàng xâm nhập vào bên trong và hòa tan các chất. 1.3.2.5. Các ảnh hƣởng chủ yếu thành phần dinh dƣỡng khi dùng vi sóng Trong số các chất dinh dƣỡng thực phẩm, vitamin là chất nhạy nhất đối với chế biến nhiệt, đặc biệt là các thành phần tan trong nƣớc (Awuah và cộng sự, 2007). Vitamin C (ascorbic acid) của xoài và nƣớc ép giảm khi nhiệt độ tăng từ 75 đến 88°C (Argaiz et al., 2004). Khối lƣợng carotene, tổng carotene, thiamin, riboflavin, axit ascorbic và các axit amin tự do của củ cà rốt giảm nhẹ sau khi xử lý nhiệt, mặc dù hàm lƣợng đƣờng tăng lên (Yim và Sohn, 2004). Trong cà chua nghiền nhiệt, hàm lƣợng furosine, chất đánh dấu cho phản ứng Maillard tăng lên, trong khi đó, hàm lƣợng ascorbic axit, nhƣ mong đợi, giảm. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lƣợng lycopene trong cà chua nghiền trƣớc và sau khi xử lý nhiệt (Zanoni và cộng sự, 2003). Vì vitamin E hoặc tocopherol (chất hòa tan trong chất béo) cũng đƣợc tìm thấy trong một số loại thực phẩm từ thực vật, ảnh hƣởng của việc xử lý nhiệt đối với hàm lƣợng tocopherol cũng đã đƣợc nghiên cứu. xử lý nhiệt (tức chần và sôi) dƣờng nhƣ có ít ảnh hƣởng đến tổng hàm lƣợng tocopherol của cà rốt và khoai tây, trong khi đang sôi đƣợc tăng tổng hàm lƣợng tocopherol của bông cải xanh và rau bina so với các sản phẩm thô (1,8-2,4 mg / 100 g trọng lƣợng ăn đƣợc và Từ 2,1 đến 3,7 mg / 100 g trọng lƣợng ăn đƣợc, tƣơng ứng) (Chun và cộng sự, 2006). Chất xơ là thành phần đƣợc tìm thấy nhiều trong các loại trái cây, nó đang trở nên rất quan trọng đối với ngƣời tiêu dùng có ý thức về sức khoẻ. Do đó, cần có để nghiên cứu những thay đổi về hàm lƣợng chất xơ trong thực phẩm trong quá trình xử lý nhiệt. Azizah và Zainon (1997) nhận thấy rằng cả chất xơ không hòa tan và chất xơ hòa tan trong một số cây họ đậu và ngũ cốc tăng lên sau khi chế biến nhiệt ở 100°C trong 15 phút. Điều này đặc biệt xảy ra đối với các mẫu protein cao và có thể là do sản xuất các sản phẩm phản ứng Maillard. 1.4. Giới thiệu phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 1.4.1. Giới thiệu enzyme pectinase 28
48. Enzym pectinase là enzym thủy phân pectin, sản phẩm của quá trình thủy phân này là axit galacturonic, galactose, arabinose, methanol, Đây là nhóm enzyme đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chỉ sau amylase và protease. Enzyme này lần đầu tiên đƣợc phát hiện trong các dịch trái cây nhƣ cà rốt, cà chua và ở đại mạch. Enzyme pectinase không những đƣợc tìm thấy ở thực vật bậc cao mà sau này các nhà khoa học còn tìm thấy ở một số loài vi sinh vật. Enzyme pectinase đã đƣợc tìm thấy ở rất nhiều vi sinh vật trong tự nhiên. Enzyme pectinase không chỉ tồn tại một loại mà còn có nhiều loại enzyme khác nhau, chúng xúc tác cho các kiểu phản ứng khác nhau và còn có đặc hiệu cao ở vi sinh vật. Tuy nhiên, ngƣời ta tìm thấy enzyme này ở thực vật bậc cao thƣờng chúng chỉ là pectinstease Những enzyme này có một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình bảo quản trái cây và rau quả. Ngoài ra cũng đƣợc ứng dụng nhiều trong chế biến thực phẩm, đặc biệt là khả năng làm trong nƣớc quả. 1.4.2. Phân loại Dựa vào tính đặc hiệu, cơ chế tác dụng, kiểu phản ứng, pH tối ƣu của enzyme, Theo Koller và Neukom, 1966 cũng nhƣ Nguyễn Trọng Cẩn và cộng tác viên, 1997, enzyme pectinase đƣợc chia làm 2 nhóm: Nhóm 1: Có sự tham gia của nƣớc - Enzyme pectin esterase (PE) hay pectin methyl esterase (PME) là các enzyme xúc tác sự thủy phân liên kết este trong phân tử pectin hoặc axit pectinic khi toàn bộ nhóm metoxyl bị tách ra khỏi cơ chất thì sản phẩm tạo thành methanol và các axit polygalacturonic (axit pectic). - Enzyme polygalacturonase (PG) phân cắt liên kết glucozit-1,4 trong mạch pectin tạo ra axit galacturonic. Dựa vào tính đặc hiệu và cơ chế tác động lên cơ chất, H. Deuel và E. Stulz,1958 đã chia polygalacturonic thành 2 nhóm nhỏ. Mỗi nhóm có 2 kiểu: - Polymethylgalacturonase (PMG): tác dụng lên axit Polymethylgalacturonic đã đƣợc methyl hóa (tức là pectin). PMG đƣợc phân thành 2 kiểu: 29
49. PG cắt nội mạch: Endo. PG (kiểu 1), xúc tác sự thủy phân các liên kết glucozit nội mạch ở các phân tử axit polygalacturonase đƣợc este hóa ở mức độ cao. PG cắt ngoại mạch: Exo. PG (kiểu 3), xúc tác sự thủy phân cac liên kết glucozit ở đầu mạch để tách từng gốc axit galacturonic ra khỏi phân tử pectin, bắt đầu từ đƣờng không khử. - Polygalacturonase (PG) là các enzyme có tác dụng chủ yếu lên axit pectic (các axit polygalacturonase không bị este hóa) và axit pectinic (các axit polygalacturonase bị este hóa ở mức độ thấp), các enzyme này cũng đƣợc chia thành 2 kiểu nhờ vào vị trí liên kết glucozid bị cắt đứt. PG cắt nội mạch: Endo. PG (kiểu 2), xúc tác sự thủy phân các liên kết glucozit ở giữa mạch của các phân tử axit pectic hoặc axit pectinic, các enzyme này tác dụng ở vị trí liên kết đầu nhóm carboxyl tự do. PG cắt ngoại mạch: Exo. PG (kiểu 4), xúc tác sự thủy phân các liên kết glucozit ở đầu mạch của phân tử axit pectic hoặc axit pectinic. Nhóm 2: không có sự tham gia của nƣớc. Tên gọi chung là trans – seliminase (TE) Pectin – traneliminase (PTE): Enzyme này đƣợc chia làm 2 loại: - Endo- pectintranseliminase (kiểu 1) - Exo- pectintranseliminase (kiểu 3) Polygalacturonate –transeliminase (PGTE): Enzyme này đƣợc chia làm 2 loại - Endo- polygalacturonate- transeliminase (kiểu 2) - Endo- polygalcturonate- transeliminase (kiểu 4) Các loại enzyme thƣờng sử dụng trong thực phẩm là: Polygalacturonase: Enzyme thủy phân liên kết α-1,4 - glycoside. Pectinmethylesterase: Enzyme thủy phân liên kết ester giữa axit galacturonic và nhóm methyl. 30
50. Pectate lyase (PL): Enzyme cắt liên kết α-1,4 - glycoside nhƣng không có sự tham gia của nƣớc. 1.4.3. Cơ chế tác động của enzyme pectinase Tế bào thực vật đƣợc cấu tạo bằng vỏ tế bào chứa phần lớn pectin, xyloglucan, cellulose , trong đó pectin đƣợc xem nhƣ chất ciment gắn kết các tế bào với nhau. Thành tế bào nhƣ là một lớp bảo vệ tế bào rất hữu hiệu và tạo hình cho tế bào. với phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase chúng tôi đã tiến hành xử lý nguyên liệu trƣớc bằng cơ học (xay nhuyễn) với mục đích cắt nhỏ các tế bào và thành tế bào, sau đó chúng tôi hiệu chỉnh pH về 4.5 nhầm mục đích tạo môi trƣờng thuận lợi cho enzyme pectinase đƣợc hoạt động tốt khi bổ sung. Cơ chế tác động của enzyme pectinase khi bổ sung sẽ tiến hành làm phá vỡ thành tế bào đã đƣợc cắt nhỏ bằng cách sử dụng pectin làm cơ chất , thủy phân pectin cũng đồng nghĩa với phá vỡ sự gắn kết giữa các tế bào, tạo điều kiện cho các chất tan và dịch bên trong tế bào thoát ra ngoài. Ngoài ra, chế phẩm enzyme không chỉ riêng pectinase mà còn chứ 1 ít các enzyme nhóm cellulose, các enzyme này cũng góp phần phá hủy cellulose, phá vỡ thành tế bào. Nhờ đó giúp quá trình thu hồi dịch đƣợc tốt hơn. 1.4.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của enzyme - Nhiệt độ: hoạt động thủy phân của enzyme pectinase ở 40 – 50oC là cao nhất. Nếu nhiệt độ quá cao, phản ứng thủy phân sẽ nhanh hơn nhƣng các enzym sẽ dần dần bị vô hoạt hoặc thay đổi tính chất. Mặt khác, mùi vị và chất lƣợng của dịch quả có thể bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ cao. Hầu hết enzyme pectinase hoạt động tốt nhất ở 45oC. - Độ pH: pH có thể tác động lên enzym bằng cách gây ra những biến đổi về cấu trúc, thay đổi độ ion hóa của các chất, thay đổi tính chất của các amino acid hoặc các coenzyme xúc tác của pectinase Thông thƣờng enzyme pectinase hoạt động mạnh nhất ở pH 4.5. Ở các khoảng còn lại lƣợng dịch thu giảm. - Nồng độ enzyme: lƣợng dịch quả trung bình thu đƣợc ứng với các mức nồng độ enzyme có sự khác biệt. Lƣợng dịch quả cao nhất ứng với mức nồng độ enyme sử dụng 31
51. dao động trong khoảng từ 0.15% - 0.2%. Lƣợng dịch quả có xu hƣớng giảm dần khi nồng độ enzyme cao hơn hoặc thấp hơn. - Thời gian thủy phân: Cần có một khoảng thời gian tối thiểu để enzyme hoạt động, tạo ra lƣợng dịch quả nhiều nhất. - Chất ức chế hoặc hoạt hóa enzyme: Một số chất nhƣ thuốc trừ sâu có thể làm ức chế enzyme hay một số chất khác có thể liên kết với enzyme để làm tăng hoạt tính. 1.4.5. Ứng dụng của enzyme pectinase lên dịch quả Việc ứng dụng enzym pectinase trong quá trình thu nhận nƣớc quả đƣợc áp dụng lần đầu tiên vào năm 1930. Từ đó đến nay, việc áp dụng enzym này đã trở nên rất phổ biến trong các ngành chế biến thực phẩm nhƣ: sản xuất rƣợu vang, sản xuất nƣớc quả và nƣớc uống không có cồn, sản xuất các sản phẩm từ quả nhƣ mứt, mứt đông, Việc thu nhận nƣớc quả từ trƣớc đến nay chủ yếu bằng phƣơng pháp ép. Nếu pectin còn nhiều thì khối thịt quả khi nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoát ra ngoài hết đƣợc, gây ra hiện tƣợng nƣớc quả bị đục, có độ keo cao và rất khó lọc trong. Trong sản xuất các sản phẩm từ quả (mứt, mứt đông, ) nhờ pectinase sẽ thu đƣợc dịch quả có nồng độ đậm đặc hơn khi không có pectinase. Trong tế bào của quả, nƣớc chiếm khoảng 90 – 95%. Nếu chúng ta chỉ nghiền sau đó ép thì ta chỉ có thề thu đƣợc khoảng 60 – 70% là tối đa. Khi ta cho enzyme pectinase vào khâu nghiền quả, hiệu suất ép sẽ tăng 15 – 30%. Nhiều trƣờng hợp hiệu suất ép tăng đến 50%. Liều lƣợng chế phẩm enzyme tinh khiết cho vào là 0.03 – 0.05% hoặc chế phẩm thô là 0.5 – 2%. Nhiệt độ duy trì cho quá trình thủy phân là 43 – 45oC. Thời gian thủy phân là 4 – 8 giờ. Dịch quả thu đƣợc khi xử lý bằng pectinase sẽ trong hơn, khả năng lọc sẽ tốt hơn và hiệu quả kinh tế rõ hơn Trong sản xuất cà phê, ngƣời ta dùng pectinase để tách lớp keo ở bề mặt của hạt cà phê. Trƣớc đây ngƣời ta thƣờng dùng vi sinh vật để làm công việc này, nhƣng thƣờng quá trình xảy ra không đồng đều và mất kiểm soát. 1.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 32
52. 1.5.1. Phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase Nguyễn Văn Quý, năm 2011, ―Nghiên cứu ứng dụng enzyme pectinase trong chiết tách dịch quả nhàu và thử nghiệm sản xuất nƣớc giải khát từ quả nhàu‖. Kết quả nghiên cứu này cho thấy: điều kiện tốt ƣu để trích ly dịch quả nhàu là nhiệt độ xử lý enzyme pectinase ở 45oC, thời gian 3 giờ với nồng độ 0.225%.Theo Mạch Thị Khiêm Tín (2006) thanh long có hàm lƣợng nƣớc 86.12%; độ brix 11.2%; vitamine C 4.2 mg/100g là phù hợp để chế biến nƣớc thanh long lên men. Xử lý enzyme pectinex Ultra SP – L với nồng độ enzyme 800 ppm trong 30 phút thu đƣợc hiệu suất thu hồi dịch thanh long cao. ―Tác động enzyme pectinase đến khả năng trích ly dịch quả và các điều kiện lên men liên quan đến chất lƣợng xoài sau khi lên men chính‖, đƣợc Nguyễn Nhật Minh Phƣơng và cộng sự nghiên cứu thành công và tìm ra đƣợc pH tối ƣu để enzyme pectinase hoạt động tốt là 4.5 và nhiệt độ là 40oC. Với nồng độ enzyme pectinase bổ sung vào dịch quả là 0.15% và thời gian thủy phân 20 phút, lƣơng dịch quả thu hồi là cao nhất trong điều kiện khảo sát (75ml/100g). Theo Lê Văn Việt Mẫn, năm ―Nghiên cứu công nghệ sản xuất nƣớc táo đóng hộp‖ đã đƣa ra thông số công nghệ của quá trình xử lý bằng chế phẩm enzyme pectinase Ultra SPL là nhiệt độ 40 – 50oC, thời gian là 1 giờ với nồng độ enzyme pectinase Ultra SPL là 0.1% w/w và nhiệt độ bất hoạt enzyme là 90oC, thời gian 5 phút. Theo Mạch Thị Khiêm Tín (2006) thanh long có hàm lƣợng nƣớc 86.12%; độ brix 11.2%; vitamine C 4.2 mg/100g là phù hợp để chế biến nƣớc thanh long lên men. Xử lý enzyme pectinex Ultra SP – L với nồng độ enzyme 800 ppm trong 30 phút thu đƣợc hiệu suất thu hồi dịch thanh long cao. Những nghiên cứu ở các nƣớc khác trên thế giới chủ yếu tập trung vào đặc tính, thành phần dinh dƣỡng trong nguyên liệu, hay thời gian bảo quản tƣơi thanh long mà chƣa chú trọng nghiên cứu về ứng dụng công nghệ thực phẩm từ nguyên liệu nhƣ là: Năm 2013, đề tài: ―Behavior of Salmonnella spp and natural microbiota on fresh - cut dragon fruits at different storage temperatures‖ (Tác động của vi khuẩn Salmonella spp và các vi sinh vật có trong tự nhiên lên trái thanh long tƣơi khi cắt và bảo quản ở 33
53. những nhiệt độ lƣu trữ khác nhau), trên tờ báo International Joumal of Food Microbiology của nhóm tác giả Ying Wang, Wen – Cai Ye, Jing Zhao, để xác định sự tồn tại, phát triển thích nghi của Salmonella về điều kiện môi trƣờng nhƣ: nồng độ axit, nhiệt độ, và những vi sinh vật tự nhiên có trên thanh long tƣơi khi cắt ở nhiệt độ lƣu trữ khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng, thanh long tƣơi cắt nên bảo quàn ở 4oC để đảm bảo sự an toàn cũng nhƣ kéo dài thời gian sử dụng của thanh long tƣơi cắt. Năm 2004, đề tài: ―Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya‖ (Các hoạt động chống oxy hóa và kháng sinh của các thanh long ruột đỏ), của Cục Ứng dụng Hóa học, Chi-Nan, Đại học Quốc gia, số 1, Đại học Road, Puli, Nantou, 545 Đài Loan do nhóm tác giả Li-chen Wu, Hsiu-Wen Hsu, Yun-Chen Chen, Chih-Chung Chiu,Yu-In Lin, Ja-an Annie Ho thực hiện đã cho thấy một số sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nƣớc thanh long nhƣ hạt, vỏ, là một nguồn tốt chứa các chất chống oxy hóa và chất chống khối u ác tính. 1.5.2. Phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng Trong ngành chế biến rau quả Việt Nam, việc ứng dụng phƣơng pháp lạnh đông– vi sóng nhằm mục đích bảo quản và đặc biệt là trích ly thu hồi dịch nhằm nâng cao chất lƣợng về dinh dƣỡng và dịch thu đƣợc. Áp dụng lạnh đông – vi sóng vào trích ly đƣợc các nhà khoa học hiện chú trọng cụ thể gần nhất là việc áp dụng phƣơng pháp vào trong thu hồi capsaicin từ quả ớt. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả Trần Anh Khoa,Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM đã thực hiện trích ly bằng một số phƣơng pháp truyền thống và hiện đại nhƣ: phƣơng pháp Soxhlet, ngâm với dung môi, trích ly với sự hỗ trợ siêu âm (Ultrasound-assisted extraction – UAE), trích ly với sự hỗ trợ vi sóng (Microwave-assisted extraction – MAE), trích ly sử dụng CO2 siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction – SFE). Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy thành phần chính của dầu ớt là các loại acid béo không no (chiếm 77.4%), chủ yếu là acid oleic và acid linoleic. Hàm lƣợng dầu và capsaicin thu đƣợc đạt 0,5358g/g và 2,9534mg/g nguyên liệu khi dùng phƣơng pháp trích ly với sự hỗ trợ vi sóng. Nhóm tác giả đã thực hiện vi sóng với công suất 40w ở thời gian 5 phút. Trƣớc đó, 34
54. trong năm 2012 XiangYuan Deng và cộng sự, School of Biology and Chemical Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212018, China tối ƣu hóa quá trình trích ly capsaicinoid với sự hỗ trợ của siêu âm chỉ ra tỉ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp là10 mg/g. Trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng là một phƣơng pháp đƣợc sử dụng trích ly capsaicinoid. Năm 2003, Opal và cộng sƣ trích ly capsaicinoid với tỉ lệ nguyên liệu 10 ml/g cho thấy phƣơng pháp này trích đƣợc 95% capsaicinoid. Các nghiên cứu ngày chỉ ra rằng bằng sự hổ trợ của vi sóng dịch cần chiết thu nhận nhanh hơn so với phƣơng pháp cổ điển. Bên cạnh việc trích ly capsaicin từ quả ớt, các nhà khoa học nƣớc ta cũng đã mở rộng lĩnh vực nghiên cứu của mình vào việc ứng dụng vi sóng trong thu hồi, trích ly nhiều loại rau quả. Hiện nay hƣớng nghiên cứu đƣợc tập trung nhiều nhất là nâng cao hiệu quả sử dụng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng để đảm bảo việc thu hồi và chất lƣợng sản phẩm sau khi thu đƣợc để nâng cao giá trị kinh tế. Khảo sát sự ảnh hƣởng của công suất siêu âm, nhiệt độ và thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất thu hồi và chất lƣợng dịch quả chuối đã đƣợc Lê Văn Việt Mẫn cùng nhiều tác giả nghiên cứu năm 2015, từ kết quả khảo sát nhóm tác giả đã thu nhận với nhiệt độ 50 oC và ở thời gian 90s thì việc thu hồi dịch quả chuối đạt chất lƣợng tốt nhất. Hay một nghiên cứu khác của các nhà khoa học ngoài nƣớc về việc thu hồi carbohydrat tổng từ cây cỏ ngọt, Liu và cộng sự đã kết luận khi tăng công suất từ 20w đến 100w ở 60 oC trong 40 phút thì đạt hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên việc tách dịch quả với sự hỗ trợ lạnh đông - vi sóng với thời gian ngắn đang đƣợc chú ý nhiều hơn. Vì thế, vấn đề đó sẽ đƣợc tập trung tìm hiểu sâu hơn trong nghiên cứu. 35
55. CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu 2.1.1. Nguyên liệu chính Nguyên liệu chính để tách dịch quả thanh long. Thanh long Bình Thuận ruột trắng đƣợc mua tại chợ Trảng Dài, của ông Phan Thanh Bình cung cấp, mỗi lần mua 20kg. Trái thanh long không đƣợc dập và hƣ hỏng, vỏ bóng, mỏng, đỏ sẫm, không nhăn nheo. Thanh long phải đạt độ chín sinh lý bằng nhau. 2.1.2. Nguyên liệu phụ 2.1.2.1. Enzyme pectinase Đƣợc bổ sung vào làm tăng hiệu suất trích ly dịch, làm trong dịch quả, giảm độ nhớt. Enzyme pectinex Ultra SP-L, hãng Novozyme( Đan Mạch) đƣợc mua tại Công ty TNHH TM DV Nam Giang. Địa chỉ: 202 Hoàng Văn Thụ, phƣờng 9, quận Phú Nhuận, tp Hồ Chí Minh. Hoạt tính chủ yếu của chế phẩm này là thủy phân pectin bao gồm những enzyme polygalacturonase, pectinlyase, pectineestease (Mutlu và cộng sự, 1999, Franquin và cộng sự, 2008). Thông số chế phẩm enzyme pectinase: pHopt = 4.5, Topt = 50 oC, hoạt độ 26000 PG/ml. 2.1.3. Dụng cụ dùng trong nghiên cứu Cân phân tích, dao, khay đựng nguyên liệu (267 x 180 x 61.5 x 1900 mm), muỗng, máy say sinh tố, tủ lạnh. Các dụng cụ phục vụ thí nghiệm: becher, màng bao thực phẩm, giấy nhôm, erlen, pipet, nồi cách thủy, cân phân tích, burette, bóp cao su, đũa thủy tinh, phễu lọc, ống đong, bình định mức, máy đo pH, bể điều nhiệt, thiết bị đóng nắp chai, thiết bị vi sóng, máy lọc chân không. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Quy trình công nghệ cho thí nghiệm thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng 36
56. 2.2.1.1. Quy trình Thanh long Xử lý sơ bộ Cắt lát (kích thƣớc 1cm) Xếp khay Lạnh đông (-6⁰ C) Rã đông bằng vi sóng Bã Dịch thanh long Sơ đồ 2.1. Sơ đồ thí nghiệm thu hồi dịch quả bằng phương pháp lạnh đông – vi sóng 2.2.1.2. Thuyết minh quy trình 2.2.1.2.1. Nguyên liệu Mục đích: Lựa chọn: Loại trừ những nguyên liệu không đủ quy cách, sâu bệnh, men mốc, thối hỏng. Phân loại: Phân chia nguyên liệu đồng đều về kích thƣớc, hình dáng, màu sắc, độ chín. Loại bỏ đƣợc trái hƣ hỏng, không đồng đều về kích thƣớc. Cách tiến hành: Tại công đoạn này, nguyên liệu sẽ đƣợc loại bỏ những quả có nghi ngờ bị hƣ hỏng (dập, nát, thối, ) và cũng nhƣ loại ra những quả có kích thƣớc không phù hợp cho quá trình nghiên cứu. 37
57. 2.2.1.2.2. Xử lý sơ bộ Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình tiếp theo, loại bỏ những phần quả không sử dụng đƣợc nhƣ cuống, vỏ. Cách tiến hành: Quá trình xử lý sơ bộ gồm hai giai đoạn: Rửa và lột vỏ. Đầu tiên, nguyên liệu sẽ đƣợc làm sạch với nƣớc để kéo chất bẩn còn lại trên mặt nguyên liệu. Sau đó, nguyên liệu sẽ đƣợc tách hoàn toàn lớp vỏ bằng dao chuyên dùng. Các biến đổi trong quá trình: Vật lý: Nguyên liệu giảm kích thƣớc. Hóa học: Phần dịch ruột thoát ra, tổn thất vitamin C do bị oxy hóa, tổn thất các thành phần dinh dƣỡng khác trong ruột quả. Sinh học: Loại bớt 1 số vi sinh vật ngoài vỏ quả. 2.2.1.2.3. Cắt lát Mục đích: Chuẩn bị: Làm nhỏ và đồng nhất kích thƣớc nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình nghiên cứu, quá trình xếp khay đƣợc diễn ra thuận lợi hơn. Phá vỡ cấu trúc nguyên liệu tạo thuận lợi cho quá trình thoát dịch Cách tiến hành: Nguyên liệu sẽ đƣợc cắt lát với bề dày 1cm, sau đó tiến hành cân định lƣợng 400g / mẫu thí nghiệm. Các biến đổi trong quá trình: Vật lý: Thịt quả bị giảm kích thƣớc (bề dày 1 cm), tế bào bị phá vỡ làm cho dịch bào thoát ra ngoài tế bào nguyên liệu. Nhiệt độ tăng nhẹ do hiện tƣợng ma sát. Hóa học: Trong quá trình cắt lát, thịt quả tiếp xúc nhiều với oxy không khí, có thể xảy ra các phản ứng oxy hóa hóa học làm biến màu nguyên liệu và giảm chất lƣợng của dịch quả. 2.2.1.2.4. Xếp khay 38
58. Mục đích: Tạo thuận lợi cho quá trình tiếp theo. Cách tiến hành: Nguyên liệu thanh long sau khi đồng nhất về kích thƣớc sẽ đƣợc xếp vào khay có kích thƣớc :267 x 180 x 61.5 x 1900 mm,bọc lại bằng màng bọc thực phẩm chuẩn bị cho quá trình xử lý lạnh đông - vi sóng tiếp theo. . Các biến đổi trong quá trình: trong quá trình xếp khay, thịt quả tiếp xúc nhiều với oxy không khí, có thể xảy ra các phản ứng oxy hóa hóa học làm biến màu nguyên liệu và giảm chất lƣợng của dịch quả. 2.2.1.2.5. Lạnh đông Mục đích: Hạ nhiệt độ sản phẩm xuống nhiệt độ lạnh đông. Từ đó hình thành tinh thể đá để phá vỡ tế bào. Cách tiến hành: Nguyên liệu sau khi xếp khay đƣợc đem đi lạnh đông, ở nhiệt độ -6⁰C và theo thời gian đƣợc yêu cầu. Các biến đổi trong quá trình Hóa lý: Có sự chuyển pha giữa pha lỏng và pha rắn của nguyên liệu Sinh học: Các quá trình sinh trƣởng của vi sinh chậm lại. 2.2.1.2.6. Rã đông vi sóng Mục đích: Rã đông nguyên liệu thuận lợi cho quá trình thu dịch quả. Cách tiến hành: Sau thời gian lạnh đông thanh long đƣợc đem ra cho rã đông vi sóng ở mức công suất và thời gian khảo sát, dịch thanh long đƣợc trích ra và thu lại để đi kiểm tra các chỉ tiêu đã đặt ra ban đầu. Các biến đổi trong quá trình: Hóa lý: Có sự chuyển pha giữa pha rắn và pha lỏng của nguyên liệu, có sự khuếch tán dịch quả từ trong ra ngoài của khối nguyên liệu. Vật lý: Thể tích dịch chiết thu về tăng lên. 39
59. 2.2.2. Quy trình thí nghiệm thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase 2.2.2.1. Quy trình Nguyên liệu Xử lý sơ bộ Bã Xay nhuyễn Xử lý bằng enzyme Lọc Bã Dịch thanh long Sơ đồ 2.2. Sơ đồ thí nghiệm thu hồi dịch quả thanh long bằng phương pháp xử lý enzyme pectinase 2.2.2.2. Thuyết minh quy trình 2.2.2.2.1. Nguyên liệu Mục đích Lựa chọn: loại trừ những nguyên liệu không đủ quy cách, sâu bệnh, men mốc, thối hỏng. Phân loại: phân chia nguyên liệu đồng đều về màu sắc, độ chín. Biến đổi 40
60. Trong công đoạn này các biến đổi không đáng kể Phƣơng thức thực hiện Ở công đoạn này, nguyên liệu sẽ đƣợc phân loại và loại bỏ những quả có nghi ngờ bị hƣ hỏng (dập, nát, thối, ) và cũng nhƣ loại ra những quả có kích thƣớc không phù hợp cho quá trình sản xuất. Sau công đoạn này, nguyên liệu đồng nhất về màu sắc, độ chín. Loại bỏ đƣợc những trái hƣ hỏng và không đồng đều về độ chín. 2.2.2.2.2. Xử lý sơ bộ Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình tiếp theo, loại bỏ những phần quả không sử dụng đƣợc nhƣ cuống, vỏ. Biến đổi: Hóa học: phần dịch ruột thoát ra, tổn thất vitamin C do bị oxy hóa, tổn thất các thành phần dinh dƣỡng khác trong ruột quả. Sinh học: loại bớt 1 số vi sinh vật ngoài vỏ quả. Phƣơng pháp thực hiện: Quá trình xử lý sơ bộ gồm hai giai đoạn: rửa và tách vỏ. Nguyên liệu quả sẽ bị tác dụng chảy của dòng nƣớc để kéo chất bẩn còn lại trên mặt nguyên liệu sau khi ngâm. Tùy nguyên liệu và độ nhiễm bẩn của nguyên liệu mà ta có thể rửa một hoặc nhiều lần. Sau đó nguyên liệu sẽ đƣợc xử lý loại bỏ những phần không sử dụng. 2.2.2.2.3. Xay nhuyễn Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình tiếp theo. Phá vỡ 1 lƣợng lớn thành tế bào, giảm kích thƣớc của nguyên liệu, tăng hiệu suất ép. Biến đổi: Vật lý: nguyên liệu giảm kích thƣớc, trái bị phá vỡ nát ra. 41
61. Hóa học: phần dịch ruột thoát ra, tổn thất vitamin C do bị oxy hóa, tổn thất các thành phần dinh dƣỡng khác trong ruột quả. Phƣơng pháp thực hiện: Dùng máy xay nghiền nhỏ nguyên liệu đến mức tối đa, tạo điều kiện thuận lợi cho tác dụng của enzyme mà không sợ bị tắc nghẽn kênh dẫn dịch quả trong quá trình lọc sau này. Tiếp đến cân định lƣợng 400g / mẫu thí nghiệm, và hiệu chỉnh pH về 4.5 để tối thích cho hoạt động của enzyme. 2.2.2.2.4. Xử lý enzyme Mục đích: Phân cắt chuỗi pectin trong thịt quả thành những đoạn có độ dài ngắn hơn nhằm làm giảm độ nhớt, làm trong dịch quả, giúp tách hạt đƣợc dễ dàng, tăng năng suất thu nhận dịch quả trong quá trình xử lý. Biến đổi: Chủ yếu xảy ra các biến đổi về mặt hóa sinh enzyme pectinase sẽ cắt đứt các liên kết α-1.4-glycoside (giữa các acid galacturonic) và các liên kết este (giữa acid galacturonic và nhóm methyl), mạch pectin bị phân cắt thành các phân tử tự do nhƣ acid galacturonic, methanol và các mạch tƣơng đối ngắn. Biến đổi khối dịch quả sau khi thủy phân: khối dịch quả có sự phân lớp rõ ràng, phía dƣới đáy là lớp hạt màu nâu đen, phía trên là lớp thịt quả màu trắng đục, trên cùng là lớp dịch trong màu trắng nhạt. Phƣơng pháp thực hiện Đầu tiên, dịch quả sẽ đƣợc bổ sung với nồng độ enzyme khảo sát, đƣợc bọc lại bởi giấy nhôm, tiến hành nâng nhiệt độ lên để nhiệt độ và thời gian ủ tối ƣu cho enzyme hoạt động, sau đó tiến hành vô hoạt enzyme ở nhiệt độ 89⁰C trong 10 phút, mang làm nguội. Trong quá trình ủ thỉnh thoảng tiến hành khuấy trộn đều khối ruột quả để tăng khả năng tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất, để thúc đẩy quá trình tách dịch quả. 2.2.2.2.5. Lọc 42
62. Mục đích: Tách phần hạt thanh long, phần thịt quả ra khỏi dịch quả, tạo cảm quan tốt cho sản phẩm. Vì sau quá trình xử lý enzyme, mạch pectin bị cắt nhỏ làm giảm độ nhớt, các cấu tử lơ lửng trong dung dịch bị kết lắng xuống và tạo một lớp cặn. Quá trình lọc giúp loại bỏ lớp cặn này, giúp nƣớc thanh long không bị đục trở lại trong khi bảo quản. Biến đổi: Hóa học: tổn thất vitamin C do bị oxy hóa. Vật lý: khối dịch quả có sự phân lớp rõ ràng, phía trên lọc là lớp hạt màu nâu đen và lớp thịt quả màu trắng đục, phía dƣới lọc là lớp dịch trong màu trắng nhạt. Phƣơng pháp thực hiện: Sau khi dịch quả đã xử lý enzyme sẽ đƣợc mang lọc thô, sau đó sử dụng thiết bị lọc chân không để thu dịch lọc. 2.2.3. Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả thu hồi dịch quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng Toàn bộ thí nghiệm nghiên cứu đƣợc thực hiện với khối lƣợng thịt quả thanh long bằng 400g. Đối với phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng tiến hành cắt sợi thịt quả với kích thƣớc 1cm, còn ở xử lý enzyme pectinase thịt quả đƣợc tiến hành hiệu chỉnh lại độ pH 4.5 và bắt đầu xoay nhuyễn để mang xử lý. Sau quá trình xử lý sẽ thu đƣợc dịch quả kế tiếp chúng tôi mang dịch quả vừa thu đƣợc để khảo sát các hàm lƣợng dinh dƣỡng và lƣợng dịch. Mà ở đây, vitamin C , acid tổng và hiệu suất thu hồi dịch đƣợc chúng tôi kiểm tra và khảo sát đánh giá. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nhƣ sơ đồ 2.1 43
63. Xử lý sơ bộ Lạnh đông- vi Xử lý enzyme So sánh 2 phƣơng sóng pectinase pháp Thời gian Công Thời gian Nồng độ Thời gian Nhiệt độ lạnh suất vi vi sóng enzyme ủ ủ đông sóng Sơ đồ 2.3. Sơ đồ trí thí nghiệm nghiên cứu và đánh giá hiệu quả thu hồi dịch quả thanh long bằng phương pháp lạnh đông – vi sóng 2.2.4. Thí nghiệm 1.1 xác định thời gian lạnh đông Mục đích: Tìm ra thời gian thích hợp cho quá trình lạnh đông. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố, thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần. Yếu tố cố định: Hình dạng, kích thƣớc, khối lƣợng nguyên liệu lấy ở thí nghiệm 1, 2 và 3, lƣợng nƣớc bổ sung theo tỷ lệ 1:1, thời gian xử lý vi sóng 20 , nhiệt độ bắt đầu rã đông vi sóng -6oC. Yếu tố khảo sát: Thời gian khảo sát gồm 4 mức 12h, 24h, 36h, 48h. Chỉ tiêu theo dõi: Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng (hàm lƣợng VitC, hàm lƣợng axit tổng), hàm lƣợng thu hồi dịch quả Cách tiến hành: Nguyên liệu đƣợc cắt với kích thƣớc và độ dày 1cm Xếp vào khay mang lạnh đông theo 3 mức quy định nhƣ trên 44
64. Xử lý rã đông bằng vi sóng với công suất 100w, và thời gian 90s Mang thu dịch và xác định hàm lƣợng chất dinh dƣỡng và hàm lƣợng dịch quả thu hồi Thanh long Xử lý sơ bộ Cắt định hình (1cm, 400g / mẫu) Lạnh Lạnh Lạnh Lạnh đông 12h đông 24h đông 36h đông 48h Vi sóng (công suất 100w, thời gian 90s) Lọc thô Lọc tinh Khảo sát hàm lƣợng vitamin C Khảo sát hàm lƣợng acid tổng Khảo sát hàm lƣợng dịch thu đƣợc Chọn thời gian lạnh đông thích hợp Sơ đồ 2.4. Sơ đồ xác định thời gian lạnh đông 2.2.5. Thí nghiệm 1.2 xác định công suất rã đông vi sóng Mục đích: Tìm ra công suất thích hợp cho quá trình xử lý vi sóng. 45
65. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố, thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần. Yếu tố cố định: bề dày 1cm, khối lƣợng nguyên liệu 400g, thời gian lạnh đông ở TN1.1, nhiệt độ lạnh đông -6oC, thời gian xử lý vi sóng 90s. Yếu tố khảo sát: Khảo sát công suất theo 4 mức: 0w, 50w, 100w, 150w. Chỉ tiêu theo dõi: Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng (hàm lƣợng VitC, hàm lƣợng axit tổng), hàm lƣợng thu hồi dịch quả. Cách tiến hành: Nguyên liệu đƣợc cắt với kích thƣớc và độ dày 1cm Xếp vào khay mang lạnh đông theo kết quả TN1.1 Xử lý rã đông bằng vi sóng với công suất khảo sát nhƣ trên Thời gian vi sóng 90s Mang thu dịch và xác định hàm lƣợng chất dinh dƣỡng và hàm lƣợng dịch quả thu hồi 46
66. Thanh long Xử lý sơ bộ Cắt định hình (1cm, 400g / mẫu) o Lạnh đông (nhiệt độ 10 C, thời gian thích hợp TN1.1.) Rã đông vi sóng thời gian 90s, ở các mức công suất 0w 50w 100w 150w Lọc thô Lọc tinh Khảo sát hàm lƣợng vitamin C Khảo sát hàm lƣợng acid tổng Khảo sát hàm lƣợng dịch thu đƣợc Chọn công suất thích hợp Sơ đồ 2.5. Sơ đồ xác định công suất rã đông vi sóng 2.2.6. Thí nghiệm 1.3 xác định thời gian rã đông vi sóng Mục đích: Tìm ra thời gian thích hợp cho quá trình xử lý vi sóng. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố, thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần. 47
67. Yếu tố cố định: bề dày 1cm, khối lƣợng nguyên liệu 400g, thời gian lạnh đông ở TN1.1, nhiệt độ lạnh đông -6oC, công suất xử lý vi sóng đƣợc xác định ở TN1.2. Yếu tố khảo sát: Khảo sát thời gian vi sóng theo 6 mức: 30s, 60s, 90s, 120s, 150s, 180s. Chỉ tiêu theo dõi: Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng (hàm lƣợng VitC, hàm lƣợng axit tổng), hàm lƣợng thu hồi dịch quả. Cách tiến hành: Nguyên liệu đƣợc cắt với kích thƣớc và độ dày 1cm Xếp vào khay mang lạnh đông theo kết quả TN1.1 Xử lý rã đông bằng vi sóng với công suất xác định ở TN1.2 Thời gian vi sóng khảo sát nhƣ trên Mang thu dịch và xác định hàm lƣợng chất dinh dƣỡng và hàm lƣợng dịch quả thu hồi 48
68. Thanh long Xử lý sơ bộ Cắt định hình(1cm, 400g / mẫu) o Lạnh đông (nhiệt độ 10 C, thời gian thích hợp TN1.1.) Rã đông vi sóng công suất thích hợp TN1.2, ở các mức thời gian rã đông 0.1% 0.15 0.15 0.25 0.3% 0.3% % % % Lọc thô Lọc tinh Khảo sát hàm lƣợng vitamin C Khảo sát hàm lƣợng acid tổng Khảo sát hàm lƣợng dịch thu đƣợc Chọn thời gian vi sóng thích hợp Sơ đồ 2.6. Sơ đồ xác định thời gian rã đông vi sóng 2.2.7. Thí nghiệm 1.4 xác định công suất – thời gian tối ƣu phƣơng pháp lạnh đông vi sóng 49
69. Bảng 2.1. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng tối ƣu hóa công suất – thời gian Các số liệu xác định hàm lƣợng thu hồi với công suất rã đông vi sóng khác nhau 0w,50w,100w,150w theo thời gian rã đông 30s,60s,90s, 120s, 150s, 180s thu đƣợc ở phần trên sẽ đƣợc chọn khoảng công suất – thời gian thích hợp để chọn thông số tối ƣu hóa của quá trình đƣợc suy ra từ những phân tích bề mặt đáp ứng thu đƣợc. 50
70. Kết quả tối ƣu sau đó đƣợc kiểm tra lại bằng thực nghiệm nhằm đảm bảo sự thống nhất giữa lý thuyết tối ƣu và thực tế trƣớc khi rút ra kết luận cuối cùng về các thông số của quá trình thủy phân. Thí nghiệm đƣợc bố trí và thực nghiệm theo bảng phân tích bề mặt đáp ứng thu đƣợc. 2.2.8. Thí nghiệm xác định nồng độ 2.1 enzyme pectinase Mục đích: Tìm ra nồng độ enzym thích hợp bổ sung vào thịt quả. Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm đƣợc bố trí kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 5 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần. Số nghiệm thức: 3×5 = 15. Yếu tố cố định: - Nhiệt độ ủ là 45oC, thời gian 30 phút - PH đƣợc điều chỉnh về 4.5. - Khối lƣợng thịt quả 400g. Yếu tố khảo sát: Nồng độ enzyme lần lƣợt là: 0.1%; 0.15%; 0.2%, 0.25%, 0.3% Chỉ tiêu theo dõi: Xác định hàm lƣợng vitamin C, axit tổng và lƣợng dịch quả thu hồi Cách tiến hành - Thanh long sau khi bỏ vỏ, rửa sạch đƣợc xay nhuyễn - Cân thành khối lƣợng 400g cốc thủy tinh rồi tiến thành điều chỉnh pH - Sau đó, bổ sung enzyme pectinase với nồng độ lần lƣợt nhƣ nồng độ khảo sát trên. Rồi đậy miệng cốc bằng giấy bạc - Đem ủ trong tủ ấm 45oC, thời gian 30 phút, đem lọc thu dịch quả. - So sánh kết quả. 51
71. Thanh long Xử lý sơ bộ Hiệu chỉnh pH4.5, xoay nhuyễn, cân định lƣợng 400g/ mẫu, bổ sung enzyme pectinase 0.1% 0.15% 0.15% 0.25% 0.3% o Ủ với thời gian 30 phút, ở nhiệt độ 45 C, rồi vô hoạt enzyme o 10 phút, 89 C, làm nguội, lọc thô, lọc tinh, Khảo sát hàm lƣợng vitamin C Khảo sát hàm lƣợng acid tổng Khảo sát hàm lƣợng dịch thu đƣợc Chọng nồng độ phù hợp Sơ đồ 2.7. Sơ đồ xác định nồng độ enzyme pectinase thích hợp 2.2.9. Thí nghiệm 2.2 xác định thời gian ủ enzyme pectinase Mục đích: Tìm ra thời gian xử lý enzym thích hợp. Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 5 nghiệm thức lặp lại 3 lần. Số nghiệm thức: 5×3=15. Yếu tố cố định: - Nồng độ enzym lấy thông số của thí nghiệm 2. làm cơ sở - pH đƣợc chỉnh về 4.5. - Nhiệt độ 45oC. 52
72. - Khối lƣợng thịt quả 400g Yếu tố khảo sát: Thời gian lần lƣợt là: 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút Chỉ tiêu theo dõi: Xác định hàm lƣợng vitamin C, axit tổng, lƣợng dịch quả thu hồi. Cách tiến hành: Thanh long sau khi bỏ vỏ, rửa sạch lần lƣợt đƣợc xay nhuyễn Cân thành khối lƣợng 400g trong cốc thủy tinh rồi tiến thành điều chỉnh pH 4.5. Sau đó, bổ sung enzyme pectinase với nồng độ thích hợp ở thí nghiệm 2.1 rồi đậy miệng cốc bằng giấy bạc Đem ủ trong tủ ấm 45oC, thời gian lần lƣợt 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút. Đem đi lọc thu dịch quả và so sánh kết quả. 53
73. Thanh long Xử lý sơ bộ Hiệu chỉnh pH4.5, xoay nhuyễn, cân định lƣợng 400g/ mẫu, bổ sung enzyme pectinase theo nồng độ thích hợp ở TN2.1 o Ủ ở nhiệt độ 45 C, với thời gian đƣợc khảo xát nhƣ sau 20 phút 30 phút 40 phút 50 phút 60 phút o Vô hoạt enzyme 10 phút, 89 C, làm nguội, lọc thô, lọc tinh, Khảo sát hàm lƣợng vitamin C Khảo sát hàm lƣợng acid tổng Khảo sát hàm lƣợng dịch thu đƣợc Chọn thời gian thích hợp Sơ đồ 2.8. Sơ đồ xác định thời gian ủ enzyme thích hợp 2.2.10. Thí nghiệm 2.3 xác định nhiệt độ ủ enzyme pectinase Mục đích: tìm ra nhiệt độ xử lý thích hợp. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu 8tố, 6 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần. Số nghiệm thức: 6×3= 18. 54
74. Yếu tố cố định: - Nồng độ enzym lấy thông số của thí nghiệm 2.1 làm cơ sở - pH đƣợc chỉnh về 4.5. - Thời gian lấy thông số của thí nghiệm 2.2 - Khối lƣợng thịt quả 400g. Yếu tố khảo sát: nhiệt độ trong tủ ấm lần lƣợt là 35oC, 40oC, 45oC, 50oC, 55oC, 60 oC Chỉ tiêu theo dõi: Xác định lƣợng dịch ép thu hồi. Hàm lƣợng vitamin C, đƣờng tổng và axit tổng Cách tiến hành: Thanh long sau khi bỏ vỏ, rửa sạch lần lƣợt đƣợc xay nhuyễn Cân thành khối lƣợng 400g trong bịch nylon rồi tiến thành điều chỉnh pH 4.5 Sau đó, bổ sung enzyme pectinase với nồng độ thích hợp ở thí nghiệm 2.2.7 rồi đậy miệng cốc bằng giấy bạc. Đem ủ trong tủ ấm lần lƣợt các nhiệt độ 35oC, 40oC, 45oC, 50oC, 55oC, 60oC. Ở thời gian cố định ở thí nghiệm 2.2.8. Đem đi lọc thu dịch quả và so sánh kết quả. 55
75. Thanh long Xử lý sơ bộ Hiệu chỉnh pH4.5, xay nhuyễn, cân định lƣợng 400g/ mẫu, bổ sung enzyme pectinase theo nồng độ thích hợp ở TN2.1 Ủ thời gian thích hợp đƣợc chọn ở TN2.2, với nhiệt độ khảo sát 35⁰C 40⁰C 45⁰C 50⁰C 55⁰C 60⁰C o Vô hoạt enzyme 10 phút, 89 C, làm nguội, lọc thô, lọc tinh, Khảo sát hàm lƣợng vitamin C Khảo sát hàm lƣợng acid tổng Khảo sát hàm lƣợng dịch thu đƣợc Chọn nhiệt độ thích hợp Sơ đồ 2.9. Sơ đồ xác định nhiệt độ ủ enzyme thích hợp 2.2.11. Thí nghiệm tối ƣu hóa nhiệt độ và thời gian ủ enzyme pectinase Các số liệu về quá trình thủy phân ở các nhiệt độ, nồng độ enzyme pectinase bổ sung, thời gian và nhiệt độ ủ thu đƣợc ở phần trên đƣợc xem xét và phân tích để lựa chọn khoảng biến thiên thích hợp sử dụng cho tối ƣu hóa, sau đó dùng phần mêm JMP 10 thiết kế bề mặt đáp ứng thu đƣợc. Kết quả tối ƣu trong bảng bề mặt đáp ứng đƣợc 56
76. thực nghiệm nhằm đảm bảo thống nhất giữa lý thuyết tối ƣu và thực tế trƣớc khi rút ra kết luận cuối cùng về các thông số của quá trình thủy phân. Bảng 2.2. Bảng thiết kế bề mặt đáp ứng 2 yếu tố nhiệt độ và thời gian ủ enzyme 57
77. . 2.2.12. So sánh 2 phƣơng pháp tách thịt quả thanh long bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng và xử lý enzyme pectinase Dịch quả thanh long đƣợc tách bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng với các thông số tối ƣu thích hợp để đƣa ra lƣợng dịch chất lƣợng so với dịch đƣợc tách bằng phƣơng pháp xử lý enzyme pectinase. Bằng thực nghiệm và bằng xử lý thống kê JMP, nhằm đánh giá việc tách và thu hồi dịch quả bằng phƣơng pháp lạnh đông – vi sóng. 2.3. Các phƣơng pháp phân tích đã áp dụng Hàm lƣợng vitamin C Hàm lƣợng acid tổng Đánh giá hiệu suất thu hồi dịch 2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu Các thí nghiệm đƣợc thực hiện song song ba lần, mỗi lần ba mẫu, các sai số ở số liệu thô đƣợc loại bỏ theo nguyên tắc thống kê, phân tích phƣơng sai ANOVA một yếu tố kiểm tra sự khác biệt giữa ba lần lặp lại, nếu không có sự khác biệt thì lấy giá trị trung bình. Phân tích ANOVA nhiều yếu tố đƣợc áp dụng để làm rõ ảnh hƣởng của các yếu tố khác nhau đến quá trình thủy phân thực hiện, số liệu phân tích đƣợc sử dụng để tính toán và vẽ đồ thị trên phần mêm Excel hoặc JMP 10. Phần nghiên cứu tối ƣu hóa đƣợc thiết lặp và thiết kế phân tích bề mặt đáp ứng. 58
78. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 3.1. Khảo sát nguyên liệu thanh long ruột trắng Bình Thuận Thành phần nguyên liệu quyết định tới chất lƣợng nguyên liệu và cũng là yếu tố quyết định đến chất lƣợng sản phẩm. Để sản phẩm đƣợc ngƣời tiêu dùng chấp nhận thì việc tạo ra sản phẩm phù hợp với yêu cầu, đạt tiêu chuẩn và hơn hết việc tạo ra sản phẩm có chất lƣợng là điều rất cần thiết. Chính vì vậy, trong sản xuất sản phẩm thực phẩm không thể thiếu quá trình khảo sát các thành phần nguyên liệu. Qua quá trình khảo sát thành phần hóa học trong nguyên liệu thanh long mà chúng tôi chọn, ta thu đƣợc bảng giá trị nhƣ sau: Bảng 3.1: Bảng thể hiện giá trị các thành phần hóa học trong thanh long Bình Thuận của khảo sát. Chỉ tiêu Giá trị Độ ẩm (%) 82.99 – 84.5 Vitamin C (%) 0.0093 Acid tổng (g/100g) 0.499 Trong một vài nghiên cứu khác, cũng nguồn nguyên liệu thanh long từ Bình Thuận đã khảo sát đƣợc hàm lƣợng các thành phần hóa học có trong nguyên liệu nhƣ sau: Bảng 3.2: Thành phần sinh hóa quả thanh long phân tích tại Bộ môn Sinh lý - Sinh hóa và Bộ môn Thủy Nông thuộc Đại học Nông Lâm TP. HCM. Thành phần Trong 100g ăn đƣợc Brix 13 Đƣờng khử (g) 6.1 59