So sánh phương pháp làm lạnh lạnh đông

Hiện nay, trên thị trường xuất hiện 1 dòng tủ mới là Tủ cấp đông nhanh. Đây dòng tủ mới và có những tính tăng ưu việt cho quá trình cấp đông các loại thực phẩm, hải sản và các sản phẩm khác. Tuy nhiên, dòng sản phẩm nay đang bị nhầm lẫn sang dòng tủ cấp đông chậm hay còn gọi là tủ trữ đông.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giúp các bạn phân biệt sự khác nhau của quá trình cấp đông nhanh và cấp đông chậm.

Cấp đông nhanh [Quick Freezing] là phương pháp giúp cho các loại thực phẩm như cá, thịt,... rơi vào trạng thái đông lạnh một cách nhanh chóng, nhanh hơn nhiều so với chế độ cấp đông chậm thông thường. Nhiệt độ cấp đông nhanh là từ -25 đến -40 độ c và thời gian cấp đông nhanh là 1-2 giờ/ mẻ tùy sản phẩm. Sau thời gian cấp đông nhanh thì tâm sản phẩm sẽ đạt -15 độ.

Công nghệ này giúp cho sản phẩm được cấp đông giữ được đến 90% độ tươi ngon và tăng 3-5 lần thời gian bảo quản so với cấp đông chậm. Các sản phẩm cấp đông chậm không bị phân hủy các thớ liên kết từ đó giữ nguyên được dinh dưỡng. Công nghệ này đang áp dụng rất nhiều cho cấp đông thịt cá, nông sản và các sản phẩm khác.

2. Cấp đông chậm là gì

Cấp đông chậm là quá trình cấp đông sản phẩm trong thời gian dài và thường là trong 1 ngày. Nhiệt độ cấp đông thường là -15 đến -18 độ c. Do quá trình cấp đông chậm nên sản phẩm không giữ được độ tươi ngon như ban đầu và một thành phần trong sản phẩm đã biến chất, chuyển sang thể khác dẫn đến một số thành phần bị mất và làm giảm thời gian bảo quản.

3. Sự khác biệt giữa chế độ cấp đông nhanh và cấp đông chậm

Hầu hết, khi lưu trữ thực phẩm trong ngăn đông chậm thông thường thì sẽ mất một khoảng thời gian dài để làm đông. Điều này, tạo điều kiện cho các tinh thể nước đá phát triển to ra, vô tình làm cho những cạnh sắc nhọn của tinh thể đâm toạc màng tế bào trên thực phẩm. Từ đó, khi rã đông thực phẩm mất nhiều dinh dưỡng, kết cấu dai và nhạt hơn trước.

Còn đối với chế độ cấp đông nhanh thì thời gian làm đông khá nhanh, nên các tinh thể nước đá không thể phát triển, từ đó thực phẩm được lưu trữ vẫn giữ đúng dinh dưỡng, hình dáng.

Ngoài ra, chế độ cấp đông nhanh còn ức chế sự phát triển của vi khuẩn, tạo điều kiện cho enzym biến đổi thực phẩm ngắt hoạt hóa. Điều này, giúp thực phẩm bảo quản được lâu hơn, khoảng 6 - 12 tháng.

1. Nguyễn Tân Dũng [chủ biên], Quá trình và Thiết bị trong CNHH&TP, Công nghệ lạnh ứng dụng trong sản xuất nước đá, đá khô và nước giải khát, NXB ĐHQG Tp.HCM, năm 2008. //sachweb.com/sach-giao-trinh-m4/sach-truong-dai-hoc-su-pham-ky-thuat-tphcm-64/sach-cong-nghe-lanh-ung-dung-trong-san-xuat-nuoc-da-da-kho-va-nuoc-giai-khat-e1413/

• 1. 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
• 3. 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
• 5. 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.
• 7. 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
• 8. 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
• 9. 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
• 10. 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 -100 o 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
• 41. 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 0 C. Tuy nhiên, ngay cả ở nhiệt độ –400 C 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 1,84o C. 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.
• 42. 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
• 43. 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.
• 44. 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 -9o C đến -18o C, 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 ≤ - 35o C 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 [- 196o C] 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
• 45. 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 ÷ -10o C, 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 ÷-40o C thì số tinh thể đá tạo thành sẽ nhiều do kích thƣớc tinh thể đá nhỏ chỉ khoảng 5 ÷ 10 µm còn nếu tql = -80o 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 -30o C 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 -30o C 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 o C 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
• 46. 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
• 47. 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
• 48. . 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.
• 49. 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
• 50. 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
• 51. 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
• 52. 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:
• 53. 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.
• 54. 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 – 50o C 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 45o C. - 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