Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm

Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LÊ TRUNG HẬU MSSV: 2021480 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG VITAMIN C TRONG KHÓM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn TRẦN THANH TRÚC NĂM 2007 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 1 LỜI CẢM TẠ Sau ba tháng nghiên cứu đề tài luận văn tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đến hôm nay đã hoàn thành quá trình nghiên cứu và thu được kết quả. Chân thành cảm ơn cô Trần Thanh Trúc đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt kiến thức, những kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn thầy Lý Nguyễn Bình, trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Mười đã luôn quan tâm, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn thầy cố vấn học tập Nhan Minh Trí đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn. Cảm ơn các bạn cùng lớp Công nghệ thực phẩm K28 đã giúp đỡ và đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Kính chúc quý thầy cô và các bạn luôn vui và thành công! Chân thành cảm ơn! Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 2 TÓM LƯỢC Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt lên sự phân hủy vitamin C trong khóm. Thí nghiệm được tiến hành trên cơ sở thay đổi nhiệt độ và thời gian xử lý, từ đó rút ra động học sự phân hủy vitamin C trong khóm. Động học sự phân hủy vitamin C trong khóm sau quá trình xử lý ở các chế độ xử lý nhiệt kết hợp với bổ sung hóa chất (đường, muối Calcium) cũng được khảo sát. Kết quả nghiên cứu cho thấy: - Động học sự phân hủy vitamin C trong khóm tuân theo phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model), nghĩa là vitamin C trong khóm tồn tại ở hai dạng: dạng bền nhiệt và dạng không bền nhiệt. - Khi nhiệt độ càng tăng thì tốc độ phân hủy vitamin C càng lớn, hàm lượng vitamin C còn lại giảm thấp. Đồ thị tương quan giữa ảnh hưởng của nhiệt độ (T) đến hằng số phá hủy vitamin C (k) khi xử lý nhiệt khóm ở các chế độ nhiệt khác nhau tuân theo phương trình bậc 1: lnk = -3782,4( T 1 ) +8,2599 với R2 = 0,9196. - Nồng độ muối CaCl2 bổ sung trực tiếp càng cao thì hàm lượng vitamin C mất mát càng giảm, nhưng nồng độ Calcium bổ sung vượt qua ngưỡng nồng độ tối thích cho hoạt động của enzyme PME (0,05% - 0,15%) thì khả năng hạn chế sự mất mát vitamin C sẽ giảm thấp. Nồng độ muối CaCl2 bổ sung 0,15% có khả năng ngăn cản sự phá hủy vitamin C tốt nhất. - Đường có khả năng hạn chế sự phá hủy hàm lượng vitamin C trong quá trình xử lý nhiệt, điều này thể hiện ở hằng số tốc độ k nhỏ và tỉ lệ hàm lượng vitamin C tương đối còn lại sau khi xử lý nhiệt cao ở cùng nhiệt độ xử lý. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 3 MỤC LỤC CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .............................................................. 2 2.1 Sơ lược về nguyên liệu ...................................................................................... 2 2.1.1 Giới thiệu về khóm ...................................................................................... 2 2.1.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu khóm................................................. 2 2.1.3 Nguồn gốc và phân loại khóm ..................................................................... 3 2.1.4 Thu hoạch và chế biến khóm ....................................................................... 4 2.2 Các thành phần bổ sung trong quá trình xử lý nhiệt ............................................ 5 2.2.1 Đường .......................................................................................................... 5 2.2.2 Muối Calcium .............................................................................................. 5 2.3 Sự biến đổi của vitamin C trong quá trình chế biến ........................................... 6 2.3.1 Giới thiệu .................................................................................................... 6 2.3.2 Vai trò của vitamin C.................................................................................. 7 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi hàm lượng vitamin C trong quá trình chế biến ................................................................................................................ 9 2.4 Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo nhiệt độ ................ 11 2.4.1 Phản ứng bậc một........................................................................................ 11 2.4.3 Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ (k) vào nhiệt độ (T) ................................ 13 2.5 Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự thay đổi chất lượng rau quả .............................................................................................................14 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN - PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .................15 3.1 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................... 15 3.1.1 Thời gian và địa điểm ................................................................................. 15 3.1.2 Nguyên liệu................................................................................................. 15 3.1.3 Dụng cụ ....................................................................................................... 15 3.1.4 Hóa chất ...................................................................................................... 15 3.2 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 15 3.2.2 Phương pháp phân tích ............................................................................... 15 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 4 3.2.3 Phương pháp thí nghiệm............................................................................. 15 3.3 Nội dung và bố trí thí nghiệm.............................................................................. 16 3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo các quá trình xử lý nhiệt khác nhau .................................................16 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau khi bổ sung muối Calcium ở các nồng độ khác nhau..........................17 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THẢO LUẬN ...............................................................20 4.1 Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm theo các quá trình xử lý nhiệt khác nhau............................................................................20 4.2 Động học ảnh hưởng của nồng độ muối CaCl2 bổ sung trực tiếp đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau .........24 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...............................................................28 5.1 Kết luận..........................................................................................................28 5.2 Đề nghị...........................................................................................................28 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................29 PHỤ LỤC..................................................................................................................vii PHỤ LỤC 1: Phương pháp phân tích hàm lượng vitamin C......................................... vii PHỤ LỤC 2:Kết quả đo hàm lượng vitamin C và tỉ lệ hàm lượng vitamin C tương đối trong khóm ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau (thí nghiệm 2).................viii PHỤ LỤC 3: Phương pháp xác định R2 và độ lệch chuẩn SD ............................xii PHỤ LỤC 4: Kết quả thống kê sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau .........................................................................xiii PHỤ LỤC 5: Hình nguyên liệu khóm và dụng cụ, thiết bị tiến hành thí nghiệmxviii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 5 DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 1: Công thức cấu tạo của vitamin C..................................................................7 Hình 2: Sơ đồ phản ứng giữa acid ascorbic và quinon ..............................................10 Hình 3: Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo phản ứng bậc một ...............................................................................................12 Hình 4: Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C theo phản ứng bậc một chuyển đổi một phần ....................................................................................13 Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng.................................14 Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm phân tích động học sự thay đổi hàm lượng của khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau .....................................................................................17 Hình 7: Sơ đồ thí nghiệm động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các điều kiện xử lý khác nhau....................................................................................18 Hình 8: Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau ..........................................................................................................22 Hình 9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ (T) đến hằng số phá hủy vitamin C (k) trong trường hợp xử lý nhiệt khóm ở các chế độ nhiệt khác nhau.......................23 Hình 10: Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau có bổ sung CaCl2 trực tiếp...............................................................26 Hình 11: Mối quan hệ giữa nhiệt độ xử lý và nồng độ CaCl2 sử dụng đến sự thay đổi tốc độ phá hủy vitamin C...........................................................................................xviii Hình 12: Nguyên liệu khóm ban đầu sử dụng tiến hành thí nghiệm .........................xviii Hình 13: Mẫu khóm được xử lý trong dung dịch CaCl2............................................xviii Hình 14: Mẫu khóm tươi và mẫu khóm sau khi gia nhiệt .........................................xviii Hình 15: Dụng cụ đo nhiệt độ trung tâm ...................................................................xix Hình 16: Ống chứa mẫu được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt (Waterbath) ............xix Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 6 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của khóm tính trên 100g ăn được ...............................3 Bảng 2: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model) của sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau.....................................................20 Bảng 3: Phương trình động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm theo nhiệt độ và thời gian ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau ......................................20 Bảng 4: Hàm lượng vitamin C còn lại sau quá trình xử lý nhiệt ở các nhiệt độ xử lý khác nhau: 800C, 850C, 900C .....................................................................................21 Bảng 5: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần của sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm khi xử lý nhiệt ở các chế độ khác nhau ...................................................................................................................24 Bảng 6: Phương trình động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm khi xử lý nhiệt ở các chế độ khác nhau............................................................................25 Bảng 7: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C tương đối trong khóm sau khi gia nhiệt ở 80oC với các nồng độ CaCl2 bổ sung khác nhau ....................................................viii Bảng 8: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm sau khi gia nhiệt ở 850C với các nồng độ CaCl2 bổ sung khác nhau.................................................................ix Bảng 9: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C tương đối trong khóm sau khi gia nhiệt ở 900C với các nồng độ CaCl2 bổ sung khác nhau ....................................................x Bảng 10: Thông số động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau xii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 7 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm rau quả xuất khẩu ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ. Vì thế, việc đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau khi chế biến là rất cần thiết để hạn chế tối đa hàm lượng dinh dưỡng mất đi và giữ được đặc tính cảm quan đặc trưng cho sản phẩm. Khóm là loài cây có hiệu quả kinh tế cao, quả khóm không chỉ phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ tươi trong nước mà còn là thế mạnh xuất khẩu của Việt Nam. Các mặt hàng khóm xuất khẩu ở nước ta rất phong phú và đa dạng: khóm đóng hộp, khóm đông lạnh, đồ hộp khóm nước đường, các sản phẩm nước trái cây, jam hay jelly từ khóm…Vì vậy, việc hạn chế tổn thất dinh dưỡng trong chế biến khóm và nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm để tạo thế mạnh mở rộng thị trường xuất khẩu, đồng thời đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Các quá trình xử lý nhiệt trong chế biến khóm đóng hộp có ảnh hưởng mạnh mẽ đến giá trị dinh dưỡng và tính chất cảm quan của sản phẩm sau khi bảo quản và tiêu thụ. Quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao là một trong những nguyên nhân gây ra sự biến đổi cấu trúc, màu sắc và giá trị dinh dưỡng. Chính vì vậy, muốn ổn định chất lượng sản phẩm đóng hộp thì cần phải tiến hành nghiên cứu chi tiết và đưa ra các chế độ xử lý tối ưu nhất. Quá trình xử lý nhiệt độ và hóa chất được tiến hành nhằm cải thiện cấu trúc và thời gian bảo quản của khóm miếng trong chế biến sản phẩm khóm đóng hộp. Tuy nhiên, sự cải thiện về cấu trúc và kéo dài thời gian bảo quản có thể là nguyên nhân tạo nên mối nguy về biến đổi giá trị dinh dưỡng, mà chủ yếu là sự thay đổi vitamin C do tác động nhiệt. Vì vậy, nghiên cứu “Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm” được thực hiện. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu tác động của nhiệt độ đến sự thay đổi chất lượng (thể hiện qua sự thay đổi hàm lượng vitamin C) trong khóm, trên cơ sở phân tích động học. Từ đó, tìm ra quy luật của sự biến đổi vitamin C trong khóm theo nhiệt độ. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 8 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1.1. Giới thiệu về khóm Cây khóm có tên khoa học là Ananas comosus L. Merr, là một trong những loại trái cây nhiệt đới có giá trị kinh tế cao. Cây khóm được trồng phổ biến ở Việt nam. Ở đồng bằng sông Cửu Long, khóm được trồng chủ yếu ở Long An, Tiền Giang, Cần Thơ, Kiên Giang. Khóm là một trong ba loại quả nhiệt đới có giá trị kinh tế cao, được trồng và sử dụng rộng rãi không chỉ ở Việt Nam mà còn phổ biến trên thế giới (Bartholomew et al., 2003). Hơn 70% sản lượng khóm sau thu hoạch ở các nơi trên thế giới được sử dụng để ăn tươi, lượng khóm này còn được sử dụng trong chế biến các sản phẩm xuất khẩu. Khóm thích hợp với điều kiện nhiệt độ và ẩm độ cao, sợ rét và sương muối, trong điều kiện thích hợp có thể sinh trưởng quanh năm. Khóm là loại cây ăn quả không kén đất (Chan et al., 2003). Ở đồng bằng sông Cửu Long, khóm là cây tiên phong đi mở đường cho các loại hoa màu và các cây trồng khác như mía, chuối, cam, đậu…trên đất phèn. Quả khóm là một trong các loại quả có hương thơm ngon và giàu chất dinh dưỡng, có nhiều công dụng. 2.1.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu khóm Trong thành phần dinh dưỡng của khóm hầu như không chứa tinh bột và vitamin D, trong khi hàm lượng các loại vitamin khác đều hiện diện đủ, đặc biệt vitamin C chiếm một tỷ lệ tương đối cao. Các thành phần hóa học cơ bản của khóm được tổng hợp ở bảng 1. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 9 Bảng 1: Thành phần hóa học của khóm tính trên 100g ăn được Thành phần g/ 100g ăn được Nước 90,5 Protein tổng số 0,8 Protein thực vật 0,8 Glucid tổng số 6,5 Cellulose 0,8 Chất tro 0,4 Khoáng mg/ 100g ăn được Calcium 15 Sắt 0,5 Photpho 17 Magiê 22 Kali 166,9 Kẽm 0,26 Natri 26,7 Mangan 0,11 Vitamin mg/100g ăn được Acid ascorbic 24 β - caroten 0,13 Acid folic (Bc) 0,0025 Vitamin PP 0,2 Thiamin (B1) 0,08 Riboflavin (B2) 0,02 Acid pantothenic (B3) 0,0075 Vitamin B6 0,09 Nguồn: Viện dinh dưỡng, 1995 2.1.3. Nguồn gốc và phân loại khóm Cây khóm có nguồn gốc ở Nam Mỹ, chủ yếu ở miền Nam Braxin, miền Bắc Achentina và Paragoay (Rohrbach et al., 2003). Khóm thuộc họ Bromeliaceae, chi Ananas( linn) merr. Có ba nhóm chính là: nhóm Cayenne, nhóm Queen, nhóm Spanish (Coppens d’Eeckenbrugge et al., 2003). Nhóm Cayenne: Khóm thuộc nhóm này có lá dài, phần lớn lá không có gai, chỉ một số có gai ở đầu chóp lá. Lá có phiến dày, lòng phiến lá sâu, có thể dài 100cm. Hoa có màu xanh nhạt hơi đỏ. Quả có dạng hình trụ, mắt rất nông. Quả nặng bình quân 1,2- 2 kg, rất phù hợp cho chế biến làm đồ hộp. Khi chưa chín quả có màu xanh đen, sau đó chuyển dần sang màu đỏ cho đến lúc chín hoàn toàn có màu hơi Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 10 pha đồng. Cây có tốc độ sinh sản yếu, trung bình chỉ có 1- 2 chồi từ gốc trong năm. Trong điều kiện chăm sóc kém có thể không có chồi cuống. Quả khóm Cayenne chứa nhiều nước và vỏ mỏng nên rất dễ thối khi vận chuyển xa. Nhóm Queen: Khóm thuộc nhóm này có cấu tạo lá hẹp, cứng, có nhiều gai ở mép. Hoa có màu xanh hồng, quả có nhiều mắt, mắt nhỏ, lồi, cứng nên tương đối dễ vận chuyển. Thịt quả vàng, ít nước và có vị thơm hấp dẫn. Ưu điểm của nhóm này là không kén đất, có thể trồng trên các loại đất nghèo chất dinh dưỡng. Nhóm Queen cho chất lượng tốt với độ ngọt cao, độ acid thấp so với nhóm Cayenne và ít chất xơ. Thịt quả giòn có màu sắc và hương vị tốt, thích hợp cho nhu cầu ăn tươi. Nhược điểm là quả bé, khối lượng bình quân chỉ đạt từ 500 ÷700g, chăm sóc kém thì quả chỉ nặng khoảng 300g. Dạng quả hơi bầu dục, khó thao tác trong khi chế biến. Thịt quả có nhiều khe hở không chặt. Chính vì thế, khi chế biến đồ hộp rất khó đạt tiêu chuẩn về tỉ lệ khối lượng cái/ nước, hạn chế khả năng xuất khẩu. Nhóm Spanish: Lá mềm dài, mép lá cong hơi ngả về phía lưng. Quả ngắn kích thước to hơn so quả của nhóm Queen nhưng bé hơn nhóm Cayenne. Khối lượng quả trung bình xấp xỉ 1 kg. Khi chín vỏ quả có màu nâu đỏ, sẫm hơn nhiều so với quả Cayenne. Quả có hình dạng hơi cân đối, hơi hình trụ. Thịt quả màu vàng trắng không đều, mắt quả sâu vị hơi chua. Chồi ngọn nhất là chồi cuống nhiều làm ảnh hưởng đến phẩm chất quả. Các giống khóm trong nhóm này có đặc điểm là dễ trồng, chịu được bóng nhưng vì phẩm chất kém nên chỉ sử dụng chủ yếu trong vườn gia đình, không nên trồng tập trung thành vùng lớn (Nguồn: Đường Hồng Dật, 2003) 2.2.4. Thu hoạch và chế biến khóm
Thu hoạch khóm Khóm được thu hoạch đúng thời điểm để đảm bảo giá trị kinh tế và đảm bảo năng suất của sản phẩm. Thu hoạch quả muộn thì khóm dễ bị thối nát bầm dập do chín rất nhanh. Tuy nhiên, nếu thu hoạch quả sớm, sản phẩm có hàm lượng đường thấp, chất lượng quả không đảm bảo, giá trị thương phẩm thấp. Chính vì vậy, khóm cần phải được thu hoạch đúng lúc để đảm bảo chất lượng. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra những căn cứ nhằm xác định thời điểm thu hoạch quả đúng lúc: + Dựa vào màu sắc và hình thái quả: Khi quả mới được tượng hình có màu đỏ, sau chuyển từ từ sang màu xanh đậm, xanh nhạt và tiếp tục chuyển dần sang vàng hoe cho đến khi chín hoàn toàn thì có màu vàng đỏ. Thời gian thu hoạch quả tốt nhất là khi quả có màu xanh nhạt và một vài mắt ở đáy có màu vàng hoe. Về hình thái lúc già, mắt bắt đầu căng ra, nhân dân quen gọi là “khóm mở mắt” theo trình tự từ Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 11 cuống lên đỉnh quả. Khi số mắt đã mở hết là lúc quả đã già. Thu hoạch quả ở giai đoạn này là tốt nhất, quả đảm bảo chất lượng. Tuy nhiên, việc thu hoạch chỉ dựa vào màu sắc có thể mắc một số sai lầm như nhóm Cayenne đến lúc chín vỏ quả vẫn còn xanh. Thêm vào đó, sự thay đổi màu vỏ còn tùy thuộc vào loại khóm, lượng mưa, mùa, khí hậu và điều kiện đất đai (Smith, 1984) + Căn cứ vào độ nhớt của quả: Khi quả còn non xanh, quả có độ nhớt rất cao, càng về già độ nhớt càng giảm. Để xác định đúng thời gian thu hoạch, có thể dùng dao cắt ngang quả, nếu thấy trên mặt dao không có lớp nhựa dính như mật ong, mà chỉ hơi bị dính như nước đường pha loãng thì có thể thu hoạch. Chỉ tiêu này có độ chính xác không cao, đòi hỏi người xác định phải được rèn luyện kỹ năng tốt nên ít khi được áp dụng. + Dựa vào thời gian ra hoa đến khi chín: Một số vùng trồng khóm trên thế giới thường áp dụng phương pháp xác định ngày thu hoạch, tuy nhiên việc xác định ngày thu hoạch lại phụ thuộc rất lớn vào vùng trồng trọt, thời tiết và phụ thuộc vào mỗi giống khóm khác nhau, giai đoạn cây mang quả....(Dull, 1971)
Chế biến khóm Ngoài việc dùng để ăn tươi, khóm còn được sử dụng trong chế biến thành nhiều loại sản phẩm. Hiện nay, ở nước ta khóm được chế biến chủ yếu để xuất khẩu dưới hai dạng cơ bản là khóm đóng hộp (dạng khoanh, dạng rẻ quạt...) và nước khóm cô đặc (Công ty XNK rau quả Kiên Giang, Công ty rau quả Long Định, Tiền Giang) 2.2. CÁC THÀNH PHẦN BỔ SUNG TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT 2.2.1. Đường Trong quá trình chế biến các sản phẩm khóm đóng hộp, người ta thường bổ sung đường với mục đích chủ yếu là điều chỉnh vị, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Đường thêm vào phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn chất lượng của từng loại sản phẩm. Thông thường, người ta thường sử dụng loại đường saccharose được sản xuất từ mía. 2.2.2. Muối Calcium Thường sử dụng nhất là muối CaCl2, nhằm làm tăng độ rắn chắc cho sản phẩm (Ng A, Waldron, 1997). Trong môi trường nước, CaCl2 hòa tan thành ion Ca2+ và ion Cl-. Khi ngâm nguyên liệu vào trong dung dịch thì ion Ca2+ sẽ khuếch tán vào trong nguyên liệu làm cho nguyên liệu có cấu trúc cứng hơn. Trong phần vỏ của tế bào thực vật có enzyme PME, với sự có mặt của ion kim loại sẽ kích hoạt enzyme này. Enzyme PME có tính đặc hiệu cao đối với nhóm methyl esterase của polygalacturonic. PME sẽ tấn công vào đầu không khử và gần với nhóm carboxyl tự do và tiến dọc theo phân tử bằng cơ chế duỗi đơn, tạo ra các khối acid Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 12 galacturonic không bị ester hóa. Các acid này liên kết với Ca2+ tạo nên độ rắn chắc cho nguyên liệu (Van Buren, 1979), nhờ đó sự mất mát chất dinh dưỡng hòa tan trong nước được hạn chế. Nghiên cứu về ảnh hưởng của việc bổ sung ion Ca2+ đến chất lượng của quá trình xử lý nhiệt trong sản xuất sirô ổi, kết quả cho thấy sự gia tăng cấu trúc cứng và tính dai của sản phẩm là do phản ứng giữa thành phần pectin của trái cây và Calcium thêm vào, hình thành pectat calci. Ổi được bổ sung Calcium lactate với nồng độ cô đặc 0,05mol/ L để có được cấu trúc cứng và dai hơn trái cây tươi (Sato, Eliana & Cunha, 2004). Trong nghiên cứu về hàm lượng CaCl2 bổ sung vào sản phẩm hạt tiêu (Pepper rings) cho thấy hàm lượng CaCl2 được sử dụng bổ sung vào là 0,2% để trong sản phẩm cuối cùng có thể đạt được là 0,08% hàm lượng CaCl2 (Gu, Howard, and Wagner, 1994) và sản phẩm duy trì cảm quan cao, mất mát chất dinh dưỡng ít. 2.3. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA VITAMIN C TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN 2.3.1. Giới thiệu về vitamin C Vitamin C (acid ascorbic) ở dạng tinh thể trắng, có vị chua, dễ tan trong nước, khó tan trong rượu methanol, ethanol, không tan trong benzen, toluen, ester, cloroform. Là một chất khử oxy hóa rất mạnh, đặc tính này sử dụng rất nhiều trong kỹ nghệ chế biến thực phẩm. Vitamin C không có mùi, có vị chua của acid, tinh thể màu trắng, ở dạng khô vitamin C tương đối bền nhưng khi hòa tan trong nước dễ bị phá hủy bởi sự oxy hóa, nhất là tiếp xúc với không khí và nhiệt độ. Sự oxy hóa diễn ra càng nhanh nếu có sự hiện diện của vài ion kim loại như sắt, đồng hay ở môi trường kiềm. Ở nhiệt độ thấp vitamin C khá bền nếu có sự hiện diện của những hợp chất chống oxy hóa hoặc những chất khử oxy. Tính khử của vitamin C phụ thuộc vào sự có mặt của nhóm dienol trong phân tử của nó. Chính vì vậy mà dung dịch Fehling, bạc Nitrat hoặc một số hợp chất có màu, đặc biệt là chất 2,6-diclorophenolindophenol bị khử bởi acid ascorbic ngay ở nhiệt độ thường. Tính chất chống oxy hóa của acid ascorbic được áp dụng nhiều trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Dựa vào tính chất chống oxy hóa của acid ascorbic, người ta thường thêm nó vào dịch quả để ngăn cản quá trình sẫm màu của quả. Tính acid của quả là một yếu tố bảo vệ vitamin C. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 13 Trong tự nhiên, vitamin C hiện diện dưới 3 dạng phổ biến là acid ascorbic, acid dehydroascorbic và dạng liên kết ascorbigen. Vitamin C trong tự nhiên đều có cấu hình L. (Lê Ngọc Tú, 2004) Hình 1: Công thức cấu tạo của vitamin C Nguồn: Hoàng Kim Anh, 2005 Trong đó dạng khử (C6H8O6) rất dễ bị oxy hoá khi tiếp xúc với môi trường xung quanh. Còn dạng oxy hoá (C6H6O6) tương đối bền hơn trong đó phân tử acid ascorbic bị mất 2 nguyên tử hydro. Dạng ascorbigen của vitamin C là dạng liên kết với polypeptid hay Fe và acid nucleic, hoặc với polyphenol. Trong thực vật, dạng ascorbigen chiếm đến 70% tổng hàm lượng vitamin C, có đặc tính bền với các chất oxy hóa nhưng hoạt tính chỉ bằng một nửa của vitamin C tự do. Cho đến nay, đã có 14 đồng phân và đồng đẳng của vitamin C có hoạt tính chống bệnh hoại huyết và 15 chất đồng phân không có hoạt tính được phát hiện. Các chất này phân biệt nhau bởi số lượng nguyên tử cacbon, sự sắp xếp của các nhóm nguyên tử ở các nguyên tử cacbon bất đối xứng và dạng khử hoặc dạng oxy hóa (Lê Ngọc Tú, 2004). 2.3.2. Vai trò của vitamin C  Đối với cơ thể người Vitamin C được xem như thành phần hữu hiệu chữa bệnh Scorbut (bệnh xuất huyết dưới da). Các nghiên cứu khoa học ngày nay đã khẳng định vai trò rất quan trọng của vitamin C đối với sức khỏe của con người. - Vitamin C còn đóng một vai trò rất quan trọng trong việc ngăn chặn quá trình sản xuất các gốc tự do, bảo vệ các acid béo không no của màng tế bào, đồng thời tác động trực tiếp trong tế bào và gián tiếp bằng cách tái tạo vitamin E, chất chống oxy hóa chính của màng tế bào. - Vitamin C kích thích quá trình tổng hợp và duy trì chất tạo keo, kết quả là tăng cường sức đề kháng và sự khỏe mạnh của các mô: da, sụn, dây chằng, thành mạch Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 14 máu (nhất là mao mạch), răng xương (không có vitamin C thì khi bị gãy xương sẽ lâu lành). - Vitamin C còn tham gia vào quá trình tổng hợp một vài chất vận chuyển trung gian thần kinh như noradrenalin, duy trì khả năng tỉnh táo, chú ý và tập trung. - Vitamin C còn tạo điều kiện cho cơ thể dễ hấp thu sắt và tăng đào thải các chất kim loại độc như chì và các chất ô nhiễm khác. Tuy nhiên, lượng thừa vitamin C trong cơ thể sẽ ức chế đặc tính hấp thu đồng. - Vitamin C còn giúp cho quá trình tổng hợp gan của carnitin, chất hữu cơ xảy ra dễ dàng và tham dự vào môi trường oxi hóa của acid béo để cung cấp năng lượng cần thiết cho hoạt động của cơ. - Là chất xúc tác cho quá trình tổng hợp các catecholamin, hormon thượng thận. Các hormon đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh rối loạn thần kinh (stress); đồng thời vitamin C còn tham gia vào cơ chế miễn dịch, chống lại nhiễm trùng vi khuẩn và virus. Chính vì thế việc tăng cường vitamin C trong cơ thể giúp củng cố sức lực và chống đỡ với mệt mỏi. - Vitamin C giữ vai trò ngăn ngừa các bệnh về tim mạch. Khi cơ thể bị thiếu vitamin C sẽ xuất hiện các triệu chứng bệnh lý như chảy máu ở lợi, răng, ở các lỗ chân lông hoặc các nội quan. Do đó, cần thiết phải bổ sung lượng vitamin C cần thiết cho cơ thể. Nhu cầu về vitamin C thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tuổi, điều kiện lao động, nghề nghiệp, khí hậu,….Người bình thường cần khoảng 80-100 (mg) vitamin C trong 24 giờ. (Nguồn : Jean – Paul Curtay Josette Lyon, 1996)  Ứng dụng trong thực phẩm Acid ascorbic được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất nước giải khát. Nó được sử dụng làm chất chống oxy hóa, cải thiện màu sắc và vị ngon của nhiều loại sản phẩm. Acid ascorbic được dùng để giảm phản ứng hóa nâu trong rau quả, sử dụng như chất trợ biến và giảm sự hình thành nitrosamine trong sản phẩm thịt đã xử lý và thịt tươi, giảm sự oxy hóa dầu mỡ . Khi các sản phẩm chế biến lần thứ 2 như nước quả hoặc nước giải khát được chế biến từ nước ép hoặc purée quả, acid ascorbic thường được thêm trong quá trình phối trộn để phục hồi những tổn thất có thể xảy ra trong suốt quá trình chế biến. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 15 2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi hàm lượng vitamin C trong quá trình chế biến Do tính chất không bền của vitamin C nên mọi quá trình bảo quản và chế biến rau quả phải được nghiên cứu đầy đủ để giữ được lượng vitamin C cao nhất trong các sản phẩm chế biến. Vitamin C ổn định trong môi trường acid tối thích ở pH= 5÷6 và đối với các tác nhân khử. Vitamin C không ổn định trong môi trường bazơ, trung tính và không bền đối với các tác nhân trong quá trình xử lý sản phẩm như: xử lý nguyên liệu, ánh sáng, nhiệt độ, pH, độ hoạt động của nước…để tránh tổn thất vitamin C cần tránh để vitamin C tiếp xúc với các tác nhân này.  Ảnh hưởng của nhiệt độ Vitamin C không bền ở nhiệt độ quá cao. Ngoài ra, ánh sáng mặt trời, nhiệt độ môi trường bảo quản rau quả cao cũng có tác động đến lượng vitamin C trong rau quả. Ở nhiệt độ bình thường trong bếp, các loại rau ăn lá nếu chờ 4 giờ mới chế biến sẽ hao mất 20% vitamin C, để một ngày mất tới 40%. Với rau quả đem phơi khô thì lượng vitamin C hầu như bị phá hủy hoàn toàn. Khi chần hay hấp nguyên liệu có chứa vitamin C trong thời gian ngắn sẽ ít tổn thất hơn trong thời gian dài. Dùng hơi nước để hấp sẽ ít tổn thất vitamin C hơn là chần thực phẩm bằng nước nóng. Khi chần dưới những điều kiện tốt nhất thì chỉ giữ lại khoảng 70 ÷ 90% vitamin C so với ban đầu. Tùy theo các công đoạn chế biến bằng cách xử lý nhiệt (chần, hấp, nấu…) mà lượng vitamin C biến đổi khác nhau. Nhìn chung, khi bảo quản ở nhiệt độ 0 ÷ 4oC sự giảm sút về vitamin C không đáng kể. Khi xử lý nhiệt độ trong chế biến trái cây và rau củ, dụng cụ chế biến bằng thiếc hay thủy tinh đều gây tổn thất hàm lượng vitamin C khá đáng kể (Nguồn: Fellow, 2000).  Ảnh hưởng của pH Môi trường pH trung tính hay kiềm (pH >7), vitamin C dễ bị phá hủy. Trong môi trường acid (pH < 7), vitamin C khá ổn định, vì vậy khi trích ly vitamin C từ các nguyên liệu, người ta thường dùng các acid tricloacetic hoặc metaphosphoric.  Ảnh hưởng của hoạt độ nước aw Vitamin C tương đối bền ở aw thấp. Khi tăng aw thì sự phân hủy vitamin C tăng nhanh do vitamin C hòa tan trong nước, aw tăng thì vitamin C càng dễ tan trong nước. Vì thế để tránh tổn thất vitamin C khi bảo quản thực phẩm người ta thường bảo quản ở nhiệt độ thấp và aw càng thấp càng tốt. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 16  Ảnh hưởng của oxy trong không khí Khi bảo quản rau quả ở nhiệt độ thấp vẫn có thể xảy ra sự oxy hóa trực tiếp vitamin C bởi oxy của không khí, mặc dầu hoạt tính của enzyme ascorbatoxydase lúc đó không đáng kể. Enzyme ascorbatoxydase xúc tác sự oxy hóa trực tiếp acid ascorbic bằng oxy là một loại enzyme chứa Cu có pH thích hợp khoảng 4,6 ÷ 6,6. Khi làm lạnh đến –200C hoạt động của enzyme sẽ bị ngừng hẳn lại.  Ảnh hưởng của ánh sáng Vitamin C bị tổn thất bởi ánh sáng vì thế thường để nước rau quả trong chai có màu. Nước cam được giữ trong chai, đậy nắp và đặt trong bóng tối sẽ giữ được gần như toàn bộ vitamin C, nhưng ngay khi mở nắp, vitamin C bị mất rất nhanh.  Ảnh hưởng của enzyme Enzyme ascorbatoxydase xúc tác sự oxi hoá trực tiếp acid ascorbic bằng oxi là một loại enzyme chứa đồng có pH thích hợp trong khoảng 4,6-6,6. Khi làm lạnh đến nhiệt độ tới -200C, hoạt động của enzyme sẽ bị ngừng hẳn lại. Một số dịch quả, người ta nhận thấy vitamin C có thể bị oxy hóa gián tiếp bởi enzyme phenoloxydase. Chính vì vậy khi có mặt vitamin C, dịch quả sẽ sẫm màu chậm hơn (do quá trình ngưng tụ các hợp chất quinon): Polyphenol + O2 quinon + H2O O O R + + OH OH R O OH HO O HO OH O OH HO O O O acid ascorbic quinon acid dehydroascorbic polyphenol Hình 2: Sơ đồ phản ứng giữa acid ascorbic và quinon Nguồn: Đồng Thị Thanh Thu, 1995 Các quinon sau đó có thể trùng hợp thành melanins tạo ra các màu nâu. Acid ascorbic có thể ức chế phản ứng hoá nâu bởi việc giảm các hợp chất quinon thành các hợp chất phenol ban đầu. Acid dehydroascorbic lại có thể bị khử bởi các hợp chất như glutation hoặc cystein theo sơ đồ sau : 2 GSH + acid dehydroascorbic G-S-S-G + acid ascorbic GSH và G-S-S- là công thức tóm tắt của glutation dạng khử và dạng oxy hóa. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 17 2.4. ĐỘNG HỌC SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG VITAMIN C CỦA KHÓM THEO NHIỆT ĐỘ Bên cạnh tác dụng cải thiện khả năng bảo quản thì quá trình xử lý nhiệt lại gây ảnh hưởng không mong muốn đến sự thay đổi chất lượng sản phẩm, điển hình là sự phá hủy các chất dinh dưỡng, vitamin trong quả (Fellow, 2000). Trong quá trình sản xuất đồ hộp thực phẩm, xử lý nhiệt là một quá trình quan trọng có tác dụng quyết định tới khả năng bảo quản và chất lượng thực phẩm. Việc xác định quá trình xử lí nhiệt nhằm kéo dài thời gian bảo quản được xác định chủ yếu bởi pH của thực phẩm. Người ta chia sản phẩm đồ hộp thành hai nhóm theo acid trong sản phẩm. Đây cũng là cơ sở cho việc lựa chọn chế độ xử lý nhiệt: nhóm sản phẩm đồ hộp không chua và ít chua có pH > 4,6 và nhóm sản phẩm đồ hộp chua có pH < 4,6 (Marcus Karel and Daryl B. Lund, 2003). Sản phẩm khóm này thuộc nhóm đồ hộp acid nên nhiệt độ thanh trùng được thực hiện ở nhiệt độ < 1000C. 2.4.1. Phản ứng bậc một Sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo nhiệt độ có thể tuân theo phương trình động học phản ứng bậc một. Trong trường hợp này, điều kiện chế biến đẳng nhiệt, quan hệ giữa hàm lượng vitamin C còn lại của khóm sau khi xử lý nhiệt (C) và thời gian xử lý nhiệt (t) được biểu diển bằng phương trình: C = C0 exp(-kt) (1) Phương trình (i) được chuyển thành dạng đường thẳng theo phương trình (2) ln (C/C0) = – kt (2) Trong đó: C: hàm lượng vitamin C của khóm thay đổi theo thời gian t (mg%). C0: hàm lượng vitamin C ban đầu của khóm (mg%). t là thời gian xử lý nhiệt (phút). k là hằng số tốc độ phân hủy vitamin C bậc một (phút-1). Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 18 Hình 3: Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo phản ứng bậc một Trong một số trường hợp, đặc biệt đối với các sản phẩm rau quả, động học sự thay đổi vitamin C đôi khi tuân theo phương trình chuyển đổi một phần, được ứng dụng trong trường hợp vitamin C trong nguyên liệu tồn tại cả hai dạng: bền nhiệt (không chịu xử lý nhiệt trong thời gian dài) và không bền nhiệt, dễ dàng bị phá hủy. Khi vitamin C trong nguyên liệu bền nhiệt và khó bị phá hủy, hàm lượng vitamin C trong nguyên liệu không đổi và được biểu diễn là C∞ ∞ − − = CC CCf o o (3) Với: f : hệ số chuyển đổi một phần C∞ : hàm lượng vitamin C còn lại sau quá trình xử lý nhiệt kéo dài. C∞ gần như bằng 0 và phương trình (3) có thể viết thành o o C CCf −= (4) Đồ thị logarithm của (1-f) theo thời gian là một đường thẳng với hằng số tốc độ (k) được biểu thị bằng giá trị âm của hệ số gốc (Levenspiel, 1972) kt C Cf o −==− ln)1ln( (5) Vậy phương trình (5) giống phương trình (1) khi C∞ gần bằng 0 Để tính toán hàm lượng vitamin C còn lại sau quá trình xử lý nhiệt kéo dài, mô hình chuyển đổi một phần sau nên được sử dụng kt CC CCf o −=      − − =− ∞ ∞ln)1ln( (6) Sự sắp xếp lại phương trình (6) sẽ thành phương trình (7) ln(C/Co) Thời gian t (phút) Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 19 kt o eCCCC − ∞∞ −+= )( (7) Hình 4: Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi vitamin C theo phản ứng bậc một chuyển đổi một phần 2.4.2. Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ (k) vào nhiệt độ (T) Dựa vào quan điểm động học (phương trình đẳng áp, đẳng tích của phản ứng hoá học), sự phụ thuộc hằng số tốc độ với nhiệt độ có thể được biểu diễn theo phương trình: dT kd ln = 2RT Ea (8) Như vậy, cũng có thể biến đổi phương trình (4) bằng cách: dlnk = dT RT Ea 2 (9) dT RT Ekd a∫ ∫= 2)ln( (10) lnk - lnko = )11(R 0TT Ea −− (11) Với To = Tref , ko = kref Hoặc lnk – lnkref = )11( TTR E ref a − (12) Trong đó: T nhiệt độ xử lý (K). k hằng số tốc độ phân hủy vitamin C (phút-1). kref hằng số tốc độ phân hủy vitamin C tại Tref (phút-1). C∞ Thời gian (phút) C/Co Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 20 R hằng số khí lý tưởng (R = 8,314 J/mol.K). Ea năng lượng hoạt hoá (kJ/mol). Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng Năng lượng hoạt hoá (Ea) là một chỉ số quan trọng trong cơ chế phản ứng cơ bản trong thực phẩm. Giá trị Ea đặc trưng cho các phản ứng có enzyme trong khi giá trị Ea cao được tìm thấy trong các phản ứng hoá học làm biến đổi protein. 2.5. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CHẤT LƯỢNG RAU QUẢ Một số nghiên cứu về quá trình xử lý nhiệt trên sản phẩm rau quả đóng hộp cho thấy kết quả có sự mất mát rất lớn về vitamin, hầu hết là thiamin (50–75%) và pantothenic acid (20–35%), đặc biệt là ascorbic acid (25-90%) (Rolls, 1998, Kiesker, 1972 and Ford et al.,1969). Đối với quá trình chần, việc bổ sung thêm Sodium carbonate (0,125%) hay Calcium oxide vào nước chần trong các sản phẩm rau quả nhằm giữ màu sắc và cấu trúc nhưng vẫn còn tạo nên sự mất mát một lượng ascorbic acid nhất định (Lazar, Lund, and Dietrich, 1971) Thông qua các quá trình xử lý nhiệt, có thể thấy hàm lượng vitamin C bị mất mát rất lớn do tác động này. Đây chính là cơ sở để đưa ra nội dung nghiên cứu cho đề tài với các nội dung nghiên cứu cụ thể: - Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau quá trình xử lý. - Ảnh hưởng của các thành phần bổ sung (muối CaCl2) đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau quá trình xử lý. - Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau quá trình xử lý ở các chế độ khác nhau thông qua hằng số tốc độ (k). 1/T ln (k) Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 21 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN - PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1. PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 3.1.1. Thời gian và địa điểm Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Thực phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh học ứng dụng. Thời gian: 26/02/2007 ÷ 25/5/2007 3.1.2. Nguyên liệu Loại khóm Queen (trái hình chóp) được thu mua ở cùng một ruộng khóm tại Vị Thanh (Hậu Giang), ở độ chín 2 (chín 25%, từ 2-3 hàng mắt). Khóm phải còn nguyên vẹn và không bị dập nát. 3.1.3. Dụng cụ - Bộ điều nhiệt (water bath) - Ống chứa mẫu bằng thép không rỉ - Nhiệt kế trung tâm - Dụng cụ thủy tinh thông thường - Cân điện tử - Microburet dùng để chuẩn độ 3.1.4. Hóa chất HCl 1% Acid oxalic 1% Dung dịch đệm Na2HPO4 và KH2PO4 2,6 diclorophenol- indophenol Muối CaCl2 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.2.1. Phương pháp phân tích Hàm lượng vitamin C được định lượng theo phương pháp Muri: Chuẩn độ bằng 2,6 diclorophenol-indophenol đến màu phớt hồng bền trong 30 giây. Vitamin C chỉ được xác định trong phần thịt quả, không lấy mẫu ở phần lõi hay mắt khóm. 3.2.2. Phương pháp thí nghiệm Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 22 Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại. Kết quả được tính toán thống kê theo chương trình Microsoft Excel, SAS 9.1. 3.3. NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 3.3.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát động học sự thay đổi vitamin C trong khóm theo các quá trình xử lý nhiệt khác nhau. i. Mục đích Tìm quy luật sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau các quá trình xử lý nhiệt khác nhau theo thời gian. Kết hợp với nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc, đưa ra chế độ xử lý nhiệt thích hợp để tạo được sản phẩm có cấu trúc tốt nhất và sự biến đổi chậm hàm lượng vitamin C nhằm giữ được giá trị dinh dưỡng cao nhất. ii. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí một nhân tố hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại. Nhân tố A: Nhiệt độ xử lý (0C), thay đổi ở 3 mức độ A1: 800C A2: 850C A3: 900C iii. Tiến hành thí nghiệm (hình 6) Khóm sau khi xử lý cơ học (cắt thành mẫu hình trụ với kích thước 20 mm x 15 mm) được đem tiền xử lý nhiệt. Sau quá trình tiền xử lý, mẫu được ngâm trong dung dịch muối CaCl2 ở nồng độ 0,5% trong thời gian 30 phút. Các mẫu khóm sau khi ngâm trong dung dịch CaCl2 sẽ được cho vào các ống hình trụ làm bằng thép không rỉ. Tiến hành xử lý nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau: 800C, 850C, 900C (sử dụng bộ điều nhiệt). Tiến hành xác định hàm lượng vitamin C còn lại trong khóm sau mỗi khoảng thời gian 1, 3, 5, 10, 20...120 phút. iv. Ghi nhận kết quả - Hàm lượng vitamin C của các mẫu khóm sau quá trình xử lý nhiệt theo thời gian. - Động học thay đổi vitamin C của khóm sau quá trình xử lý ở các chế độ nhiệt khác nhau thông qua hằng số tốc độ (k). Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 23 800C 850C 900C Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm phân tích động học sự thay đổi hàm lượng của khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau 3.3.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau khi bổ sung muối CaCl2 ở các nồng độ khác nhau. i. Mục đích Tìm quy luật sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau quá trình xử lý nhiệt đã bổ sung thêm muối CaCl2 ở các nồng độ khác nhau. ii. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại. Nhân tố B: Nồng độ muối CaCl2 sử dụng Nguyên liệu Ngâm trong dung dịch CaCl2 0,5% - 30 phút Tiền xử lý nhiệt Xử lý cơ học Xử lý nhiệt (t = 1,3,5, 10,… 120 phút) Cho khóm vào ống chứa mẫu Phân tích vitamin C Phân tích kết quả Làm nguội Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 24 B1: CaCl2 0,05% B2: 0,1% B3: CaCl2 0,15% B4: CaCl2 0,2% Hình 7: Sơ đồ thí nghiệm động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm ở các điều kiện xử lý khác nhau iii. Tiến hành thí nghiệm Nguyên liệu khóm cũng được xử lý tương tự thí nghiệm 1. Sau đó tiến hành như sơ đồ bố trí ở hình 7. Khóm sau khi xử lý cơ học (cắt thành mẫu hình trụ với kích thước 20 mm x 15 mm) được đem tiền xử lý theo chế độ kết hợp khác nhau. Sau Nguyên liệu Tiền xử lý nhiệt Xử lý cơ học Cho khóm vào ống chứa mẫu Định lượng vitamin C Phân tích động học Rót dung dịch 140Bx. Tỉ lệ cái: nước = 1: 1, có bổ sung muối Calcium. Xử lý nhiệt Làm nguội B1 B2 B3 B4 Bổ sung muối Ca2+ 800C 850C 900C Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 25 quá trình tiền xử lý, mẫu được vào các ống hình trụ làm bằng thép không rỉ và được bổ sung hàm lượng đường tương ứng với 140Bx, bổ sung vào muối CaCl2 ở các nồng độ khác nhau. Tiếp theo, xử lý nhiệt ở các nhiệt độ 800C, 850C, 900C (sử dụng bộ điều nhiệt), sau đó làm nguội. Tiến hành phân tích hàm lượng vitamin C còn lại trong khóm sau mỗi khoảng thời gian xử lý nhiệt 1, 3, 5, 10, 20...120 phút. iv. Ghi nhận kết quả - Hàm lượng vitamin C của các mẫu khóm ở các nồng độ muối CaCl2 bổ sung vào sau quá trình xử lý nhiệt theo thời gian. - Động học thay đổi vitamin C của khóm sau khi bổ sung muối CaCl2 ở các nồng độ khác nhau thông qua hằng số tốc độ (k). Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 26 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THẢO LUẬN 4.1. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG VITAMIN C TRONG KHÓM THEO CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT KHÁC NHAU Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm do tác động của quá trình xử lý nhiệt được tiến hành ở 3 mức nhiệt độ thay đổi từ 800C, 850C và 90oC. Mẫu khóm sau các quá trình xử lý nhiệt được phân tích hàm lượng vitamin C còn lại sau mỗi khoảng thời gian xử lý nhiệt khác nhau 1, 3, 5, 20...120 phút. Số liệu được thu thập (bảng 2) và phân tích thông qua việc sử dụng phần mềm SAS 9.1, kết quả sau xử lý được trình bày ở bảng 3, phương trình động học sự phân hủy vitamin C theo các chế độ tiền xử lý nhiệt khác nhau được biểu diễn ở hình 8 và hình 9. Bảng 2: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model) của sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau Chế độ xử lý nhiệt C∞ k (1/phút) R2 SD 800C 0,7704 ± 0,0251 0,0880 ± 0,0173 0,998 0,00379 850C 0,4605 ± 0,0872 0,0948 ± 0,0216 0,974 0,0877 900C 0,4297± 0,0888 0,1183 ± 0,0394 0,939 0,1282 Bảng 3: Phương trình động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm theo nhiệt độ và thời gian ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau Chế độ xử lý nhiệt Co C∞ k (1/phút) Phương trình 800C 1,408 0,7704 0,0880 C/Co = 0,5471 + 0,4528exp(-0,0880.t) 850C 1,9164 0,4605 0,0948 C/Co = 0,24029 + 0,7597exp(-0,0948.t) 900C 1,5644 0,4297 0,1183 C/Co = 0,27466+ 0,725334exp(-0,1183.t) Thông số thu được ở bảng 2 và bảng 3 đã cho thấy xu hướng chung của quá trình phân hủy vitamin C theo sự thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ càng cao, tốc độ phân hủy vitamin C càng tăng. Ở cùng một chế độ xử lý nhiệt, khi thời gian xử lý nhiệt càng dài, tốc độ phân hủy vitamin C cũng tăng dần hay nói cách khác, hàm lượng vitamin C giảm dần. Tuy nhiên, tốc độ phân hủy vitamin C chậm dần ở giai đoạn Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 27 sau, điều này có thể giải thích dựa trên đặc tính bền nhiệt và không bền nhiệt của vitamin C. Bảng 4: Hàm lượng vitamin C còn lại sau quá trình xử lý nhiệt ở các nhiệt độ xử lý khác nhau: 800C, 850C, 900C. Chế độ xử lý nhiệt Co( mg%) Thời gian ( phút) C( mg%) C/Co 800C 1,408 0 1,408 1 800C 1,408 1 1,356 0,963 800C 1,408 3 1,216 0,864 800C 1,408 5 1,134 0,805 800C 1,408 20 0,919 0,652 800C 1,408 40 0,88 0,625 800C 1,408 60 0,801 0,569 800C 1,408 80 0,762 0,541 800C 1,408 100 0,743 0,527 800C 1,408 120 0,684 0,486 850C 1,916 0 1,916 1 850C 1,916 1 1,603 0,836 850C 1,916 3 1,447 0,755 850C 1,916 5 1,173 0,612 850C 1,916 10 1,056 0,551 850C 1,916 20 0,938 0,489 850C 1,916 40 0,625 0,326 850C 1,916 60 0,4