TỔNG QUAN
Giới thiệu về nguyên liệu thanh long
2.1.1 Nguồn gốc, phân bố, chủng loại
Có ba loài thanh long thuộc chi Hylocereus và một loài trong chi Selenicereus Các giống Hylocereus guatemalensis, Hylocereus polyrhizus và Hylocereus undatus, cùng với các giống lai của chúng, được trồng thương mại trên toàn cầu Hylocereus undatus nổi bật với thịt trắng và vỏ hồng, trong khi Hylocereus polyrhizus có thịt đỏ và vỏ hồng Đặc biệt, Selenicereus megalanthus có thịt trắng và vỏ vàng.
Thanh long, một loại trái cây nhiệt đới thuộc họ xương rồng, có nguồn gốc từ Mexico và miền Trung, Nam Mỹ, đang ngày càng phổ biến ở nhiều quốc gia Châu Á Việc trồng thanh long đang được mở rộng tại các khu vực như Việt Nam, Đài Loan, Philippines và Malaysia Đặc biệt, thanh long ruột đỏ có tên khoa học là Hylocereus polyrhizus.
Thanh long ruột đỏ, thuộc giống Hylocereus, hiện được trồng phổ biến ở các tỉnh như Bình Thuận, Tiền Giang, Vĩnh Long, và Tây Ninh Loại cây này thích nghi tốt với ánh sáng và nhiệt độ từ 15-35°C; nếu nhiệt độ thấp hơn, cây sẽ phát triển chậm Thanh long có vỏ cứng, màu xanh hoặc đỏ đậm, với ruột màu đỏ thẫm và vị ngọt, hơi chua Thời gian từ khi ra hoa đến thu hoạch khoảng 50 ngày, với mùa chính vụ kéo dài đến hết tháng 8 âm lịch Để đảm bảo chất lượng, trái nên được thu hoạch vào sáng sớm, tránh ánh nắng gắt, và tốt nhất là thu hoạch từ 32-35 ngày sau khi nở hoa.
Hylocereus polyrhizus, hay còn gọi là thanh long ruột đỏ, là một loại trái cây giàu vi chất dinh dưỡng, thu hút sự quan tâm lớn từ người tiêu dùng nhờ vào lợi ích sức khỏe của nó Loại trái cây này chứa nhiều chất dinh dưỡng và khoáng chất như protein, carbohydrate, chất béo, và các vitamin B1, B2, B3, B6, B12, vitamin C, caroten, flavonoid, phốt pho, sắt và phytoalbumin Nghiên cứu của Jaafar và cộng sự chỉ ra rằng thanh long hỗ trợ tiêu hóa, giúp giảm cholesterol và huyết áp cao, ngăn ngừa bệnh tiểu đường và ung thư ruột kết, cũng như có tác dụng chống ho và hen suyễn Đặc biệt, thịt và vỏ của thanh long ruột đỏ chứa lượng lớn chất màu betacyanin, góp phần tăng cường sức khỏe.
Betacyanins là nhóm sắc tố tự nhiên chứa nitơ, tan trong nước và quyết định màu sắc của quả thanh long ruột đỏ Lượng betacyanin trong quả tăng theo mức độ chín, với tổng hàm lượng đạt từ 32 đến 47 mg/100g khi quả chín.
811 mg/L trong quả Hylocereus polyrhizus [16] Trong khi đó, Lee và cộng sự xác định hàm lượng betacyanin có trong nước ép thanh long đỏ là 196 mg/L [15].
Giới thiệu về kĩ thuật Ohm
Gia nhiệt Ohm là phương pháp sử dụng dòng điện để gia nhiệt thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm lỏng, nhằm mục đích thanh trùng hoặc tiệt trùng Phương pháp này được áp dụng lần đầu vào thế kỷ XIX cho việc gia nhiệt sữa và ngày càng trở nên phổ biến vào nửa sau của thế kỷ này Tuy nhiên, việc ứng dụng kỹ thuật này gặp khó khăn do hiện tượng ăn mòn điện cực, chi phí cao và kiểm soát quy trình phức tạp Hiện nay, với sự tiến bộ trong khoa học và công nghệ, các nhược điểm đã được khắc phục, giúp gia nhiệt Ohm trở thành một phương pháp phổ biến trong công nghiệp tại nhiều quốc gia phát triển như Anh, Nhật Bản, Đức và Ý.
Khi dòng điện xoay chiều đi qua thực phẩm chứa ion, các ion di chuyển giữa hai điện cực và va chạm với các thành phần không mang điện, tạo ra ma sát và sinh nhiệt Trong thực phẩm, các điện tích chủ yếu là ion như K+ và Na+, hoặc các phân tử mang điện tích như protein và axit hữu cơ (H+), di chuyển về phía điện cực đối lập Sản phẩm thực phẩm giữa hai điện cực hoạt động như một điện trở khi dòng điện xoay chiều đi qua.
2.2.2 Ưu, nhược điểm của kĩ thuật Ohm
Bảng 1.2 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật Ohm [18] Ưu điểm Nhược điểm
Gia nhiệt đồng nhất, nhanh giúp rút ngắn thời gian và tốc độ xử lí
Hệ số chuyển đổi năng lượng cao
Hạn chế sự biến đổi chất lượng sản phẩm về mặt dinh dưỡng, cảm quan
Giảm nguy cơ nhiễm bẩn trên bề mặt truyền nhiệt
Thực phẩm cần có các ion mang điện tích và phải tiếp xúc hiệu quả với điện cực Đây là một kỹ thuật gia nhiệt mới, hiện chưa có nhiều dữ liệu nghiên cứu trên nhiều đối tượng khác nhau.
Phụ thuộc nhiều vào độ dẫn điện Nên cần khảo sát trên từng đối tượng
Giới thiệu các nghiên cứu liên quan
- Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt
Sự ổn định của betacyanin chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó chế độ gia nhiệt đóng vai trò quan trọng, có thể tác động đáng kể đến hàm lượng betacyanin, tổng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa.
Phan và cộng sự [19] đã nghiên cứu việc gia nhiệt nước ép thanh long ở các nhiệt độ 80, 85 và 90 độ C trong thời gian 5, 10 và 15 phút Kết quả cho thấy tỷ lệ betacyanin còn lại ở nhiệt độ 80 độ C là khoảng 98%, 95% và 90% tương ứng với các khoảng thời gian trên, cao hơn so với các mẫu xử lý ở nhiệt độ 85 và 90 độ C Đặc biệt, hàm lượng betacyanin còn lại thấp nhất được ghi nhận ở nhiệt độ 90 độ C.
Xu hướng này được xác nhận trong nghiên cứu của Nguyễn và cộng sự [20], cũng như trong nghiên cứu của Wong và cộng sự [3], mặc dù thời gian giữ nhiệt có sự khác biệt.
30 phút không có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng betacyanin trong nước ép quả thanh long khi xử lý ở nhiệt độ nhỏ hơn 80 o C
- Ảnh hưởng của axit ascorbic khi bổ sung vào dịch chiết trong quá trình chế biến, bảo quản rau quả
Axit ascorbic, một chất chống oxy hóa tự nhiên, giúp bảo vệ màu sắc thực phẩm bằng cách ngăn chặn tác động của các tác nhân oxy hóa Nó cũng tăng cường sự ổn định của betacyanin bằng cách liên kết với oxy trong rau quả, từ đó làm giảm tốc độ phân hủy của betacyanin từ môi trường xung quanh.
Nghiên cứu của Woo và cộng sự cho thấy, việc bổ sung axit ascorbic với tỷ lệ 0,25% mang lại hàm lượng betacyanin ổn định cao nhất, trong khi bổ sung ở mức 0,5 – 1,5% dẫn đến sự giảm đáng kể do quá trình oxy hóa Tương tự, Nguyễn và cộng sự chỉ ra rằng bổ sung 0,3% axit ascorbic giúp giữ lại 85% betacyanin Nghiên cứu của Khan và cộng sự cũng khẳng định nồng độ 0,25% axit ascorbic có hiệu quả ổn định tốt cho betacyanin trong nước ép quả cây rì việt.
Việc bổ sung chất chống oxy hóa không chỉ trong quá trình chế biến mà còn trong bảo quản rau quả có thể giúp ổn định chất màu betacyanin Nghiên cứu của Tang và cộng sự cho thấy, việc thêm axit ascorbic với nồng độ 0,25% vào dịch chiết quả thanh long ruột đỏ, khi bảo quản ở 5 và 25ºC, có khả năng duy trì hàm lượng chất màu này.
Nghiên cứu cho thấy rằng việc bảo quản betacyanin trong nước ép quả rì việt có hiệu quả cao khi bổ sung axit ascorbic Cụ thể, sau 28 ngày, hàm lượng betacyanin giữ lại 91,6% ở 5ºC và 70,9% ở 25ºC Bổ sung 0,25% axit ascorbic giúp duy trì 98% betacyanin sau 90 ngày ở 4ºC Linh và cộng sự cũng ghi nhận rằng tỷ lệ betacyanin cao nhất đạt khoảng 98% sau 4 tuần với 0,5% axit ascorbic Tương tự, Leong và cộng sự xác định rằng nồng độ 0,5% axit ascorbic trong nước ép thanh long giữ lại hàm lượng betacyanin cao hơn so với các nồng độ khác Những kết quả này chỉ ra rằng bổ sung axit ascorbic với nồng độ từ 0,25% đến 0,5% có tác dụng tích cực trong việc hạn chế sự phân hủy betacyanin trong quá trình bảo quản.
- Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng
Nghiên cứu của Phan và cộng sự [19] cho thấy ánh sáng ảnh hưởng đến chất màu betacyanin trong nước ép thanh long ruột đỏ khi bảo quản trong chai thủy tinh trong suốt và nâu trong 3 tuần Kết quả cho thấy, mẫu trong bao bì thủy tinh nâu duy trì sắc tố betacyanin tốt hơn mẫu trong bao bì thủy tinh trong Khi có ánh sáng, hàm lượng betacyanin trong cả hai loại chai thay đổi không đáng kể Điều này phù hợp với nghiên cứu của Razak và cộng sự [26], cho thấy khoảng 93,82% betacyanin bị phân hủy sau 24 giờ dưới ánh sáng Tương tự, nghiên cứu của Nguyễn và cộng sự [20] cho thấy nước ép thanh long ruột đỏ không tiếp xúc với ánh sáng duy trì hàm lượng betacyanin tốt hơn khi bảo quản trong lọ thủy tinh và lọ nhựa ở nhiệt độ 30 ± 2ºC trong 5 tuần.
- Ảnh hưởng của gia nhiệt Ohm đến các hợp chất màu nhạy nhiệt
Hiện tại, nghiên cứu về ảnh hưởng của gia nhiệt Ohm đến sự ổn định của betacyanin vẫn còn hạn chế Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng gia nhiệt Ohm có tác động đến sự phân hủy của các hợp chất màu nhạy nhiệt như carotenoid và anthocyanin, với kết quả cho thấy mức độ phân hủy của các chất màu tự nhiên là thấp, như nghiên cứu của Yildiz và cộng sự đã chỉ ra.
Nghiên cứu chỉ ra rằng β-carotene trong rau chân vịt được xử lý ở nhiệt độ 60, 70, 80 và 90ºC trong 10 phút bằng gia nhiệt Ohm có hàm lượng cao hơn so với gia nhiệt thông thường Tương tự, Achir và cộng sự cho biết rằng hàm lượng carotenoid trong nước ép trái cây họ cam quýt (bưởi và cam đỏ) thanh trùng ở nhiệt độ 70ºC trong thời gian 50 và 150 phút đã giảm 70% hàm lượng epoxyxanthophylls (cis-violaxanthin và cis-antheraxanthin) và giảm 40% đối với các hợp chất khác.
Phương pháp gia nhiệt Ohm cho thấy tiềm năng trong việc giảm sự biến đổi và phân huỷ chất màu betacyanin, với tổn thất dưới 30% cho β-cryptoxanthin, 20% cho lutein và zeaxanthin.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chuẩn bị nguyên, vật liệu
Quả thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) được thu mua từ trang trại ở Vĩnh Long, Việt Nam và chuyển đến phòng thí nghiệm trong vòng 24 giờ sau khi thu hoạch Chúng tôi chọn quả có độ chín đồng đều, không dập nát hoặc hư hỏng, với trọng lượng từ 0,4 ± 0,05 kg mỗi trái Sau khi lột vỏ, quả được ép để lấy dịch, và nước ép được lọc qua vải lọc vô trùng nhằm loại bỏ các phần thịt quả và hạt lớn còn sót lại Nước ép sau đó được trộn đều để đạt độ đồng nhất trước khi đóng vào các túi vô trùng Để bảo vệ khỏi ánh sáng, các túi nước ép được bọc bên ngoài bằng bao bì màu đen và được bảo quản ở nhiệt độ -18 °C cho đến khi sử dụng.
Chất chuẩn axit gallic, axit ascorbic và DPPH được cung cấp bởi Sigma-Aldrich, trong khi thuốc thử Folin-Ciocalteu được mua từ Merck Vietnam Ltd Co Tất cả các hóa chất này đều đạt tiêu chuẩn cho mục đích phân tích.
Xử lý nhiệt
Để thanh trùng nước ép thanh long, cần xác định chế độ bất hoạt vi sinh vật (VSV) và enzyme gây hư hỏng Một số thí nghiệm sơ bộ đã được thực hiện nhằm xác định chế độ thanh trùng giúp loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật và khoảng 90% enzyme pectimethylesterase (PME).
OH được áp dụng trong nghiên cứu này là gia nhiêt từ 20 đến 85 °C (51s) và giữ ở 85 °C trong 60 s.
Phương pháp thực hiện các thí nghiệm
Khảo sát sự biến đổi của betacyanin, phenolic tổng, hoạt tính DPPH và màu sắc của nước ép thanh long ruột đỏ đã được thực hiện sau khi áp dụng hai phương pháp xử lý nhiệt: Ohm và xử lý nhiệt thông thường Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong các chỉ số này, từ đó cung cấp thông tin quan trọng về ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nhiệt đến chất lượng nước ép thanh long ruột đỏ.
Gia nhiệt Ohm được thực hiện bằng cách lấy 50ml nước ép thanh long ruột đỏ và gia nhiệt từ 20 đến 85 °C, giữ nhiệt ở 85 °C trong 60 giây với tần số 60 Hz và cường độ điện trường 30 V/cm Sau khi đạt được nhiệt độ và thời gian xử lý, mẫu nước ép được làm lạnh nhanh trong nước đá ở 0 °C Mẫu nước ép không qua xử lý nhiệt được sử dụng làm mẫu đối chứng.
Gia nhiệt nước ép thường được thực hiện bằng cách rót 50 mL nước ép vào hộp inox có kích thước tương đương với buồng gia nhiệt Ohm Hộp này được đặt trong bể ổn nhiệt Memmert WNB14 (Đức) với nhiệt độ nước trong bể là 95 °C Quá trình gia nhiệt từ 20 đến 85 °C mất 300 giây và được duy trì ở 85 °C trong một khoảng thời gian nhất định.
Sau khi đạt được nhiệt độ và thời gian xử lý, mẫu sẽ được làm lạnh nhanh trong nước đá ở 0°C Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm pH, betacyanin, tổng phenolic, hoạt tính chống oxy hóa và màu sắc sẽ được phân tích trước và sau quá trình xử lý nhiệt.
+ Số mẫu thí nghiệm: 3x3= 9 mẫu
Khảo sát sự biến đổi của betacyanin, phenolic tổng, khả năng chống oxy hóa DPPH và màu sắc của nước ép thanh long ruột đỏ được thực hiện sau khi xử lý nhiệt Ohm và xử lý nhiệt thông thường trong thời gian bảo quản 8 tuần Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nhiệt đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của nước ép.
Mẫu nước ép sau khi trải qua quá trình gia nhiệt bằng phương pháp Ohm và gia nhiệt thông thường sẽ được làm lạnh nhanh trong nước đá ở nhiệt độ 0 độ C Sau đó, nước ép được đóng vào chai tối màu và bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4 độ C Các mẫu này sẽ được kiểm tra sau 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ngày để đánh giá chất lượng.
8 tuần bảo quản, lấy mẫu để đo các chỉ tiêu cần khảo sát
+ Các chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin, phenolic tổng, hoạt tính chống oxy hóa và màu sắc
+ Số mẫu thí nghiệm: 2x3x9= 54 mẫu
Việc bổ sung axit ascorbic có tác động đáng kể đến việc ổn định betacyanin và tổng phenolic trong nước ép thanh long ruột đỏ Nghiên cứu cho thấy rằng axit ascorbic không chỉ cải thiện khả năng chống oxy hóa, mà còn duy trì màu sắc của nước ép trong suốt thời gian bảo quản So sánh giữa phương pháp thanh trùng Ohm và thanh trùng bằng nhiệt thông thường, việc bổ sung axit ascorbic giúp tăng cường chất lượng và thời gian lưu trữ của sản phẩm.
Để thực hiện thí nghiệm, lấy 50ml nước ép thanh long ruột đỏ và xử lý bằng OH/CH Sau khi đạt nhiệt độ 85°C và giữ nhiệt trong 60 giây, mẫu được làm lạnh nhanh trong nước đá ở 0°C Cuối cùng, hút ra 10ml nước ép để tiếp tục quy trình.
11 chai tối đã bổ sung 0,25 % axit ascorbic và tồn trữ lạnh (4 o C) Sau 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 tuần bảo quản, lấy mẫu để đo các chỉ tiêu cần khảo sát
+ Các chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin, phenolic tổng, hoạt tính chống oxy hóa và màu sắc
+ Số mẫu thí nghiệm: 2x3x9= 54 mẫu
Phương pháp phân tích
+ Xác định tổng chất rắn hòa tan ( o Brix): tổng chất rắn hòa tan (TSS) được đo với khúc xạ kế (model N-20; Atago, Mỹ) tại 25 °C
+ pH: pH được đo bằng pH kế (Mettler FE20, Mettler Toledo) Trước khi đo pH của mẫu, hiệu chuẩn bằng dung dịch đệm tại pH 7,0 và pH 4,0
+ Độ dẫn điện của nước ép được đo bằng điện dẫn kế (Orion 3-Star, Conductivity Benchtop, Thermo, Mỹ)
+ Xác định hàm lượng betacyanin
Hàm lượng betacyanin trong nước ép thanh long đỏ được xác định thông qua phương pháp quang phổ theo Siow và cộng sự Cụ thể, 0,1 mL mẫu được pha loãng với 3,9 mL đệm Mcllvaine (pH 6,5), và độ hấp thu được đo ở bước sóng 537 nm, với dung dịch đệm Mcllvaine làm mẫu trắng Kết quả hàm lượng betacyanin được tính bằng đương lượng gam betanin (Bc) và được biểu thị theo công thức (1) dưới dạng mg/L.
A: Độ hấp thụ ở bước sóng 537 nm, F: Hệ số pha loãng, MW là khối lượng phân tử của betanin (MW = 550 g/mol ), ε: Hệ số hiệu chỉnh của betanin (ε = 60 000 L/cm mol), l: Độ dày của cuvet (1 cm)
+ Xác định hàm lượng phenolic tổng
Hàm lượng phenolic tổng (TPC) được xác định bằng máy đo quang phổ với thuốc thử Folin-Ciocalteu, theo phương pháp của Singleton và Rossi, có điều chỉnh nhỏ Nước ép thanh long được ly tâm ở tốc độ 6,000 vòng/phút trong 10 phút, sau đó hút 0,1 mL nước ép để tiến hành phân tích.
Để xác định hàm lượng TPC, tiến hành thêm 5 mL Folin-Ciocalteu 10% vào mẫu, sau đó bổ sung 1 mL natri cacbonate với nồng độ 75 g/L Dung dịch được bảo quản trong tối ở nhiệt độ phòng 30 °C trong 60 phút Độ hấp thu của dung dịch được đo tại bước sóng 765 nm, và hàm lượng TPC được tính theo mg/L axit gallic, với đường chuẩn được thiết lập trong khoảng nồng độ 0-400 mg/L axit gallic.
+ Xác định hoạt tính chất chống oxi hóa
Hoạt tính chống oxi hóa của nước ép được đánh giá qua khả năng quét gốc tự do DPPH, theo phương pháp của Sánchez-Moreno và cộng sự Để thực hiện, nước ép được ly tâm với tốc độ 6000 vòng/phút trong 10 phút Sau đó, 0,1 mL nước ép được thêm vào 3,9 mL dung dịch DPPH (0,03 g/L trong methanol), và dung dịch này được giữ trong tối ở 30 độ C.
Trong nghiên cứu này, hoạt tính quét gốc tự do DPPH của nước ép được đo trong 60 phút ở bước sóng 515 nm và nhiệt độ phòng Mẫu trắng được sử dụng với dung dịch thay thế bằng nước khử ion để đảm bảo độ chính xác Kết quả được thể hiện dưới dạng phần trăm ức chế DPPH.
Trong đó, độ hấp thu của nước khử ion trong dung dịch DPPH (0,03 g/L) và : độ hấp thu của nước ép trong dung dịch DPPH (0,03 g/L)
Màu nước trái cây được đo bằng máy đo màu Minolta CR400 theo phương pháp của Benjamin và Gamrasni Để thực hiện, nước ép được rót vào cuvet thạch anh và lắp vào thiết bị đo màu Kết quả được hiển thị trong không gian màu L ∗ , a ∗ , b ∗ Sự chênh lệch màu sắc giữa mẫu đo và mẫu đối chứng được tính bằng giá trị E theo công thức đã nêu.
Trong đó: L * , a * , b * là giá trị đo của mẫu khảo sát, L0 * , a0 *, b0 * là giá trị đo của mẫu đối chứng (mẫu nước ép không xử lý nhiệt)
L* thể hiện độ sáng của mẫu a* có giá trị dương khi nước ép có màu đỏ b* có giá trị dương khi nước ép có màu vàng
Xử lý thống kê
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn được tính toán để đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nhóm Phép phân tích phương sai (ANOVA) được áp dụng để xác định sự khác biệt này, với mức ý nghĩa P < 0,05 Kiểm định HSD được sử dụng để kiểm tra sự khác biệt giữa các nghiệm thức Phần mềm phân tích thống kê R đã được sử dụng trong quá trình này.
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Sự biến đổi tính chất hóa lý và hàm lượng một số thành phần có hoạt tính sinh học
Hàm lượng chất khô hòa tan (TSS), pH và màu sắc của nước ép không có sự khác biệt đáng kể giữa các phương pháp xử lý nhiệt CH và OH so với mẫu tươi (p>0,05) Kết quả này cho thấy rằng việc gia nhiệt không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng của nước ép.
Phương pháp gia nhiệt OH và CH ảnh hưởng khác nhau đến hàm lượng phenolic tổng (TPC) và DPPH trong nước ép thanh long ruột đỏ Cụ thể, nước ép được gia nhiệt bằng phương pháp OH giữ được TPC và DPPH tương đương với mẫu tươi (p>0,05), trong khi mẫu nước ép xử lý bằng phương pháp CH lại bị phân hủy TPC và DPPH (p0,05) Tuy nhiên, sau đó, hàm lượng betacyanin giảm dần trong 7 tuần tiếp theo, đặc biệt giảm mạnh 32% từ tuần thứ 6 (p